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带有负载跟踪功能的效率优化型新能源汽车电机控制器

      近几年来,新能源汽车飞速发展,成为我国未来汽车产业的热门趋势。从电动汽车的产业链来看,受益端主要可能集中在核心零部件,而核心电机的研发受阻。
一、新能源汽车电机种类
      新能源电动汽车电机分为交流异步电机和永磁同步电机两大种类,在纯电动车和插电式混合动力车中,异步电机的应用达到50%~60%。
    1. 交流异步电机(欧美等国外厂家均在采用)
      优点:具有过载能力强、安全性好、体积小、可靠性高及低加工成本、便于维护等,且异步电机批量生产的条件非常成熟,已经成为交流驱动电动汽车的首选。     
      不足:中轻载运行功率因数低而导致的整体效率低,控制系统复杂(解决策略将在本文叙述)
    2. 永磁同步电机(国内作为重点,而生产大多是“作坊式”的)
      优点:体积小,效率及功率密度高于交流异步电机
      不足:稀土永磁材料价格贵,造价成本远高于交流异步电机;过载能力差、长期运行会由于电机发热而导致消磁,使用寿命短。

二、优化型新能源汽车电机控制器
     目前,电动汽车电机研发受阻,一是电池技术;二是稀土等矿物质的稀缺,其两大因素成为新能源汽车技术和成本上的最大瓶颈。
前面讲到,新能源汽车的交流异步电动机唯一的不足就是中轻载运行功率因数低而导致的整体效率低、控制复杂,神王电气研发成功并在多个国家取得发明专利的Supermizer-SMX-EV效率优化型新能源汽车电机控制器攻克了这一难题。

附:SMX-EV控制器工作原理
      效率优化型电机驱动控制器(以下简称“效率优化型控制器”)采用功率跟踪控制模式,使新能源电动汽车电机的功率紧紧跟随车轮功率的变化,根据负载的实际需求,实时调整电机的输入功率,保证电机在最小电流和最佳电压的节能状态下运行。
      电机(异步)在中轻载运行时,由于车载量、负载、路况、速度变化都很大,间歇性运行和变动负载运行时,铁损、铜损都很大,效率和功率因数都很低,造成很大的能源浪费,常用的控制方法如直接转矩控制、矢量控制法都不能较好的解决异步电机的效率问题。效率优化型控制器较好的解决了这个缺陷,提高了电机的运行效率,同时,内部带有自动再生发电吸收功能,将减速惯性、下坡产生的动能转化为电能向蓄电池充电,回收了能量,提高了新能源电动汽车的续航里程。
      效率优化型控制器通过内部的MCU单元,在线实时检测新能源电动汽车电机负载率,当电机的负载从轻载到重载的变化过程,效率优化型控制器根据电机的负载变化,实时自动跟踪,检测数据处理,并在线调整电机的输入电压(V)和负载电流(I),保证新能源电动汽车电机在高效率、节能状态下运行。使得异步电机的整体效率高于等于永磁电机的效率,同时又克服了永磁电机的过载能力差、寿命短、价格高等各种缺陷。

 

 

2. 降低电机的铁损、铜损,延长电机寿命
     把电机输入的电功率被转换成为负载设备需要的機械出力和新能源汽车电机自身的损耗两部分。
     下図所示、新能源汽车电机自身的损耗又由磁铁的「鉄損」、导线的「銅损」及轴承摩擦、风扇的机械损组成。Supermizer-SMX-EV效率优化型新能源汽车电机控制器在线检测新能源汽车电机负载率的变化(车上人多人少的变化、上坡、下坡行走),根据负载的实际需求,实时调整新能源汽车电机的输入功率,保证在最小电流和最佳电压的节能状态运行。从以下的公式可以看出,新能源汽车电机电流和电压的最小化就可以使新能源汽车电机自身的「鉄損」和「銅损」减到最小,实现在节能运行的同时减少新能源汽车的发热,大大延长电机的使用寿命。 

 

三、电机50HZ运行、跟踪负载节能的概念
为比较直观地理解跟踪负载,2007年5月,委托国家电梯质量监督检验中心进行了测试,记录下了观的人数变化和数据变化,即证实了控制器的跟踪负载功能是在50HZ运行的前提条件下,通过负载变化在线调整电机的输入功率,使得电机一直保持在高功率因数状态下运行。
附:国家电梯质量监督检验中心对SMX系列电机控制器的负载追踪功能的检验报告

 

运行状态

节能方式

乘梯人数

运行电压

运行电流

运行有功

减速(20Hz)

减速跟踪

80V

0.9A

0.611KW

工频(50Hz)

全速跟踪

1

184V

2.5A

1.6KW

工频(50Hz)

全速跟踪

3

204V

3.4A

2.1KW

工频(50Hz)

全速跟踪

5

217V

4.0A

2.4KW

工频(50Hz)

全速跟踪

7

229V

4.7A

2.9KW

 备注: ① 测试现场:天津市轻轨塘沽站自动扶梯、电机功率11.7KW、上行。
       
② 表中乘梯人数显示的是电机的负载率。


四、 Supermizer-SMX-EV新能源汽车电机控制器的适用范围
     1.适用于新能源汽车的交流异步电机,在相同的充电电池量并且不改变电机运行速度的前提条件下,相比传统的驱动器续航达30-50%。
    2. 适用于新能源汽车的永磁同步电机、无刷直流电机,功能并列于矢量(转矩)型控制器。 

 

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