توضیح مفصل در مورد چهار نوع موتور محرک که معمولاً در وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می شود

وسایل نقلیه الکتریکی عمدتاً از سه بخش تشکیل شده اند: سیستم محرک موتور، سیستم باتری و سیستم کنترل خودرو.سیستم محرک موتور بخشی است که مستقیماً انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند که شاخص های عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی را تعیین می کند.بنابراین، انتخاب موتور محرک از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

در محیط حفاظت از محیط زیست، خودروهای الکتریکی نیز در سال‌های اخیر به کانون تحقیقاتی تبدیل شده‌اند.وسایل نقلیه الکتریکی می توانند آلایندگی صفر یا بسیار کم را در ترافیک شهری به دست آورند و در زمینه حفاظت از محیط زیست مزایای بسیار زیادی دارند.همه کشورها برای توسعه خودروهای الکتریکی سخت کار می کنند.وسایل نقلیه الکتریکی عمدتاً از سه بخش تشکیل شده اند: سیستم محرک موتور، سیستم باتری و سیستم کنترل خودرو.سیستم محرک موتور بخشی است که مستقیماً انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند که شاخص های عملکرد وسایل نقلیه الکتریکی را تعیین می کند.بنابراین، انتخاب موتور محرک از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

1. الزامات وسایل نقلیه الکتریکی برای موتورهای محرک
در حال حاضر، ارزیابی عملکرد خودروهای الکتریکی عمدتاً سه شاخص عملکرد زیر را در نظر می گیرد:
(1) حداکثر مسافت پیموده شده (کیلومتر): حداکثر مسافت پیموده شده وسیله نقلیه الکتریکی پس از شارژ کامل باتری؛
(2) قابلیت شتاب (ها): حداقل زمان مورد نیاز برای شتاب گرفتن یک وسیله نقلیه الکتریکی از حالت سکون به سرعت معین.
(3) حداکثر سرعت (کیلومتر در ساعت): حداکثر سرعتی که یک وسیله نقلیه الکتریکی می تواند به آن برسد.
موتورهای طراحی شده برای ویژگی های رانندگی وسایل نقلیه الکتریکی در مقایسه با موتورهای صنعتی دارای الزامات عملکردی ویژه ای هستند:
(1) موتور محرک خودروی الکتریکی معمولاً به الزامات عملکرد دینامیکی بالا برای شروع / توقف مکرر، شتاب / کاهش سرعت و کنترل گشتاور نیاز دارد.
(2) به منظور کاهش وزن کل وسیله نقلیه، انتقال چند سرعته معمولاً لغو می شود، که مستلزم آن است که موتور بتواند گشتاور بالاتری را در سرعت کم یا هنگام بالا رفتن از شیب ارائه دهد و معمولاً می تواند 4-5 بار مقاومت کند. اضافه بار؛
(3) محدوده تنظیم سرعت باید تا حد امکان بزرگ باشد، و در عین حال، لازم است راندمان عملیاتی بالا در کل محدوده تنظیم سرعت حفظ شود.
(4) موتور به گونه ای طراحی شده است که تا حد امکان دارای سرعت نامی بالا باشد و در عین حال از یک پوشش آلیاژ آلومینیوم تا حد امکان استفاده می شود.موتور پر سرعت از نظر اندازه کوچک است که برای کاهش وزن وسایل نقلیه الکتریکی مفید است.
(5) وسایل نقلیه الکتریکی باید استفاده بهینه از انرژی را داشته باشند و عملکرد بازیابی انرژی ترمز را داشته باشند.انرژی بازیابی شده توسط ترمز احیا کننده باید به طور کلی به 10٪ - 20٪ از کل انرژی برسد.
(6) محیط کار موتور مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی پیچیده تر و خشن تر است و به موتور نیاز دارد که قابلیت اطمینان و سازگاری محیطی خوبی داشته باشد و در عین حال اطمینان حاصل شود که هزینه تولید موتور نمی تواند خیلی زیاد باشد.

2. چندین موتور محرک رایج
موتور 2.1 DC
در مراحل اولیه توسعه وسایل نقلیه الکتریکی، اکثر خودروهای الکتریکی از موتورهای DC به عنوان موتور محرک استفاده می کردند.این نوع از فناوری موتور نسبتاً بالغ است، با روش های کنترل آسان و تنظیم سرعت عالی.در گذشته بیشترین استفاده را در زمینه موتورهای تنظیم سرعت داشت..اما به دلیل ساختار مکانیکی پیچیده موتور DC مانند: برس ها و کموتاتورهای مکانیکی، ظرفیت اضافه بار آنی و افزایش بیشتر سرعت موتور محدود شده است و در صورت کار طولانی مدت، ساختار مکانیکی موتور خواهد شد تلفات تولید می شود و هزینه های تعمیر و نگهداری افزایش می یابد.علاوه بر این، هنگامی که موتور در حال کار است، جرقه های ناشی از برس ها باعث گرم شدن روتور، اتلاف انرژی، دفع گرما و همچنین ایجاد تداخل الکترومغناطیسی با فرکانس بالا می شود که بر عملکرد خودرو تأثیر می گذارد.با توجه به کاستی های فوق موتورهای DC، خودروهای برقی فعلی اساساً موتورهای DC را حذف کرده اند.

چندین موتور محرک رایج 1

موتور آسنکرون 2.2 AC
موتور آسنکرون AC نوعی موتور است که به طور گسترده در صنعت استفاده می شود.مشخصه آن این است که استاتور و روتور توسط ورق های فولادی سیلیکونی لمینت می شوند.هر دو انتها با روکش های آلومینیومی بسته بندی شده اند.، عملیات قابل اعتماد و با دوام، تعمیر و نگهداری آسان.در مقایسه با موتور DC با همان قدرت، موتور ناهمزمان AC کارآمدتر است و جرم آن تقریباً یک دوم سبک تر است.اگر روش کنترل کنترل برداری اتخاذ شود، می توان کنترل پذیری و محدوده تنظیم سرعت گسترده تر قابل مقایسه با موتور DC را بدست آورد.با توجه به مزایای راندمان بالا، قدرت ویژه بالا و مناسب بودن برای کارکرد با سرعت بالا، موتورهای ناهمزمان AC پرکاربردترین موتورها در خودروهای برقی پرقدرت هستند.در حال حاضر موتورهای ناهمزمان AC در مقیاس بزرگ تولید شده اند و انواع مختلفی از محصولات بالغ برای انتخاب وجود دارد.با این حال، در مورد عملکرد با سرعت بالا، روتور موتور به طور جدی گرم می شود و موتور باید در حین کار خنک شود.در عین حال، سیستم درایو و کنترل موتور آسنکرون بسیار پیچیده است و هزینه بدنه موتور نیز بالا است.در مقایسه با موتور آهنربای دائمی و عدم تمایل سوئیچ برای موتورها، راندمان و چگالی توان موتورهای ناهمزمان کم است که برای بهبود حداکثر مسافت پیموده شده خودروهای الکتریکی مفید نیست.

موتور آسنکرون AC

2.3 موتور آهنربای دائمی
موتورهای آهنربای دائم را می توان با توجه به شکل موج های جریان مختلف سیم پیچ های استاتور به دو نوع تقسیم کرد، یکی موتور DC بدون جاروبک است که دارای جریان موج پالس مستطیلی است.دیگری یک موتور سنکرون آهنربای دائمی است که دارای جریان موج سینوسی است.این دو نوع موتور اساساً از نظر ساختار و اصل کار یکسان هستند.روتورها آهنربای دائمی هستند که تلفات ناشی از تحریک را کاهش می دهد.استاتور با سیم پیچی برای تولید گشتاور از طریق جریان متناوب نصب می شود، بنابراین خنک کردن آن نسبتا آسان است.از آنجایی که این نوع موتور نیازی به نصب برس و ساختار کموتاسیون مکانیکی ندارد، هیچ جرقه کموتاسیونی در حین کار ایجاد نخواهد شد، عملیات ایمن و قابل اعتماد است، تعمیر و نگهداری راحت است و میزان مصرف انرژی بالا است.

موتور آهنربای دائم 1

سیستم کنترل موتور آهنربای دائم ساده تر از سیستم کنترل موتور ناهمزمان AC است.با این حال، به دلیل محدودیت فرآیند مواد آهنربای دائم، محدوده قدرت موتور آهنربای دائم کوچک است و حداکثر توان به طور کلی تنها ده ها میلیون است که بزرگترین نقطه ضعف موتور آهنربای دائم است.در عین حال، مواد آهنربای دائم روی روتور در شرایط دمای بالا، ارتعاش و جریان بیش از حد دارای پدیده فروپاشی مغناطیسی خواهند بود، بنابراین در شرایط کاری نسبتاً پیچیده، موتور آهنربای دائم مستعد آسیب است.علاوه بر این، قیمت مواد آهنربای دائم بالا است، بنابراین هزینه کل موتور و سیستم کنترل آن بالا است.

2.4 موتور رلوکتانس سوئیچ شده
به عنوان یک نوع جدید موتور، موتور رلوکتانس سوئیچ دار ساده ترین ساختار را در مقایسه با انواع دیگر موتورهای محرک دارد.استاتور و روتور هر دو ساختارهای برجسته ای هستند که از ورق های فولادی سیلیکونی معمولی ساخته شده اند.هیچ ساختاری روی روتور وجود ندارد.استاتور به یک سیم پیچ متمرکز ساده مجهز شده است که دارای مزایای زیادی مانند ساختار ساده و محکم، قابلیت اطمینان بالا، وزن سبک، هزینه کم، راندمان بالا، افزایش دمای پایین و نگهداری آسان است.علاوه بر این، دارای ویژگی های عالی کنترل پذیری خوب سیستم کنترل سرعت DC است و برای محیط های سخت مناسب است و برای استفاده به عنوان موتور محرک برای وسایل نقلیه الکتریکی بسیار مناسب است.

موتور رلوکتانس سوئیچ

با توجه به اینکه به عنوان موتورهای محرک وسایل نقلیه الکتریکی، موتورهای DC و موتورهای آهنربای دائم سازگاری ضعیفی در ساختار و محیط کاری پیچیده دارند و مستعد خرابی های مکانیکی و مغناطیس زدایی هستند، این مقاله بر معرفی موتورهای رلوکتانس سوئیچ و موتورهای ناهمزمان AC تمرکز دارد.در مقایسه با ماشین، از جنبه های زیر مزایای آشکاری دارد.

2.4.1 ساختار بدنه موتور
ساختار موتور رلوکتانس سوئیچ شده ساده تر از موتور القایی قفس سنجابی است.مزیت برجسته آن این است که روی روتور سیم پیچی وجود ندارد و فقط از ورق های فولادی سیلیکونی معمولی ساخته شده است.بیشتر تلفات کل موتور بر روی سیم پیچ استاتور متمرکز می شود، که باعث می شود موتور ساده تولید شود، عایق خوبی باشد، خنک شود و ویژگی های اتلاف حرارت عالی دارد.این ساختار موتور می تواند اندازه و وزن موتور را کاهش دهد و با حجم کم قابل دستیابی است.توان خروجی بزرگتربا توجه به خاصیت ارتجاعی مکانیکی روتور موتور، می توان از موتورهای رلوکتانس سوئیچ شده برای عملکرد با سرعت فوق العاده بالا استفاده کرد.

2.4.2 مدار محرک موتور
جریان فاز سیستم محرک موتور سوئیچ رلوکتانس یک جهته است و ربطی به جهت گشتاور ندارد و تنها از یک دستگاه کلیدزنی اصلی می توان برای پاسخگویی به حالت عملکرد چهار ربع موتور استفاده کرد.مدار مبدل قدرت به طور مستقیم به صورت سری با سیم پیچ تحریک موتور متصل می شود و هر مدار فاز به طور مستقل برق را تامین می کند.حتی اگر یک سیم پیچ فاز خاص یا کنترل کننده موتور از کار بیفتد، فقط باید بدون ایجاد ضربه بیشتر، عملکرد فاز را متوقف کند.بنابراین، هم بدنه موتور و هم مبدل قدرت بسیار ایمن و قابل اعتماد هستند، بنابراین برای استفاده در محیط های سخت نسبت به ماشین های ناهمزمان مناسب تر هستند.

2.4.3 جنبه های عملکردی سیستم موتور
موتورهای رلوکتانس سوئیچ دارای پارامترهای کنترلی زیادی هستند و به راحتی می توان الزامات عملکرد چهار ربعی خودروهای الکتریکی را از طریق استراتژی های کنترل مناسب و طراحی سیستم برآورده کرد و می تواند توانایی ترمزگیری عالی را در مناطق عملیاتی با سرعت بالا حفظ کند.موتورهای رلوکتانس سوئیچینگ نه تنها راندمان بالایی دارند، بلکه راندمان بالایی را در طیف وسیعی از تنظیم سرعت حفظ می‌کنند، که با انواع دیگر سیستم‌های محرک موتور قابل مقایسه نیست.این عملکرد برای عملکرد خودروهای الکتریکی بسیار مناسب است و برای بهبود محدوده کروز خودروهای الکتریکی بسیار مفید است.

3. نتیجه گیری
تمرکز این مقاله این است که مزایای موتور رلوکتانس سوئیچ را به عنوان یک موتور محرک برای وسایل نقلیه الکتریکی با مقایسه انواع سیستم های کنترل سرعت موتور محرک رایج مورد استفاده قرار دهد، که یک نقطه تحقیقاتی در توسعه وسایل نقلیه الکتریکی است.برای این نوع موتورهای خاص، هنوز فضای زیادی برای توسعه در کاربردهای عملی وجود دارد.محققان باید تلاش بیشتری برای انجام تحقیقات نظری داشته باشند و در عین حال لازم است نیازهای بازار را برای ترویج کاربرد این نوع موتور در عمل ترکیب کنند.


زمان ارسال: مارس-24-2022