По мере развития сельскохозяйственного энергетического оборудования в направлении электрификации и интеллектуализации синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) стали идеальнымприводным решением для электротракторовблагодаря ихвысокой эффективности, высокой удельной мощности и точному управлению. Ниже приведены основные конструктивные особенности PMSM в тракторах.
|
Особенность |
PMSM |
Асинхронный двигатель (IM) |
Двигатель постоянного тока |
|
Эффективность |
92%-96% |
85%-90% |
75%-85% |
|
Удельная мощность |
Высокая (компактный и легкий) |
Средний |
Низкий (требуется коммутатор) |
|
Регулировка скорости |
Отлично (векторное управление) |
Низкий (зависит от ЧРП) |
Хороший (но нужны щетки) |
|
Поддержка |
Не требует технического обслуживания |
Низкие эксплуатационные расходы |
Высокие (износ щеток) |
|
Стоимость |
Более высокие (редкоземельные магниты) |
Низкий |
Умеренный |
Приложения:
Главный привод для электрических тракторов (заменяющий дизельные двигатели).
Электрификация ВОМ (система отбора мощности).
• Приводы гидравлических насосов/вспомогательных систем.
Тракторы работают в сложных условиях, требующих каквысокого крутящего момента, так и низких скоростей (вспашка). и эффективный высокоскоростной транспорт:
- Небольшие тракторы (25-50 л.с.): Двигатель pmsm мощностью 20-40 кВт, номинальный крутящий момент 150-300 Нм.
Средние тракторы (50-100 л.с.): Двигатель pmsm мощностью 40-75 кВт, номинальный крутящий момент 300-600 Нм.
- Большие тракторы (более 100 л.с.): Двигатель pmsm мощностью 75-200 кВт, номинальный крутящий момент 600-1500 Нм.
Максимальная потребность в крутящем моменте (Кратковременная перегрузка):
• При вспашке или подъеме требуется в 2-3 раза больше номинального крутящего момента.
• Регулятор ослабления поля необходим для увеличения скорости работы.
• Режим вспашки: 500-1500 об/мин (высокий крутящий момент).
• Режим транспортировки: 1500-3000 об/мин (оптимизирован для повышения эффективности).
• Стандартные скорости отбора мощности: 540/1000 оборотов в минуту (должны быть точно подобраны).
|
Решение для охлаждения |
Приложение |
Плюсы и минусы |
|
Естественное охлаждение |
Низкое энергопотребление ( |
Простое, недорогое, но с ограниченным тепловыделением. |
|
Принудительное воздушное охлаждение |
Тракторы средней мощности (20-50 кВт) |
Требуется вентилятор, что увеличивает энергопотребление. |
|
Жидкостное охлаждение |
Высокая мощность (>50 кВт) |
Эффективное охлаждение, подходит для длительных тяжелых нагрузок. |
Рекомендация:
• Жидкостно-масляное двойное охлаждение (для тракторов большой мощности, например, 200 и более кВт).
|
Тип |
Характеристики |
Приложение |
|
Поверхностный монтаж (SPM) |
Простой, с низкой пульсацией крутящего момента, но подверженный размагничиванию на высоких скоростях. |
Тракторы малой/средней мощности. |
|
Внутренняя часть (IPM) |
Высокая устойчивость к размагничиванию, широкий диапазон скоростей, надежность. |
Большие/высокоскоростные тракторы. |
Рекомендация:
Внутренний PM (IPM) (обеспечивает баланс требований к высокой скорости и перегрузкам).
• Пары полюсов: Как правило, 4-8 полюсов(уравновешивают скорость и крутящий момент).
♦ Пример: 1000 об/мин. → 4 полюса (33 Гц), 8 полюсов (66 Гц).
• Пазы статора: 36 или 48 пазов (снижает крутящий момент при заклинивании и шум).
|
Материал |
Остаточная намагниченность (Br) |
Коэрцитивная сила (Hc) |
Стоимость |
Пригодность |
|
NdFeB |
1,0-1,4 Т |
800-2000 кА/м |
Высокий |
Высокопроизводительные тракторы. |
|
Феррит |
0,4-0,5 Т |
, 200-400 кА/м |
Низкий |
Недорогие легкие тракторы. |
Рекомендация:
Магниты NdFeB (высокая плотность энергии, идеально подходят для высокопроизводительных тракторов).
Управление, ориентированное на поле (FOC):
• Отключает управление крутящим моментом /скоростью для быстрого динамического отклика.
• Идеально подходит для мгновенных требований к высокому крутящему моменту во время вспашки.
Прямое управление крутящим моментом (DTC):
• Работа без датчиков, надежная, но с более высокой пульсацией крутящего момента.
Энкодеры (высокоточные, например, 17-разрядные абсолютные энкодеры).
Бесконтактное управление(снижает стоимость, но снижает производительность на низких оборотах).
Уровень напряжения: 400 В (для малых и средних тракторов), 600 В (для больших электрических тракторов).
МОП-транзисторы SiC: Высокочастотное переключение для снижения потерь.
• Прямой привод: Двигатель подключается непосредственно к трансмиссии (без коробки передач, но требуетдвигателей с высоким крутящиммоментом).
• Гибридный параллельный привод: PMSM + дизельный двигатель (переходное решение).
• Емкость аккумулятора:
– Чисто электрический: 100-300 кВт*ч (4-8 часов работы).
– Гибридный: 20-50 кВт*ч (дополнительная мощность).
• Рекуперативное торможение: Восстанавливает энергию при торможении.
среде и степень защиты: IP67 (пыле- и водонепроницаемость для суровых условий фермы).
Устойчивость к вибрации: Усиленные подшипники и конструкция (для пересеченной местности).
John Deere SESAM (чисто электрический трактор):
• Двойной привод PMSM (общая мощность 300 кВт), жидкостное охлаждение.
Электрический трактор YTO (Китай):
• Двигатель IPM мощностью 120 кВт, управление фокусировкой, 5-часовая продолжительность работы.
► Высоковольтные платформы (800 В и выше): Снижает вес кабеля и повышает эффективность.
► Электродвигатели PM, не содержащие редкоземельных элементов: Снижает зависимость от NdFeB (например, оптимизированные ферритовые конструкции).
► Интеллектуальное распределение крутящего момента: Многодвигательный привод + электронный дифференциал (повышает мобильность в полевых условиях).
|
Ключевой аспект |
Рекомендуемое решение |
|
Тип двигателя |
Внутренняя система PMSM (IPM) |
|
Способ охлаждения |
Жидкостное охлаждение (>50 кВт) |
|
Стратегия управления |
Фокусное расстояние + высокоточный датчик |
|
Материал магнита |
NdFeB |
|
Напряжение в системе |
400 В-600 В |
PMSM в тракторах должен сочетатьвысокий крутящий момент, широкий диапазон скоростей и долговечность в суровых условиях. Оптимизация электромагнитной конструкции, охлаждения и алгоритмов управления может значительно повысить эффективность и надежность электрических тракторов.
