异步电动机高速旋转时功率高,但是电动汽车依靠蓄电池行驶,而蓄电池是使用直流电的,将直流电转换为交流电是电气技术工作者长期以来的目标。半导体的发明使其得以实现。利用20世纪50年代后半期所发明的晶闸管对电力进行控制的尝试屡见不鲜。采用晶闸管的逆变器被用到了 Electrovair的开发中。另外,为了与半导体等电力控制硬件技术的发展相呼应,也为了采用异步电动机的可变速技术,在这一时期也提出了利用软件进行控制的方案。具体地讲,就是利用转差频率控制得到期望的转矩控制。 Electrovair的输出功率可以达到67kW,改进的 Electrovair2因为采用了油冷方式,可以将输出功率提高到85kW,是当时水平的5倍以上。其结果就是车辆的加速性能丝毫不比汽油汽车逊色。电动机的转速可以达到13000r/min左右,重量只有58kg。 逆变器是由晶闸管制成的,采用油冷方式,重量达142kg以上,改变了汽车的重心,而且其容积箱占有相当大的体积。这款电动汽车验证了异步电动机的优点,但是由于逆变器过大,因此电动机不能马上向交流化发展。 进入到20世纪80年代,大容量的电力晶体管和FET得到应用,一些装有异步电动机的电动汽车得以开发。
(2) March EV(日产)日产公司于1983年发表了装有异步电动机的电动汽车。菜用异步电动机可以延长电动汽车的一次充电续驶里程。电动机部分是在市面上销售的异步电动机的基础上改进的,新研制开发了逆变器,采用了大容量的晶体管,以及控制器部分采用微处理器等,以达到小型化的目标。
如图3-39所示为 March EV的透视图,其车前部的逆变器更加小型化了。
据报道, March EV的电动机是4极的,额定输出功率为10kW,最大转速为6000/min,质量为61kg。逆变器是3相PWM晶体管逆变器,额定电流为350A,额定电压为130V,开关频率为2.3kHz,质量达30kg。微型计算机矢量控制的控制单元部分质量为12kg。电动机、逆变器的冷却均采用空冷方式。
如图3-40所示,控制中采用转差频率型矢量控制。在试验中,应在弱磁的最优化、载波电流频率的最优化、死区时间的最优化等可以提高效率的内容上下工夫。
March EV的变速器使用的是2挡自动变速器。因为异步电动机特有的恒输出功率特性,本可以不使用传动装置而直接连接减速器,但因为目前矢量控制以及电力电子器件等逆变技术还不成熟,所以不能发挥出电动机的优良特性。和2挡传动装置进行组合可以实现电动机的小型化并减小电力器件的容量。
(3)福特ETX如图3-41所示是福特与GE于1985年共同研发的搭载异步电动机的电动汽车。此电动汽车的最大特点是电动机与传动装置变为一体化的结构。传动装置和 MarchEV相同,是2挡变速。此后福特将此电动机进行了改良,去除了传动装置,变成了1挡固定齿轮,但是还是采用同轴结构。
采用2极的电动机,其功率为39.5kW,转矩为104N·m,根据和传动装置的关系,最大转速最终可以达到9000/min。电动机和变速器共重87.2kg,电动机单重42.5kg。
逆变器由大容量晶体管构成,具有最大可流过540A(方均根值)的性能。据报道,其质量为40kg,容积为50L。另外,它分别采用了PWM和方波驱动两种模式。在基速以下时,因为必须进行电压控制,所以采用PWM法;在基速以上的区域,因为电压是恒定的,所以采用方波驱动。电动机采用传动的动作油,逆变器采用水进行冷却。
