Temeljna tehnologija električnog pogona za
Nova energetska vozila
Sustav električnog pogona ključni je dio električnih vozila i hibridnih vozila. Njegove glavne komponente uključuju motore, upravljačke jedinice motora i reduktore. Ove komponente igraju različite uloge u sustavu električnog pogona i rade zajedno kako bi postigli učinkovit i visokoučinkovit rad vozila.
1. Motor
Motor je srž električnog pogonskog sustava. Njegova je funkcija pretvaranje električne energije koju proizvodi baterija u mehaničku energiju za pogon vozila naprijed. U električnim vozilima i hibridnim vozilima, motori koji se često koriste uključuju sinkrone motore s trajnim magnetima (PMSM), indukcijske motore i reluktantne motore s prekidačem.
1.1 Sinkroni motor s trajnim magnetom (PMSM)
Sinkroni motor s trajnim magnetom učinkovit je motor visokih performansi koji se široko koristi u električnim vozilima i hibridnim vozilima. Učinkovit rad motora postiže korištenjem permanentnih magneta za stvaranje magnetskog polja.
PMSM ima visoku gustoću snage, nisku razinu buke i nisku potrošnju energije te može postići visoku učinkovitost u širokom rasponu brzina. Osim toga, strategija upravljanja PMSM-om je relativno zrela i može postići preciznu kontrolu momenta i brzine.
1.2 Indukcijski motor
Indukcijski motor je električni motor koji radi na principu elektromagnetske indukcije. Specifični princip rada je sljedeći:
U indukcijskom motoru izmjenična struja prolazi kroz stator, a kroz namote statora stvara se rotirajuće magnetsko polje. Budući da je rotor asinkronog motora zatvoreni metalni disk, kada rotirajuće magnetsko polje prolazi kroz rotor, u rotoru se induciraju vrtložne struje. Te vrtložne struje stvaraju obrnuto magnetsko polje koje u interakciji s magnetskim poljem statora stvara zakretni moment. Rotor se počinje okretati i nastavlja okretati kako se mijenja okretno magnetsko polje. Brzina vrtnje rotora ne prati frekvenciju okretnog magnetskog polja, pa se asinkroni motori nazivaju i asinkroni motori.
Upravljanjem parametara kao što su struja i redoslijed faza u statoru, može se postići precizna kontrola brzine, upravljanja i momenta asinkronog motora.
Indukcijski motori imaju prednosti jednostavne strukture, pouzdanog rada, lakog održavanja i relativno niske cijene te su prikladni za većinu primjena, kao što su kućanski uređaji, električni alati, industrijski strojevi i transport.
1.3 Preklopni reluktantni motor
Princip rada reluktantnog motora s prekidačem (SRM) temelji se na principu da je magnetski tok uvijek zatvoren duž putanje maksimalne magnetske permeabilnosti. Kada se središnje linije zuba statora i rotora ne poklapaju i magnetska propusnost nije maksimalna, magnetsko polje će generirati magnetsku vučnu silu i formirati otporni moment, uzrokujući rotaciju rotora do položaja maksimalne magnetske propusnosti. Kada se struja dovede do svakog faznog namota statora redom, rotor motora će se okretati korak po korak u suprotnom smjeru od slijeda faza pod naponom. Promjena redoslijeda napajanja svake faze statora uzrokovat će promjenu smjera motora. Međutim, promjene u smjeru toka fazne struje neće utjecati na rotaciju rotora.
Preklopni reluktantski motor ima prednosti jednostavne strukture, niske cijene, visoke pouzdanosti, dobrih startnih performansi i performansi regulacije brzine, a upravljački uređaj je također relativno jednostavan. Međutim, u praktičnim primjenama, sklopljeni reluktantski motori imaju nedostatke kao što su velika valovitost zakretnog momenta, visoka buka i potreba za detektorima položaja.
2. Upravljačka jedinica motora
Upravljačka jedinica motora je ključna komponenta električnog pogonskog sustava i odgovorna je za kontrolu i regulaciju motora. Glavne funkcije upravljačke jedinice motora uključuju: prihvaćanje signala papučice gasa i papučice kočnice koje unese vozač, pretvaranje signala papučice u električne signale i njihovo slanje upravljaču motora; praćenje parametara kao što su napon baterije, struja i temperatura kako bi se osigurao normalan rad kontrolera motora; kontrolirati brzinu i okretni moment motora kako bi se postiglo ubrzanje vozila, usporavanje, kočenje i druge operacije; komunicirati s drugim kontrolerima putem CAN sabirnice radi koordinacije sustava napajanja vozila, sustava upravljanja i sigurnosnog sustava itd.
Upravljačka jedinica motora sastoji se od hardvera i softvera upravljača. Hardver kontrolera uključuje mikrokontrolere, uređaje za napajanje, zaštitne krugove i komunikacijska sučelja itd., a odgovoran je za realizaciju pretvorbe i upravljanja električnim signalima. Softver kontrolera odgovoran je za realizaciju strategije upravljanja motorom, dijagnozu grešaka i funkcije obrade.
3. Reduktor
Reduktor je jedna od neizostavnih komponenti u sustavu električnog pogona. Njegova funkcija je smanjiti brzinu motora i povećati izlazni moment. Reduktori se obično sastoje od zupčanika, ležajeva i brtvila. Ovisno o strukturi i izvedbi, mogu se podijeliti na reduktore, planetarne reduktore i pužne reduktore.
U električnim vozilima i hibridnim vozilima često se koriste planetarni reduktori ili reduktori pužnih zupčanika. Planetarni reduktor ima visoku učinkovitost prijenosa i malu veličinu te je prikladan za vozila velikih brzina. Pužni reduktori imaju veći izlazni moment i nižu buku te su prikladni za vozila s malim brzinama i velikim opterećenjem.
Ukratko, električni motor, upravljačka jedinica motora i reduktor primarne su komponente u sustavu električnog pogona koji rade zajedno kako bi postigli učinkovit rad vozila visokih performansi. Uz kontinuirani razvoj tehnologije, trend razvoja buduće tehnologije električnog pogona je integracija, platformizacija, visoka učinkovitost i veća brzina. Pojava i razvoj ovih trendova donijet će mnoge prilike i izazove, a potrebno je obratiti pozornost i na utjecaj čimbenika kao što su NVH, cijena i pouzdanost.
