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开关磁阻电动机在新能源汽车中的应用

编辑:南京瑞鹏科技有限公司时间:2020-05-15

  我国车用电机在全球资源条件下具有显着的比较优势,开展潜力较大。重新动力轿车的产业链来看,受益端将首要会集在中心零部件范畴。国内车用驱动电机行业现状:电机业中的小行业、但制作门槛高,电机驱动系统还存在较多差距与不足,但国内方针扶持将加快产业步伐。作为新动力轿车的中心部件(电池、电机、电控)之一,驱动电机及其操控系统未来开展前景可观。

  1驱动电机系统简介

  新动力轿车具有环保、节约、简略三大优势。在纯电动轿车上体现尤为显着:以电动机替代燃油机,由电机驱动而无需自动变速箱。相对于自动变速箱,电机结构简略、技能老练、运转可靠。

  传统的内燃机能高效发生转矩时的转速限制在一个窄的规模内,这就是为何传统内燃机轿车需求庞大而杂乱的变速组织的原因;而电动机可以在相当宽广的速度规模内高效发生转矩,在纯电动车行进过程中不需求换挡变速装置,操作便利简略,噪音低。

  与混合动力轿车相比,纯电动车运用单一电动力,电控系统大大减少了轿车内部机械传动系统,结构更简化,也下降了机械部件冲突导致的能量损耗及噪音,节省了轿车内部空间、分量。电机驱动操控系统是新动力轿车车辆行使中的首要执行结构,驱动电机及其操控系统是新动力轿车的中心部件(电池、电机、电控)之一,其驱动特性决定了轿车行进的首要功能指标,它是电动轿车的重要部件。电动轿车中的燃料电池轿车FCV、混合动力轿车HEV和纯电动轿车EV三大类都要用电动机来驱动车轮行进,选择合适的电动机是进步各类电动轿车性价比的重要因素,因而研发或完善能一起满意车辆行进过程中的各项功能要求,并具有坚固耐用、造价低、效能高等特色的电动机驱动方式显得极其重要。

  驱动电机系统是新动力车三大中心部件之一。电机驱动操控系统是新动力轿车车辆行使中的首要执行结构,其驱动特性决定了轿车行进的首要功能指标,它是电动轿车的重要部件。电动轿车的整个驱动系统包含电动机驱动系统与其机械传动组织两个部分。电机驱动系统首要由电动机、功率转化器、操控器、各种检测传感器以及电源等部分构成,结构如下图所示。电动机一般要求具有电动、发电两项功用,按类型可选用直流、沟通、永磁无刷或开关磁阻等几种电动机。功率转化器按所选电机类型,有DC/DC功率变换器、DC/AC功率变换器等方式,其作用是按所选电动机驱动电流要求,将蓄电池的直流电转化为相应电压等级的直流、沟通或脉冲电源。

  电机是使用电磁感应原理运转的旋转电磁机械,用于完成电能向机械能的转化。运转时从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。电机驱动系统首要由电机、操控器(逆变器)构成,驱动电机和电机操控器所占的成本之比约为1:1,依据规划原理与分类方式的不同,电机的详细构造与成本构成也有所差异。电机的操控系统首要起到调理电机运转状况,使其满意整车不同运转要求的意图。针对不同类型的电机,操控系统的原理与方式有很大不同。

  2电动轿车对驱动电机的基本要求

  (1)电机结构紧凑、尺度小,封装尺度有限,必须依据详细产品进行特殊规划。

  (2)分量轻,以减轻车辆的整体分量。应尽量选用铝合金外壳,一起转速要高,以减轻整车的质量,增加电机与车体的适配性,扩展车体可使用空间,从而进步乘坐的舒适性。

  (3)可靠性高、失效模式可控,以确保乘车者的安全。

  (4)供给准确的力矩操控,动态功能较好。

  (5)功率高,功率密度较高。要确保在较宽的转速和转矩规模内都有很高的功率,以下降功率损耗,进步一次充电的续驶路程。

  (6)成本低,以下降车辆生产的整体费用。

  (7)调速规模宽。应包含恒转矩区和恒功率区,低速运转输出的稳定转矩大,以满意轿车快速发动、加快、负荷爬坡等要求;高速运转输出稳定功率,有较大的调速规模,以满意平整的路面、超车等高速行进的要求。

  (8)瞬时功率大,过载才能强。要确保轿车具有4~5倍的过载才能,以满意短时内加快行进与较大爬坡的要求。

  (9)环境习惯性好。要习惯轿车本身行进的不同区域环境,即便在较恶劣的环境中也可以正常作业,具有良好的耐高温、耐湿润功能。

  (10)制动再生功率高。在轿车减速时,可以完成反应制动,将能量收回并反应回电池,使得电动轿车具有较佳能量使用率。

  (11)其他。结构简略,价格低廉,合适大批量生产,运转时噪声低,运用维修便利。

  (12)与一般工业用电机不同,用于轿车的驱动电机应具有调速规模宽、起动转矩大、后备功率高、功率高的特性,此外,还要求可靠性高、耐高温及耐潮、结构简略、成本低、保护简略、合适大规模生产等。未来我国电动轿车用驱动电机系统将朝着无磁化、数字化和集成化方向开展。

  3开关磁阻电动机在新动力轿车中的使用

  (1)开关磁阻电动机简介

  开关磁阻电动机(Switched Reluctance Drive:SRD)是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后开展起来的较新一代无级调速系统,是集现代微电子技能、数字技能、电力电子技能、红外光电技能及现代电磁理论、规划和制作技能为一体的光、机、电一体化高新技能。它具有调速系统兼具直流、沟通两类调速系统的优点。

  开关磁阻电动机覆盖功率规模10W~5MW的各种高低速驱动调速系统。使的开关磁阻电动机存在许多潜在的范畴,在各种需求调速和高功率的场合均能得到广泛运用(电动车驱动、通用工业、家用电器、纺织机械、电力传动系统等各个范畴)。

  开关磁阻电动机作业原理:开关磁阻电动机的运转遵循“磁阻较小原理”——磁通总要沿磁阻较小的途径闭合。而具有必定形状的铁心在移动到较小磁阻方位时,必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。

  (2)开关磁阻电动机特色

  它的结构比其它任何一种电动机都要简略,在电动机的转子上没有滑环、绕组和永磁体等,只是在定子上有简略的会集绕组,绕组的端部较短,没有相间跨接线,保护修理简略。因而可靠性好,转速可达15000 r/min。功率可达85%~93%呢,比沟通感应电动机要高。损耗首要在定子,电机易于冷却;转子无永磁体,易于完成各种特殊要求的转矩一速度特性,而且在很广的规模内坚持高功率。愈加合适电动轿车动力功能要求。

  开关磁阻电动机还具有在较宽转速和转矩规模内高效运转、操控灵敏、可四象运转、呼应速度快、成本较低一级优点。工艺性好,适用于高速,环境习惯性强;电机转矩的方向与绕组电流的方向无关;适用于频频启停以及正反向转化运转;发动电流小,转矩大;可控参数多,调速功能好;具有较强的再生制动才能;定子和转子的资料均选用硅钢片,易于获取和收回使用。

  方位检测器是开关磁阻电动机的要害器材,其功能对开关磁阻电动机的操控操作有重要影响。因为开关磁阻电动机为双凸极结构,不可避免地存在转矩动摇,噪声是开关磁阻电动机较主要的缺点。但近年来的研讨标明,选用合理的规划、制作和操控技能,开关磁阻电动机的噪声完全可以得到良好的按捺。

  (3)开关磁阻电动机的操控系统

  开关磁阻电动机驱动系统的中心是开关磁阻电动机(SRM),它涉及到电动机,电力电子,微机,操控,光电转化,视点丈量等等多学科知识,结构比较杂乱,操控系统要求也比较独特,感应电动机和永磁同步电动机的操控办法一般难以满意系统的操控要求。现在电动轿车使用较少。它的首要研讨方向是模型研讨。因为开关磁阻电动机具有显着的非线性特性,系统难于建模,一般的线性操控方式不适于开关磁阻电动机系统。现在首要使用含糊逻辑操控、神经网络操控等。

  它的操控系统包含功率变换器、操控器和方位传感器及速度检测器等部分。

  ①功率变换器

  开关磁阻电动机的励磁绕组,无论通过正向电流或反向电流,其转矩方向不变,期换向,每相只需求一个容量较小的功率开关管,功率变换器电路较简略,不会出现直通故障,可靠性好,易于完成系统的软发动和四象限运转,具有较强的再生制动才能。成本比沟通三相感应电动机的逆变器操控系统要低。

  ②操控器

  操控器由微处理器、数字逻辑电路等元件组成。微处理器依据驾驶员输入的命令,一起对方位检测器、电流检测器所反应的电动机转子方位,进行剖析、处理,并在瞬间做出决策,宣布一系列执行命令,来操控开关磁阻电动机习惯电动轿车不同条件下运转。操控器功能好坏和调理的灵敏性,取决于微处理器的软件和硬件的功能合作关系。

  ③方位检测器

  开关磁阻电动机需求高精度的方位检测器,来为操控系统供给电动机转子的方位、转速和电流的改变信号,并要求有较高的开关频率以下降开关磁阻电动机的噪声。

  现在国内对开关磁阻电动机的已经由基础研讨逐渐走向了实际使用,并在新动力轿车小批量推广。