Μαθήματα:
- Εισαγωγή
- Ηλεκτρικός κινητήρας AC (σύγχρονος, με μόνιμους μαγνήτες)
- Έλεγχος AC του σύγχρονου κινητήρα
- Ηλεκτρικός κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος (ασύγχρονος κινητήρας κλωβού σκίουρου)
- Χάρτης απόδοσης σύγχρονου και ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα
Εισαγωγή:
Ένας ηλεκτροκινητήρας χρησιμοποιείται για την οδήγηση ενός υβριδικού ή πλήρως ηλεκτρικού οχήματος. Ο ηλεκτροκινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια (από την μπαταρία ή την επέκταση εμβέλειας) σε κίνηση για την κίνηση των τροχών. Επιπλέον, ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί επίσης να μετατρέψει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια κατά το φρενάρισμα του κινητήρα: αναγεννητική πέδηση. Σε αυτή την περίπτωση, ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί ως δυναμό. Λόγω αυτών των δύο λειτουργιών, ονομάζουμε επίσης τον ηλεκτροκινητήρα «ηλεκτρική μηχανή».
Οι επιλογές για την τοποθέτηση του ηλεκτροκινητήρα σε ένα υβριδικό όχημα είναι:
- Στον κινητήρα εσωτερικής καύσης, όπου η μετάδοση επιτυγχάνεται μέσω ενός πολλαπλού ιμάντα ή απευθείας μέσω του στροφαλοφόρου άξονα.
- Μεταξύ κινητήρα και κιβωτίου ταχυτήτων: ο άξονας εισόδου του κιβωτίου ταχυτήτων κινείται από τον ηλεκτροκινητήρα.
- Ενσωματωμένο στο κιβώτιο ταχυτήτων.
- Στο διαφορικό?
- Στις πλήμνες των τροχών (μοτέρ πλήμνης).
Ο ηλεκτροκινητήρας ενός πλήρως ηλεκτρικού αυτοκινήτου είναι συχνά τοποθετημένος στον πίσω άξονα. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τον ηλεκτροκινητήρα με τον μετατροπέα σε κυλινδρικό περίβλημα και τελική κίνηση ενός Tesla.
Ηλεκτρικός κινητήρας AC (σύγχρονος, με μόνιμους μαγνήτες):
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τα μέρη ενός (σύγχρονου) ηλεκτροκινητήρα Audi. Αυτός ο τύπος χρησιμοποιείται στις υβριδικές παραλλαγές των A6 και A8. Θα απαριθμήσουμε εν συντομία τα εξαρτήματα. Αυτά τα εξαρτήματα περιγράφονται λεπτομερώς στις ακόλουθες παραγράφους.
Ο ρότορας με μόνιμους μαγνήτες θα αρχίσει να περιστρέφεται ως αποτέλεσμα μιας αλλαγής στο μαγνητικό πεδίο στον στάτορα. Ο ρότορας συνδέεται με τον συμπλέκτη, ο οποίος μπορεί να συνδέσει ή να αποσυνδέσει τον κινητήρα εσωτερικής καύσης και τον ηλεκτροκινητήρα (σε συνδυασμό με έναν συμπλέκτη (δεν φαίνεται)) σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Η θέση του ρότορα καθορίζεται από το διαλύων μετρημένα: αυτά τα δεδομένα είναι σημαντικά για τους οδηγούς IGBT για τον έλεγχο των πηνίων του στάτορα τη σωστή στιγμή.
Ο ηλεκτροκινητήρας με μόνιμους μαγνήτες μπορεί να ελεγχθεί τόσο με συνεχή τάση (άμεση τάση) όσο και με εναλλασσόμενο ρεύμα (εναλλασσόμενη τάση).
Ο σύγχρονος κινητήρας είναι ένας από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους ηλεκτροκινητήρες σε υβριδικά ή πλήρως ηλεκτρικά οχήματα. Αυτός ο τύπος ηλεκτροκινητήρα αποτελείται από έναν στάτορα με περιελίξεις και έναν ρότορα με πολλούς μόνιμους μαγνήτες. Ο ρότορας περιστρέφεται με την ίδια ταχύτητα με το μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Ο σύγχρονος κινητήρας μπορεί να ελεγχθεί ως εξής:
- AC: ελέγχεται από ένα ημιτονοειδές σήμα (εναλλασσόμενο ρεύμα).
- DC: ελέγχεται με τετράγωνο ή τραπεζοειδές σήμα (συνεχές ρεύμα)
Ο στάτορας του σύγχρονου κινητήρα αποτελείται από τρεις ομάδες πηνίου στάτορα: U, V και W. Κάθε ομάδα περιέχει τρία σετ από έξι πηνία συνδεδεμένα παράλληλα, τα οποία είναι κατανεμημένα σε ολόκληρη την περιφέρεια του στάτορα. Κάθε τρίτο πηνίο ανήκει στην ίδια σειρά.
- Πηνία U: μπλε
- Πηνία V: πράσινο
- W πηνία: κόκκινο
Ο ρότορας περιέχει αρκετούς μόνιμους μαγνήτες. Με την εναλλασσόμενη ενεργοποίηση των πηνίων στον στάτορα, δημιουργείται ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Ο ρότορας ακολουθεί το περιστρεφόμενο πεδίο και επομένως περιστρέφεται.
Έλεγχος AC του σύγχρονου κινητήρα:
Ο έλεγχος AC χρησιμοποιεί έλεγχο ελεγχόμενης συχνότητας ή ημιτονοειδή εναλλαγή. Τα πηνία στάτορα τροφοδοτούνται με μια εναλλασσόμενη τριφασική τάση ημιτονοειδούς κύματος για την περιστροφή του ρότορα.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τη θέση του ρότορα με ένα μέγιστο διεγερμένο πηνίο U. Ως αποτέλεσμα του μαγνητικού πεδίου, οι βόρειοι πόλοι έχουν τοποθετηθεί ακριβώς απέναντι από τα ενεργοποιημένα πηνία U. Ο κέρσορας στο γράφημα δίπλα στον ηλεκτροκινητήρα δείχνει τον έλεγχο των πηνίων εκείνη τη στιγμή.
Για ενημέρωσή σας: ο ρότορας στην εξήγηση περιστρέφεται κατά τον έλεγχο των πηνίων του στάτορα ρεχτσομ.
Στην παρακάτω εικόνα, το ημιτονοειδές κύμα, δηλαδή το εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω του πηνίου U, είναι μέγιστο αρνητικό. Κατά τη διάρκεια αυτού του ελέγχου, οι νότιοι πόλοι του ρότορα είναι ακριβώς απέναντι από τα ενεργοποιημένα πηνία στάτορα (U).
Υπάρχει στην πραγματικότητα ένα μικρό διάκενο αέρα μεταξύ του βόρειου και του νότιου πόλου του ρότορα. Κατά τη διάρκεια της αλλαγής από το νότιο στον βόρειο πόλο, η κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο U αλλάζει. Περαιτέρω:
- Το ρεύμα μέσω του πηνίου V (πράσινο) είναι σχεδόν στο μέγιστο θετικό. ο βόρειος πόλος είναι επίσης σχεδόν απέναντι από το πηνίο.
- Το ρεύμα μέσω του πηνίου W ήταν στο μέγιστο αρνητικό και αυξάνεται. Ο νότιος πόλος έχει περιστραφεί πέρα από το πηνίο.
Για να δώσετε μια εντύπωση για το πώς ρέει το ρεύμα, η παρακάτω κινούμενη εικόνα δείχνει την περιστροφή του ρότορα λόγω του εναλλασσόμενου ρεύματος.
Ηλεκτρικός κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος (ασύγχρονος κινητήρας κλωβού σκίουρου):
Ο ηλεκτροκινητήρας του σκίουρου ή του οπλισμού βραχυκυκλώματος είναι ένας ασύγχρονος κινητήρας. Η διαφορά μεταξύ του σύγχρονου κινητήρα με μόνιμους μαγνήτες και του ασύγχρονου κινητήρα βρίσκεται στον ρότορα: πρόκειται για ένα μαλακό σιδερένιο τύμπανο με αγωγούς στη διαμήκη κατεύθυνση. Ο ρότορας λειτουργεί ασύγχρονα με τον στάτορα, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει διαφορά ταχύτητας μεταξύ του ρότορα και της μαγνητικής ταχύτητας του στάτορα. Ο στάτορας είναι ακριβώς ο ίδιος.
Ο ρότορας του ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα αποτελείται από βραχυκυκλωμένα πηνία. τα πηνία U, V και W συνδέονται μεταξύ τους στη μία πλευρά. Όταν ο ρότορας βρίσκεται στο περιστρεφόμενο πεδίο του στάτη, δημιουργείται μια τάση επαγωγής στα πηνία του ρότορα. Επειδή τα πηνία του ρότορα είναι βραχυκυκλωμένα μεταξύ τους, ένα ρεύμα ρέει μέσα από αυτά. Αυτό το ρεύμα αναγκάζει τον ρότορα να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο, δημιουργώντας μια ροπή. Επειδή η λειτουργία του ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα βασίζεται στον νόμο της επαγωγής, τον ονομάζουμε και επαγωγικό κινητήρα.
Η παραδοθείσα ροπή επηρεάζει την ολίσθηση μεταξύ του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου στον στάτορα και της ταχύτητας του ρότορα.
Ο ασύγχρονος κινητήρας έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα σε σύγκριση με τον σύγχρονο κινητήρα.
Πλεονεκτήματα:
- σχετικά απλός, στιβαρός και φθηνός ρότορας.
- υψηλή ροπή σε χαμηλή ταχύτητα.
Μειονεκτήματα:
- χαμηλότερη πυκνότητα ισχύος (ανά μάζα) και απόδοση (απόδοση). Τα ρεύματα στα βραχυκυκλωμένα πηνία ρότορα προκαλούν πρόσθετες απώλειες ρότορα.
- Η ταχύτητα δεν μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια γιατί εξαρτάται από το φορτίο. Αυτό από μόνο του δεν χρειάζεται να είναι μειονέκτημα: με ένα καλό σύστημα ελέγχου η ταχύτητα του ασύγχρονου κινητήρα μπορεί επίσης να ρυθμιστεί.
- υψηλό ρεύμα εκκίνησης.
Η θέση του ρότορα και η ταχύτητα του ασύγχρονου κινητήρα μετρώνται με α αισθητήρας θέσης ρότορα. Οι αισθητήρες Hall συχνά παρέχουν τουλάχιστον τέσσερις παλμούς ανά περιστροφή του ρότορα για τη μετάδοση της θέσης και της ταχύτητας του ρότορα. Αυτός ο τύπος αισθητήρα θέσης ρότορα δεν ονομάζουμε αναλυτή, όπως συμβαίνει με τον σύγχρονο κινητήρα.
Σε αντίθεση με τον σύγχρονο κινητήρα, ο αισθητήρας θέσης ρότορα δεν είναι απαραίτητος για να γνωρίζει τη θέση του ρότορα σε στάση. Η θέση του ρότορα είναι σημαντική κατά την περιστροφή: πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε να διασφαλιστεί ότι η ολίσθηση μεταξύ του μαγνητικού περιστρεφόμενου πεδίου και του ρότορα δεν θα γίνει πολύ μεγάλη. Όταν το περιστρεφόμενο πεδίο κινείται πολύ γρήγορα, μπορεί να προκύψει μια κατάσταση όπου ο ρότορας θέλει ξαφνικά να στρίψει προς την άλλη κατεύθυνση. Οι δυνάμεις που προκύπτουν μπορεί να είναι καταστροφικές για τα μηχανικά και ηλεκτρικά εξαρτήματα.
Ορισμένοι κατασκευαστές επιλέγουν επίσης να χρησιμοποιούν έναν ασύγχρονο κινητήρα διαλύων εφαρμόζοντας. Ο λόγος μου είναι άγνωστος. Σε κάθε περίπτωση, ο αναλυτής είναι εξαιρετικά ακριβής τόσο όταν στέκεται ακίνητος όσο και ενώ λειτουργεί, κάτι που μπορεί να ωφελήσει τον ακριβή έλεγχο.
Χάρτης απόδοσης σύγχρονου και ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα:
Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν την απόδοση του σύγχρονου ηλεκτροκινητήρα (αριστερά) και του ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα (δεξιά).
- Ο σύγχρονος ηλεκτροκινητήρας είναι πολύ αποδοτικός. Η απόδοση είναι πάνω από 90% σε μεγάλη περιοχή, με μέγιστες τιμές έως και 96%. Από τις 2000 σ.α.λ., εμφανίζεται εξασθένηση του πεδίου, με αποτέλεσμα τη μείωση της μέγιστης ροπής.
- Ο ασύγχρονος κινητήρας έχει σημαντικά χαμηλότερη απόδοση από τον σύγχρονο κινητήρα σε χαμηλότερες ταχύτητες.
Σχετικές σελίδες:
