Công nghệ cốt lõi của truyền động điện cho
Xe năng lượng mới
Hệ thống truyền động điện là bộ phận cốt lõi của xe điện và xe hybrid. Các thành phần chính của nó bao gồm động cơ, bộ điều khiển động cơ và bộ giảm tốc. Các bộ phận này đóng vai trò khác nhau trong hệ thống truyền động điện và phối hợp với nhau để giúp xe vận hành hiệu quả và hiệu suất cao.
1. Động cơ
Động cơ là cốt lõi của hệ thống truyền động điện. Chức năng của nó là chuyển đổi năng lượng điện do pin tạo ra thành năng lượng cơ học để đẩy xe về phía trước. Trong xe điện và xe hybrid, động cơ thường được sử dụng bao gồm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM), động cơ cảm ứng và động cơ chuyển mạch từ trở.
1.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM)
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là động cơ hiệu suất cao, hiệu suất cao được sử dụng rộng rãi trong xe điện và xe hybrid. Nó đạt được hoạt động hiệu quả của động cơ bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu để tạo ra từ trường.
PMSM có mật độ năng lượng cao, độ ồn thấp và mức tiêu thụ năng lượng thấp và có thể đạt được hiệu suất cao trong phạm vi tốc độ rộng. Ngoài ra, chiến lược điều khiển của PMSM tương đối hoàn thiện và có thể đạt được khả năng kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn chính xác.
1.2 Động cơ cảm ứng
Động cơ cảm ứng là động cơ điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Nguyên lý làm việc cụ thể như sau:
Trong động cơ cảm ứng, dòng điện xoay chiều được truyền qua stato và từ trường quay được tạo ra thông qua cuộn dây stato. Vì rôto của động cơ cảm ứng là một đĩa kim loại kín nên khi từ trường quay đi qua rôto sẽ tạo ra dòng điện xoáy trong rôto. Những dòng điện xoáy này tạo ra từ trường ngược tương tác với từ trường của stato để tạo ra mô-men xoắn. Rôto bắt đầu quay và tiếp tục quay khi từ trường quay thay đổi. Tốc độ quay của rôto không theo kịp tần số của từ trường quay nên động cơ cảm ứng còn gọi là động cơ không đồng bộ.
Bằng cách điều khiển các tham số như dòng điện và trình tự pha trong stato, có thể đạt được khả năng điều khiển chính xác tốc độ, khả năng lái và mô-men xoắn của động cơ cảm ứng.
Động cơ cảm ứng có ưu điểm về cấu trúc đơn giản, vận hành đáng tin cậy, bảo trì dễ dàng và chi phí tương đối thấp, phù hợp với hầu hết các ứng dụng như thiết bị gia dụng, dụng cụ điện, máy móc công nghiệp và giao thông vận tải.
1.3 Động cơ chuyển mạch từ trở
Nguyên lý làm việc của động cơ từ trở chuyển mạch (SRM) dựa trên nguyên tắc từ thông luôn đóng dọc theo đường có độ thấm từ tối đa. Khi các đường tâm của răng stato và rôto không trùng nhau và độ từ thẩm không lớn nhất thì từ trường sẽ sinh ra lực kéo từ và tạo thành mô men từ trở làm cho rôto quay đến vị trí có độ thấm từ cực đại. Khi cấp dòng điện lần lượt vào từng cuộn dây pha của stato, rôto động cơ sẽ quay từng bước theo chiều ngược lại với trình tự pha được cấp điện. Việc thay đổi trình tự đóng điện từng pha của stato sẽ khiến động cơ đổi chiều. Tuy nhiên, những thay đổi về hướng dòng điện pha sẽ không ảnh hưởng đến chuyển động quay của rôto.
Động cơ từ trở chuyển mạch có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, độ tin cậy cao, hiệu suất khởi động tốt và hiệu suất điều chỉnh tốc độ, thiết bị điều khiển cũng tương đối đơn giản. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế, động cơ từ trở chuyển mạch có những nhược điểm như gợn sóng mô-men xoắn lớn, độ ồn cao và cần có bộ dò vị trí.
2. Bộ điều khiển động cơ
Bộ điều khiển động cơ là bộ phận quan trọng của hệ thống truyền động điện và chịu trách nhiệm điều khiển, điều chỉnh động cơ. Các chức năng chính của bộ điều khiển động cơ bao gồm: tiếp nhận tín hiệu bàn đạp ga và bàn đạp phanh do người lái nhập vào, chuyển đổi tín hiệu bàn đạp thành tín hiệu điện và gửi đến bộ điều khiển động cơ; giám sát các thông số như điện áp, dòng điện và nhiệt độ của pin để đảm bảo bộ điều khiển động cơ hoạt động bình thường; kiểm soát tốc độ và mô-men xoắn của động cơ để đạt được khả năng tăng tốc, giảm tốc, phanh và các hoạt động khác của xe; giao tiếp với các bộ điều khiển khác thông qua bus CAN để điều phối hệ thống điện, hệ thống điều khiển và hệ thống an toàn của xe, v.v.
Bộ điều khiển động cơ bao gồm phần cứng và phần mềm điều khiển. Phần cứng bộ điều khiển bao gồm bộ vi điều khiển, thiết bị nguồn, mạch bảo vệ và giao diện truyền thông, v.v. và chịu trách nhiệm thực hiện việc chuyển đổi và điều khiển tín hiệu điện. Phần mềm điều khiển chịu trách nhiệm thực hiện chiến lược điều khiển động cơ, chẩn đoán lỗi và xử lý các chức năng.
3. Giảm tốc
Hộp giảm tốc là một trong những thành phần không thể thiếu trong hệ thống truyền động điện. Chức năng của nó là giảm tốc độ của động cơ và tăng mô-men xoắn đầu ra. Hộp giảm tốc thường bao gồm bánh răng, vòng bi và vòng đệm. Tùy thuộc vào cấu trúc và hiệu suất của chúng, chúng có thể được chia thành hộp giảm tốc, hộp giảm tốc hành tinh và hộp giảm tốc trục vít.
Trong xe điện và xe hybrid, hộp giảm tốc hành tinh hoặc hộp giảm tốc trục vít thường được sử dụng. Hộp giảm tốc hành tinh có hiệu suất truyền cao và kích thước nhỏ, phù hợp với các loại xe tốc độ cao. Hộp giảm tốc trục vít có mô-men xoắn đầu ra lớn hơn và độ ồn thấp hơn, phù hợp với các loại xe tốc độ thấp và tải trọng cao.
Tóm lại, động cơ điện, bộ điều khiển động cơ và bộ giảm tốc là những bộ phận chính trong hệ thống truyền động điện phối hợp với nhau để đạt được hiệu suất hoạt động cao, hiệu quả của xe. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, xu hướng phát triển của công nghệ truyền động điện trong tương lai là tích hợp, nền tảng hóa, hiệu quả cao và tốc độ cao hơn. Sự xuất hiện và phát triển của những xu hướng này sẽ mang lại nhiều cơ hội và thách thức, đồng thời cũng cần chú ý đến sự tác động của các yếu tố như NVH, chi phí và độ tin cậy.
