Разновидности автоматов электрических: Типы автоматических выключателей – какие бывают автоматы

В автомобилях с разделенным контуром (Toyota, Ford, GM и Chrysler) есть две электрические машины, одна из которых в основном работает как двигатель, а другая в основном как генератор. Одно из основных требований к этим машинам заключается в том, что они очень эффективны, так как электрическая часть энергии должна быть преобразована от двигателя к генератору, через два инвертора, снова через двигатель, а затем к колесам.

Существует острая потребность в усовершенствованных двигателях и генераторах для достижения высоких целей с точки зрения эффективности, удельной мощности и стоимости трансмиссии гибридных электромобилей. Спецификация двигателя/генератора зависит от его использования, например, в транспортных средствах малой/средней/тяжелой грузоподъемности, внедорожных транспортных средствах и локомотивах. Производительность машины зависит в основном от рабочего цикла автомобиля, тепловых характеристик и реализованного механизма охлаждения. Изобретение топологий силовых преобразователей для управления приводом за последние годы усовершенствовало системы тяги для электромобилей. Различные типы двигателей для электромобилей показаны на рис. 3.12 [2].

В настоящее время вентильный реактивный двигатель (SRM) привлекает большое внимание в приложениях для электромобилей и гибридных автомобилей. Эти двигатели имеют различные преимущества, такие как более простое управление, прочная конструкция, повышенная отказоустойчивость и выдающиеся характеристики крутящий момент-скорость. Очень низкая себестоимость двигателей BLSR (даже ниже, чем у асинхронных двигателей) вместе с некоторыми другими важными характеристиками (например, широким диапазоном скоростей) делает их серьезным кандидатом на роль привода электромобилей. SRM хорошо подходит для приложений, где требуется постоянная мощность в широком рабочем диапазоне. Однако у SRM есть несколько недостатков, таких как электромагнитные помехи, пульсации крутящего момента, высокий уровень шума и необходимость специальной топологии преобразователя. Высокий уровень шума и колебания крутящего момента можно компенсировать более сложным и дорогим контроллером. Чтобы преодолеть недостатки SRM, такие как низкая плотность крутящего момента/мощности и высокая пульсация крутящего момента, для приложений EV был представлен новый модульный (M)-SRM с гибридными магнитными путями для простой конструкции, низкой стоимости и улучшенных динамических характеристик.

(BLDC) широко используются на рынке гибридных автомобилей. Двигатели BLDC теоретически являются результатом изменения положения статора и ротора двигателей постоянного тока с постоянными магнитами. В частности, они относятся к типу, называемому машиной (или двигателем) с внутренним постоянным магнитом (IPM). Эти машины наматываются аналогично индукционным

РИСУНОК 3.12 Типы двигателей для электромобилей [2] двигатели, используемые в обычных домах, но (для повышения эффективности) в роторе используются очень сильные редкоземельные магниты. Эти магниты содержат неодим, железо и бор, поэтому их называют неодимовыми магнитами. В современных британских двигателях, производимых в настоящее время, используется технология неодимовых постоянных магнитов. По мере восстановления безопасности поставок, несомненно, произойдет возврат к превосходным конструкциям двигателей, которые позволяют использовать постоянные магниты NdFeB [2, 8]. Основными их преимуществами являются высокий КПД, компактность и высокая энергоемкость. В литературе [6] показано, что 5-фазный бесщеточный отказоустойчивый двигатель с гибридным возбуждением может использоваться для электромобилей. BLDC также можно использовать для EV с помощью нечетко настроенного PI-регулятора скорости. Бесщеточный двухроторный двигатель с постоянными магнитами с переключением потока может использоваться для применения PHEV. Двойной статор постоянного магнита BLDC (PMBLDC) также может быть задействован для применения HEV. Эти и другие модификации, исследования и разработки, о которых сообщалось в литературе, подробно описаны Singh et al. [6].

Синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) оказались сильными конкурентами IM в приложениях HEV. Их преимущества включают меньший нагрев, более высокую удельную мощность и более высокую эффективность. Однако у СДПМ есть существенный недостаток — размагничивание из-за реакции якоря. В литературе было проведено сравнение двигателя с постоянными магнитами и АД для ГЭМ с помощью усовершенствованного симулятора транспортных средств (ADVISOR), и результаты указывают на превосходные характеристики двигателей с постоянными магнитами с точки зрения стандартных показателей производительности, таких как тяговые возможности и эффективность топлива. PMSM также показывает лучший результат для HEV при использовании HESS [6]. Новая система привода PMSM с двунаправленным ZSI предлагается в литературе [6] и тестируется с учетом осуществимости и эффективности системы EV. Применение двунаправленной системы привода ZSI к PMSM повышает надежность, поскольку это одноступенчатая структура, и состояния прострела больше не могут разрушить инвертор.

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами (PMBL) — очень многообещающая технология, которая широко используется в электромобилях. Представляется, что этот тип привода будет основным лидером на рынке, хотя автопроизводителям за пределами Китая следует проявлять осторожность и искать альтернативные приводы, поскольку мировые запасы редкоземельных металлов, используемых в постоянных магнитах, практически полностью сосредоточены в Китае, правительство которого могло бы прибегнуть к экспорту. ограничения. Гибридный PMBL с возбуждением полем обеспечивает превосходную производительность, поскольку поле можно усиливать и ослаблять. Наказанием за этот выбор является более высокая стоимость производства и повышенная сложность управления.

Наконец, двигатели IM получили широкое распространение в качестве двигателей электромобилей из-за их надежности, прочности, низких эксплуатационных расходов и высокой эффективности. Кроме того, с точки зрения безопасности эти двигатели обесточиваются при отказе инвертора. IM предлагают более высокую плотность мощности и лучшую эффективность по сравнению с машиной постоянного тока. IM обеспечивает широкий диапазон скоростей с хорошей эффективностью. Была предложена новая конструкция АД для электромобилей с улучшенной кривой скорости и крутящего момента. Алгоритм ориентированного на поле управления (FOC) требует точной оценки переменных состояния двигателя, чтобы обеспечить характеристики полного крутящего момента и хорошую эффективность IM. Для этой цели в литературе также был представлен двухроторный метод оценки сопротивления [6].

Ротор с короткозамкнутым ротором и трехфазные асинхронные двигатели в настоящее время доминируют в промышленности. Их относительно низкая стоимость, высокая надежность и хорошие динамические характеристики делают их также хорошими кандидатами для вождения электромобилей. На самом деле, они используются в ряде коммерческих электромобилей. Однако динамические характеристики, необходимые для электромобилей, обеспечиваются асинхронным двигателем по относительно высокой цене, поскольку необходимое векторное управление является очень сложной техникой. Кроме того, существуют альтернативные приводы, которые лучше удовлетворяют конкретным требованиям электромобилей, таким как высокий крутящий момент и удельная мощность, высокая эффективность в широком диапазоне крутящего момента и скорости, а также широкая рабочая мощность при постоянной мощности.

Было проведено краткое исследование различных методов управления тяговыми двигателями, используемыми в гибридных/электрических транспортных средствах, которое также подытожено Singh et al. [6]. В связи с растущим спросом на переход на возобновляемые источники энергии фотоэлектрические технологии опережают другие альтернативы. Бесшумность, чистота, невосприимчивость к прямому загрязнению и простота в эксплуатации делают его предпочтительным выбором. В литературе обсуждались различные структуры фотоэлектрических систем и их пригодность для гибридных транспортных средств. ВАХ фотоэлементов нелинейны, и существует только одна точка максимальной мощности (MPP). Путем сопряжения силовых электронных устройств с фотоэлектрической системой эффективность может быть повышена вместе с контроллером MPP. Было предложено много алгоритмов для отслеживания этого MPP, но среди всех метод отслеживания постоянного напряжения является наиболее традиционным методом, но имеет ограничения при различных температурах. Для их преодоления наиболее широко используются методы возмущения и наблюдения (P&O) и инкрементной проводимости (IC). В случае P&O импеданс нагрузки периодически изменяется и определяет изменение направления мощности, тогда как в IC импеданс контролируется, чтобы определить, достигнуто ли MPP. Еще раз более подробная информация об алгоритмах MPPT, используемых в HEV, описана Singh et al. [6].

В некоторых случаях производители производят HEV, которые используют дополнительную энергию, обеспечиваемую гибридными системами, для повышения мощности транспортных средств, а не значительно улучшают топливную экономичность по сравнению с их традиционными аналогами. Компромисс между добавленной производительностью и улучшенной топливной экономичностью частично контролируется программным обеспечением в гибридной системе, а частично зависит от двигателя, аккумулятора и размера двигателя. В будущем производители могут предоставить владельцам HEV возможность частично контролировать этот баланс (топливная эффективность и дополнительная производительность) по своему усмотрению с помощью настроек, контролируемых пользователем.

За исключением, возможно, микрогибридов, все автомобили используют двигатели переменного тока с постоянными магнитами. Поскольку емкость аккумулятора является ключевым ограничением для гибридных автомобилей, эффективность электрической машины имеет первостепенное значение. В большинстве систем используются конфигурации вращающихся машин со скрытым магнитом и дорогостоящими высокопрочными магнитами из редкоземельных металлов. GM и Honda используют плоскую проволоку для обмотки якоря для повышения эффективности. Хотя прямоугольные проводники являются обычными для больших машин, их использование в относительно небольших машинах показывает, в какой степени производители собираются повысить эффективность. Технологии и конструкции вращающихся машин хорошо разработаны, и задача автомобильного применения состоит в том, чтобы снизить себестоимость их производства. Поскольку вращающиеся машины являются таким зрелым компонентом, стоимость их производства в больших объемах определяется в основном стоимостью материалов. Таким образом, их стоимость относительно не зависит от развития технологий. Значительного улучшения объемной удельной мощности можно добиться за счет увеличения скорости двигателя. Это увеличение объема приводит к уменьшению количества материала, но, как правило, также и к увеличению потерь. Для высокоскоростных двигателей также требуется набор шестерен, соответствующий механической скорости, необходимой для трансмиссии. Хотя проектирование системы двигатель/инвертор представляет собой проблему оптимизации, не предвидится каких-либо технологических прорывов, которые бы радикально улучшили уровень техники [2, 8].

Компьютеры использовались для контроля выбросов и оптимизации эффективности обычных силовых агрегатов. В дополнение к управлению двигателем контроллеры в гибридных транспортных средствах отслеживают состояние заряда аккумулятора и определяют потоки энергии, поступающие к аккумулятору и двигателю и обратно. Задача управления более сложна для PHEV, где есть больше возможностей оптимизировать компромисс между использованием электрического двигателя и двигателя внутреннего сгорания в отношении расхода топлива. Один из предлагаемых подходов состоит в том, чтобы контроллер предварительно определял профиль движения на основе данных об ожидаемом маршруте, предоставленных водителем или внешним сервером с беспроводным подключением. Автомобильные компьютеры достаточно мощные, чтобы справиться с этими задачами, и никаких технических проблем не ожидается.