Структура та дизайн повністю електричного транспортного засобу відрізняються від традиційних транспортних засобів з двигуном внутрішнього згоряння. Це також складна системна інженерія. Для досягнення оптимального процесу керування необхідно інтегрувати технологію акумуляторної батареї, технологію моторного приводу, автомобільну технологію та сучасну теорію керування. У плані розвитку науки та технології електромобілів країна продовжує дотримуватися схеми досліджень та розробок «три вертикалі та три горизонталі», а також додатково підкреслює дослідження спільних ключових технологій «трьох горизонталей» відповідно до стратегії технологічної трансформації «чистого електричного приводу», тобто дослідження приводного двигуна та його системи керування, акумуляторної батареї та її системи керування, а також системи керування силовим агрегатом. Кожен великий виробник формулює власну стратегію розвитку бізнесу відповідно до національної стратегії розвитку.
Автор розглядає ключові технології в процесі розробки нової силової установки, надаючи теоретичну основу та посилання для проектування, випробування та виробництва силової установки. План поділено на три розділи для аналізу ключових технологій електроприводу в силовій установці повністю електричних транспортних засобів. Сьогодні ми спочатку ознайомимося з принципом та класифікацією технологій електроприводу.
Рисунок 1 Ключові ланки в розробці силового агрегату
Наразі основні ключові технології силової установки повністю електричних транспортних засобів включають такі чотири категорії:
Рисунок 2. Основні ключові технології силового агрегату
Визначення системи рушійної сили
Залежно від стану акумуляторної батареї транспортного засобу та вимог до потужності транспортного засобу, він перетворює електричну енергію, що видається бортовим пристроєм накопичення енергії, на механічну енергію, яка передається на ведучі колеса через передавальний пристрій, а частина механічної енергії транспортного засобу перетворюється на електричну енергію та подається назад до пристрою накопичення енергії під час гальмування транспортного засобу. Система електричного приводу включає двигун, механізм передачі, контролер двигуна та інші компоненти. Технічні параметри системи електричного приводу включають в себе потужність, крутний момент, швидкість, напругу, передавальний коефіцієнт зниження, ємність джерела живлення, вихідну потужність, напругу, струм тощо.
1) Контролер двигуна
Також називається інвертором, він перетворює постійний струм, що надходить від акумуляторної батареї, на змінний струм. Основні компоненти:
◎ IGBT: силовий електронний ключ, принцип: за допомогою контролера керувати плечем моста IGBT для замикання певної частоти та послідовності перемикання для генерації трифазного змінного струму. Керуючи силовим електронним ключем для замикання, можна перетворити змінну напругу. Потім, керуючи робочим циклом, генерується змінна напруга.
◎ Ємність плівки: функція фільтрації; датчик струму: виявлення струму трифазної обмотки.
2) Схема керування та керування: плата керування комп'ютером, керування IGBT
Роль контролера двигуна полягає в перетворенні постійного струму на змінний, прийомі кожного сигналу та видачі відповідної потужності та крутного моменту. Основні компоненти: силовий електронний ключ, плівковий конденсатор, датчик струму, схема керування для розмикання різних ключів, формування струмів у різних напрямках та генерації змінної напруги. Таким чином, ми можемо розділити синусоїдальний змінний струм на прямокутники. Площа прямокутників перетворюється на напругу з однаковою висотою. Вісь x реалізує керування довжиною шляхом керування шпаруватістю, і, нарешті, реалізує еквівалентне перетворення площі. Таким чином, потужність постійного струму може керуватися, щоб плече моста IGBT замикалося на певній частоті та перемикалося послідовно через контролер для генерації трифазного змінного струму.
Наразі ключові компоненти схеми керування залежать від імпорту: конденсатори, IGBT/MOSFET-транзистори, цифровий сигнальний процесор (DSP), електронні мікросхеми та інтегральні схеми, які можна виробляти самостійно, але мають слабку потужність; спеціальні схеми, датчики, роз'єми, які можна виробляти самостійно; блоки живлення, діоди, індуктори, багатошарові плати, ізольовані дроти, радіатори.
3) Двигун: перетворення трифазного змінного струму в машинний
◎ Конструкція: передня та задня торцеві кришки, корпуси, вали та підшипники
◎ Магнітний контур: осердя статора, осердя ротора
◎ Схема: обмотка статора, провідник ротора
4) Передавальний пристрій
Коробка передач або редуктор перетворює крутний момент, що видається двигуном, на швидкість і крутний момент, необхідні для всього транспортного засобу.
Тип приводного двигуна
Привідні двигуни поділяються на такі чотири категорії. Наразі асинхронні двигуни змінного струму та синхронні двигуни з постійними магнітами є найпоширенішими типами електромобілів нової енергії. Тому ми зосереджуємося на технології асинхронних двигунів змінного струму та синхронних двигунів з постійними магнітами.
| Двигун постійного струму | Асинхронний двигун змінного струму | Синхронний двигун з постійними магнітами | Комутований реактивний двигун | |
| Перевага | Нижча вартість, низькі вимоги до системи управління | Низька вартість, Широке покриття потужності, Розвинена технологія керування, Висока надійність | Висока щільність потужності, висока ефективність, малий розмір | Проста структура, низькі вимоги до системи керування |
| Недолік | Високі вимоги до технічного обслуговування, низька швидкість, низький крутний момент, короткий термін служби | Мала ефективна площа Низька щільність потужності | Висока вартість Погана адаптивність до навколишнього середовища | Великі коливання крутного моменту. Високий робочий шум. |
| Застосування | Малий або міні низькошвидкісний електромобіль | Електричні комерційні автомобілі та легкові автомобілі | Електричні комерційні автомобілі та легкові автомобілі | Транспортний засіб зі змішаним двигуном |
1) Асинхронний двигун змінного струму
Принцип роботи асинхронного індукційного двигуна змінного струму полягає в тому, що обмотка проходить через паз статора та ротора: вона укладена тонкими сталевими листами з високою магнітною провідністю. Трифазний струм проходить через обмотку. Згідно із законом електромагнітної індукції Фарадея, генерується обертове магнітне поле, що є причиною обертання ротора. Три котушки статора з'єднані з інтервалом 120 градусів, а провідник зі струмом генерує магнітні поля навколо них. Коли трифазне джерело живлення застосовується до цієї спеціальної схеми, магнітні поля змінюються в різних напрямках зі зміною змінного струму в певний момент часу, генеруючи магнітне поле з рівномірною інтенсивністю обертання. Швидкість обертання магнітного поля називається синхронною швидкістю. Припустимо, що замкнутий провідник розміщено всередину, згідно із законом Фарадея, оскільки магнітне поле є змінним, петля відчуває електрорушійну силу, яка генерує струм у петлі. Ця ситуація подібна до петлі зі струмом у магнітному полі, яка генерує електромагнітну силу на петлю, і Хуань Цзян починає обертатися. Використовуючи щось подібне до короткозамкненого ротора, трифазний змінний струм створює обертове магнітне поле через статор, і струм індукується в стрижні короткозамкненого ротора, замкненому кінцевим кільцем, тому ротор починає обертатися, тому двигун називається асинхронним двигуном. За допомогою електромагнітної індукції, а не безпосереднього підключення до ротора для індукції електрики, ізоляційні залізні пластівці заповнюють ротор, завдяки чому малий розмір заліза забезпечує мінімальні втрати на вихрові струми.
2) Синхронний двигун змінного струму
Ротор синхронного двигуна відрізняється від асинхронного двигуна. На роторі встановлено постійний магніт, який можна розділити на типи поверхневого монтажу та вбудовані. Ротор виготовлений з кремнієвого сталевого листа, а постійний магніт вбудований. Статор також підключений до змінного струму з різницею фаз 120, який контролює величину та фазу синусоїдального змінного струму, так що магнітне поле, що генерується статором, протилежне магнітному полю, що генерується ротором, і магнітне поле обертається. Таким чином, статор притягується магнітом і обертається разом з ротором. Цикл за циклом генерується поглинанням статора та ротора.
Висновок: Моторний привід для електромобілів по суті став мейнстрімом, але він не єдиний, а різноманітний. Кожна система моторного приводу має свій власний комплексний індекс. Кожна система застосовується в існуючому приводі електромобіля. Більшість з них є асинхронними двигунами та синхронними двигунами з постійними магнітами, тоді як деякі намагаються використовувати реактивні двигуни з перемиканням. Варто зазначити, що моторний привід інтегрує технології силової електроніки, мікроелектроніки, цифрові технології, технології автоматичного керування, матеріалознавство та інші дисципліни, щоб відобразити комплексні перспективи застосування та розвитку кількох дисциплін. Він є сильним конкурентом у сфері двигунів електромобілів. Щоб зайняти місце в майбутньому електромобілі, всі види двигунів повинні не лише оптимізувати структуру двигуна, але й постійно досліджувати інтелектуальні та цифрові аспекти системи керування.
Час публікації: 30 січня 2023 р.
