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शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहन की ड्राइविंग प्रौद्योगिकी विश्लेषण की त्रयी

एक पूर्णतः विद्युत वाहन की संरचना और डिज़ाइन पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन चालित वाहनों से भिन्न होती है। यह एक जटिल प्रणाली इंजीनियरिंग भी है। इष्टतम नियंत्रण प्रक्रिया प्राप्त करने के लिए इसमें पावर बैटरी प्रौद्योगिकी, मोटर ड्राइव प्रौद्योगिकी, ऑटोमोटिव प्रौद्योगिकी और आधुनिक नियंत्रण सिद्धांत का एकीकरण आवश्यक है। विद्युत वाहन विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास योजना में, देश "तीन ऊर्ध्वाधर और तीन क्षैतिज" अनुसंधान एवं विकास रूपरेखा का पालन करना जारी रखता है, और "पूर्णतः विद्युत ड्राइव" की प्रौद्योगिकी परिवर्तन रणनीति के अनुसार "तीन क्षैतिज" की सामान्य प्रमुख प्रौद्योगिकियों पर अनुसंधान को और अधिक बल देता है, अर्थात् ड्राइव मोटर और उसके नियंत्रण प्रणाली, पावर बैटरी और उसके प्रबंधन प्रणाली, और पावरट्रेन नियंत्रण प्रणाली पर अनुसंधान। प्रत्येक प्रमुख निर्माता राष्ट्रीय विकास रणनीति के अनुसार अपनी व्यावसायिक विकास रणनीति तैयार करता है।

लेखक ने नई ऊर्जा पावरट्रेन के विकास प्रक्रिया में प्रमुख प्रौद्योगिकियों का वर्गीकरण किया है, जिससे पावरट्रेन के डिजाइन, परीक्षण और उत्पादन के लिए सैद्धांतिक आधार और संदर्भ प्रदान किया जा सके। इस योजना को तीन अध्यायों में विभाजित किया गया है ताकि शुद्ध इलेक्ट्रिक वाहनों के पावरट्रेन में इलेक्ट्रिक ड्राइव की प्रमुख प्रौद्योगिकियों का विश्लेषण किया जा सके। आज हम सबसे पहले इलेक्ट्रिक ड्राइव प्रौद्योगिकियों के सिद्धांत और वर्गीकरण का परिचय देंगे।

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चित्र 1 पॉवरट्रेन विकास में प्रमुख कड़ियाँ

वर्तमान में, विशुद्ध इलेक्ट्रिक वाहन पावरट्रेन की प्रमुख प्रौद्योगिकियों में निम्नलिखित चार श्रेणियां शामिल हैं:

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चित्र 2 पॉवरट्रेन की प्रमुख प्रौद्योगिकियाँ

ड्राइविंग मोटर सिस्टम की परिभाषा

वाहन की पावर बैटरी की स्थिति और वाहन की पावर आवश्यकताओं के अनुसार, यह ऑन-बोर्ड ऊर्जा भंडारण पावर जनरेशन डिवाइस द्वारा आउटपुट की गई विद्युत ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है, और यह ऊर्जा ट्रांसमिटिंग डिवाइस के माध्यम से ड्राइविंग पहियों तक पहुंचाई जाती है। वाहन के ब्रेक लगाने पर, वाहन की कुछ यांत्रिक ऊर्जा विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित होकर ऊर्जा भंडारण डिवाइस में वापस आ जाती है। इलेक्ट्रिक ड्राइविंग सिस्टम में मोटर, ट्रांसमिशन मैकेनिज्म, मोटर कंट्रोलर और अन्य घटक शामिल होते हैं। इलेक्ट्रिक एनर्जी ड्राइविंग सिस्टम के तकनीकी मापदंडों के डिजाइन में मुख्य रूप से पावर, टॉर्क, गति, वोल्टेज, ट्रांसमिशन अनुपात, पावर सप्लाई कैपेसिटेंस, आउटपुट पावर, वोल्टेज, करंट आदि शामिल हैं।

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1) मोटर नियंत्रक

इसे इन्वर्टर भी कहा जाता है, यह पावर बैटरी पैक द्वारा इनपुट की गई डायरेक्ट करंट को अल्टरनेटिंग करंट में परिवर्तित करता है। मुख्य घटक:

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◎ आईजीबीटी: पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच, सिद्धांत: नियंत्रक के माध्यम से, आईजीबीटी ब्रिज आर्म को एक निश्चित आवृत्ति और अनुक्रम स्विच को बंद करने के लिए नियंत्रित किया जाता है, जिससे त्रि-चरण प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न होती है। पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच को बंद करने के लिए नियंत्रित करके, प्रत्यावर्ती वोल्टेज को परिवर्तित किया जा सकता है। फिर ड्यूटी चक्र को नियंत्रित करके एसी वोल्टेज उत्पन्न किया जाता है।

◎ फिल्म कैपेसिटेंस: फ़िल्टरिंग फ़ंक्शन; करंट सेंसर: तीन-चरण वाइंडिंग के करंट का पता लगाना।

2) नियंत्रण एवं संचालन परिपथ: कंप्यूटर नियंत्रण बोर्ड, ड्राइविंग आईजीबीटी

मोटर नियंत्रक का कार्य डीसी को एसी में परिवर्तित करना, प्रत्येक सिग्नल को प्राप्त करना और उसके अनुरूप शक्ति और टॉर्क उत्पन्न करना है। इसके मुख्य घटक हैं: पावर इलेक्ट्रॉनिक स्विच, फिल्म कैपेसिटर, करंट सेंसर और कंट्रोल ड्राइव सर्किट, जो विभिन्न स्विचों को खोलकर अलग-अलग दिशाओं में धाराएं उत्पन्न करते हैं और प्रत्यावर्ती वोल्टेज उत्पन्न करते हैं। इस प्रकार, हम साइनसोइडल प्रत्यावर्ती धारा को आयतों में विभाजित कर सकते हैं। आयतों के क्षेत्रफल को समान ऊंचाई वाले वोल्टेज में परिवर्तित किया जाता है। x-अक्ष पर ड्यूटी साइकिल को नियंत्रित करके लंबाई को नियंत्रित किया जाता है और अंततः क्षेत्रफल को समतुल्य रूप से परिवर्तित किया जाता है। इस तरह, नियंत्रक के माध्यम से डीसी शक्ति को नियंत्रित करके एक निश्चित आवृत्ति और अनुक्रम स्विच पर IGBT ब्रिज आर्म को बंद किया जा सकता है, जिससे त्रि-चरण एसी शक्ति उत्पन्न होती है।

वर्तमान में, ड्राइव सर्किट के प्रमुख घटक आयात पर निर्भर हैं: कैपेसिटर, आईजीबीटी/एमओएसएफईटी स्विच ट्यूब, डीएसपी, इलेक्ट्रॉनिक चिप्स और एकीकृत सर्किट; विशेष सर्किट, सेंसर, कनेक्टर; बिजली आपूर्ति, डायोड, इंडक्टर, मल्टीलेयर सर्किट बोर्ड, इन्सुलेटेड तार, रेडिएटर;

3) मोटर: तीन-फेज प्रत्यावर्ती धारा को मशीनरी में परिवर्तित करती है

◎ संरचना: आगे और पीछे के आवरण, खोल, शाफ्ट और बियरिंग

◎ चुंबकीय परिपथ: स्टेटर कोर, रोटर कोर

◎ परिपथ: स्टेटर वाइंडिंग, रोटर कंडक्टर

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4) संचारण उपकरण

गियरबॉक्स या रिड्यूसर मोटर द्वारा उत्पन्न टॉर्क-स्पीड आउटपुट को पूरे वाहन के लिए आवश्यक गति और टॉर्क में परिवर्तित करता है।

ड्राइविंग मोटर का प्रकार

विद्युत चालकों को चलाने वाले इंजनों को निम्नलिखित चार श्रेणियों में विभाजित किया गया है। वर्तमान में, एसी इंडक्शन मोटर और स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर नई ऊर्जा वाले विद्युत वाहनों के सबसे सामान्य प्रकार हैं। इसलिए हम एसी इंडक्शन मोटर और स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर की तकनीक पर ध्यान केंद्रित करते हैं।

  डीसी यंत्र एसी इंडक्शन मोटर स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर स्विच्ड रिलक्टेंस मोटर
फ़ायदा कम लागत, नियंत्रण प्रणाली की कम आवश्यकताएँ कम लागत, व्यापक विद्युत कवरेज, उन्नत नियंत्रण तकनीक, उच्च विश्वसनीयता उच्च शक्ति घनत्व, उच्च दक्षता, छोटा आकार सरल संरचना, नियंत्रण प्रणाली की कम आवश्यकता
नुकसान उच्च रखरखाव आवश्यकताएँ, कम गति, कम टॉर्क, अल्प जीवनकाल छोटा कुशल क्षेत्र, कम बिजली घनत्व उच्च लागत, पर्यावरण के अनुकूलता में कमी उच्च टॉर्क उतार-चढ़ाव, उच्च कार्य शोर
आवेदन छोटा या मिनी कम गति वाला इलेक्ट्रिक वाहन इलेक्ट्रिक व्यावसायिक वाहन और यात्री कारें इलेक्ट्रिक व्यावसायिक वाहन और यात्री कारें मिश्रित-शक्ति वाहन

नया-71) एसी इंडक्शन अतुल्यकालिक मोटर

एसी इंडक्टिव असिंक्रोनस मोटर का कार्य सिद्धांत यह है कि वाइंडिंग स्टेटर स्लॉट से होकर गुजरती है और रोटर पतली स्टील शीट से बना होता है जिनकी चुंबकीय चालकता उच्च होती है। वाइंडिंग से तीन-फेज विद्युत प्रवाहित होती है। फैराडे के विद्युत चुम्बकीय प्रेरण नियम के अनुसार, एक घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जिसके कारण रोटर घूमता है। स्टेटर की तीनों कॉइल 120 डिग्री के अंतराल पर जुड़ी होती हैं, और धारा प्रवाहित करने वाला चालक उनके चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। जब इस विशेष व्यवस्था में तीन-फेज विद्युत आपूर्ति लगाई जाती है, तो एक निश्चित समय पर प्रत्यावर्ती धारा के परिवर्तन के साथ चुंबकीय क्षेत्र अलग-अलग दिशाओं में बदलते हैं, जिससे एक समान घूर्णनशील तीव्रता वाला चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है। चुंबकीय क्षेत्र की घूर्णन गति को तुल्यकालिक गति कहते हैं। मान लीजिए कि एक बंद चालक को अंदर रखा गया है, तो फैराडे के नियम के अनुसार, क्योंकि चुंबकीय क्षेत्र परिवर्तनशील है, लूप विद्युत-प्रेरक बल को महसूस करेगा, जिससे लूप में धारा उत्पन्न होगी। यह स्थिति चुंबकीय क्षेत्र में धारा प्रवाहित करने वाले लूप के समान है, जो लूप पर विद्युत चुम्बकीय बल उत्पन्न करता है, और रोटर घूमने लगता है। स्क्विरल केज जैसी संरचना का उपयोग करके, एक त्रि-चरण प्रत्यावर्ती धारा स्टेटर के माध्यम से घूर्णनशील चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करती है, और अंत में लगे रिंग द्वारा शॉर्ट किए गए स्क्विरल केज बार में धारा प्रेरित होती है, जिससे रोटर घूमने लगता है, यही कारण है कि इस मोटर को प्रेरण मोटर कहा जाता है। विद्युत को प्रेरित करने के लिए रोटर से सीधे विद्युत को जोड़ने के बजाय, विद्युत चुम्बकीय प्रेरण की सहायता से, रोटर में इंसुलेटिंग लोहे के कोर फ्लेक्स भरे जाते हैं, ताकि छोटे आकार का लोहा न्यूनतम एड़ी करंट हानि सुनिश्चित करे।

2) एसी सिंक्रोनस मोटर

सिंक्रोनस मोटर का रोटर असिंक्रोनस मोटर से भिन्न होता है। रोटर पर स्थायी चुंबक लगा होता है, जिसे सतह पर लगे और अंदर धंसे हुए प्रकार में विभाजित किया जा सकता है। रोटर सिलिकॉन स्टील शीट से बना होता है और इसमें स्थायी चुंबक धंसा होता है। स्टेटर को 120 डिग्री के फेज अंतर वाली प्रत्यावर्ती धारा से जोड़ा जाता है, जो साइन वेव प्रत्यावर्ती धारा के आकार और फेज को नियंत्रित करती है, जिससे स्टेटर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र रोटर द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत होता है और चुंबकीय क्षेत्र घूमने लगता है। इस प्रकार, स्टेटर चुंबक द्वारा आकर्षित होता है और रोटर के साथ घूमता है। स्टेटर और रोटर के बीच चुंबकीय क्षेत्र के अवशोषण से यह चक्र चलता रहता है।

निष्कर्ष: इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए मोटर ड्राइव मूल रूप से मुख्यधारा बन चुकी है, लेकिन यह एक प्रकार की प्रणाली नहीं बल्कि विविध है। प्रत्येक मोटर ड्राइव प्रणाली का अपना एक व्यापक सूचकांक है। प्रत्येक प्रणाली मौजूदा इलेक्ट्रिक वाहन ड्राइव में उपयोग की जाती है। इनमें से अधिकांश अतुल्यकालिक मोटर और स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर हैं, जबकि कुछ स्विच रिलक्टेंस मोटरों का उपयोग करने का प्रयास कर रहे हैं। यह उल्लेखनीय है कि मोटर ड्राइव में विद्युत इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी, सूक्ष्म इलेक्ट्रॉनिक्स प्रौद्योगिकी, डिजिटल प्रौद्योगिकी, स्वचालित नियंत्रण प्रौद्योगिकी, पदार्थ विज्ञान और अन्य विषयों का एकीकरण होता है, जो विभिन्न विषयों के व्यापक अनुप्रयोग और विकास की संभावनाओं को दर्शाता है। यह इलेक्ट्रिक वाहन मोटरों के क्षेत्र में एक मजबूत प्रतिस्पर्धी है। भविष्य के इलेक्ट्रिक वाहनों में अपनी जगह बनाने के लिए, सभी प्रकार की मोटरों को न केवल मोटर संरचना को अनुकूलित करने की आवश्यकता है, बल्कि नियंत्रण प्रणाली के बुद्धिमान और डिजिटल पहलुओं का निरंतर अन्वेषण भी करना होगा।


पोस्ट करने का समय: 30 जनवरी 2023