Temos:
- Įvadas
- Kintamosios srovės elektros variklis (sinchroninis, su nuolatiniais magnetais)
- Sinchroninio variklio kintamosios srovės valdymas
- Kintamosios srovės elektros variklis (asinchroninis, voverės narvelio variklis)
- Sinchroninio ir asinchroninio elektros variklio efektyvumo žemėlapis
Įvadas:
Elektros variklis naudojamas hibridinei arba visiškai elektrinei transporto priemonei vairuoti. Elektros variklis paverčia elektros energiją (iš akumuliatoriaus arba nuotolio ilgintuvo) į judesį, kad varytų ratus. Be to, stabdant variklį, elektros variklis kinetinę energiją taip pat gali paversti elektros energija: regeneracinis stabdymas. Tokiu atveju elektros variklis veikia kaip dinamo variklis. Dėl šių dviejų funkcijų elektros variklį taip pat vadiname „elektrine mašina“.
Elektros variklio įdėjimo į hibridinę transporto priemonę parinktys yra šios:
- Degimo variklyje, kai transmisija pasiekiama naudojant daugiasluoksnį diržą arba tiesiogiai per alkūninį veleną;
- Tarp variklio ir pavarų dėžės: pavarų dėžės įėjimo veleną varo elektros variklis;
- Integruotas į greičių dėžę;
- Ant diferencialo;
- Prie ratų stebulių (stebulės variklis).
Visiškai elektra varomo automobilio elektros variklis dažnai montuojamas prie galinės ašies. Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas elektros variklis su keitikliu cilindriniame korpuse ir galutine Tesla pavara.
Kintamosios srovės elektros variklis (sinchroninis, su nuolatiniais magnetais):
Toliau pateiktame paveikslėlyje pavaizduotos „Audi“ (sinchroninio) elektros variklio dalys. Šis tipas naudojamas hibridiniuose A6 ir A8 variantuose. Trumpai išvardinsime komponentus. Šie komponentai išsamiai aprašyti tolesnėse pastraipose.
Rotorius su nuolatiniais magnetais pradės suktis dėl statoriaus magnetinio lauko pasikeitimo. Rotorius yra prijungtas prie sankabos, kuri gali sujungti arba atjungti vidaus degimo variklį ir elektros variklį (kartu su sankaba (neparodyta)) skirtingomis darbo sąlygomis. Rotoriaus padėtis nustatoma pagal Resolverio išmatuotas: šie duomenys yra svarbūs IGBT tvarkykles, kad galėtų tinkamu laiku valdyti statoriaus rites.
Elektros variklis su nuolatiniais magnetais gali būti valdomas tiek DC (nuolatinė įtampa), tiek kintamoji įtampa (kintamoji įtampa).
Sinchroninis variklis yra vienas dažniausiai naudojamų elektros variklių hibridinėse arba visiškai elektrinėse transporto priemonėse. Šio tipo elektros varikliai susideda iš statoriaus su apvijomis ir rotoriaus su keliais nuolatiniais magnetais. Rotorius sukasi tokiu pat greičiu kaip ir statoriaus magnetinis laukas. Sinchroninį variklį galima valdyti taip:
- AC: valdomas sinusoidiniu signalu (kintamoji srovė).
- DC: valdomas kvadratiniu arba trapecijos formos signalu (nuolatinė srovė)
Sinchroninio variklio statorius sudarytas iš trijų statoriaus ritių grupių: U, V ir W. Kiekvienoje grupėje yra trys lygiagrečiai sujungtų šešių ritių rinkiniai, paskirstyti per visą statoriaus perimetrą. Kas trečia ritė priklauso tai pačiai serijai.
- U formos ritės: mėlyna
- V formos ritės: žalia
- W ritės: raudonos
Rotoriuje yra keli nuolatiniai magnetai. Statoriuje pakaitomis įjungiant ritinius, sukuriamas besisukantis magnetinis laukas. Rotorius seka besisukantį lauką ir todėl sukasi.
Sinchroninio variklio kintamosios srovės valdymas:
Kintamosios srovės valdiklis naudoja dažnio valdymą arba sinusoidinį komutavimą. Statoriaus ritėms tiekiama kintamoji trifazė sinusinės bangos įtampa, skirta sukti rotorių.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodyta rotoriaus padėtis su maksimaliai sužadinta U formos ritė. Dėl magnetinio lauko šiaurės ašigaliai atsidūrė tiesiai priešais įjungtas U formos rites. Grafike šalia elektros variklio esantis žymeklis rodo ritių valdymą tuo momentu.
Jūsų žinioms: paaiškinime esantis rotorius sukasi valdant statoriaus rites rectsom.
Toliau pateiktame paveikslėlyje sinusinė banga, ty kintamoji srovė per U ritę, yra maksimaliai neigiama. Šio valdymo metu pietiniai rotoriaus poliai yra tiesiai priešais maitinamas (U) statoriaus rites.
Iš tikrųjų tarp šiaurinio ir pietinio rotoriaus polių yra nedidelis oro tarpas. Keičiant iš pietų į šiaurės ašigalį, pasikeičia srovės kryptis U formos ritėje. Toliau:
- Srovė per V formos ritę (žalia) yra beveik maksimali teigiama; šiaurės ašigalis taip pat yra beveik priešais ritę.
- Srovė per W ritę buvo maksimaliai neigiama ir didėja. Pietų ašigalis pasisuko už ritės.
Norėdami susidaryti įspūdį, kaip teka srovė, žemiau esančioje animacijoje parodytas rotoriaus sukimasis dėl kintamosios srovės.
Kintamosios srovės elektros variklis (asinchroninis, voverės narvelio variklis):
Voverės narvelis arba trumpojo jungimo armatūros elektros variklis yra asinchroninis variklis. Skirtumas tarp sinchroninio variklio su nuolatiniais magnetais ir asinchroninio variklio yra rotoriuje: tai minkštas geležinis būgnas su laidininkais išilgine kryptimi. Rotorius veikia asinchroniškai su statoriumi, o tai reiškia, kad yra greičio skirtumas tarp rotoriaus ir statoriaus magnetinio greičio. Statorius lygiai toks pat.
Asinchroninio elektros variklio rotorius susideda iš trumpojo jungimo ritių; U, V ir W ritės yra sujungtos viena su kita vienoje pusėje. Kai rotorius yra statoriaus sukimosi lauke, rotoriaus ritėse sukuriama indukcinė įtampa. Kadangi rotoriaus ritės yra trumpai sujungtos viena su kita, per jas teka srovė. Dėl šios srovės rotorius sukuria magnetinį lauką ir sukuria sukimo momentą. Kadangi asinchroninio elektros variklio veikimas pagrįstas indukcijos dėsniu, jį dar vadiname asinchroniniu varikliu.
Pateikiamas sukimo momentas turi įtakos slydimui tarp besisukančio magnetinio lauko statoriuje ir rotoriaus greičio.
Asinchroninis variklis turi daug privalumų ir trūkumų, palyginti su sinchroniniu varikliu.
Privalumai:
- palyginti paprastas, tvirtas ir nebrangus rotorius;
- didelis sukimo momentas esant mažam greičiui.
Suvart:
- mažesnis galios tankis (vienai masei) ir efektyvumas (efektyvumas). Dėl trumpojo jungimo rotoriaus ritių srovės atsiranda papildomų rotoriaus nuostolių;
- greičio negalima tiksliai valdyti, nes jis priklauso nuo apkrovos. Pats savaime tai neturi būti trūkumas: su gera valdymo sistema taip pat galima reguliuoti asinchroninio variklio greitį;
- didelė paleidimo srovė.
Asinchroninio variklio rotoriaus padėtis ir greitis matuojami a rotoriaus padėties jutiklis. Holo jutikliai dažnai suteikia mažiausiai keturis impulsus vienam rotoriaus apsisukimui, kad perduotų rotoriaus padėtį ir greitį. Šio tipo rotoriaus padėties jutiklio nevadiname sprendikliu, kaip yra sinchroninio variklio atveju.
Skirtingai nuo sinchroninio variklio, rotoriaus padėties jutiklis nėra būtinas norint žinoti rotoriaus padėtį sustojus. Rotoriaus padėtis yra svarbi sukimosi metu: reikia pasirūpinti, kad slydimas tarp magnetinio besisukančio lauko ir rotoriaus netaptų per didelis. Besisukančiam laukui judant per greitai, gali susidaryti situacija, kai rotorius staiga nori pasisukti į kitą pusę. Susidarančios jėgos gali būti pražūtingos mechaniniams ir elektriniams komponentams.
Kai kurie gamintojai taip pat pasirenka naudoti asinchroninį variklį Resolverio taikant. Priežastis man nežinoma. Bet kokiu atveju, resolveris yra itin tikslus tiek stovint, tiek bėgiojant, o tai gali būti naudinga tiksliam valdymui.
Sinchroninio ir asinchroninio elektros variklio efektyvumo žemėlapis:
Toliau pateiktuose paveikslėliuose parodytas sinchroninio elektros variklio (kairėje) ir asinchroninio elektros variklio (dešinėje) efektyvumas.
- Sinchroninis elektros variklis yra labai efektyvus. Dideliame plote efektyvumas viršija 90%, o didžiausios vertės siekia iki 96%. Nuo 2000 aps./min. susilpnėja laukas, todėl sumažėja didžiausias sukimo momentas.
- Asinchroninis variklis turi žymiai mažesnį efektyvumą nei sinchroninis variklis esant mažesniam greičiui.
Susiję puslapiai:
