In Elektrofahrzeugen verwendete Motortypen
In den letzten Jahren wurden Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren durch Elektrofahrzeuge (EV) ersetzt, die von Elektromotoren angetrieben werden. Es ist sicher, dass der Einsatz von Elektrofahrzeugen in naher Zukunft rasch zunehmen wird.
In diesem Zusammenhang werden wir die in Elektrofahrzeugen verwendeten Motortypen im Hinblick auf ihre Vor- und Nachteile untersuchen.
Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren (DCM)
Das hohe Anlaufdrehmoment der DC-Serie macht sie zu einer geeigneten Wahl für Traktionsanwendungen. Die Vorteile dieses Motors bestehen darin, dass er leicht zu steuern ist und plötzlichen Lastwechseln standhält.
Das erzeugte Drehmoment ist direkt proportional zum Quadrat des Stroms. All diese Eigenschaften machen ihn zu einem idealen Traktionsmotor. Diese Motoren werden häufig bei Eisenbahnen als Hochleistungsmotoren eingesetzt.
Der Nachteil des Gleichstrommotors, der seinen Einsatz in Elektrofahrzeugen einschränkt, besteht darin, dass die Ausfallraten aufgrund des Verschleißes der mechanischen Bürsten hoch sind.
Asynchronmotoren (ACIM)
Der Asynchronmotor basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, bei dem Leiter in einem sich ändernden Magnetfeld eine EMK entlang des Leiters induzieren.
Der Motor dreht sich durch die Wechselwirkung von Rotor- und Statorfluss. Asynchronmotoren mit Käfigläufer sind weit verbreitet. Die Vorteile des Asynchronmotors liegen in der einfachen Bauweise, den niedrigen Kosten und dem geringen Wartungsaufwand. Es gibt keine funkenbildenden Bürsten. Daher kann er in explosionsgefährdeten Bereichen sowie in wasser- und staubverschmutzten Umgebungen betrieben werden.
Der Nachteil ist, dass die Drehzahlregelung schwierig ist. Der Motor arbeitet mit einem niedrigen Leistungsfaktor. Daher sind einige Geräte zur Korrektur des Leistungsfaktors erforderlich. Hohe Kupferverluste führen zu einer Verringerung des Wirkungsgrads. Ein zu großer Luftspalt kann zu einem geringeren Wirkungsgrad und manchmal zu mechanischer Reibung führen.
Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM)
Die Felderregung von Permanentmagnet-Synchronmotoren erfolgt durch Permanentmagnete. Bei diesen Motoren handelt es sich im Grunde um einen AC-Synchronmotor mit einer sinusförmigen, entgegengesetzten EMC-Wellenform. PMSM sind strukturell eine Kombination aus einem bürstenlosen Gleichstrommotor und einem Induktionsmotor. Wie ein bürstenloser Gleichstrommotor hat er Wicklungen im Stator und einen Permanentmagnetrotor.
Gleichzeitig verfügt die Maschine über eine Statorstruktur mit Wicklungen, die eine sinusförmige Flussdichte im Luftspalt erzeugen. Diese Struktur ähnelt der von Induktionsmotoren. Das Fehlen von Kupferverlusten im Rotor verschafft den PM-Motoren einen Vorteil in Bezug auf die Kühlung.
Der Nachteil besteht darin, dass hohe Temperaturen und hohe Belastungen zu einem Verlust der Magnetisierungseigenschaften führen.
Bürstenlose Gleichstrommotoren (PMBLDC)
Ein permanentmagneterregter Gleichstrommotor ist ein Synchronmotor, bei dem sich der Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Stator dreht. Er unterscheidet sich von einem herkömmlichen Gleichstrommotor dadurch, dass die Feldwicklung des Rotors durch einen Dauermagneten ersetzt wird. Der Permanentmagnet-Synchronmotor wird auch BLDC genannt.
Dank seiner geringen Abmessungen ist die Leistungsdichte hoch. Da es keine Feldwicklungen (Kupfer, Wärme usw.) gibt, sind die Verluste geringer und der Wirkungsgrad ist hoch. Durch die Verwendung von Dauermagneten entfällt der Energiebedarf der Motoren zur Erzeugung der Magnetpole. Daher kann mit Gleichstrommotoren, Asynchronmotoren und SRM ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden.
Der Nachteil ist, dass der Motor teurer ist als Gleichstromreihen- und Wechselstrominduktionsmotoren. Die hohen Kosten des Magneten erschweren es, dass die mechanische Kraft des Magneten ein großes Drehmoment im Motor erzeugt. Bei PMBLDC-Motoren gibt es keine Bürste zur Begrenzung der Drehzahl, aber die Probleme mit der Befestigungsdichte des Magneten bleiben bestehen, da sie die Höchstdrehzahl bei Motoren mit Innenläufer begrenzt.
Geschaltete Reluktanzmotoren (SRM)
Geschaltete Reluktanzmotoren haben eine einfache Struktur. Sowohl der Stator als auch der Rotor haben versetzte Pole. Daher werden die Motoren auch als Doppelversetzungs-Reluktanzmotoren bezeichnet.
Der Rotor ist bürstenlos und kann mit hoher Drehzahl betrieben werden. Es können hohe Leistungen und Momente erzielt werden. Er ist leicht zu kühlen, da es nur eine Wicklung im Stator gibt. Die Phasen sind unabhängig voneinander, so dass der Motor auch dann weiterläuft, wenn eine Phase ausfällt. Sein Wirkungsgrad ist recht hoch.
Zu den Nachteilen des SRM-Motors gehören die Größe der Statorinduktivität, die hohe Spannungserzeugung an den Enden der Wicklungsinduktivität während des Umschaltens, die Notwendigkeit, einen Sensor an der Motorwelle anzubringen, um die Erregungsreihenfolge der Phasen zu bestimmen, und ein hohes Geräusch aufgrund des abnehmenden Moments, wenn es eine Verzögerung beim Umschalten von einer Phase zur anderen gibt.
