Κινητήρες Pumbaa 350KW PMSM για ηλεκτρικό όχημα PML350

1. Κινητήρας με επίπεδο καλώδιο
• Η μορφή περιέλιξης του κινητήρα μεταβαίνει σταδιακά από στρογγυλό σύρμα σε επίπεδο σύρμα, με υψηλό ρυθμό πλήρωσης σχισμών, κοντά άκρα, υψηλή πυκνότητα ισχύος και ισχυρή ικανότητα απαγωγής θερμότητας

2. Σχεδιασμός μόνωσης υψηλής τάσης
• Ο κινητήρας υιοθετεί νέα μονωτικά υλικά και διαδικασίες για να καλύψει τις απαιτήσεις υψηλής συχνότητας μεταγωγής των ελεγκτών SiC για κινητήρες ολοένα και υψηλότερης ταχύτητας

•3. Μονωμένα ρουλεμάν υψηλής ταχύτητας και βαρέως τύπου
• Ο σχεδιασμός του κινητήρα χρησιμοποιεί μονωμένα ρουλεμάν, τα οποία μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις σχεδιασμού των 24000RPM/min. Και μπορούν να αναστείλουν αποτελεσματικά την παραγωγή ηλεκτρικής διάβρωσης των ρουλεμάν.

4. Κινητήρας με ψύξη λαδιού
• Ο κινητήρας υιοθετεί μια δομή υψηλής ταχύτητας με ψύξη λαδιού, η οποία μειώνει αποτελεσματικά την ονομαστική ισχύ μετά τη μείωση της έντασης, γεγονός που όχι μόνο βελτιώνει την απόδοση, αλλά και τη διάρκεια ζωής του συστήματος

5. Εξαιρετική απόδοση NVH
• Ο ρότορας του κινητήρα υιοθετεί μια δομή κεκλιμένων πόλων με τμήματα, η οποία βελτιστοποιεί αποτελεσματικά την NVH του συστήματος κινητήρα

Ο Σύγχρονος Κινητήρας Μόνιμου Μαγνήτη (PMSM) είναι ένας κινητήρας μόνιμου μαγνήτη που χρησιμοποιείται ευρέως σε ηλεκτρικά οχήματα (EV). Με 15% υψηλότερη απόδοση από τους επαγωγικούς κινητήρες (IM) και την υψηλότερη πυκνότητα ισχύος μεταξύ των κινητήρων έλξης, έχει γίνει ο ακρογωνιαίος λίθος των σύγχρονων συστημάτων κίνησης EV.

1. Τι είναι ένας σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη (PMSM);

Ως τύπος σύγχρονου κινητήρα AC, ο PMSM παράγει το μαγνητικό του πεδίο μέσω μόνιμων μαγνητών που παράγουν ημιτονοειδείς αντίθετες ηλεκτροκινητικές δυνάμεις. Ενώ μοιράζεται τη δομή του στάτορα και του ρότορα με τους επαγωγικούς κινητήρες, ο ρότορας του PMSM χρησιμοποιεί μόνιμους μαγνήτες (PMs) αντί για περιελίξεις πεδίου για να δημιουργήσει το μαγνητικό του πεδίο — κερδίζοντας την εναλλακτική ονομασία «τριφασικός κινητήρας ημιτονοειδούς κύματος μόνιμου μαγνήτη χωρίς ψήκτρες».
Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς κινητήρες, οι κινητήρες PMSM υπερέχουν σε απόδοση, σχεδιασμό χωρίς ψήκτρες, υψηλή ταχύτητα περιστροφής, ασφάλεια και δυναμική απόδοση. Προσφέρουν ομαλή ροπή με χαμηλό θόρυβο, καθιστώντας τους ιδανικούς για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας όπως η ρομποτική. Ως τριφασικοί σύγχρονοι κινητήρες AC, λειτουργούν σε συγχρονισμό με εξωτερικά τροφοδοτικά AC.

Τα PMSM δεν διαθέτουν περιελίξεις ρότορα. Αντίθετα, οι μόνιμοι μαγνήτες παράγουν απευθείας το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη για διέγερση συνεχούς ρεύματος, απλοποιώντας τη δομή τους και μειώνοντας το κόστος. Τα βασικά τους εξαρτήματα περιλαμβάνουν έναν στάτορα (με τριφασικές περιελίξεις) και έναν ρότορα (με PM). Η τροφοδοσία του στάτορα με τριφασικό AC ενεργοποιεί τη λειτουργία.

Η λειτουργία των PMSM είναι παράλληλη με αυτή των σύγχρονων κινητήρων: βασίζεται σε ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο (RMF) για την πρόκληση ηλεκτροκινητικής δύναμης σε σύγχρονη ταχύτητα. Όταν εφαρμόζεται τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα στις περιελίξεις του στάτορα, σχηματίζεται ένα RMF στο διάκενο αέρα. Καθώς τα PM του ρότορα περιστρέφονται συγχρόνως με αυτό το RMF, παράγεται ροπή. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα PMSM δεν είναι αυτοεκκινούμενα και απαιτούν τροφοδοσία μεταβλητής συχνότητας για λειτουργία.

2. Δομή κινητήρων PMSM

Στάτορας: Όπως και με τους συμβατικούς επαγωγικούς κινητήρες AC, ο στάτορας του PMSM λαμβάνει ισχύ μέσω των περιελίξεών του. Αυτές οι περιελίξεις συνήθως κατανέμονται σε πολλαπλές σχισμές σε σχεδόν ημιτονοειδές μοτίβο για να παράγουν μια ημιτονοειδή κυματομορφή οπισθοηλεκτρεγερτικής δύναμης (EMF).

Στροφείο: Ο σχεδιασμός του ρότορα διαφοροποιεί τον PMSM από τους βασικούς σύγχρονους κινητήρες. Αντί για περιελίξεις πεδίου, ο ρότορας χρησιμοποιεί μόνιμους μαγνήτες για να παράγει τους μαγνητικούς του πόλους. Τα συνηθισμένα υλικά PM περιλαμβάνουν σαμάριο-κοβάλτιο και νεοδύμιο-σίδηρο-βόριο (NdFeB) για την υψηλή διαπερατότητά τους και την οικονομική τους αποδοτικότητα. Τα PMSM κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την τοποθέτηση του PM:

·Επιφανειακά τοποθετημένα PMSM (SPM): Τα PM συνδέονται στην επιφάνεια του ρότορα.

·Εσωτερικό PMSM (IPM): Τα PM είναι ενσωματωμένα μέσα στον ρότορα. Τα σχέδια IPM προσφέρουν σημαντικά υψηλότερη απόδοση.

(ΠΜΣΜ)

3. Αρχές Ελέγχου του PMSM

Οι κινητήρες PMSM χρησιμοποιούν κλασική τεχνολογία διανυσματικού ελέγχου, επιτρέποντας τον έλεγχο ταχύτητας κλειστού βρόχου για ακριβή ρύθμιση. Το σύστημα κλειστού βρόχου χρησιμοποιεί ανατροφοδότηση ταχύτητας για την παρακολούθηση της θέσης του ρότορα σε πραγματικό χρόνο, υποστηρίζοντας αδιαβάθμητη ρύθμιση ταχύτητας—συμπεριλαμβανομένης της πλήρους ροπής σε μηδενική ταχύτητα.

Ένας αισθητήρας θέσης (π.χ., κωδικοποιητής ή αναλυτής) είναι τοποθετημένος στον άξονα του ρότορα για την ανίχνευση της θέσης του. Χρησιμοποιώντας παραμέτρους του κινητήρα και μετρήσεις ρεύματος (που υποβάλλονται σε επεξεργασία από έναν υψηλής ταχύτητας ψηφιακό επεξεργαστή σήματος, DSP), ο ρυθμιστής στροφών υπολογίζει τη θέση του ρότορα. Κατά τη διάρκεια κάθε διαστήματος δειγματοληψίας, το τριφασικό σύστημα AC μετατρέπεται σε ένα περιστρεφόμενο σύστημα δύο συντεταγμένων, όπου τα ρεύματα αναλύονται σε άμεσες (d) και τετραγωνικές (q) συνιστώσες για ανεξάρτητο έλεγχο.

Με βάση στρατηγικές διανυσματικού ελέγχου, ο ρυθμιστής στροφών παράγει συνιστώσες ρεύματος αναφοράς dq ευθυγραμμισμένες με τη ροπή-στόχο. Αυτές οι αναφορές χρησιμοποιούνται στη συνέχεια για την παραγωγή σημάτων οδήγησης πύλης για τον μετατροπέα. Ένα βασικό πλεονέκτημα είναι η γρήγορη δυναμική του απόκριση: τα φαινόμενα σύζευξης μεταξύ ροπής και ροής διαχειρίζονται μέσω ελέγχου αποσύζευξης (προσανατολισμός ροής στάτορα), επιτρέποντας την ανεξάρτητη ρύθμιση της ροπής και της ροής. Ωστόσο, αυτή η υψηλή υπολογιστική πολυπλοκότητα απαιτεί από τον ρυθμιστή στροφών να χρησιμοποιεί έναν γρήγορο επεξεργαστή ή DSP.

4. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του PMSM

Φόντα:

·Ισχυρή ικανότητα υπερφόρτωσης· η πυκνότητα ισχύος υπερβαίνει κατά πολύ αυτήν των επαγωγικών κινητήρων.

·Υψηλότερη απόδοση (15% καλύτερη από τους IM) και μικρότερο μέγεθος (1/3 του όγκου των συμβατικών κινητήρων), απλοποιώντας την εγκατάσταση και τη συντήρηση.

· Παρέχει πλήρη ροπή σε χαμηλές ταχύτητες.

·Αμελητέες απώλειες χαλκού στον ρότορα (καμία διέγερση πεδίου μέσω ρεύματος στάτη), μειώνοντας την παραγωγή θερμότητας και παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής.

· Ο σχεδιασμός χωρίς ψήκτρες εξαλείφει τους μηχανικούς συλλέκτες, ελαχιστοποιώντας την τριβή, τη φθορά και το κόστος συντήρησης, αποφεύγοντας παράλληλα τους κινδύνους σπινθήρων σε αντίξοα περιβάλλοντα.

· Ο υψηλός συντελεστής ισχύος βελτιώνει την απόδοση σε ολόκληρο το σύστημα και μειώνει την τάση γραμμής/πτώσης.

· Ομαλή απόδοση ροπής με εξαιρετική δυναμική απόδοση.

Μειονεκτήματα:

·Υψηλότερο κόστος σε σύγκριση με τους επαγωγικούς κινητήρες.

·Μη αυτόματη εκκίνηση· απαιτεί τροφοδοτικά μεταβλητής συχνότητας για την εκκίνηση.

· Απαιτούνται σύνθετα συστήματα ελέγχου για τη διαχείριση των ρευμάτων του στάτη.

(Κινητήρας σε λειτουργία)

Σύναψη

Ο Σύγχρονος Κινητήρας Μόνιμου Μαγνήτη (PMSM) έχει αναδειχθεί ως βασική τεχνολογία στα συστήματα κίνησης ηλεκτρικών οχημάτων (EV), χάρη στην απαράμιλλη απόδοση, την υψηλή πυκνότητα ισχύος και την ανώτερη δυναμική του απόδοση. Εξαλείφοντας τις περιελίξεις πεδίου και τις ψήκτρες μέσω της διέγερσης μόνιμου μαγνήτη, οι PMSM μειώνουν τις απώλειες και ενισχύουν την αξιοπιστία. Εν τω μεταξύ, η τεχνολογία διανυσματικού ελέγχου επιτρέπει την ανεξάρτητη ρύθμιση της ροπής και της ροής, παρέχοντας βασικά χαρακτηριστικά όπως πλήρη ροπή μηδενικής ταχύτητας και ταχεία απόκριση.

Αν και τα PMSM αντιμετωπίζουν προκλήσεις - υψηλότερο κόστος, απαιτήσεις μη αυτόματης εκκίνησης και πολύπλοκα συστήματα ελέγχου - η κυριαρχία τους στα ηλεκτρικά οχήματα παραμένει ακλόνητη. Η αποδοτικότητά τους (15% καλύτερη από τα IM), το συμπαγές μέγεθος (1/3 του όγκου των παραδοσιακών κινητήρων) και η διατήρηση ροπής σε χαμηλές στροφές τα καθιστούν απαραίτητα για ηλεκτρικά οχήματα μεγάλης εμβέλειας και υψηλής απόδοσης.

Καθώς οι εξελίξεις στις σπάνιες γαίες (π.χ. NdFeB N52), οι αλγόριθμοι ελέγχου που βασίζονται στην τεχνητή νοημοσύνη (π.χ., προγνωστικός έλεγχος μοντέλου) και οι πλατφόρμες υψηλής τάσης 800V γίνονται κυρίαρχες, τα PMSM θα συνεχίσουν να εξελίσσονται, βελτιστοποιώντας το κόστος, την απόδοση και τη βιωσιμότητα. Κοιτάζοντας μπροστά, τα PMSM θα εδραιώσουν τον ρόλο τους ως η «καρδιά της ισχύος» των ηλεκτρικών οχημάτων, προωθώντας την καινοτομία της βιομηχανίας και υποστηρίζοντας τους παγκόσμιους στόχους ουδετερότητας άνθρακα.