Предметы:
- введение
- Электродвигатель переменного тока (синхронный, с постоянными магнитами)
- Управление переменным током синхронного двигателя
- Электродвигатель переменного тока (асинхронный, короткозамкнутый двигатель)
- Карта КПД синхронного и асинхронного электродвигателя
Инлейдинг:
Электродвигатель используется для привода гибридного или полностью электрического автомобиля. Электродвигатель преобразует электрическую энергию (от аккумулятора или расширителя запаса хода) в движение, приводящее в движение колеса. Кроме того, электродвигатель также может преобразовывать кинетическую энергию в электрическую при торможении двигателя: рекуперативное торможение. В этом случае электродвигатель работает как динамо-машина. Из-за этих двух функций мы также называем электродвигатель «электрической машиной».
Вариантами размещения электродвигателя в гибридном автомобиле являются:
- На двигателе внутреннего сгорания, где передача осуществляется посредством многоременной передачи или непосредственно через коленчатый вал;
- Между двигателем и коробкой передач: входной вал коробки передач приводится в движение электродвигателем;
- Интегрирован в коробку передач;
- На дифференциале;
- На ступицах колес (мотор-ступица).
Электродвигатель полностью электрического автомобиля часто устанавливается на задней оси. На изображении ниже показан электродвигатель с инвертором в цилиндрическом корпусе и главная передача от Tesla.
Электродвигатель переменного тока (синхронный, с постоянными магнитами):
На следующем изображении показаны детали (синхронного) электродвигателя Audi. Этот тип используется в гибридных вариантах А6 и А8. Кратко перечислим компоненты. Эти компоненты подробно описаны в следующих параграфах.
Ротор с постоянными магнитами начнет вращаться в результате изменения магнитного поля в статоре. Ротор соединен с муфтой, которая может соединять или разъединять ДВС и электродвигатель (совместно с муфтой (не показана)) в различных условиях эксплуатации. Положение ротора определяется распознаватель измерено: эти данные важны для того, чтобы драйверы IGBT могли своевременно управлять катушками статора.
Электродвигателем с постоянными магнитами можно управлять как постоянным током (постоянным напряжением), так и переменным (переменным напряжением).
Синхронный двигатель — один из наиболее часто используемых электродвигателей в гибридных или полностью электрических транспортных средствах. Этот тип электродвигателя состоит из статора с обмотками и ротора с несколькими постоянными магнитами. Ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле статора. Синхронным двигателем можно управлять следующим образом:
- AC: управляется синусоидальным сигналом (переменным током).
- DC: управление квадратным или трапециевидным сигналом (постоянный ток)
Статор синхронного двигателя состоит из трех групп статорных катушек: U, V и W. Каждая группа содержит три набора по шесть катушек, соединенных параллельно и распределенных по всей окружности статора. Каждая третья катушка относится к одной серии.
- U-катушки: синие
- V-катушки: зеленые
- W катушки: красные
Ротор содержит несколько постоянных магнитов. Поочередно подавая напряжение на катушки статора, создается вращающееся магнитное поле. Ротор следует за вращающимся полем и поэтому вращается.
Управление переменным током синхронного двигателя:
Управление переменным током использует частотно-регулируемое управление или синусоидальную коммутацию. На катушки статора подается переменное трехфазное синусоидальное напряжение для вращения ротора.
На изображении ниже показано положение ротора с U-образной катушкой с максимальным возбуждением. В результате действия магнитного поля северные полюса оказались прямо напротив находящихся под напряжением U-катушек. Курсор на графике рядом с электродвигателем указывает на управление катушками в этот момент.
К сведению: ротор в пояснении вращается при управлении катушками статора. речцом.
На следующем изображении синусоидальная волна, то есть переменный ток через U-образную катушку, максимально отрицательна. Во время этого управления южные полюса ротора находятся прямо напротив находящихся под напряжением (U) катушек статора.
На самом деле между северным и южным полюсами ротора имеется небольшой воздушный зазор. При переходе с южного на северный полюс направление тока в U-катушке меняется. Дальше:
- Ток через катушку V (зеленый) почти максимально положительный; северный полюс также находится почти напротив катушки.
- Ток через катушку W был максимально отрицательным и увеличивается. Южный полюс пролетел мимо катушки.
Чтобы дать представление о том, как протекает ток, анимация ниже показывает вращение ротора под действием переменного тока.
Электродвигатель переменного тока (асинхронный, короткозамкнутый двигатель):
Электродвигатель с короткозамкнутым якорем или короткозамкнутым ротором является асинхронным двигателем. Разница между синхронным двигателем с постоянными магнитами и асинхронным двигателем заключается в роторе: это барабан из мягкого железа с проводниками в продольном направлении. Ротор работает асинхронно со статором, а это означает, что существует разница в скорости между ротором и магнитной скоростью статора. Статор точно такой же.
Ротор асинхронного электродвигателя состоит из короткозамкнутых катушек; катушки U, V и W соединены друг с другом с одной стороны. Когда ротор находится во вращающемся поле статора, в катушках ротора создается индукционное напряжение. Поскольку катушки ротора закорочены друг с другом, через них течет ток. Этот ток заставляет ротор генерировать магнитное поле, создавая крутящий момент. Поскольку работа асинхронного электродвигателя основана на законе индукции, мы также называем его асинхронным двигателем.
Создаваемый крутящий момент влияет на скольжение между вращающимся магнитным полем статора и скоростью ротора.
Асинхронный двигатель имеет ряд преимуществ и недостатков по сравнению с синхронным двигателем.
Преимущества:
- относительно простой, прочный и недорогой ротор;
- высокий крутящий момент на низкой скорости.
минусы:
- меньшая плотность мощности (на массу) и эффективность (КПД). Токи в короткозамкнутых обмотках ротора вызывают дополнительные потери ротора;
- Скорость невозможно точно контролировать, поскольку она зависит от нагрузки. Само по себе это не должно быть недостатком: при хорошей системе управления также можно регулировать скорость асинхронного двигателя;
- высокий пусковой ток.
Положение ротора и скорость асинхронного двигателя измеряются с помощью датчик положения ротора. Датчики Холла часто выдают не менее четырех импульсов за оборот ротора для передачи положения и скорости ротора. Мы не называем этот тип датчика положения ротора резольвером, как в случае с синхронным двигателем.
В отличие от синхронного двигателя, датчику положения ротора не требуется знать положение ротора в состоянии покоя. Положение ротора важно во время вращения: необходимо следить за тем, чтобы скольжение между вращающимся магнитным полем и ротором не становилось слишком большим. Когда вращающееся поле движется слишком быстро, может возникнуть ситуация, когда ротор внезапно захочет повернуть в другую сторону. Возникающие силы могут иметь катастрофические последствия для механических и электрических компонентов.
Некоторые производители также предпочитают использовать асинхронный двигатель. распознаватель подача заявления. Причина мне неизвестна. В любом случае резольвер чрезвычайно точен как на месте, так и во время бега, что может принести пользу точному контролю.
Карта КПД синхронного и асинхронного электродвигателя:
На изображениях ниже показан КПД синхронного электродвигателя (слева) и асинхронного электродвигателя (справа).
- Синхронный электродвигатель очень эффективен. КПД выше 90% на большой площади, с пиковыми значениями до 96%. Начиная с 2000 об/мин происходит ослабление поля, в результате чего снижается максимальный крутящий момент.
- Асинхронный двигатель имеет значительно меньший КПД, чем синхронный двигатель на более низких скоростях.
Связанные страницы:
