ساختار و طراحی یک وسیله نقلیه کاملاً برقی با یک وسیله نقلیه سنتی با موتور احتراق داخلی متفاوت است. همچنین یک مهندسی سیستم پیچیده است. برای دستیابی به یک فرآیند کنترل بهینه، نیاز به ادغام فناوری باتری قدرت، فناوری محرک موتور، فناوری خودرو و نظریه کنترل مدرن دارد. در طرح توسعه علم و فناوری وسایل نقلیه الکتریکی، کشور همچنان به طرح تحقیق و توسعه "سه عمودی و سه افقی" پایبند است و تحقیقات در مورد فناوری‌های کلیدی مشترک "سه افقی" را مطابق با استراتژی تحول فناوری "محرک الکتریکی خالص" برجسته‌تر می‌کند، یعنی تحقیق در مورد موتور محرک و سیستم کنترل آن، باتری قدرت و سیستم مدیریت آن و سیستم کنترل سیستم انتقال قدرت. هر تولیدکننده بزرگ، استراتژی توسعه تجاری خود را مطابق با استراتژی توسعه ملی تدوین می‌کند.
نویسنده، فناوری‌های کلیدی در فرآیند توسعه یک سیستم انتقال قدرت انرژی نو را دسته‌بندی می‌کند و مبنای نظری و مرجعی برای طراحی، آزمایش و تولید سیستم انتقال قدرت ارائه می‌دهد. این طرح به سه فصل تقسیم شده است تا فناوری‌های کلیدی نیروی محرکه الکتریکی در سیستم انتقال قدرت خودروهای الکتریکی خالص را تجزیه و تحلیل کند. امروز، ابتدا اصول و طبقه‌بندی فناوری‌های نیروی محرکه الکتریکی را معرفی خواهیم کرد.
شکل 1 پیوندهای کلیدی در توسعه سیستم انتقال قدرت
در حال حاضر، فناوری‌های کلیدی و اصلی سیستم انتقال قدرت خودروهای تمام الکتریکی شامل چهار دسته زیر است:
شکل 2 فناوری‌های کلیدی و اصلی سیستم انتقال قدرت
تعریف سیستم موتور محرک
با توجه به وضعیت باتری خودرو و الزامات توان خودرو، انرژی الکتریکی خروجی توسط دستگاه تولید توان ذخیره انرژی داخلی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود و انرژی از طریق دستگاه فرستنده به چرخ‌های محرک منتقل می‌شود و بخش‌هایی از انرژی مکانیکی خودرو به انرژی الکتریکی تبدیل شده و هنگام ترمز خودرو به دستگاه ذخیره انرژی بازگردانده می‌شود. سیستم محرک الکتریکی شامل موتور، مکانیزم انتقال قدرت، کنترل‌کننده موتور و سایر اجزا است. طراحی پارامترهای فنی سیستم محرک انرژی الکتریکی عمدتاً شامل توان، گشتاور، سرعت، ولتاژ، نسبت انتقال کاهنده، ظرفیت منبع تغذیه، توان خروجی، ولتاژ، جریان و غیره است.
۱) کنترل‌کننده موتور
همچنین اینورتر نامیده می‌شود، ورودی جریان مستقیم توسط باتری برق را به جریان متناوب تبدیل می‌کند. اجزای اصلی:
◎ IGBT: سوئیچ الکترونیک قدرت، اصل: از طریق کنترلر، بازوی پل IGBT را برای بستن یک فرکانس خاص و سوئیچ توالی برای تولید جریان متناوب سه فاز کنترل کنید. با کنترل بسته شدن سوئیچ الکترونیک قدرت، ولتاژ متناوب می‌تواند تبدیل شود. سپس با کنترل چرخه کار، ولتاژ AC تولید می‌شود.
◎ خازن فیلم: عملکرد فیلتر؛ سنسور جریان: تشخیص جریان سیم‌پیچ سه فاز.
۲) مدار کنترل و راه اندازی: برد کنترل کامپیوتری، راه اندازی IGBT
نقش کنترل‌کننده موتور تبدیل DC به AC، دریافت هر سیگنال و تولید توان و گشتاور مربوطه است. اجزای اصلی: سوئیچ الکترونیک قدرت، خازن فیلم، حسگر جریان، مدار درایو کنترل برای باز کردن سوئیچ‌های مختلف، تشکیل جریان در جهات مختلف و تولید ولتاژ متناوب. بنابراین، می‌توانیم جریان متناوب سینوسی را به مستطیل‌هایی تقسیم کنیم. مساحت مستطیل‌ها به ولتاژی با ارتفاع یکسان تبدیل می‌شود. محور x با کنترل چرخه وظیفه، کنترل طول را انجام می‌دهد و در نهایت تبدیل معادل مساحت را انجام می‌دهد. به این ترتیب، می‌توان توان DC را کنترل کرد تا بازوی پل IGBT در فرکانس خاصی بسته شود و از طریق کنترل‌کننده، سوئیچ توالی برای تولید توان AC سه فاز انجام شود.
در حال حاضر، اجزای کلیدی مدار درایو به واردات متکی هستند: خازن‌ها، لامپ‌های سوئیچ IGBT/MOSFET، DSP، تراشه‌های الکترونیکی و مدارهای مجتمع که می‌توانند به طور مستقل تولید شوند اما ظرفیت ضعیفی دارند: مدارهای ویژه، حسگرها، کانکتورها که می‌توانند به طور مستقل تولید شوند: منابع تغذیه، دیودها، سلف‌ها، بردهای مدار چند لایه، سیم‌های عایق‌دار، رادیاتورها.
۳) موتور: جریان متناوب سه فاز را به ماشین آلات تبدیل کنید
◎ ساختار: پوشش‌های جلویی و عقبی، پوسته‌ها، شفت‌ها و یاتاقان‌ها
◎ مدار مغناطیسی: هسته استاتور، هسته روتور
◎ مدار: سیم پیچ استاتور، هادی روتور
۴) دستگاه فرستنده
گیربکس یا کاهنده، گشتاور، سرعت و گشتاور خروجی موتور را به سرعت و گشتاور مورد نیاز کل وسیله نقلیه تبدیل می‌کند.
نوع موتور محرک
موتورهای محرک به چهار دسته زیر تقسیم می‌شوند. در حال حاضر، موتورهای القایی AC و موتورهای سنکرون آهنربای دائم رایج‌ترین انواع وسایل نقلیه الکتریکی انرژی نو هستند. بنابراین ما بر فناوری موتور القایی AC و موتور سنکرون آهنربای دائم تمرکز می‌کنیم.
| موتور دی سی | موتور القایی AC | موتور سنکرون آهنربای دائم | موتور رلوکتانس سوئیچ شونده | |
| مزیت | هزینه کمتر، الزامات کم سیستم کنترل | هزینه کم، پوشش گسترده برق، فناوری کنترل توسعه‌یافته، قابلیت اطمینان بالا | چگالی توان بالا، راندمان بالا، اندازه کوچک | ساختار ساده، الزامات کم سیستم کنترل |
| نقطه ضعف | نیاز به نگهداری بالا، سرعت پایین، گشتاور کم، طول عمر کوتاه | مساحت کم، چگالی توان پایین | هزینه بالا، سازگاری ضعیف با محیط زیست | نوسان زیاد گشتاور، صدای زیاد در حین کار |
| کاربرد | وسیله نقلیه الکتریکی کوچک یا مینی کم سرعت | خودروهای تجاری برقی و خودروهای سواری | خودروهای تجاری برقی و خودروهای سواری | خودروی ترکیبی |
۱) موتور القایی AC آسنکرون
اصل کار یک موتور القایی آسنکرون AC این است که سیم‌پیچ از شیار استاتور و روتور عبور می‌کند: این سیم‌پیچ توسط ورق‌های فولادی نازک با رسانایی مغناطیسی بالا انباشته شده است. برق سه فاز از سیم‌پیچ عبور می‌کند. طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، یک میدان مغناطیسی دوار تولید می‌شود که دلیل چرخش روتور است. سه سیم‌پیچ استاتور در فاصله ۱۲۰ درجه به هم متصل شده‌اند و هادی حامل جریان، میدان‌های مغناطیسی را در اطراف آنها تولید می‌کند. هنگامی که منبع تغذیه سه فاز به این چیدمان خاص اعمال می‌شود، میدان‌های مغناطیسی با تغییر جریان متناوب در یک زمان خاص در جهات مختلف تغییر می‌کنند و یک میدان مغناطیسی با شدت چرخش یکنواخت ایجاد می‌کنند. سرعت چرخش میدان مغناطیسی، سرعت سنکرون نامیده می‌شود. فرض کنید یک هادی بسته طبق قانون فارادی در داخل قرار داده شده باشد، زیرا میدان مغناطیسی متغیر است، حلقه نیروی محرکه الکتریکی را حس می‌کند که باعث ایجاد جریان در حلقه می‌شود. این وضعیت درست مانند حلقه حامل جریان در میدان مغناطیسی است که نیروی الکترومغناطیسی را روی حلقه ایجاد می‌کند و هوان جیانگ شروع به چرخش می‌کند. با استفاده از چیزی شبیه به قفس سنجابی، یک جریان متناوب سه فاز، یک میدان مغناطیسی دوار را از طریق استاتور تولید می‌کند و جریان در میله قفس سنجابی که توسط حلقه انتهایی اتصال کوتاه شده است، القا می‌شود، بنابراین روتور شروع به چرخش می‌کند، به همین دلیل است که این موتور، موتور القایی نامیده می‌شود. با کمک القای الکترومغناطیسی به جای اتصال مستقیم به روتور برای القای برق، پوسته‌های هسته آهنی عایق در روتور پر می‌شوند، به طوری که آهن با اندازه کوچک، حداقل تلفات جریان گردابی را تضمین می‌کند.
۲) موتور سنکرون AC
روتور موتور سنکرون با روتور موتور آسنکرون متفاوت است. آهنربای دائمی روی روتور نصب شده است که می‌توان آن را به نوع نصب شده روی سطح و نوع تعبیه شده تقسیم کرد. روتور از ورق فولاد سیلیکونی ساخته شده است و آهنربای دائمی تعبیه شده است. استاتور نیز به یک جریان متناوب با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه متصل است که اندازه و فاز موج سینوسی جریان متناوب را کنترل می‌کند، به طوری که میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور مخالف میدان تولید شده توسط روتور است و میدان مغناطیسی در حال چرخش است. به این ترتیب، استاتور توسط یک آهنربا جذب می‌شود و با روتور می‌چرخد. چرخه به چرخه توسط جذب استاتور و روتور تولید می‌شود.
نتیجه‌گیری: درایو موتور برای وسایل نقلیه الکتریکی اساساً به جریان اصلی تبدیل شده است، اما نه به صورت واحد، بلکه متنوع. هر سیستم درایو موتور، شاخص جامع خود را دارد. هر سیستم در درایو وسایل نقلیه الکتریکی موجود اعمال می‌شود. اکثر آنها موتورهای آسنکرون و موتورهای سنکرون آهنربای دائم هستند، در حالی که برخی سعی در تعویض موتورهای رلوکتانسی دارند. شایان ذکر است که درایو موتور، فناوری الکترونیک قدرت، فناوری میکروالکترونیک، فناوری دیجیتال، فناوری کنترل خودکار، علم مواد و سایر رشته‌ها را ادغام می‌کند تا منعکس کننده کاربرد جامع و چشم‌انداز توسعه رشته‌های مختلف باشد. این یک رقیب قوی در موتورهای وسایل نقلیه الکتریکی است. برای اینکه جایگاهی در وسایل نقلیه الکتریکی آینده داشته باشند، انواع موتورها نه تنها باید ساختار موتور را بهینه کنند، بلکه باید به طور مداوم جنبه‌های هوشمند و دیجیتال سیستم کنترل را نیز بررسی کنند.
زمان ارسال: 30 ژانویه 2023
