Anda bertanya tentang timbal balik teknis seputar pemilihan motor traksi untuk aplikasi kendaraan listrik. Mendeskripsikan tradeespace desain penuh jauh melampaui apa yang bisa dirangkum di sini, tapi saya akan menguraikan tradeoff desain yang menonjol untuk aplikasi seperti itu.
Karena jumlah energi yang dapat disimpan secara kimia (yaitu dalam baterai) sangat terbatas, hampir semua kendaraan listrik dirancang dengan efisiensi dalam pikiran. Sebagian besar motor traksi aplikasi transit untuk aplikasi otomotif berkisar antara daya 60kW dan 300kW. Hukum Ohms menunjukkan bahwa kehilangan daya pada kabel, belitan motor, dan interkoneksi baterai adalah P = I 2 R. Dengan demikian mengurangi arus menjadi setengah mengurangi kerugian resistif sebesar 4x. Akibatnya sebagian besar aplikasi otomotif berjalan pada tegangan tautan DC nominal antara 288 dan 360V nom (ada alasan lain untuk pemilihan voltase ini juga, tetapi mari kita fokus pada kerugian). Tegangan suplai relevan dalam diskusi ini, karena motor tertentu, seperti Brush DC, memiliki batas praktis atas pada tegangan suplai akibat pergantian komutator.
Mengabaikan teknologi motor yang lebih eksotis seperti switch / variabel keengganan, ada tiga kategori utama motor listrik yang digunakan dalam aplikasi otomotif:
Sikat motor DC : pergantian mekanis, hanya 'helikopter' DC sederhana diperlukan untuk mengendalikan torsi. Sementara motor Brush DC dapat memiliki magnet permanen, ukuran magnet untuk aplikasi traksi membuatnya mahal. Akibatnya, sebagian besar motor traksi DC seri-atau shunt-luka. Dalam konfigurasi seperti itu, ada gulungan di kedua stator dan rotor.
Motor DC Brushless (BLDC): diubah secara elektronik oleh inverter, magnet permanen pada rotor, belitan pada stator.
Motor induksi : diubah secara elektronik oleh inverter, rotor induksi, gulungan pada stator.
Berikut adalah beberapa generalisasi kurang ajar tentang pengorbanan antara tiga teknologi motor. Ada banyak contoh poin yang akan menentang parameter ini; tujuan saya hanya membagikan apa yang saya anggap nilai nominal untuk jenis aplikasi ini.
- Efisiensi:
Brush DC: Motor: ~ 80%, DC controller: ~ 94% (flyback pasif), NET = 75%
BLDC: ~ 93%, inverter: ~ 97% (flyback sinkron atau kontrol histeretik), NET = 90%
Induksi: ~ 91%: inverter: 97% (flyback sinkron atau kontrol histeretik), NET = 88%
- Kenakan / Servis:
Kuas DC: Kuas dapat dikenakan; membutuhkan penggantian secara berkala. Bantalan.
BLDC: Bearing (Seumur
Hidup ) Induksi: Bearing (Seumur Hidup)
- Biaya spesifik (biaya per kW), termasuk inverter
Brush DC: Motor rendah dan pengontrol pada umumnya murah
BLDC: Magnet permanen daya tinggi tinggi sangat mahal
Induksi: Sedang - inverter menambah biaya, tetapi motor murah
- Penolakan panas
Brush DC: Gulungan pada rotor membuat pembuangan panas dari rotor dan komutator menjadi menantang dengan motor daya tinggi.
BLDC: Gulungan pada stator membuat penolakan panas secara langsung. Magnet pada rotor memiliki pemanasan yang diinduksi arus eddy rendah-sedang
Induksi: Gulungan pada stator membuat penolakan panas stator langsung. Arus yang diinduksi dalam rotor dapat membutuhkan pendinginan oli dalam aplikasi daya tinggi (masuk dan keluar melalui poros, tidak terciprat).
- Torsi / perilaku berkecepatan
Brush DC: Torsi nol kecepatan teoritis, torsi turun dengan meningkatnya kecepatan. Aplikasi otomotif Brush DC pada umumnya membutuhkan rasio 3-4 gigi untuk menjangkau rentang otomotif penuh kecepatan kelas dan tertinggi. Saya mengendarai EV bertenaga motor 24kW DC selama beberapa tahun yang dapat menyalakan ban dari macet (tetapi berjuang untuk mencapai 65 MPH).
BLDC: Torsi konstan hingga kecepatan dasar, daya konstan hingga kecepatan maks. Aplikasi otomotif dapat digunakan dengan gearbox rasio tunggal.
Induksi: Torsi konstan hingga kecepatan dasar, daya konstan hingga kecepatan maks. Aplikasi otomotif dapat digunakan dengan gearbox rasio tunggal. Dapat membutuhkan ratusan ms untuk membangun torsi setelah penerapan arus
- Lain-lain:
Brush DC: Pada tegangan tinggi, lengkungan komutator dapat menjadi masalah. Motor Brush DC secara kanonik digunakan dalam aplikasi kereta golf dan forklift (24V atau 48V), meskipun model yang lebih baru sedang diinduksi karena peningkatan efisiensi. Pengereman regneratif rumit dan membutuhkan pengontrol kecepatan yang lebih kompleks.
BLDC: Biaya magnet dan tantangan perakitan (magnet SANGAT kuat) membuat motor BLDC layak untuk aplikasi daya yang lebih rendah (seperti dua motor / generator Prius). Pengereman yang teratur pada dasarnya datang secara gratis.
Induksi: Motor ini relatif murah untuk dibuat, dan elektronika daya untuk aplikasi otomotif telah turun harga secara signifikan selama 20 tahun terakhir. Pengereman yang teratur pada dasarnya datang secara gratis.
Sekali lagi, ini hanya ringkasan tingkat paling atas dari beberapa driver desain utama untuk pemilihan motor. Saya sengaja menghilangkan tenaga tertentu dan torsi khusus, karena mereka cenderung jauh lebih bervariasi dengan implementasi yang sebenarnya.