EVA's stimuleren de vraag naar inductiemotoren voor eekhoorntjeskooien

Stel je een zeer efficiënt "hart" voor dat in een elektrisch voertuig zwijgend klopt, een die betrouwbare stroom levert zonder complexe borstels.een veelgebruikte wisselstroommotor in zowel industriële toepassingen als elektrische voertuigenMaar wat maakt deze motor uniek en welke uitdagingen en kansen heeft deze?

Overzicht

De eekhoornkooi-inductiemotor is een borstelloze wisselstroommotor aangedreven door sinusvormige spanning en stroom.lage onderhoudsvereisten, en de mogelijkheid om in ruwe omgevingen te werken, maken het ideaal voor industriële toepassingen en elektrische aandrijfsystemen.

Toepassingen voor elektrische voertuigen

SCIM's zijn geïmplementeerd in verschillende commercieel beschikbare batterij elektrische voertuigen (BEV's), waaronder personenauto's, bussen en lichte vrachtwagens.Tazzari Zero, Mercedes-Benz B-Klasse Electric Drive, Mahindra e2o, en Toyota RAV4 EV.De eerste versie van de Newton-lichtzuur-elektrische vrachtwagen van Smith Electric Vehicles en de Optare Solo EV-batterij-elektrische bus maken ook gebruik van driefasige SCIM's..

Werkingsbeginsel en structurele kenmerken

Als een asynchrone motor werkt de SCIM met een verschil tussen de roterende magnetische veldsnelheid die wordt gegenereerd door statorwikkelingen en de rotorsnelheid.De relatief eenvoudige structuur vereenvoudigt ontwerp- en productieprocessen in vergelijking met andere motortypenIn tegenstelling tot permanente magneetmotoren gebruiken SCIM's goedkopere materialen.Motoren met een hoger fasennummer worden ontwikkeld om de vermogendichtheid te verbeteren en het koppel, de omwenteling en de stroom per fase te verminderen..

De rotor bevat een gegoten aluminium eekhoornkooi, met rotorstromen die worden geïnduceerd door het roterende magnetische veld van de stator.De interactie tussen dit veld en het magnetisch veld van de rotor stroom genereert elektromagnetisch koppelDe efficiëntie kan worden verbeterd door koper in plaats van aluminium te gebruiken voor rotorstaven en eindringen.

Prestatiebeperkingen en verbeteringsmaatregelen

SCIM's hebben inherente nadelen, waaronder moeilijke beheersing van lage snelheden, lage vermogensaandelen onder lichte belastingen, hoge startstroom, relatief lage efficiëntie en slechte uitbuiting van de omvormer.Zelfs onder omstandigheden zonder belastingDe magnetiseringstroom verhoogt de koperverliezen en de elektronische omvormers.

Voor hubmotoren kunnen SCIM's gebruik maken van rotoren in de buitenkast om de diameter van de luchtkloof en het uitgangsmoment te vergroten.het beter geschikt maken voor BEV's dan hybride of plug-in hybride voertuigen waar ruimtebeperkingen bestaanDe maximale snelheid is doorgaans beperkt tot 10.000 t/min, hoewel veldverzwekkende technieken het constante vermogen kunnen verlengen tot 4-5 keer de basis snelheid, een cruciale vereiste voor elektrische voertuigen.

Beheertechnologieën

Er worden momenteel verschillende snelheids- en koppelregelingstechnieken gebruikt. De eenvoudigste is scalaire regeling, die de spanningsomvang en frequentie aanpast, hoewel de tijdelijke prestaties beperkt zijn.Voor een verbeterde tijdelijke responsIn het verleden werd een nieuwe methode ontwikkeld voor het controleren van het vermogen van de motor en het beheer van het vermogen van de motor.

Permanente magnetenmotoren

Permanente magneetborstelloze motoren vallen in twee categorieën: borstelloze DC (BLDC) en borstelloze AC (permanente magneet synchrone motoren of PMSM).hun stator winding arrangementen verschillen. BLDC-motoren gebruiken trapeziumvormige wikkels met trapeziumvormige back-EMF, meestal aangedreven door rechthoekige fasestromen.Dit maakt eenvoudige besturingsmethoden mogelijk met behulp van positie feedback zes keer per rotatie waargenomen.

PMSM's evolueerden uit synchrone motoren met wondenrotor, waarbij ze de borstel-/slipring-excitatie-wikkelingen vervangen door permanente magneten.met sinusoïdale wikkels die een sinusoïdale terug-EMF produceren, aangedreven door sinusoïdale stromenDeze verschillen hebben een aanzienlijke invloed op het motorgedrag en de besturingsalgoritmen, waardoor PMSM's beter geschikt zijn voor tractiesystemen voor elektrische voertuigen.

Ontwerp van een permanente magneetmotor

Terwijl de meeste PMSM's radial-flux-ontwerpen gebruiken, bieden axiale-flux-configuraties voordelen in koppel-tot-inertieverhouding en vermogendichtheid voor bepaalde vermogensterreinen, met name in hubmotortoepassingen.Zeldzame aardmagneten domineren EV-aandrijvingssystemen vanwege hun superieure magnetische eigenschappen, hoewel hoge-efficiëntie PMSM's kunnen worden ontworpen met lagere magneten.

PMSM's voor zeldzame aarden bieden aantrekkelijke kenmerken, waaronder een hoge vermogen/koppeldichtheid, synchrone snelheid, hoge efficiëntie, precieze koppelregeling en onderhoudsvrije werking.de beperkingen omvatten beperkte veldverzwekkingscapaciteit (vooral bij PMSM's op het oppervlak)De risico's van demagnetisatie door mechanische schokken, hoge temperaturen of kortsluitingen maken de veiligheid en de storingstolerantie van cruciaal belang.

Gecommuteerde motoren

Schakelmotoren (SRM's) zijn borstelloze machines met dubbel uitsteekbare structuren.terwijl de rotor geen wikkels of magneten heeftDe beweging van de rotor wordt gehandhaafd door de statorpalen via elektronische besturing opeenvolgend te activeren.

SRM's bieden eenvoud, lage kosten en eenvoud van productie vanwege hun ongecompliceerde rotorstructuur.1) ‘ideeel voor tandwielloze EV-aandrijving ‘samen met hoge temperatuurcapaciteitHet vermogen van de rotor om te draaien is beperkt, maar het vermogen van de rotor om te draaien is beperkt, met een lage rotorinersie, een hoog startmoment en een snelle versnelling.,en een lager rendement door hogere ijzerverliezen.

Motoren met fluxschakelaar

FMS-motoren zijn dubbel prominente borstelloze machines die worden onderzocht voor tractietoepassingen.Hun stators bevatten zowel DC-excitatie-wikkelingen als AC-armaturegewikkelingen (meestal driefasig), waardoor de trillingen en het geluid in vergelijking met SRM's worden verminderd.

FSM-varianten omvatten wikkel-opgetogen (WFFSM), permanente magneet (PMFSM) en hybride-opgetogen (HEFSM) typen.WFFSM's zijn in dit opzicht uitstekend dankzij de controle van gelijkstroomopwikkelingenDe aantrekkelijke kenmerken van FSM zijn onder meer de structurele eenvoud, de hoge luchtkloofstroomdichtheid (die een hoge vermogen/koppeldichtheid oplevert) en de robuustheid voor ruwe omgevingen.De nadelen omvatten hogere koperverliezen en inherente koppelrimpel.

Synchrone motoren met terughoudendheid

Synchrone terughoudingsmotoren (SynRM's) werken synchroon via driefasig wisselstroomvermogen.Het koppel is uitsluitend afkomstig van de magnetische weerstand.Een multi-flux-barrier rotor leidt de magnetische stroom terwijl het de stroom van de vierkantas blokkeert.

SynRM's bieden eenvoud in de productie en concurrerende vermogensaanslag/omvormervereisten ten opzichte van inductiemotoren, hoewel ze PMSM's achterblijven op het gebied van efficiëntie en koppeldichtheid.Een zorgvuldig ontwerp van de vloeibare barrière kan de problemen met het koppelverlies verminderenVerschillende fabrikanten bieden nu SynRM's van industriële kwaliteit aan, met recente prototypes die zijn ontwikkeld voor EV-toepassingen.

Permanent magnetisch geholpen synchrone terughoudingsmotoren

Het inbrengen van magneten in SynRM-rotoren creëert PMa-SynRM's die veelbelovende kandidaten zijn voor EV-aandrijvingen.Deze machines zetten ferrietmagneten in de rotorstroombarrières om de uitsteeksverhouding te verhogen.De polariteit van de magneten meet de flux van de vierkant-as, waardoor Lq wordt geminimaliseerd en de verhouding Ld/Lq wordt gemaksimaliseerd om het terughoudend koppel te verhogen (dat over het uitlijningskoppel domineert).

PMa-SynRM's combineren de voordelen van PM- en terughoudendheidsmotoren: hoge efficiëntie, dichtheid, vermogen en snelheidsbereik.Het gebruik van goedkope ferrieten in plaats van zeldzame aardmagneten lost kosten/aanbodproblemen op en vermindert tegelijkertijd demagnetiseringsrisico's en back-EMFDe rotorontwerpen maken gebruik van meerlagige holtes voor ingebedde ferrieten, waardoor de magnetische uitsteeksel wordt geoptimaliseerd.De ontwikkeling van PMa-SynRM prototypes op basis van ferriet wordt voortgezet..

Vergelijking van motorprestaties

Bij de beoordeling van motortypen (SRM's, WFFSM's, PMFSM's, PMa-SynRM's, PMSM's en SCIM's) is er geen enkele kandidaat die duidelijk beter presteert dan anderen in alle indicatoren.geluid/vibratie, vervaardigbaarheid, robuustheid, foutvertrouwen, constante vermogen en controlecomplexiteit.Een uitgebreide analyse is vereist om de specifieke toepassingsvereisten te matchen met optimale motorkenmerken.