Osnovna tehnologija električnog pogona za
Nova energetska vozila
Sistem električnog pogona je osnovni dio električnih i hibridnih vozila. Njegove glavne komponente uključuju motore, upravljačke jedinice motora i reduktore. Ove komponente igraju različite uloge u sistemu električnog pogona i rade zajedno kako bi se postigao efikasan rad vozila visokih performansi.
1. Motor
Motor je jezgro sistema električnog pogona. Njegova funkcija je da pretvori električnu energiju koju proizvodi baterija u mehaničku energiju za pokretanje vozila naprijed. U električnim i hibridnim vozilima, najčešće korišteni motori uključuju sinhrone motore s trajnim magnetima (PMSM), asinhrone motore i reluktantne motore s komutacijom.
1.1 Sinhroni motor s trajnim magnetom (PMSM)
Sinhroni motor s permanentnim magnetom je efikasan motor visokih performansi koji se široko koristi u električnim i hibridnim vozilima. Postiže efikasan rad motora korištenjem trajnih magneta za stvaranje magnetnog polja.
PMSM ima visoku gustinu snage, nisku buku i nisku potrošnju energije i može postići visoku efikasnost u širokom rasponu brzina. Pored toga, strategija upravljanja PMSM-a je relativno zrela i može postići preciznu kontrolu obrtnog momenta i brzine.
1.2 Indukcijski motor
Indukcijski motor je električni motor koji radi na principu elektromagnetne indukcije. Specifičan princip rada je sljedeći:
U indukcijskom motoru, naizmjenična struja prolazi kroz stator, a rotirajuće magnetsko polje se stvara kroz namotaje statora. Budući da je rotor indukcionog motora zatvoreni metalni disk, kada rotorno magnetsko polje prođe kroz rotor, u rotoru se induciraju vrtložne struje. Ove vrtložne struje stvaraju obrnuto magnetsko polje koje stupa u interakciju sa magnetskim poljem statora kako bi proizvelo obrtni moment. Rotor počinje da se okreće i nastavlja da se okreće kako se rotirajuće magnetsko polje menja. Brzina rotacije rotora ne ide u korak sa frekvencijom obrtnog magnetnog polja, pa se asinkroni motori nazivaju i asinhroni motori.
Kontrolisanjem parametara kao što su struja i redosled faza u statoru, može se postići precizna kontrola brzine, upravljanja i obrtnog momenta indukcionog motora.
Indukcijski motori imaju prednosti jednostavne strukture, pouzdanog rada, jednostavnog održavanja i relativno niske cijene, te su pogodni za većinu primjena, kao što su kućanski aparati, električni alati, industrijske mašine i transport.
1.3 Preklopljeni reluktantni motor
Princip rada komutacionog reluktantnog motora (SRM) zasniva se na principu da je magnetni fluks uvek zatvoren duž putanje maksimalne magnetne permeabilnosti. Kada se središnje linije zubaca statora i rotora ne poklapaju i magnetna permeansa nije maksimalna, magnetsko polje će generirati magnetnu vučnu silu i formirati reluktantni moment, uzrokujući rotor rotora u položaj maksimalne magnetske permeabilnosti. Kada se struja dovodi do svakog faznog namotaja statora u nizu, rotor motora će se okretati korak po korak u suprotnom smjeru od sekvence faza pod naponom. Promjena sekvence napajanja svake faze statora će uzrokovati promjenu smjera motora. Međutim, promjene u smjeru toka fazne struje neće utjecati na rotaciju rotora.
Preklopni reluktantni motor ima prednosti jednostavne strukture, niske cijene, visoke pouzdanosti, dobrih startnih performansi i performansi regulacije brzine, a kontrolni uređaj je također relativno jednostavan. Međutim, u praktičnim primenama, komutirani reluktantni motori imaju nedostatke kao što su veliki talasi obrtnog momenta, visoka buka i potreba za detektorima položaja.
2. Upravljačka jedinica motora
Upravljačka jedinica motora je ključna komponenta sistema električnog pogona i odgovorna je za kontrolu i regulaciju motora. Glavne funkcije upravljačke jedinice motora uključuju: prihvatanje signala pedale gasa i kočnice koje unose vozač, pretvaranje signala papučice u električne signale i njihovo slanje kontroloru motora; praćenje parametara kao što su napon baterije, struja i temperatura kako bi se osiguralo normalan rad kontrolera motora; kontrolirati brzinu i obrtni moment motora kako bi se postiglo ubrzanje, usporavanje, kočenje i druge operacije vozila; komuniciraju sa drugim kontrolerima preko CAN magistrale kako bi koordinirali sistem napajanja vozila, sistem upravljanja i sigurnosni sistem itd.
Upravljačka jedinica motora sastoji se od hardvera i softvera kontrolera. Hardver kontrolera uključuje mikrokontrolere, energetske uređaje, zaštitna kola i komunikacione interfejse, itd., i odgovoran je za realizaciju konverzije i kontrole električnih signala. Softver kontrolera je odgovoran za realizaciju strategije upravljanja motorom, dijagnostiku grešaka i funkcije obrade.
3. Reduktor
Reduktor je jedna od nezamjenjivih komponenti u sistemu električnog pogona. Njegova funkcija je smanjenje brzine motora i povećanje izlaznog momenta. Reduktori se obično sastoje od zupčanika, ležajeva i brtvi. Ovisno o njihovoj strukturi i performansama, mogu se podijeliti na reduktore zupčanika, planetarne reduktore i pužne reduktore.
U električnim i hibridnim vozilima često se koriste planetarni reduktori ili pužni reduktori. Planetarni reduktor ima visoku efikasnost prijenosa i male dimenzije, te je pogodan za vozila velikih brzina. Pužni reduktori imaju veći izlazni moment i manju buku, te su pogodni za vozila s malim brzinama i velikim opterećenjem.
Ukratko, električni motor, upravljačka jedinica motora i reduktor su primarne komponente u sistemu električnog pogona koje rade zajedno kako bi postigli efikasan rad vozila visokih performansi. Uz kontinuirani razvoj tehnologije, trend razvoja buduće tehnologije električnih pogona je integracija, platformizacija, visoka efikasnost i veća brzina. Pojava i razvoj ovih trendova će donijeti mnoge mogućnosti i izazove, a potrebno je obratiti pažnju i na utjecaj faktora kao što su NVH, cijena i pouzdanost.
