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电动机类型的选择

时间:2022-11-08 百科知识 版权反馈
【摘要】:选择新能源汽车驱动电动机的关键是电动机的机械特性。在选择新能源汽车的驱动电动机时,可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性能参数,以作为电动机设计的依据。目前新能源汽车很大一部分是采用交流感应电动机作为驱动电动机。永磁电动机的控制系统要比感应电动机的控制系统简单和便宜。目前,正在开发水冷式开关磁阻电动机及其控制器和永磁开关磁阻电动机,其性能将进一步提高。

选择新能源汽车驱动电动机的关键是电动机的机械特性。直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的机械特性可以用转矩—转速特性(T n- )和功率—转速特性(P n- )曲线来表示,并可作为选择电动机的参考依据。

在选择新能源汽车的驱动电动机时,可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性能参数,以作为电动机设计的依据。实际上,大多数情况下是新能源汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。可供电动汽车选用的电动机种类繁多,功率范围面很广。新能源汽车对于驱动电动机的调速范围、可靠性、在恶劣环境下的工作能力等方面有比较高的要求。

目前新能源汽车很大一部分是采用交流感应电动机作为驱动电动机。感应电动机效率高(90%以上),功率密度较大(近1 k W/kg),功率因数变化大,转子为笼型结构,适合于高速运转。另外,感应电动机的可靠性高、便于维修、价格便宜。随着电力电子器件和功率变换器的快速发展,感应电动机控制器采用了矢量控制的变频器或逆变器,使感应电动机具有更好的可控性和较宽的调速范围。目前已经能够在市场上买到不同生产厂家不同规格效率高、技术性能可靠的感应电动机变频器或逆变器,可以直接为新能源汽车所采用。新型感应电动机的直接转矩控制系统,具有控制简单、动态响应快、调速范围宽等特点。感应电动机的价格比较便宜,但控制系统复杂,价格也较高。

目前,交流永磁电动机的应用也越来越广泛,永磁电动机具有效率高(达到 97%)、功率密度较大(超过1 k W/kg)的特点。永磁电动机的转子没有励磁绕组,可以高速运转,可靠性好,体积小,质量小,便于维修,采用矢量控制的变频调速系统,使永磁电动机具有宽广的调速范围。永磁电动机的控制系统要比感应电动机的控制系统简单和便宜。但永磁电动机的永磁材料强度较差,大功率的永磁电动机所需永磁材料要特别加固,因此,永磁电动机的功率一般较小。有些永磁电动机在高温作用下,会发生磁性衰退现象,需要采取水冷的方式来控制温度在150 ℃以下,目前永磁材料的价格较高,因此永磁电动机及其控制系统的成本较高。

开关磁阻电动机是一种新型电动机,在电动机的转子上,没有滑环、绕组等转子导体和永磁体等装置。它的结构比其他任何一种电动机都要简单,效率可以达到85%~93%,转速可以达到15 000 r/min。其转矩—转速特性好,在较宽的调速范围内,转矩、转速可以灵活控制,并有高起动转矩和低起动功率的机械特性。转子上没有励磁绕组和永磁体,结构简单坚固、可靠性好、质量小、便于维修、成本较低。开关磁阻电动机的控制系统包括微处理器、位置检测器和电流传感器等电子器件,控制系统较为复杂,调节性能和控制精度要求高。工作时转矩脉动大,噪声也较大,体积比同功率的感应电动机要大一些。目前,正在开发水冷式开关磁阻电动机及其控制器和永磁开关磁阻电动机,其性能将进一步提高。

随着现代制造技术、电力电子技术、控制理论、计算机和电子元器件的发展,电动机的控制系统正不断向自动化、集成化和小型化的方向发展。这将促进各种电动机及其驱动系统不断的改进和完善,为驱动系统提供更加宽广的选择空间。

其他类型的特种电动机也可以作为新能源汽车的驱动电机,包括同步磁阻电动机、永磁阶跃电动机、横向磁通量电动机等特种电动机。但这些特种电动机需要特殊的驱动系统,且难与现有的传统电动机驱动系统和传动系统相协调工作,其生产技术和制造工艺也很复杂。不过,随着技术的进步和发展,性能更好、效率更高、体积更小、质量更小的新型电动机和驱动系统必然会研制和开发出来。

尽管电动机的最大转矩是额定转矩的几倍,但在输出转矩增加的同时,转子电流也大大地增加,需要动力蓄电池在很短的时间内大电流放电,特别是在“堵转”起动时,若时间过长会使电动机烧毁。为了保护电动机动力蓄电池,并且符合车辆行驶速度和驱动力的要求,在驱动系统中,一般要安装减速器或变速器。新能源汽车常用驱动电动机的性能比较如表2-6所示。

表2-6 新能源汽车常用驱动电动机的性能比较

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