Cấu trúc và thiết kế của xe điện thuần túy khác với xe chạy bằng động cơ đốt trong truyền thống. Đây cũng là một hệ thống kỹ thuật phức tạp. Cần tích hợp công nghệ pin điện, công nghệ truyền động động cơ, công nghệ ô tô và lý thuyết điều khiển hiện đại để đạt được quy trình điều khiển tối ưu. Trong kế hoạch phát triển khoa học và công nghệ xe điện, đất nước tiếp tục tuân thủ bố cục R&D "ba dọc và ba ngang", và tiếp tục nhấn mạnh nghiên cứu về các công nghệ then chốt chung của "ba ngang" theo chiến lược chuyển đổi công nghệ "truyền động điện thuần túy", tức là nghiên cứu về động cơ truyền động và hệ thống điều khiển của nó, pin điện và hệ thống quản lý của nó và hệ thống điều khiển hệ thống truyền động. Mỗi nhà sản xuất lớn xây dựng chiến lược phát triển kinh doanh của riêng mình theo chiến lược phát triển quốc gia.
Tác giả sắp xếp các công nghệ then chốt trong quá trình phát triển hệ thống truyền động năng lượng mới, cung cấp cơ sở lý thuyết và tài liệu tham khảo cho việc thiết kế, thử nghiệm và sản xuất hệ thống truyền động. Kế hoạch được chia thành ba chương để phân tích các công nghệ then chốt của hệ thống truyền động điện trong hệ thống truyền động của xe điện thuần túy. Hôm nay, chúng tôi sẽ giới thiệu đầu tiên về nguyên lý và phân loại các công nghệ truyền động điện.
Hình 1 Các liên kết chính trong phát triển hệ thống truyền động
Hiện nay, các công nghệ cốt lõi của hệ thống truyền động xe điện thuần túy bao gồm bốn loại sau:
Hình 2 Các công nghệ cốt lõi của hệ thống truyền động
Định nghĩa của Hệ thống động cơ lái
Theo tình trạng của ắc quy xe và yêu cầu về công suất xe, nó chuyển đổi năng lượng điện đầu ra của thiết bị phát điện lưu trữ năng lượng trên xe thành năng lượng cơ học và năng lượng được truyền đến bánh xe dẫn động thông qua thiết bị truyền, và các bộ phận của năng lượng cơ học của xe được chuyển đổi thành năng lượng điện và đưa trở lại thiết bị lưu trữ năng lượng khi xe phanh. Hệ thống lái điện bao gồm động cơ, cơ cấu truyền động, bộ điều khiển động cơ và các thành phần khác. Thiết kế các thông số kỹ thuật của hệ thống lái điện chủ yếu bao gồm công suất, mô-men xoắn, tốc độ, điện áp, tỷ số truyền giảm, điện dung cung cấp điện, công suất đầu ra, điện áp, dòng điện, v.v.
1) Bộ điều khiển động cơ
Còn được gọi là bộ biến tần, nó thay đổi dòng điện một chiều đầu vào của bộ pin thành dòng điện xoay chiều. Các thành phần cốt lõi:
◎ IGBT: công tắc điện tử công suất, nguyên lý: thông qua bộ điều khiển, điều khiển cánh tay cầu IGBT đóng một tần số và công tắc trình tự nhất định để tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha. Bằng cách điều khiển công tắc điện tử công suất đóng, điện áp xoay chiều có thể được chuyển đổi. Sau đó, điện áp AC được tạo ra bằng cách điều khiển chu kỳ nhiệm vụ.
◎ Điện dung màng: chức năng lọc; cảm biến dòng điện: phát hiện dòng điện của cuộn dây ba pha.
2) Mạch điều khiển và dẫn động: bo mạch điều khiển máy tính, dẫn động IGBT
Vai trò của bộ điều khiển động cơ là chuyển đổi DC sang AC, nhận từng tín hiệu và đưa ra công suất và mô-men xoắn tương ứng. Các thành phần cốt lõi: công tắc điện tử công suất, tụ điện màng, cảm biến dòng điện, mạch điều khiển truyền động để mở các công tắc khác nhau, tạo dòng điện theo các hướng khác nhau và tạo ra điện áp xoay chiều. Do đó, chúng ta có thể chia dòng điện xoay chiều hình sin thành các hình chữ nhật. Diện tích của các hình chữ nhật được chuyển đổi thành điện áp có cùng chiều cao. Trục x thực hiện điều khiển độ dài bằng cách điều khiển chu kỳ nhiệm vụ và cuối cùng thực hiện chuyển đổi tương đương của diện tích. Theo cách này, có thể điều khiển nguồn điện DC để đóng cánh tay cầu IGBT ở một tần số và trình tự chuyển đổi nhất định thông qua bộ điều khiển để tạo ra nguồn điện xoay chiều ba pha.
Hiện nay, các thành phần chính của mạch truyền động đều phải nhập khẩu: tụ điện, ống chuyển mạch IGBT/MOSFET, DSP, chip điện tử và mạch tích hợp, có thể tự sản xuất nhưng có công suất yếu: mạch đặc biệt, cảm biến, đầu nối, có thể tự sản xuất: nguồn điện, điốt, cuộn cảm, bảng mạch nhiều lớp, dây cách điện, bộ tản nhiệt.
3) Động cơ: biến đổi dòng điện xoay chiều ba pha thành máy móc
◎ Cấu trúc: nắp trước và sau, vỏ, trục và ổ trục
◎ Mạch từ: lõi stato, lõi rôto
◎ Mạch điện: cuộn dây stato, dây dẫn rôto
4) Thiết bị truyền
Hộp số hoặc bộ giảm tốc biến đổi tốc độ mô-men xoắn do động cơ tạo ra thành tốc độ và mô-men xoắn cần thiết cho toàn bộ xe.
Loại động cơ lái
Động cơ dẫn động được chia thành bốn loại sau. Hiện nay, động cơ cảm ứng AC và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là những loại xe điện năng lượng mới phổ biến nhất. Vì vậy, chúng tôi tập trung vào công nghệ động cơ cảm ứng AC và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
| Động cơ DC | Động cơ cảm ứng AC | Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu | Động cơ từ trở chuyển mạch | |
| Lợi thế | Chi phí thấp hơn, yêu cầu thấp về hệ thống điều khiển | Chi phí thấp, Phạm vi phủ sóng rộng, Công nghệ điều khiển phát triển, Độ tin cậy cao | Mật độ công suất cao, hiệu suất cao, kích thước nhỏ | Cấu trúc đơn giản, yêu cầu hệ thống điều khiển thấp |
| Điều bất lợi | Yêu cầu bảo trì cao, Tốc độ thấp, Mô-men xoắn thấp, tuổi thọ ngắn | Diện tích hiệu quả nhỏMật độ công suất thấp | Chi phí cao Khả năng thích ứng với môi trường kém | Biến động mô-men xoắn lớnTiếng ồn khi làm việc cao |
| Ứng dụng | Xe điện tốc độ thấp nhỏ hoặc siêu nhỏ | Xe điện kinh doanh và xe chở khách | Xe điện kinh doanh và xe chở khách | Xe hỗn hợp |
1) Động cơ không đồng bộ cảm ứng AC
Nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ cảm ứng AC là cuộn dây sẽ đi qua khe stato và rôto: được xếp chồng bằng các tấm thép mỏng có độ dẫn từ cao. Điện ba pha sẽ đi qua cuộn dây. Theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday, một từ trường quay sẽ được tạo ra, đây là lý do tại sao rôto quay. Ba cuộn dây của stato được kết nối với nhau ở khoảng cách 120 độ và dây dẫn mang dòng điện tạo ra từ trường xung quanh chúng. Khi nguồn điện ba pha được áp dụng cho sự sắp xếp đặc biệt này, các từ trường sẽ thay đổi theo các hướng khác nhau theo sự thay đổi của dòng điện xoay chiều tại một thời điểm cụ thể, tạo ra từ trường có cường độ quay đồng đều. Tốc độ quay của từ trường được gọi là tốc độ đồng bộ. Giả sử một dây dẫn kín được đặt bên trong, theo định luật Faraday, vì từ trường thay đổi, vòng lặp sẽ cảm nhận được lực điện động, sẽ tạo ra dòng điện trong vòng lặp. Tình huống này giống như vòng lặp mang dòng điện trong từ trường, tạo ra lực điện từ trên vòng lặp và Huan Jiang bắt đầu quay. Sử dụng thứ gì đó tương tự như lồng sóc, dòng điện xoay chiều ba pha sẽ tạo ra từ trường quay qua stato, và dòng điện sẽ được tạo ra trong thanh lồng sóc bị ngắn mạch bởi vòng cuối, do đó rôto bắt đầu quay, đó là lý do tại sao động cơ được gọi là động cơ cảm ứng. Với sự trợ giúp của cảm ứng điện từ thay vì kết nối trực tiếp với rôto để tạo ra điện, các mảnh lõi sắt cách điện được lấp đầy trong rôto, do đó, kích thước sắt nhỏ đảm bảo tổn thất dòng điện xoáy tối thiểu.
2) Động cơ đồng bộ AC
Roto của động cơ đồng bộ khác với động cơ không đồng bộ. Nam châm vĩnh cửu được lắp trên rotor, có thể chia thành loại lắp trên bề mặt và loại nhúng. Roto được làm bằng tấm thép silic và nam châm vĩnh cửu được nhúng. Stator cũng được kết nối với dòng điện xoay chiều có độ lệch pha là 120, điều khiển kích thước và pha của dòng điện xoay chiều dạng sóng sin, do đó từ trường do stato tạo ra ngược với từ trường do rotor tạo ra và từ trường đang quay. Theo cách này, stato bị nam châm hút và quay cùng với rotor. Chu kỳ này đến chu kỳ khác được tạo ra bởi sự hấp thụ của stato và rotor.
Kết luận: Hệ thống truyền động động cơ cho xe điện về cơ bản đã trở thành xu hướng chính, nhưng không phải là duy nhất mà là đa dạng. Mỗi hệ thống truyền động động cơ đều có chỉ số toàn diện riêng. Mỗi hệ thống được áp dụng trong hệ thống truyền động xe điện hiện có. Hầu hết trong số chúng là động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, trong khi một số cố gắng chuyển đổi động cơ từ trở. Điều đáng chú ý là hệ thống truyền động động cơ tích hợp công nghệ điện tử công suất, công nghệ vi điện tử, công nghệ kỹ thuật số, công nghệ điều khiển tự động, khoa học vật liệu và các ngành khác để phản ánh triển vọng ứng dụng và phát triển toàn diện của nhiều ngành. Đây là đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ trong động cơ xe điện. Để chiếm một vị trí trong xe điện tương lai, tất cả các loại động cơ không chỉ cần tối ưu hóa cấu trúc động cơ mà còn phải liên tục khám phá các khía cạnh thông minh và kỹ thuật số của hệ thống điều khiển.
Thời gian đăng: 30-01-2023
