Структурата и дизайнът на едно изцяло електрическо превозно средство са различни от тези на традиционното превозно средство, задвижвано от двигател с вътрешно горене. То представлява и сложна системна инженерия. За да се постигне оптимален процес на управление, е необходимо да се интегрират технологията на батериите, технологията на задвижването на двигателя, автомобилната технология и съвременната теория на управлението. В плана за развитие на науката и технологиите за електрически превозни средства, страната продължава да се придържа към схемата за научноизследователска и развойна дейност „три вертикални и три хоризонтални“ и допълнително акцентира върху изследванията на общи ключови технологии „три хоризонтални“ в съответствие със стратегията за технологична трансформация на „чисто електрическо задвижване“, т.е. изследванията на задвижващия двигател и неговата система за управление, батерията и системата за управление, както и системата за управление на силовото предаване. Всеки голям производител формулира своя собствена стратегия за развитие на бизнеса в съответствие с националната стратегия за развитие.
Авторът разглежда ключовите технологии в процеса на разработване на ново енергийно задвижване, предоставяйки теоретична основа и ориентир за проектирането, тестването и производството на задвижването. Планът е разделен на три глави, за да се анализират ключовите технологии на електрическото задвижване в силовото предаване на изцяло електрически превозни средства. Днес първо ще представим принципа и класификацията на технологиите за електрическо задвижване.
Фигура 1 Ключови звена в разработването на силовото предаване
В момента основните ключови технологии за задвижване на изцяло електрически превозни средства включват следните четири категории:
Фигура 2 Основни ключови технологии на силовото предаване
Определение на задвижващата моторна система
В зависимост от състоянието на акумулатора на превозното средство и изискванията за захранване на превозното средство, то преобразува електрическата енергия, генерирана от бордовото устройство за съхранение на енергия, в механична енергия. Енергията се предава на задвижващите колела чрез предавателното устройство, а части от механичната енергия на превозното средство се преобразуват в електрическа енергия и се връщат обратно в устройството за съхранение на енергия, когато превозното средство спре. Електрическата задвижваща система включва двигател, трансмисионен механизъм, контролер на двигателя и други компоненти. Проектирането на техническите параметри на електрическата задвижваща система включва главно мощност, въртящ момент, скорост, напрежение, предавателно отношение на намаляване, капацитет на захранването, изходна мощност, напрежение, ток и др.
1) Контролер на двигателя
Наричан още инвертор, той преобразува постоянния ток, подаван от батерията, в променлив ток. Основни компоненти:
◎ IGBT: силов електронен превключвател, принцип: чрез контролера, управлява се рамото на IGBT моста, за да се затвори определена честота и последователност на превключвателя, за да се генерира трифазен променлив ток. Чрез управление на силовия електронен превключвател, за да се затвори, може да се преобразува променливото напрежение. След това чрез управление на работния цикъл се генерира променливо напрежение.
◎ Капацитет на филма: филтрираща функция; токов сензор: откриване на тока на трифазна намотка.
2) Контролна и задвижваща верига: компютърна платка за управление, задвижваща IGBT транзистор
Ролята на контролера на двигателя е да преобразува постоянен ток в променлив ток, да приема всеки сигнал и да извежда съответната мощност и въртящ момент. Основни компоненти: силов електронен ключ, филмов кондензатор, токов сензор, управляваща задвижваща верига за отваряне на различни ключове, формиране на токове в различни посоки и генериране на променливо напрежение. Следователно, можем да разделим синусоидалния променлив ток на правоъгълници. Площта на правоъгълниците се преобразува в напрежение със същата височина. Оста x осъществява контрол на дължината чрез контролиране на работния цикъл и накрая осъществява еквивалентното преобразуване на площта. По този начин, постоянният ток може да се контролира, за да се затвори рамото на IGBT моста при определена честота и последователност на превключване чрез контролера, за да се генерира трифазен променлив ток.
В момента ключовите компоненти на задвижващата верига разчитат на внос: кондензатори, IGBT/MOSFET превключватели, DSP, електронни чипове и интегрални схеми, които могат да бъдат произведени независимо, но имат слаб капацитет; специални схеми, сензори, конектори, които могат да бъдат произведени независимо; захранвания, диоди, индуктори, многослойни платки, изолирани проводници, радиатори.
3) Двигател: преобразува трифазен променлив ток в машинен
◎ Структура: предни и задни капаци, черупки, валове и лагери
◎ Магнитна верига: статорно ядро, роторно ядро
◎ Верига: статорна намотка, роторен проводник
4) Предавателно устройство
Скоростната кутия или редукторът преобразува въртящия момент, генериран от двигателя, в скоростта и въртящия момент, необходими за цялото превозно средство.
Тип задвижващ двигател
Задвижващите двигатели са разделени в следните четири категории. В момента, променливотоковите асинхронни двигатели и синхронните двигатели с постоянни магнити са най-разпространените видове електрически превозни средства с нова енергия. Затова ние се фокусираме върху технологията на променливотоковите асинхронни двигатели и синхронните двигатели с постоянни магнити.
| DC мотор | AC индукционен двигател | Синхронен двигател с постоянен магнит | Превключващ релуктантен двигател | |
| Предимство | По-ниска цена, ниски изисквания към системата за управление | Ниска цена, Широк обхват на захранване, Разработена технология за управление, Висока надеждност | Висока плътност на мощността, висока ефективност, малък размер | Проста структура, ниски изисквания към системата за управление |
| Недостатък | Високи изисквания за поддръжка, ниска скорост, нисък въртящ момент, кратък живот | Малка ефективна площ Ниска плътност на мощността | Висока цена Слаба адаптивност към околната среда | Големи колебания на въртящия момент. Висок работен шум. |
| Приложение | Малко или мини нискоскоростно електрическо превозно средство | Електрически бизнес автомобили и леки автомобили | Електрически бизнес автомобили и леки автомобили | Превозно средство със смесена мощност |
1) Асинхронен двигател с променлив ток
Принципът на работа на променливотоковия индуктивен асинхронен двигател е, че намотката преминава през слота на статора и ротора: тя е обвита с тънки стоманени листове с висока магнитна проводимост. Трифазният ток преминава през намотката. Съгласно закона за електромагнитната индукция на Фарадей, се генерира въртящо се магнитно поле, което е причината за въртенето на ротора. Трите намотки на статора са свързани на интервали от 120 градуса, а токопроводящият проводник генерира магнитни полета около тях. Когато трифазното захранване се приложи към тази специална схема, магнитните полета ще се променят в различни посоки с промяната на променливия ток в определен момент, генерирайки магнитно поле с равномерен интензитет на въртене. Скоростта на въртене на магнитното поле се нарича синхронна скорост. Да предположим, че вътре е поставен затворен проводник. Според закона на Фарадей, тъй като магнитното поле е променливо, контурът ще усети електродвижещата сила, която ще генерира ток в него. Тази ситуация е подобна на контур с магнитно поле, генериращ електромагнитна сила върху контура, и магнитният ток започва да се върти. Използвайки нещо подобно на клетка за катерици, трифазен променлив ток ще генерира въртящо се магнитно поле през статора и токът ще се индуцира в пръта на клетката за катерици, късо съединен от крайния пръстен, така че роторът започва да се върти, поради което двигателят се нарича асинхронен двигател. С помощта на електромагнитна индукция, вместо директно свързване към ротора за индуциране на електричество, изолационни железни люспи се запълват в ротора, така че малкият размер на желязото осигурява минимални загуби от вихрови токове.
2) Синхронен двигател с променлив ток
Роторът на синхронния двигател е различен от този на асинхронния двигател. Постоянният магнит е монтиран на ротора и може да бъде разделен на повърхностно монтиран и вграден. Роторът е изработен от силициева стоманена ламарина, а постоянният магнит е вграден. Статорът също е свързан с променлив ток с фазова разлика 120, който контролира размера и фазата на синусоидалния променлив ток, така че магнитното поле, генерирано от статора, е противоположно на това, генерирано от ротора, и магнитното поле се върти. По този начин статорът се привлича от магнит и се върти заедно с ротора. Цикъл след цикъл се генерира от абсорбцията на статора и ротора.
Заключение: Задвижването на електрически превозни средства с двигатели се е превърнало в основен тренд, но не е еднозначно, а е разнообразно. Всяка система за задвижване с двигател има свой собствен цялостен индекс. Всяка система се прилага в съществуващите задвижвания на електрически превозни средства. Повечето от тях са асинхронни двигатели и синхронни двигатели с постоянни магнити, докато някои се опитват да използват реактивни двигатели с превключване. Струва си да се отбележи, че задвижването с двигатели интегрира технологии за силова електроника, микроелектроника, цифрови технологии, технологии за автоматично управление, материалознание и други дисциплини, за да отрази всеобхватните перспективи за приложение и развитие на множество дисциплини. То е силен конкурент в двигателите за електрически превозни средства. За да заемат място в бъдещите електрически превозни средства, всички видове двигатели трябва не само да оптимизират структурата си, но и постоянно да изследват интелигентните и цифрови аспекти на системата за управление.
Време на публикуване: 30 януари 2023 г.
