Karmaşık fırça yapısı olmadan güvenilir güç sağlayan, elektrikli bir aracın içinde sessizce atan yüksek verimli bir "kalp" düşünün.Endüstriyel uygulamalarda ve elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan bir AC motoruAma bu motoru eşsiz kılan nedir ve hangi zorluk ve fırsatlarla karşı karşıya?
Genel bakış
sinüsal voltaj ve akımla çalışan fırçasız AC motorudur. Basit yapısı, düşük maliyeti, yüksek güvenilirliği, dayanıklılığı, minimum tork dalgalanması,düşük bakım gereksinimleri, ve sert ortamlarda çalışabilmesi, endüstriyel uygulamalar ve elektrikli tahrik sistemleri için idealdir.
Elektrikli Araç Uygulamaları
SCIM'ler, yolcu otomobilleri, otobüsler ve hafif kamyonlar da dahil olmak üzere ticari olarak mevcut birkaç pil elektrikli araçta (BEV) uygulanmıştır.Tazzari Zero, Mercedes-Benz B Sınıfı Elektrikli Sürüş, Mahindra e2o ve Toyota RAV4 EV.Smith Electric Vehicles'ın Newton hafif elektrikli kamyonunun ilk sürümü ve Optare Solo EV pil elektrikli otobüsü de üç fazlı SCIM'leri kullanıyor.
Çalışma prensibi ve yapısal özellikleri
Asinkron bir motor olarak, SCIM, statör sargıları tarafından üretilen dönen manyetik alan hızı ile rotor hızı arasındaki farkla çalışır.Nispeten basit yapısı, diğer motor türlerine kıyasla tasarım ve üretim süreçlerini basitleştirirKalıcı mıknatıs motorlarının aksine, SCIM'ler daha uygun maliyetli malzemeler kullanır.Daha yüksek faz sayısına sahip motorlar, güç yoğunluğunu artırmak ve tork dalgalanmasını ve faz başına akımı azaltmak için geliştirilmektedir..
Rotor, statörün dönen manyetik alanı tarafından indüklenen rotor akımları ile dökme alüminyum sincap kafesi içerir.Bu alan ve rotor akımın manyetik alanı arasındaki etkileşim elektromanyetik tork üretirVerimlilik, rotor çubukları ve uç halkaları için alüminyum yerine bakır kullanılarak arttırılabilir.
Performans sınırlamaları ve iyileştirme önlemleri
SCIM'lerin zor düşük hız kontrolü, hafif yük altında düşük güç faktörü, yüksek başlangıç akımı, nispeten düşük verimlilik ve düşük inverter kullanımı da dahil olmak üzere doğal dezavantajları vardır.Hiçbir yük altında bile, manyetizasyon akımı bakır kayıplarını ve elektronik dönüştürücü değerlerini arttırır. Uygun kontrol teknikleri düşük başlangıç akımını korurken maksimum başlangıç torkuna ulaşabilir.
Merkezi motor uygulamaları için, SCIM'ler hava boşluğu çapını ve çıkış torkunu artırmak için dış kafese sahip rotorları kullanabilir.Uzay kısıtlamaları olan hibrit veya plug-in hibrit araçlardan daha fazla BEV'ye uygun hale getirmekMaksimum hız tipik olarak 10.000 rpm ile sınırlıdır, ancak alan zayıflatma teknikleri, sabit güç aralığını elektrikli araçlar için kritik bir gereksinim olan temel hızın 4-5 katına kadar uzatabilir.
Kontrol Teknolojileri
Çeşitli hız ve tork kontrol teknikleri şu anda kullanılmaktadır. En basit olan, geçici performansının sınırlı olmasına rağmen voltaj büyüklüğünü ve frekansını ayarlayan skalar kontroldür.Geçici tepkiyi artırmak için, alan odaklı kontrol (FOC) ve doğrudan tork kontrolü (DTC) uygulanıyor, sensörsüz kontrol yöntemleri (hız/konum sensörlerini ortadan kaldırmak) dikkat çekiyor.
Kalıcı mıknatıs motorları
Kalıcı mıknatıs fırçasız motorlar iki kategoriye ayrılır: fırçasız DC (BLDC) ve fırçasız AC (kalıcı mıknatıs senkron motorları veya PMSM).statör sarma düzenleri farklı. BLDC motorları, tipik olarak dikdörtgen faz akımları ile çalışan, trapezoidal geri EMF ile trapezoidal sargı kullanır.Bu, rotasyon başına altı kez algılanan konum geri bildirimi kullanarak basit kontrol yöntemlerine izin verir.
PMSM'ler, fırça / kaydırma halka uyarı sargılarını kalıcı mıknatıslarla değiştiren yara rotoru senkroni motorlarından evrimleşti.Sinüzoidal akımlarla beslenen sinüzoidal geri EMF üreten sinüzoidal sargılarlaBu farklılıklar motor davranışını ve kontrol algoritmalarını önemli ölçüde etkiler, bu da PMSM'leri EV çekiş sistemleri için daha uygun hale getirir.
Kalıcı mıknatıs motoru tasarımı
Çoğu PMSM, radyal akım tasarımları kullanırken, eksenel akım yapılandırmaları, özellikle merkezi motor uygulamalarında, belirli güç aralıkları için tork-inersi oranı ve güç yoğunluğunda avantajlar sunar.Nadir toprak mıknatısları, üstün manyetik özellikleri nedeniyle EV itici sistemlerine hükmediyor, ancak yüksek verimli PMSM'ler daha düşük mıknatıs dereceleri ile tasarlanabilir.
Nadir toprak PMSM'leri, yüksek güç/dönen yoğunluğu, eşzamanlı hızda çalışma, yüksek verimlilik, hassas dönen kontrolü ve bakımsız çalışma gibi çekici özelliklere sahiptir.sınırlamalar sınırlı alan zayıflatma yeteneğini içerir (özellikle yüzeye monte PMSM'lerde), mekanik şok, yüksek sıcaklıklar veya kısa devre etkilerinden kaynaklanan manyetiklenme riskleri, güvenlik ve hata toleransını kritik endişeler haline getirir.
Dönüştürülmüş Reluctance Motorları
Dönüştürülmüş isteksizlik motorları (SRM), iki kat çıkıntılı yapıya sahip fırçasız makinelerdir.rotor ne sargılara ne de mıknatıslara sahiptir.Rotor hareketi, elektronik kontrol yoluyla stator kutuplarının ardışık olarak enerjikleştirilmesiyle sürdürülür.
SRM'ler, karmaşık olmayan rotor yapıları nedeniyle basitlik, düşük maliyet ve üretim kolaylığı sunar.1) Gearless EV sürücüleri için idealdir yüksek sıcaklık yeteneği ile birlikte, düşük rotor inersi, yüksek başlangıç tork ve hızlı ivme. Bununla birlikte, doğuştan gelen sınırlamalar arasında önemli tork dalgalanması, titreşim, akustik gürültü, yüksek doğrusal olmayanlık nedeniyle karmaşık kontrol bulunur.,ve daha yüksek demir kaybından daha düşük verimlilik.
Akış-Değiştirme Motorları
Akım anahtarlı motorlar (FSM) çekiş uygulamaları için araştırılan iki kat daha önemli fırçasız makinelerdir.Statörleri hem DC uyarı sargılarını hem de AC armatür sargılarını içerir (genellikle üç fazlı), SRM'lere kıyasla titreşim / gürültüyü azaltır. Rotor basitliği, FSM'leri yüksek hızlı çalışma için sağlam hale getirir.
FSM çeşitleri arasında sarma heyecanlı (WFFSM), kalıcı mıknatıs (PMFSM) ve hibrit heyecanlı (HEFSM) türleri vardır.WFFSM'ler bu konuda DC sarmalama kontrolü sayesinde üstünlük kazanmaktadır.Çekici FSM özellikleri arasında yapısal basitlik, yüksek hava boşluğu akış yoğunluğu (yüksek güç / tork yoğunluğu) ve zorlu ortamlar için dayanıklılık bulunur.Dezavantajları daha yüksek bakır kayıpları ve doğuştan döngü dalgalanması içerir.
Senkron Reluctance Motorları
Senkronizasyon motorları (SynRMs) üç fazlı AC gücü ile senkroniz olarak çalışır.Döner sadece manyetik isteksizlikten kaynaklanır.Çoklu akış bariyerli rotor tasarımları, kare eksen akışını engelleyerek manyetik akışı yönlendirir.
SynRM'ler, verimlilik ve tork yoğunluğunda PMSM'leri geride bıraksalar da, endüksiyon motorlarına kıyasla üretim basitliği ve rekabetçi güç faktörü / inverter gereksinimleri sunar.Dikkatli bir akım bariyer tasarımı, tork dalgalanması sorunlarını hafifletebilirBirçok üretici artık endüstriyel sınıflı SynRM'leri sunarken, EV uygulamaları için son prototipler geliştirildi.
Kalıcı mıknatıs destekli senkroniz geri çekilme motorları
Mıknatısların SynRM rotorlarına yerleştirilmesi, PMa-SynRM'leri EV sürücüleri için umut verici adaylar oluşturur.Bu makineler, çıkıntı oranını artırmak için rotor akış bariyerlerine ferrit mıknatısları yerleştirir.Mıknatısların kutupluğu, Lq'yi en aza indirerek ve Ld / Lq oranını en üst düzeye çıkararak, isteksizlik torkunu (düzleştirme torkundan üstün olan) artırmak için kare eksen akışını hesaplar.
PMa-SynRM'ler, PM ve isteksizlik motor avantajlarını birleştirir: yüksek verimlilik, yoğunluk, güç faktörü ve hız aralığı.Nadir toprak mıknatıslarının yerine düşük maliyetli ferritlerin kullanılması, demanyetleşme risklerini ve geri-EMF'yi azaltırken maliyet/temin kaygılarını giderir.Rotor tasarımları, manyetik çıkıntıları optimize eden gömülü ferritler için çok katmanlı boşluklar kullanır.Ferrit bazlı PMa-SynRM prototipleri üzerinde geliştirme çalışmaları devam ediyor.
Motor Performansı Karşılaştırması
Motor türlerini değerlendirirken (SRM'ler, WFFSM'ler, PMFSM'ler, PMa-SynRM'ler, PMSM'ler ve SCIM'ler), tek bir aday tüm ölçümlerde diğerlerinden açıkça üstün değildir.Gürültü/ titreşim, üretilebilirlik, dayanıklılık, hata toleransı, sabit güç aralığı ve kontrol karmaşıklığı.Özel uygulama gereksinimlerini optimal motor özellikleriyle eşleştirmek için kapsamlı bir analiz gereklidir..
Mesajınız 20-3.000 karakter arasında olmalıdır!
