Рис. 10.4. Мотор-колесо на основе бесколлекторного электродвигателя постоянного тока: 1 - ротор с набором постоянных магнитов, 2 - статор, 3 - статарная обмотка,

4 - обод колеса, 5 - шина

ном обслуживании, более чувствительны к перегрузкам, максимальные обороты ниже. На электромобилях с двигателями постоянного гока устанавливают многоскоростные механические коробки передач.

В двигателях постоянного тока, используемых на электромобилях, обмотки возбуждения и ротора включены последовательно. При трогании мо.мент на валу такого двигателя большой, но уменьшается с ростом оборотов. Такая характеристика удовлетворигельна для езды по городу, но малопригодна для движения по шоссе. Смена полосы может потребовать движения с ускорением, которого электродвигатель обеспечить не может. Поэтому па некоторых электромобилях используются электродвигатели со смешанным (последовательно-параллельным) вклю-чением обмоток возбуждения.

Эффективность двигагелей постоянного лока возрастает при замене электрически возбуждаемого статора 1Юстоянными магнитами. Дорогостоящие постоянные магниты создают более сильное .магнитное но.ле, чем обмотки статора, двигатели и.меют меньшие габариты и .массу. Двигатели nocT04Fnraro тока для элекгромобилей используются офапиченно и обычно небольшими автосборочными предприятиями.

10.5.3. Бсколлекторные электродвигатели постоянного тока

Такие электродвигатели сосгоят из ротора на базе постоянных магнитов и трех- или четырехсекционной обмотки на статоре. Электронный ко.ммутатор поочередно возбуждает секции об.мотки так, чтобы возникающее магнитное поле постоянно приводило в движение ротор с .магнитами. Позиция ротора определяется системой управления с помощью датчика. Преимуществом лако10 электродвигателя являегся олсутствие стираемых щеток, искрения в коллекторе, его эффективность и надежность выше, чем у обычных электродвигагелей постоянного тока. Недостаток - значительное увеличение стоимости. Бесколлекторные электродвигатели nocT04jnioro тока особенно эффективны при езде с высокой постоянной скоростью, поэтому большинсгво гоночных электромобшюй оснащены именно такими двигателя.ми.

Электродвигатели на электромобилях подк..лючены к колесам через механические коробки переключения передач, иногда пепосредственпо. На рис. 10.4 пока-

зано размещение бесколлекторного тягового электродвигателя ностожнюго тока непосредственно в колесе, разработка компании Tokyo Electric Power Company. Такую конструкцию называют могор-колесо.м. В обод колеса вмонтировано кольцо из постоянных магнитов на основе кобальта - самария. Обмотки возбуждения статора жестко связаны с осью колеса. Экспериментальный автомобиль имел привод всех четырех колес. Отсутствие механической передачи сделало управление двигателями слишком сложным.

Серийная модель Toyota RAV4-EV приводится в движение бесконтактным электродвигателем постоянного тока с напряжением питания 288 В, мощностью 45 кВт в диапазоне 2600...2800 об/мин. Передние колеса ведущие, используется односкоростная коробка передач.

10.5.4. Электроприводные системы

Схемы управления тяговыми электродвигателями регулируют обороты и момент на валу, ограничивают максимальный ток. Используются электроприводы постоянного и переменного тока. По мере появления новых электронных компонентов меняется технология привода, производители электро.мобилей экспериментируют с различными схема.ми, добиваясь мaкcимaJlьнoй эффективности. Основные требования:

плавное регулирование числа оборотов во всем диапазоне;

высокий КПД;

воз.можность рекуперации при тор.може)ти;

защита от перегрузок и перегрева;

высокий момент на старте;

воз.можность реверса.

В приводах постоянного тока используются традиционные коллекторные электродвигатели с гюслсдовагельным возбуждением. Обороты регулируются с помощью и.мнульсных преобразователей постоянного напряжения. В бесколлекторных двигателях постоянного тока необходимость в обслуживании значительно уменьшена, они конкурируют с двигателями переменного тока.

Двигатели переменного тока недороги, практически не нуждаются в обслуживании, лучше, чем двигатели постоянного тока, подходят для .массового производства. Для их управления нужны сложные трехфазные инверторы, формирующие напряжение переменной частоты. Последние достижения в области силовой электроники удешевляют электропривод переменного тока.

10.5.5. Электропривод постоянного тока

Схема показана на рис. 10.5. Обороты электродвигателя регулируются величиной подаваемого напряжения. Ключи тюлевые или биполярные, для шунтирования реактивных токов встречно-пара.ллельно транзисторам включены вентили. Ключ К7 регулирует среднее значение напряжения на клеммах двигателя, т. е. его обороты. Когда VI\ замкнут, напряжение U , аккумуляторной батареи подается на двигатель, когда КГ, разо.мкнут, реактивный ток за.мыкается через вентиль КД. Среднее значение напряжения на к.,чеммах двигателя пропорционазьно коэффи-циету скважности (от1юшснис времени за.мкнутого состояния транзистора КГ, к периоду) преобразователя напряжения на транзисторе КГ,.

В режиме рекуперативного торможения к.люч КГ, разомкнут. Электродвигатель работает как генератор и подает зарядный ток на аккумулятор через вентиль KZ),.

ипит

Рис. 10.5. Схема подключения двигателя постоянного тока

Зарядный ток регулируется коэффициентом скважности преобразователя посто-Я1ПЮГО напряжения на транзисторе УЧ].

10.5.6. Привод бесколлекторных двигателей постоянного тока

Это одно из достижений современной силовой электроники. На роторе электрической машины раз.мешены посгоянные магниты, на статоре - обмотки. Д;1я вращения ротора обмотки поочередно подкатючаются к источнику питания электрон-ны.м коммутатором. И.меется датчик для определения углового положения ротора. Обмотки статора могут подктючаться к шинам питания разной полярности, чем достигается реверс. Коммутирующие транзисторы защищены обратными диодами.

10.5.7. Электропривод переменного тока

Используются трехфазные асинхронные электродвигатели. Для управлегшя оборотами и момеьггом на валу применяются трехфазные инверторы с регулируемой частотой и п1иро1ио-импульсной .модуляцией.

На рис. 10.6 показана схема подюночения электродвигателя к инвертору. Инвертор состоит из трех параллельных ветвей с двумя последовательными к.,ночами j j , 4 , j I ипит

в каждой. Юпочи зашунтированы обратными диодами для прохождения реактивного тока. Трехфазное напряжение генерируется последовательной ко.ммутацией ключей. Например, ключи I, 2, 3 замыкаются одновреме1пю, это подктючает фазу с к гюложительпой шине аккумулятора, а фазы а и Ь - к отрицательной. Одновременное замыкание, например, к..по-чей 1 и 4 недопусти.мо, так как это закоротит аккумуляторную батарею. Транзисторы вктючаются со сдвигом 60° по

отношению друг к другу. Интерват прово- подключения

дящего состояния для кажтого - 180. электродвигателя переменного тока Ключи коммутируются в последователь- к инвертору