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Sans balais ni induction

Apr 19, 2017

Dans les années 1990, tous les véhicules électriques, à l'exception de l'un, étaient alimentés par des disques brushless CC. Aujourd'hui, tous les hybrides sont alimentés par des lecteurs DC brushless, sans aucune exception. Les seules utilisations importantes des entraînements à l'induction ont été les General Motors EV-1; Les véhicules de propulsion AC, y compris le tzero; Et le Tesla Roadster.

Les deux lecteurs DC sans balai et à induction utilisent des moteurs ayant des stators similaires. Les deux lecteurs utilisent des onduleurs modulateurs triphasés. Les seuls différences sont les rotors et les commandes de l'onduleur. Et avec les contrôleurs numériques, les seules différences de contrôle sont avec le code de contrôle. (Les lecteurs DC brushless nécessitent un capteur de position absolue, tandis que les entraînements à l'induction nécessitent uniquement un capteur de vitesse, ces différences étant relativement faibles).

L'une des principales différences est que beaucoup moins de chaleur du rotor est généré avec le lecteur DC sans balais. Le refroidissement du rotor est plus facile et l'efficacité du point de pointe est généralement plus élevée pour ce lecteur. Le lecteur DC sans balais peut également fonctionner au facteur de puissance de l'unité, alors que le meilleur facteur de puissance pour le variateur d'induction est d'environ 85 pour cent. Cela signifie que l'efficacité énergétique du point de pointe pour un lecteur DC sans balais sera généralement de quelques points de pourcentage plus élevé que pour un entraînement par induction.

Dans un entraînement sans balais idéal, la force du champ magnétique produit par les aimants permanents serait réglable. Lorsqu'un couple maximal est nécessaire, en particulier à faible vitesse, la force du champ magnétique (B) doit être maximale - de sorte que les courants du variateur et du moteur soient maintenus à leurs valeurs les plus faibles possibles. Cela minimise les pertes I ² R (résistance actuelle ² ) et optimise ainsi l'efficacité. De même, lorsque les niveaux de couple sont faibles, le champ B doit être réduit de sorte que les pertes de remous et d'hystérésis dus à B soient également réduites. Idéalement, B doit être ajusté de sorte que la somme des pertes de Foucault, d'hystérésis et de I² soit minimisée. Malheureusement, il n'y a pas de moyen facile de changer B avec des aimants permanents.

En revanche, les machines à induction n'ont pas d'aimants et les champs B sont "réglables", car B est proportionnel à V / f (tension à fréquence). Cela signifie que, lors de charges légères, l'onduleur peut réduire la tension de manière à réduire les pertes magnétiques et à maximiser l'efficacité. Ainsi, la machine à induction lorsqu'elle fonctionne avec un onduleur intelligent présente un avantage sur une machine sans balai DC - les pertes magnétiques et de conduction peuvent être échangées de manière à optimiser l'efficacité. Cet avantage devient de plus en plus important à mesure que la performance augmente. Avec DC sans balais, à mesure que la taille de la machine augmente, les pertes magnétiques augmentent proportionnellement et l'efficacité de la charge partielle diminue. Avec l'induction, à mesure que la taille de la machine augmente, les pertes ne poussent pas nécessairement. Ainsi, les entraînements à l'induction peuvent être l'approche privilégiée où une performance élevée est souhaitée; L'efficacité maximale sera un peu inférieure à celle du DC sans balai, mais l'efficacité moyenne peut être meilleure.

Les aimants permanents coûtent cher - quelque chose comme $ 50 par kilogramme. Les rotors d'aimant permanent (PM) sont également difficiles à manipuler en raison de forces très importantes qui entrent en jeu lorsque quelque chose de ferromagnétique les rapproche. Cela signifie que les moteurs à induction conserveront probablement un avantage de coût par rapport aux machines PM. De plus, en raison des capacités d'affaiblissement du champ des machines à induction, les valeurs et les coûts des onduleurs semblent être plus faibles, en particulier pour les disques haute performance. Étant donné que les machines à induction à filage produisent peu ou pas de tension lorsqu'elles sont désactivées, elles sont plus faciles à protéger.
J'ai presque oublié: les machines à induction sont plus difficiles à contrôler. Les lois de contrôle sont plus complexes et difficiles à comprendre. L'obtention d'une stabilité sur l'ensemble de la plage de couple et de la température supérieure est plus difficile avec l'induction qu'avec DC sans balais. Cela implique des coûts de développement ajoutés, mais probablement peu ou pas de coûts récurrents.