Типы двигателей, используемых в электромобилях


Электромобили не являются чем-то новым для этого мира, но технологический прогресс и повышенное внимание к контролю загрязнения придали им марку мобильности будущего. Основным элементом электромобиля, помимо аккумуляторов для электромобилей, который заменяет двигатели внутреннего сгорания, является электродвигатель. Быстрое развитие силовой электроники и технологий управления создало пространство для использования различных типов электродвигателей в электромобилях. Электродвигатели, используемые в автомобилях, должны иметь такие характеристики, как высокий пусковой момент, высокая удельная мощность, хороший КПД и т. д.

Типы двигателей, используемых в электромобилях

Различные типы электродвигателей, используемых в электромобилях

  1. Двигатели постоянного тока (DC Series Motor).
  2. Бесщеточный двигатель постоянного тока (Brushless DC Motor, BLDC).
  3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)
  4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока (Three Phase AC Induction Motors).
  5. Реактивные двигатели с переключателем (Switched Reluctance Motors,SRM).

Рассмотрим каждый из типов двигателей более подробно.

1. Двигатель постоянного тока

Высокий пусковой момент двигателя постоянного делает его подходящим вариантом для тягового применения. Это был наиболее широко используемый двигатель для тяги в начале 1900-х годов. Преимуществами этого двигателя являются простота регулирования скорости, а также способность выдерживать резкое увеличение нагрузки. Все эти характеристики делают его идеальным тяговым двигателем. Основным недостатком двигателей постоянного тока является высокий уровень обслуживания из-за наличия щеток и коллекторов. Эти двигатели широко используются на железных дорогах. Этот двигатель относится к категории коллекторных двигателей постоянного тока.

2. Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC)

Они похожи на двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. Они называются бесщеточными поскольку не имеют коллектора и щеточного устройства. В этом двигателе коммутация осуществляется электронным образом, поэтому двигатели BLDC не требуют технического обслуживания. Двигатели BLDC обладают тяговыми характеристиками, такими как высокий пусковой момент, высокий КПД около 95-98% и т. д. Двигатели BLDC подходят для проектирования с высокой плотностью мощности. Двигатели BLDC являются наиболее предпочтительными двигателями для электромобилей благодаря своим тяговым характеристикам. Также BLDC широко применяются в дронах благодаря их высокой удельной мощности. На нашем сайте вы можете прочитать статью о подключении бесколлекторного электродвигателя постоянного тока (BLDC) к Arduino.

Двигатели BLDC также бывают двух типов:

1. Внешний BLDC двигатель (Out-runner type BLDC Motor)

В этом типе ротор двигателя находится снаружи, а статор — внутри. Его также называют мотор-концентратором, потому что колесо напрямую соединено с внешним ротором. Этот тип двигателей не требует внешней системы передач. В некоторых случаях сам двигатель имеет встроенные планетарные передачи. Этот двигатель делает автомобиль менее громоздким, поскольку для него не требуется никакой системы передач. Это также исключает пространство, необходимое для установки двигателя. Этот двигатель широко предпочитают производители электрических велосипедов, такие как Hullikal, Tronx, Spero, легкоскоростные велосипеды и т. д. Он также используется производителями двухколесных транспортных средств, такими как 22 Motors, NDS Eco Motors и т. д.

Колесо с внешним BLDC двигателем Внешний BLDC двигатель от Bosch, установленный на электромопед компании 22 Motors

2. Внутренний BLDC двигатель (In-runner type BLDC Motor)

В этом типе ротор двигателя находится внутри, а статор снаружи, как у обычных двигателей. Для этих двигателей требуется внешняя система трансмиссии для передачи мощности на колеса. Многие производители трехколесных транспортных средств, такие как Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive, используют подобные двигатели BLDC. Их также используют производители скутеров малой и средней мощности.

Внутренний BLDC двигатель BLDC двигатель In-runner, используемый в скутере Ather

Именно по этим причинам этот двигатель широко предпочтителен для электромобилей. Главный недостаток – высокая стоимость из-за постоянных магнитов. Перегрузка двигателя сверх определенного предела сокращает срок службы постоянных магнитов из-за тепловых условий.

3. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)

Этот двигатель также похож на двигатель BLDC с постоянными магнитами на роторе. Подобно двигателям BLDC, эти двигатели также обладают хорошими тяговыми характеристиками, такими как высокая удельная мощность и высокий КПД. Разница в том, что PMSM имеет синусоидальную противо-ЭДС, тогда как BLDC имеет трапецеидальную противо-ЭДС. Синхронные двигатели с постоянными магнитами доступны для более высоких номинальных мощностей. PMSM — лучший выбор для высокопроизводительных устройств, таких как автомобили и автобусы. Несмотря на высокую стоимость, PMSM составляет жесткую конкуренцию асинхронным двигателям из-за более высокого КПД, чем у последних. PMSM также дороже, чем двигатели BLDC. Большинство производителей автомобилей используют двигатели PMSM для своих гибридных и электромобилей . Например, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, мотоциклы S/SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3 и т. д. используют двигатель PMSM для приведения в движение.

PMSM двигатель автомобиля Toyota Prius 2004 г.в.

4. Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока

Асинхронные двигатели не имеют высокого пускового момента, как двигатели постоянного тока, работающие при фиксированном напряжении и фиксированной частоте. Но эту характеристику можно изменить, используя различные методы управления, такие как методы FOC или v/f. Благодаря использованию этих методов управления при запуске двигателя достигается максимальный крутящий момент, подходящий для тягового применения. Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют длительный срок службы из-за меньшего обслуживания. Асинхронные двигатели могут быть спроектированы с КПД 92-95%. Недостаток асинхронного двигателя состоит в том, что для него требуется сложная инверторная схема и управление двигателем затруднено.

Конструкция асинхронного двигателя переменного тока

Характеристики трехфазного асинхронного двигателя

Характеристики трехфазного асинхронного двигателя с управлением, ориентированным по потоку

В двигателях с постоянными магнитами магниты вносят вклад в плотность потока B. Следовательно, регулировать значение B в асинхронных двигателях проще по сравнению с двигателями с постоянными магнитами. Это связано с тем, что в асинхронных двигателях значение B можно регулировать, изменяя напряжение и частоту (V/f) в зависимости от требований к крутящему моменту. Это помогает снизить потери, что, в свою очередь, повышает эффективность.

Tesla Model S — лучший пример, доказывающий высокую производительность асинхронных двигателей по сравнению с аналогами. Выбрав асинхронные двигатели, Тесла, возможно, хотела устранить зависимость от постоянных магнитов. Даже Mahindra Reva e2o использует для движения трехфазный асинхронный двигатель. Крупные производители автомобилей, такие как TATA Motors, планируют использовать асинхронные двигатели в своих автомобилях и автобусах. Производитель двухколесных транспортных средств TVS Motors выпустит электрический скутер, в приводе которого используется асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели являются предпочтительным выбором для электромобилей, ориентированных на производительность, из-за их низкой стоимости. Еще одним преимуществом является то, что он может выдерживать суровые условия окружающей среды. Благодаря этим преимуществам индийские железные дороги начали заменять двигатели постоянного тока асинхронными двигателями переменного тока.

5. Реактивные двигатели с переключателем (SRM)

Реактивные двигатели с переключаемым сопротивлением — это категория двигателей с переменным сопротивлением. Реактивные двигатели просты по конструкции и надежны. Ротор SRM представляет собой кусок ламинированной стали без обмоток и постоянных магнитов. Это уменьшает инерцию ротора, что способствует более высокому ускорению. Надежность SRM делает его пригодным для высокоскоростного применения. SRM также обеспечивает высокую удельную мощность, которая является некоторыми обязательными характеристиками электромобилей. Поскольку выделяемое тепло в основном ограничивается статором, двигатель легче охлаждать. Самым большим недостатком СРМ является сложность управления и увеличение сложности схемы включения. Также есть некоторые проблемы с шумом. Как только SRM выйдет на коммерческий рынок, в будущем он сможет заменить двигатели с постоянными магнитами и асинхронными двигателями.

Реактивные двигатели с переключателем (SRM)

Рекомендации по выбору подходящего двигателя для вашего электромобиля

Для выбора подходящих двигателей для электромобилей необходимо сначала составить список требований к характеристикам, которым должно соответствовать транспортное средство, условий эксплуатации и связанных с этим затрат. Например, для картингов и двухколесных транспортных средств, для которых требуется меньшая производительность (в основном менее 3 кВт) при низкой стоимости, хорошо использовать двигатели BLDC Hub. Для трехколесных и двухколесных транспортных средств также хорошо выбирать двигатели BLDC с внешней системой передач или без нее. Для применений с высокой мощностью, таких как высокопроизводительные двухколесные транспортные средства, легковые автомобили, автобусы и грузовики, идеальным выбором будут двигатели с постоянными магнитами или асинхронные двигатели. Как только синхронный реактивный двигатель и вентильный реактивный двигатель станут экономически эффективными по сравнению с двигателями с постоянными магнитами или асинхронными двигателями, появится больше вариантов типов двигателей для применения в электромобилях.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
16 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *