Предмети:
- Вступ
- Електродвигун змінного струму (синхронний, з постійними магнітами)
- Управління змінним струмом синхронного двигуна
- Електродвигун змінного струму (асинхронний, з короткозамкненим ротором)
- Карта ефективності синхронного та асинхронного електродвигуна
Вступ:
Електродвигун використовується для приводу гібридного або повністю електричного автомобіля. Електродвигун перетворює електричну енергію (від батареї або подовжувача запасу ходу) у рух для приводу коліс. Крім того, електродвигун також може перетворювати кінетичну енергію в електричну під час гальмування двигуна: рекуперативне гальмування. У цьому випадку електродвигун працює як динамо. Через ці дві функції ми також називаємо електродвигун «електричною машиною».
Можливі варіанти розміщення електродвигуна в гібридному автомобілі:
- На двигуні внутрішнього згоряння, де передача здійснюється через багаторемінний ремінь або безпосередньо через колінчастий вал;
- Між двигуном і коробкою передач: вхідний вал коробки передач приводиться в рух від електродвигуна;
- Інтегрований в коробку передач;
- На диференціалі;
- На ступиці колеса (мотор ступиці).
Електродвигун повністю електричного автомобіля часто встановлюється на задній осі. На зображенні нижче показаний електродвигун з інвертором у циліндричному корпусі та головною передачею Tesla.
Електродвигун змінного струму (синхронний, з постійними магнітами):
На наступному зображенні показано деталі (синхронного) електродвигуна Audi. Цей тип використовується в гібридних варіантах A6 і A8. Коротко перелічимо компоненти. Ці компоненти детально описані в наступних параграфах.
Ротор з постійними магнітами почне обертатися в результаті зміни магнітного поля в статорі. Ротор з'єднаний з муфтою, яка може з'єднувати або від'єднувати двигун внутрішнього згоряння та електродвигун (у поєднанні з муфтою (не показано)) у різних робочих умовах. Положення ротора визначається распознаватель виміряно: ці дані важливі для драйверів IGBT для керування котушками статора в потрібний час.
Електродвигун з постійними магнітами може управлятися як постійним (постійна напруга), так і змінним (змінна) напругою.
Синхронний двигун є одним із найбільш часто використовуваних електродвигунів у гібридних або повністю електричних автомобілях. Цей тип електродвигуна складається зі статора з обмотками і ротора з кількома постійними магнітами. Ротор обертається з тією ж швидкістю, що й магнітне поле статора. Синхронним двигуном можна керувати наступним чином:
- AC: керується синусоїдальним сигналом (змінний струм).
- DC: керований квадратним або трапецієподібним сигналом (постійний струм)
Статор синхронного двигуна складається з трьох груп котушок статора: U, V і W. Кожна група містить три набори з шести котушок, з’єднаних паралельно, які розподілені по всьому колу статора. Кожна третя котушка відноситься до цієї ж серії.
- U-подібні котушки: сині
- V-образні котушки: зелені
- W котушки: червоний
Ротор містить кілька постійних магнітів. При почерговому включенні котушок у статорі створюється обертове магнітне поле. Ротор слідує за обертовим полем і тому обертається.
Управління змінним струмом синхронного двигуна:
Керування змінним струмом використовує керування з частотним керуванням або синусоїдну комутацію. На котушки статора подається змінна трифазна синусоїда напруги для обертання ротора.
На зображенні нижче показано положення ротора з максимально збудженою U-котушкою. В результаті дії магнітного поля північні полюси розташувалися прямо навпроти U-образних котушок під напругою. Курсор на графіку поруч із електродвигуном вказує на керування котушками в цей момент.
До відома: ротор в поясненні обертається під час керування котушками статора за годинниковою стрілкою.
На наступному зображенні синусоїда, тобто змінний струм через U-котушку, є максимально негативною. Під час цього керування південні полюси ротора знаходяться прямо навпроти котушок статора під напругою (U).
Насправді між північним і південним полюсами ротора є невеликий повітряний зазор. Під час зміни південного полюса на північний напрямок струму в U-котушці змінюється. далі:
- Струм через V-подібну котушку (зелений) майже максимально позитивний; північний полюс також майже навпроти котушки.
- Струм через котушку W був максимально негативним і зростає. Південний полюс пройшов повз котушку.
Щоб отримати уявлення про те, як тече струм, анімація нижче показує обертання ротора через змінний струм.
Електродвигун змінного струму (асинхронний, з короткозамкненим ротором):
Електродвигун з короткозамкнутим або короткозамкненим якорем є асинхронним двигуном. Відмінність синхронного двигуна з постійними магнітами від асинхронного полягає в роторі: це барабан з м'якого заліза з провідниками в поздовжньому напрямку. Ротор працює асинхронно зі статором, що означає, що існує різниця в швидкості між ротором і магнітною швидкістю статора. Статор точно такий же.
Ротор асинхронного електродвигуна складається з короткозамкнених котушок; котушки U, V і W з'єднані одна з одною з одного боку. Коли ротор знаходиться в обертовому полі статора, в котушках ротора створюється індукційна напруга. Оскільки котушки ротора замкнуті одна на одну, через них тече струм. Цей струм змушує ротор генерувати магнітне поле, створюючи крутний момент. Оскільки робота асинхронного електродвигуна заснована на законі індукції, ми також називаємо його асинхронним двигуном.
Наданий крутний момент впливає на ковзання між обертовим магнітним полем у статорі та швидкістю ротора.
Асинхронний двигун має ряд переваг і недоліків порівняно з синхронним двигуном.
Переваги:
- відносно простий, міцний і недорогий ротор;
- високий крутний момент на низькій швидкості.
Мінуси:
- менша питома потужність (на масу) і ККД (ККД). Струми в короткозамкнених котушках ротора викликають додаткові втрати ротора;
- швидкість не можна точно контролювати, оскільки вона залежить від навантаження. Саме по собі це не повинно бути недоліком: за допомогою хорошої системи керування швидкість асинхронного двигуна також можна регулювати;
- високий пусковий струм.
Положення ротора та швидкість асинхронного двигуна вимірюються a датчик положення ротора. Датчики Холла часто видають принаймні чотири імпульси на оберт ротора для передачі положення та швидкості ротора. Ми не називаємо цей тип датчика положення ротора резольвером, як у випадку з синхронним двигуном.
На відміну від синхронного двигуна, датчик положення ротора не потрібен для визначення положення ротора в стані зупинки. Положення ротора має важливе значення під час обертання: необхідно стежити за тим, щоб ковзання між магнітним обертовим полем і ротором не стало занадто великим. Коли обертове поле рухається занадто швидко, може виникнути ситуація, коли ротор раптово захоче повернутися в інший бік. Сили, що виникають, можуть бути катастрофічними для механічних та електричних компонентів.
Деякі виробники також вирішують використовувати асинхронний двигун распознаватель застосування. Причина мені невідома. У будь-якому випадку резольвер надзвичайно точний як у положенні, так і під час бігу, що може сприяти точному управлінню.
Карта ефективності синхронного та асинхронного електродвигуна:
На зображеннях нижче показано ефективність синхронного електродвигуна (ліворуч) і асинхронного електродвигуна (праворуч).
- Синхронний електродвигун дуже ефективний. Ефективність вище 90% на великій території, з піковими значеннями до 96%. Починаючи з 2000 обертів на хвилину, відбувається ослаблення поля, що призводить до зниження максимального крутного моменту.
- Асинхронний двигун має значно нижчий ККД, ніж синхронний двигун на менших швидкостях.
Пов'язані сторінки:
