인간과 환경의 공존, 그리고 세계 경제의 지속 가능한 발전은 사람들로 하여금 배출가스를 줄이고 자원 효율적인 이동 수단을 열망하게 만들고 있으며, 전기 자동차의 사용은 의심할 여지 없이 유망한 해결책입니다.
현대의 전기자동차는 전기, 전자, 기계제어, 재료과학, 화학기술 등 다양한 첨단기술이 집약된 종합제품입니다.전반적인 작동 성능, 경제성 등은 먼저 배터리 시스템과 모터 구동 제어 시스템에 따라 달라집니다.전기 자동차의 모터 구동 시스템은 일반적으로 컨트롤러라는 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다.전력 변환기, 모터 및 센서.현재 전기 자동차에 사용되는 모터에는 일반적으로 DC 모터, 유도 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터 및 영구 자석 브러시리스 모터가 포함됩니다.
1. 전기모터용 전기자동차의 기본 요구사항
일반 산업 응용 분야와 달리 전기 자동차의 작동은 매우 복잡합니다.따라서 구동 시스템에 대한 요구 사항이 매우 높습니다.
1.1 전기 자동차용 모터는 순간 출력이 크고, 과부하 용량이 강하고, 과부하 계수가 3~4), 가속 성능이 좋고, 수명이 긴 특성을 가져야 합니다.
1.2 전기 자동차용 모터는 정토크 영역과 정파워 영역을 포함하여 광범위한 속도 조절 범위를 가져야 합니다.일정한 토크 영역에서는 시작 및 상승 요구 사항을 충족하기 위해 저속으로 실행할 때 높은 토크가 필요합니다.정동력 영역에서는 평지에서의 고속 주행 요구 사항을 충족하기 위해 낮은 토크가 필요할 때 고속이 필요합니다.필요하다.
1.3 전기자동차용 전기모터는 차량 감속 시 회생제동을 실현하고, 에너지를 회복하여 배터리에 피드백할 수 있어야 하며, 이를 통해 전기자동차는 내연기관 자동차에서는 달성할 수 없는 최고의 에너지 이용률을 갖출 수 있어야 합니다. .
1.4 전기자동차용 전기모터는 1회 충전으로 항속거리를 향상시키기 위해 전체 운행범위에서 높은 효율을 가져야 한다.
또한, 전기자동차용 전기모터는 신뢰성이 좋고, 열악한 환경에서도 장시간 작동이 가능하며, 구조가 간단하고 대량생산에 적합하며, 작동시 소음이 적고, 사용이 편리한 것도 요구된다. 유지하고 저렴합니다.
2가지 전기자동차용 전기모터의 종류 및 제어방법
2.1DC
모터 브러시형 DC 모터의 주요 장점은 간단한 제어와 성숙한 기술입니다.AC 모터와 비교할 수 없는 뛰어난 제어 특성을 가지고 있습니다.초기 개발된 전기자동차에서는 주로 DC모터가 사용되었으며, 현재도 일부 전기자동차는 여전히 DC모터를 사용하여 구동되고 있다.그러나 브러시와 기계식 정류자의 존재로 인해 모터의 과부하 용량과 속도의 추가 향상이 제한될 뿐만 아니라 장기간 작동할 경우 브러시와 정류자를 자주 유지 관리하고 교체해야 합니다.또한, 회전자에 손실이 존재하기 때문에 열을 발산하기 어려워 모터 토크 대 질량 비율의 추가 개선이 제한됩니다.위와 같은 DC 모터의 결점을 고려하여 새로 개발되는 전기 자동차에는 기본적으로 DC 모터가 사용되지 않습니다.
2.2 AC 3상 유도 전동기
2.2.1 AC 3상 유도 전동기의 기본 성능
AC 3상 유도 전동기는 가장 널리 사용되는 전동기입니다.고정자와 회전자는 규소강판으로 적층되어 있으며, 고정자 사이에 서로 접촉하는 슬립링, 정류자 및 기타 부품이 없습니다.구조가 간단하고 작동이 안정적이며 내구성이 뛰어납니다.AC 유도 전동기의 출력 범위는 매우 넓으며 속도는 12000 ~ 15000r/min에 이릅니다.공기 냉각 또는 액체 냉각을 사용할 수 있으며 냉각 자유도가 높습니다.환경에 대한 적응성이 좋으며 회생 피드백 제동을 실현할 수 있습니다.동일한 전력 DC 모터에 비해 효율은 높고 품질은 약 절반으로 떨어지며 가격이 저렴하고 유지 관리가 편리합니다.
2.2.2 제어 시스템
AC 유도 전동기의 AC 3상 유도 전동기는 배터리에서 공급되는 DC 전원을 직접 사용할 수 없고 AC 3상 유도 전동기는 비선형 출력 특성을 갖기 때문입니다.따라서 AC 3상 유도전동기를 사용하는 전기자동차에서는 인버터에 전력반도체소자를 이용하여 직류를 주파수와 진폭을 조절할 수 있는 교류로 변환하여 AC의 제어를 구현하는 것이 필요하다. 삼상 모터.크게 v/f 제어 방식과 슬립 주파수 제어 방식이 있습니다.
벡터 제어 방식을 이용하여 AC 3상 유도 전동기의 여자 권선의 교류 주파수와 입력 AC 3상 유도 전동기의 단자 조정을 제어하고, 회전 자기장의 자속 및 토크를 제어한다. AC 3상 유도 전동기의 제어가 이루어지고 AC 3상 유도 전동기의 변경이 실현됩니다.속도와 출력 토크는 부하 변화 특성의 요구 사항을 충족할 수 있으며 가장 높은 효율을 얻을 수 있으므로 AC 3상 유도 전동기가 전기 자동차에 널리 사용될 수 있습니다.
2.2.3 단점
AC 3상 유도 모터 AC 3상 유도 모터의 전력 소비는 크고 로터가 가열되기 쉽습니다.고속 작동 중에 AC 3상 유도 모터의 냉각을 보장해야 합니다. 그렇지 않으면 모터가 손상됩니다.AC 3상 유도전동기의 역률은 낮기 때문에 주파수 변환 및 전압 변환 장치의 입력 역률도 낮아 대용량의 주파수 변환 및 전압 변환 장치를 사용할 필요가 있다.AC 3상 유도 전동기의 제어 시스템 비용은 AC 3상 유도 전동기 자체의 비용보다 훨씬 높으며, 이는 전기 자동차의 비용을 증가시킵니다.또한, AC 3상 유도 전동기의 속도 조절도 좋지 않습니다.
2.3 영구자석 브러시리스 DC 모터
2.3.1 영구자석 브러시리스 DC 모터의 기본 성능
영구자석 브러시리스 DC 모터는 고성능 모터입니다.브러시로 구성된 기계적 접촉 구조 없이 DC 모터의 외형적 특성을 그대로 갖고 있는 것이 가장 큰 특징이다.또한 영구 자석 회전자를 채택하고 여자 손실이 없습니다. 가열된 전기자 권선이 외부 고정자에 설치되어 열 방출이 쉽습니다.따라서 영구 자석 브러시리스 DC 모터에는 정류 스파크가 없고 무선 간섭이 없으며 긴 수명과 안정적인 작동이 가능합니다., 유지 관리가 쉽습니다.또한 속도는 기계적 정류에 의해 제한되지 않으며 에어베어링이나 자기 서스펜션 베어링을 사용하면 분당 최대 수십만 회전까지 작동할 수 있습니다.영구 자석 브러시리스 DC 모터 시스템과 비교하여 에너지 밀도와 효율이 높으며 전기 자동차에 적용할 가능성이 높습니다.
2.3.2 영구자석 브러시리스 DC 모터의 제어 시스템
일반적인 영구 자석 브러시리스 DC 모터는 준감결합 벡터 제어 시스템입니다.영구 자석은 고정된 진폭 자기장만 생성할 수 있으므로 영구 자석 브러시리스 DC 모터 시스템은 매우 중요합니다.일반적으로 전류 히스테리시스 제어 또는 전류 피드백 유형 SPWM 방법을 사용하여 일정한 토크 영역에서 실행하는 데 적합합니다.속도를 더욱 확장하기 위해 영구 자석 브러시리스 DC 모터는 약계자 제어를 사용할 수도 있습니다.약화 계자 제어의 핵심은 고정자 권선의 쇄교 자속을 약화시키는 직접 축 소자 전위를 제공하기 위해 위상 전류의 위상 각도를 향상시키는 것입니다.
2.3.3 부족함
영구 자석 브러시리스 DC 모터 영구 자석 브러시리스 DC 모터는 영구 자석 재료 공정의 영향을 받고 제한되므로 영구 자석 브러시리스 DC 모터의 전력 범위가 작아지고 최대 전력은 수십 킬로와트에 불과합니다.영구 자석 재료가 진동, 고온 및 과부하 전류에 노출되면 투자율이 감소하거나 자기가 없어져 영구 자석 모터의 성능이 저하되고 심한 경우 모터가 손상될 수도 있습니다.과부하가 발생하지 않습니다.정전력 모드에서 영구 자석 브러시리스 DC 모터는 작동이 복잡하고 복잡한 제어 시스템이 필요하므로 영구 자석 브러시리스 DC 모터의 구동 시스템이 매우 비쌉니다.
2.4 스위치드 릴럭턴스 모터
2.4.1 스위치드 릴럭턴스 모터의 기본 성능
스위치드 릴럭턴스 모터는 새로운 유형의 모터입니다.이 시스템은 많은 분명한 특징을 가지고 있습니다. 그 구조는 다른 모터보다 간단하며 모터 회전자에는 슬립 링, 권선 및 영구 자석이 없고 고정자에만 있습니다.단순 집중 권선이 있고 권선 끝이 짧으며 간기 점퍼가 없어 유지 관리가 쉽습니다.따라서 신뢰성이 좋고 속도는 15000r/min에 도달할 수 있습니다.효율은 85%~93%에 달하며 이는 AC 유도 모터보다 높습니다.손실은 주로 고정자에서 발생하며 모터는 냉각되기 쉽습니다.로터는 넓은 속도 조절 범위와 유연한 제어 기능을 갖춘 영구 자석으로 토크 속도 특성에 대한 다양한 특수 요구 사항을 쉽게 달성하고 넓은 범위에서 높은 효율을 유지합니다.전기 자동차의 전력 성능 요구 사항에 더 적합합니다.
2.4.2 스위치드 릴럭턴스 모터 제어 시스템
스위치드 릴럭턴스 모터는 높은 수준의 비선형 특성을 가지므로 구동 시스템이 더욱 복잡합니다.제어 시스템에는 전력 변환기가 포함되어 있습니다.
ㅏ.전력 변환기의 스위치드 릴럭턴스 모터의 여자 권선, 순방향 전류 또는 역방향 전류에 관계없이 토크 방향은 변하지 않고 주기가 정류됩니다.각 단계에는 더 작은 용량의 전원 스위치 튜브만 필요하며 전력 변환기 회로는 상대적으로 간단하고 직접적인 오류가 없으며 신뢰성이 좋으며 시스템의 소프트 스타트 및 4사분면 작동을 구현하기 쉽고 강력한 회생 제동 기능이 있습니다. .AC 3상 유도 전동기의 인버터 제어 시스템보다 비용이 저렴합니다.
비.제어 장치
컨트롤러는 마이크로프로세서, 디지털 논리 회로 및 기타 구성 요소로 구성됩니다.드라이버가 입력한 명령에 따라 마이크로프로세서는 위치검출기와 전류검출기가 동시에 피드백하는 모터의 회전자 위치를 분석, 처리하여 순간적으로 판단하고 일련의 실행명령을 내린다. 스위치드 릴럭턴스 모터를 제어합니다.다양한 조건에서 전기 자동차의 작동에 적응합니다.컨트롤러의 성능과 조정의 유연성은 마이크로프로세서의 소프트웨어와 하드웨어 간의 성능 협력에 따라 달라집니다.
씨.위치검출기
스위치드 릴럭턴스 모터는 제어 시스템에 모터 회전자의 위치, 속도 및 전류 변화 신호를 제공하기 위해 고정밀 위치 감지기가 필요하며, 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음을 줄이기 위해 더 높은 스위칭 주파수가 필요합니다.
2.4.3 스위치드 릴럭턴스 모터의 단점
스위치드 릴럭턴스 모터의 제어 시스템은 다른 모터의 제어 시스템보다 조금 더 복잡합니다.위치 검출기는 스위치드 릴럭턴스 모터의 핵심 부품으로, 그 성능은 스위치드 릴럭턴스 모터의 제어 동작에 중요한 영향을 미친다.스위치드 릴럭턴스 모터는 이중 돌출 구조이기 때문에 토크 변동이 불가피하며 소음이 스위치드 릴럭턴스 모터의 가장 큰 단점이다.그러나 최근 연구 결과에 따르면 스위치드 릴럭턴스 모터의 소음은 합리적인 설계, 제조 및 제어 기술을 채택함으로써 완전히 억제될 수 있는 것으로 나타났습니다.
또한 스위치드 릴럭턴스 모터의 출력 토크 변동이 크고 전력 변환기의 DC 전류 변동이 크기 때문에 DC 버스에 대형 필터 커패시터를 설치해야 합니다.자동차는 최고의 제어 성능과 저렴한 비용을 갖춘 DC 모터를 사용하여 다양한 역사적 기간에 다양한 전기 모터를 채택했습니다.모터 기술, 기계 제조 기술, 전력 전자 기술 및 자동 제어 기술의 지속적인 개발로 AC 모터.영구자석 브러시리스 DC 모터와 스위치드 릴럭턴스 모터는 DC 모터에 비해 우수한 성능을 보이며, 이들 모터가 점차 전기자동차의 DC 모터를 대체하고 있다.표 1은 현대 전기 자동차에 사용되는 다양한 전기 모터의 기본 성능을 비교합니다.현재 교류 모터, 영구 자석 모터, 스위치드 릴럭턴스 모터 및 해당 제어 장치의 비용은 여전히 상대적으로 높습니다.대량 생산 후에는 이러한 모터 및 단위 제어 장치의 가격이 급격히 하락하여 경제적 이익 요구 사항을 충족하고 전기 자동차의 가격이 인하됩니다.
게시 시간: 2022년 3월 24일