Структура и конструкция чистого электромобиля отличаются от традиционного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания. Это также сложная системная инженерия. Для достижения оптимального процесса управления необходимо интегрировать технологию силовой батареи, технологию привода двигателя, автомобильную технологию и современную теорию управления. В плане развития науки и техники электромобиля страна продолжает придерживаться схемы НИОКР «три вертикальных и три горизонтальных» и дополнительно подчеркивает исследования общих ключевых технологий «три горизонтальных» в соответствии со стратегией технологической трансформации «чистого электропривода», то есть исследования приводного двигателя и его системы управления, силовой батареи и ее системы управления, а также системы управления силовым агрегатом. Каждый крупный производитель формулирует свою собственную стратегию развития бизнеса в соответствии со стратегией национального развития.
Автор разбирает ключевые технологии в процессе разработки новой энергетической силовой установки, предоставляя теоретическую основу и справочные материалы для проектирования, тестирования и производства силовой установки. План разделен на три главы для анализа ключевых технологий электропривода в силовой установке чисто электрических транспортных средств. Сегодня мы сначала познакомимся с принципом и классификацией технологий электропривода.
Рисунок 1. Ключевые связи в разработке силовой установки
В настоящее время основные ключевые технологии чисто электромобильных силовых установок включают следующие четыре категории:
Рисунок 2. Основные ключевые технологии силовой установки
Определение системы приводного двигателя
В зависимости от состояния аккумуляторной батареи транспортного средства и требований к мощности транспортного средства, он преобразует электрическую энергию, вырабатываемую бортовым накопителем энергии, в механическую энергию, и энергия передается на ведущие колеса через передающее устройство, а части механической энергии транспортного средства преобразуются в электрическую энергию и возвращаются в накопитель энергии при торможении транспортного средства. Система электропривода включает в себя двигатель, механизм трансмиссии, контроллер двигателя и другие компоненты. Конструкция технических параметров системы электропривода в основном включает в себя мощность, крутящий момент, скорость, напряжение, передаточное отношение снижения, емкость источника питания, выходную мощность, напряжение, ток и т. д.
1) Контроллер двигателя
Также называется инвертором, преобразует постоянный ток, поступающий от аккумуляторной батареи, в переменный ток. Основные компоненты:
◎ IGBT: силовой электронный переключатель, принцип: через контроллер, управление мостовым плечом IGBT для закрытия определенной частоты и переключения последовательности для генерации трехфазного переменного тока. Управляя силовым электронным переключателем для закрытия, можно преобразовать переменное напряжение. Затем напряжение переменного тока генерируется путем управления рабочим циклом.
◎ Пленочная емкость: функция фильтрации; датчик тока: обнаружение тока трехфазной обмотки.
2) Схема управления и привода: плата управления компьютера, привод IGBT
Роль контроллера двигателя заключается в преобразовании постоянного тока в переменный, приеме каждого сигнала и выводе соответствующей мощности и крутящего момента. Основные компоненты: силовой электронный переключатель, пленочный конденсатор, датчик тока, схема управления приводом для открытия различных переключателей, формирования токов в разных направлениях и генерации переменного напряжения. Таким образом, мы можем разделить синусоидальный переменный ток на прямоугольники. Площадь прямоугольников преобразуется в напряжение с одинаковой высотой. Ось x реализует управление длиной, управляя рабочим циклом, и, наконец, реализует эквивалентное преобразование площади. Таким образом, мощность постоянного тока может управляться для закрытия плеча моста IGBT на определенной частоте и последовательности переключения через контроллер для генерации трехфазной мощности переменного тока.
В настоящее время основные компоненты схемы управления импортируются: конденсаторы, коммутаторы IGBT/MOSFET, цифровые сигнальные процессоры, электронные микросхемы и интегральные схемы, которые могут быть изготовлены самостоятельно, но имеют слабую емкость: специальные схемы, датчики, разъемы, которые могут быть изготовлены самостоятельно: блоки питания, диоды, индукторы, многослойные печатные платы, изолированные провода, радиаторы.
3) Двигатель: преобразует трехфазный переменный ток в машину.
◎ Структура: передняя и задняя крышки, корпуса, валы и подшипники
◎ Магнитная цепь: сердечник статора, сердечник ротора
◎ Цепь: обмотка статора, проводник ротора
4) Передающее устройство
Редуктор или коробка передач преобразует крутящий момент, развиваемый двигателем, в скорость и крутящий момент, необходимые для всего транспортного средства.
Тип приводного двигателя
Двигатели делятся на следующие четыре категории. В настоящее время асинхронные двигатели переменного тока и синхронные двигатели с постоянными магнитами являются наиболее распространенными типами новых энергетических электромобилей. Поэтому мы сосредоточимся на технологии асинхронного двигателя переменного тока и синхронного двигателя с постоянными магнитами.
| Двигатель постоянного тока | Асинхронный двигатель переменного тока | Синхронный двигатель с постоянными магнитами | Вентильный реактивный двигатель | |
| Преимущество | Более низкая стоимость, низкие требования к системе управления | Низкая стоимость, широкий диапазон мощности, развитая технология управления, высокая надежность | Высокая плотность мощности, высокая эффективность, малый размер | Простая структура, низкие требования к системе управления |
| Недостаток | Высокие требования к техническому обслуживанию, низкая скорость, низкий крутящий момент, короткий срок службы | Малая эффективная площадьНизкая плотность мощности | Высокая стоимость. Плохая адаптация к окружающей среде. | Большие колебания крутящего моментаВысокий рабочий шум |
| Приложение | Маленький или мини-низкоскоростной электромобиль | Электромобили для бизнеса и легковые автомобили | Электромобили для бизнеса и легковые автомобили | Автомобиль на смешанном топливе |
1) Асинхронный двигатель переменного тока
Принцип работы асинхронного индуктивного двигателя переменного тока заключается в том, что обмотка проходит через паз статора и ротор: он уложен тонкими стальными листами с высокой магнитной проводимостью. Трехфазное электричество проходит через обмотку. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, будет генерироваться вращающееся магнитное поле, которое является причиной вращения ротора. Три катушки статора соединены с интервалом в 120 градусов, и проводник с током генерирует магнитные поля вокруг них. Когда трехфазный источник питания подается на это специальное устройство, магнитные поля будут изменяться в разных направлениях с изменением переменного тока в определенное время, создавая магнитное поле с равномерной вращающейся интенсивностью. Скорость вращения магнитного поля называется синхронной скоростью. Предположим, что замкнутый проводник помещен внутрь, согласно закону Фарадея, поскольку магнитное поле является переменным, контур будет ощущать электродвижущую силу, которая будет генерировать ток в контуре. Эта ситуация похожа на токопроводящую петлю в магнитном поле, генерирующую электромагнитную силу на петле, и Хуань Цзян начинает вращаться. Используя что-то похожее на беличью клетку, трехфазный переменный ток создаст вращающееся магнитное поле через статор, и ток будет индуцироваться в стержне беличьей клетки, закороченном концевым кольцом, поэтому ротор начинает вращаться, поэтому двигатель называется асинхронным двигателем. С помощью электромагнитной индукции, а не напрямую подключенным к ротору для индуцирования электричества, изолирующие железные чешуйки сердечника заполняются в роторе, так что небольшой размер железа обеспечивает минимальные потери вихревых токов.
2) Синхронный двигатель переменного тока
Ротор синхронного двигателя отличается от ротора асинхронного двигателя. Постоянный магнит установлен на роторе, который можно разделить на тип поверхностного монтажа и тип встроенного типа. Ротор изготовлен из листа кремнистой стали, а постоянный магнит встроен. Статор также подключен к переменному току с разностью фаз 120, которая управляет размером и фазой синусоидального переменного тока, так что магнитное поле, генерируемое статором, противоположно полю, генерируемому ротором, и магнитное поле вращается. Таким образом, статор притягивается магнитом и вращается вместе с ротором. Цикл за циклом генерируется поглощением статора и ротора.
Заключение: Электропривод для электромобилей в основном стал мейнстримом, но он не один, а диверсифицирован. Каждая система электропривода имеет свой собственный всеобъемлющий индекс. Каждая система применяется в существующем электроприводе транспортного средства. Большинство из них являются асинхронными двигателями и синхронными двигателями с постоянными магнитами, в то время как некоторые пытаются переключать реактивные двигатели. Стоит отметить, что электропривод объединяет технологию силовой электроники, технологию микроэлектроники, цифровую технологию, технологию автоматического управления, материаловедение и другие дисциплины, чтобы отразить всеобъемлющие перспективы применения и развития нескольких дисциплин. Это сильный конкурент в электродвигателях транспортных средств. Чтобы занять место в будущих электромобилях, все виды двигателей должны не только оптимизировать структуру двигателя, но и постоянно исследовать интеллектуальные и цифровые аспекты системы управления.
Время публикации: 30 января 2023 г.
