Двигатель электрический для электромобиля, прошлое, настоящее и будущее
Где применяется электрический автомобильный двигатель
Содержание статьи
- 1 Где применяется электрический автомобильный двигатель
- 2 История создания
- 3 Принцип работы электромобиля
- 4 Устройство тягового электродвигателя автомобиля
- 5 Характеристики электродвигателей автомобильных
- 6 Перспективы развития
Электродвигатель для автомобиля, в качестве тягового устройства применялся на автомобилях (вернее на их прототипах), еще раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Однако на сегодняшний день автомобильные электрические машины (именно так они правильно называются), применяются на электромобилях, работающих исключительно на аккумуляторах или других накопителях электрической энергии, а также на гибридных автомобилях.
Гибридные автомобили называются так, потому, что в них есть и двигатель внутреннего сгорания (ДВС), и аккумуляторная батарея.
История создания
Первая, можно сказать лабораторная, модель-прототип электромобиля была создана почти 200 лет назад. Известно, что в 1828 году венгерский изобретатель Джедлик продемонстрировал тележку, которая двигалась за счет электрической энергии. Но этот образец только показал принцип электрической тяги. Ведь настоящий электродвигатель постоянного тока, способный работать достаточно долго, был изобретен в 1833 году физиком из Великобритании Уильямом Стёрдженом. В 1835 году в Голландии Кристофер Беккер и Стратин Гронинген построили первый электромобиль. Конечно, он был несовершенен и в серийное производство не пошел.
Первый патент на электрический двигатель был получен в 1837 году Томасом Дэвенпортом, именно с этого времени можно сказать, что началось строительство электромобилей. Проблема электромобилей того времени была в очень небольшом заряде тогдашних аккумуляторов. Эту проблему пытались решить американец Томас Давенпорт и голландец Роберт Андерсон, которые создали автомобиль, двигающийся за счет электричества от одноразовых гальванических элементов в 1842 году.
Больших успехов в использовании электрической энергии для тяги достигли в 19-том веке железнодорожники. Уже в 1847 году в Питсбурге (США) работал локомотив (можно назвать его первым электровозом), который получал электричество по рельсам. Аккумуляторы были очень ненадежные и с очень небольшим ресурсом, да и энергии они запасали мало. И только улучшение рабочих характеристик аккумуляторных батарей решило проблему использования электромобилей. Нужно отметить, что первый рекорд скорости превышающей 100 км/час был зафиксирован именно электромобилем.
Так в 1899 году бельгиец Камиль Женатци на электромобиле «La Jamais Contente» разогнался до 105,882 км/ч. Как видно на рисунке (слева) этот электромобиль на резиновом ходу (на пневматических шинах), это тоже было новшеством на тот момент.
Немногим раньше в Лондоне было запущено движение электрических омнибусов (тогдашних автобусов) благодаря Ральфу Уорду. В это же время в Нью-Йорке начали работать такси на электротяге, стали выпускаться электровелосипеды и многие другие подвижные единицы на электричестве.
В России они (электромобили, точнее омнибусы) появились в 1901 году (фото справа) разработки инженера Романова. Уже в 1902 году заводом «Дукс» в Москве выпускался электромобиль для частного использования (фото слева).
Напомним, что только в 1878 году Николаусом Отто был запущен в серию четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, который можно было устанавливать на автомобиль. Он с некоторыми доработками служит «верой и правдой» автомобилистам и по сей день.
Да, двигатель Отто и резкое падение цен на нефть, из которой получают бензин, вытеснило электромобили почти на 100 лет с рынка, но они вновь завоевывают себе «место под солнцем», тесня классические ДВС. Все это благодаря тому, что электромобили практически бесшумны, экологически безвредны и экономически выгодны в эксплуатации. Нужно напомнить, что КПД электродвигателя высокий и составляет (85…95 %), да и электричество дешевеет. Если его (электричество) получать при помощи солнечных батарей или ветрогенераторов, то эксплуатация электромобиля получается почти бесплатной.
На сегодняшний день доля электромобилей среди всего автопарка составляет около 1%, но это пока. За последние 2 года количество продаж электрокаров увеличилось на 45%. Осталось только подождать, когда бензиновые и дизельные автомобили потихоньку сойдут с рынка.
Принцип работы электромобиля
Классическая схема электромобиля представлена на рисунке справа. Аккумуляторы расположенные здесь вдоль кузова отдают свою энергию через устройство управления (УУ) электродвигателю (ЭД), а он вращает колеса. Но эта компоновка далека от совершенства. Дело в том, что электропривод имеет очень важное преимущество перед любыми другими типами приводов – рекуперация. Рекуперация, это преобразование энергии движения в электрическую. Все мы с вами знаем, что энергия никуда не исчезает, она может только преобразовываться из одного вида в другой. Так вот, энергия движения (кинетическая энергия) при торможении автомобиля преобразуется в тепловую. Мы с вами просто нагреваем тормозные колодки, и это тепло отдаем атмосфере.
То есть, по сути дела выбрасываем эту энергию. В электромобилях и в гибридах мы можем большую часть кинетики преобразовать в электричество и опять накопить его в аккумуляторе.
Гибридные автомобили всегда имеют кроме аккумулятора и двигатель внутреннего сгорания. Зачем? Для того чтобы удлинить расстояние езды на электромобиле. Дело в том, что даже современные аккумуляторы могут накопить энергии на 100, ну максимум на 200 километров пробега. Согласитесь, что это совсем немного. При использовании ДВС, в качестве дополнительного источника энергии можно удлинить путь до 800, а иногда и до 1000 километров без подзарядки аккумулятора и без дозаправки бензином или дизельным топливом.
Как правило, на авто такого типа (гибридных автомобилях) нет прямого воздействия двигателя на ведущие колеса. ДВС вращает генератор, который вырабатывает электрическую энергию, и уже эта энергия подается на электродвигатели либо на накопители энергии, если автомобиль едет по инерции или стоит (на светофоре, например).
Накопителями энергии могут быть не только аккумуляторы, в последнее время все большей популярностью пользуются суперконденсаторы.
Двигатель на гибридных автомобилях может быть подключен к генератору, который вырабатывает электричество. Электричество это можно использовать для разгона (его обычно не хватает, аккумулятор плохо отдает электроэнергию на старте), или для зарядки аккумулятора, если авто на выбеге или стоянке. Крайне редко ДВС не подключен к генератору. При такой схеме ДВС помогает электродвигателю разгонять автомобиль.Где же экономия? Все дело в том, что при любой схеме подключения ДВС и электродвигателя, двигатель внутреннего сгорания всегда работает в номинальном режиме. В котором достигается максимальная экономия. КПД у ДВС всегда указывается для номинального режима и он колеблется от 36 до 42. Для малых оборотов этот КПД не превышает 7…10%.
Существует и более сложные системы. Вот, например, как взаимодействуют детали в современном гибридном автомобиле «Тойота Приус».
Здесь ДВС может работать на генератор, а может и помогать вращать ведущие колеса через планетарный механизм. При торможении, мотор/генератор (MG2) преобразует кинетическую энергию в электрическую, заряжая аккумулятор. В результате чего достигается неплохая экономия. Да это сложно, но это того стоит. Расход у Тойоты-Приус около 3-х литров бензина на 100 километров.
Устройство тягового электродвигателя автомобиля
Устройство электродвигателя автомобиля зависит, от многих факторов. Электродвигатели для электромобилей могут быть как постоянного, так и переменного тока. В последнее время на машину такого типа ставят только двигатель переменного тока (синхронный или асинхронный). Первые электромоторы для автомобилей были, конечно, постоянного тока. Это и логично, потому как аккумулятор выдает постоянный ток, и двигатель электрический также постоянного тока. Их применяют и сейчас, но уже гораздо реже. Однако, все не так просто, как кажется на первый взгляд. Электродвигатели переменного тока гораздо экономичнее и надежнее.
Выглядеть они могут точно так же как и электродвигатели постоянного тока. Разные типы электродвигателей имеют различную маркировку. AC – говорит о том, что этот двигатель переменного тока, DC – постоянного.
Принцип работы любого электродвигателя состоит во взаимодействии магнитных полей. Еще Фарадей на заре электричества заметил, что если проводник, по которому течет ток, поместить в постоянное магнитное поле, то этот проводник стремится вырваться из этого поля отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от направления движения тока. Если этих проводников много, и магнитное поле сильное, то и работа такого двигателя постоянного тока будет соответствующей.
В каждом электродвигателе есть ротор (его иногда называют якорь) и статор (его еще называют индуктором). Ротором является вращающееся часть, статором – не вращающееся (стационарная). И ротор и статор имеют обмотки состоящие из отдельных проводников. Для подачи электрического тока на вращающуюся часть двигателя существует коллектор (набор медных пластин собранных в цилиндр).
От статора на коллектор ток передается при помощи специальных щеток. Взаимодействие магнитных полей заставляет ротор совершать вращение.
Электродвигатели переменного тока работают несколько по-другому. Статор создает магнитное поле, которое само вращается. Оно (поле) может увлекать за собой стальные предметы, то есть заставлять вращаться ротор. По этой причине на роторе обмотка не нужна. Но в этом случае скорость вращения ротора будет отставать от скорости вращения магнитного поля статора. Такие электродвигатели нарываются асинхронными.
Для того, чтобы точно знать с какой частотой вращается ротор и регулировать эту частоту, необходимо на роторе разместить электрическую обмотку. Такие электродвигатели называются синхронными. Но вновь появляется слабое звено электродвигателя – коллектор. Щетки изнашиваются и их нужно менять. Асинхронные двигатели в обслуживании не нуждаются.
На рисунке представлено два вида синхронных двигателей (с явными и неявными полюсами). Повторимся, что асинхронный двигатель отличается лишь тем, что на якоре нет обмотки.
При работе каждый электродвигатель нагревается. По этой причине тема охлаждения электрических машин очень важна. Система охлаждения может быть автономная и принудительная. На электродвигателях большегрузных автомобилей, например БелАЗ, охлаждение принудительное (воздух для охлаждения подается специальным вентилятором). У машин малого класса и легковых, на самом двигателе есть крыльчатка, которая продувает воздух через двигатель, тем самым охлаждая его.
Характеристики электродвигателей автомобильных
Характеристика электродвигателя, это соотношение его параметров к его цене. Лучше всего это представить в табличной форме. В таблице представлены популярные электродвигатели как постоянного DC, так и переменного AC тока. Напряжение у некоторых двигателей имеет несколько значений, это значит, что они способны работать на всех указанных напряжениях. Мощность N указана номинальная. Вращающий момент M, тоже при номинальном режиме работы. Частота вращения указана как максимально допустимая.
Характеристики электрического двигателя автомобиля невозможно сравнивать спонтанно. Для каждого конкретного случая, для определенного автомобиля, может быть разработан свой, оригинальный электродвигатель. Но электродвигатель переменного тока, а он здесь представлен один, явно отличается в лучшую сторону, от электродвигателей постоянного тока той же мощности, хотя бы по соотношению цены и вырабатываемой мощности (AC – 10.7 $/кВт, DC – 450 $/кВт).
Перспективы развития
Внедрение синхронных и асинхронных двигателей на автомобилях тормозилось медленным развитием электроники способной контролировать процессы в этих самых двигателя. Теперь эти барьеры снимаются, электроника становится надежной и относительно дешевой. По этой причине в скором времени электродвигатели переменного тока на электромобилях скорее всего будут внедряться практически повсеместно.
Изобретение новых конструкционных материалов позволяет повышать надежность и долговечность электродвигателей.
Что касается электромобилей в целом, то за ними большое будущее.
Об электромобилях
Электрический автомобиль или электромобиль — это транспортное средство, которое приводится в движение одним или несколькими электрическими двигателями. При этом питание электромотора осуществляется от аккумуляторной батареи.
Трансмиссия
Это устройство, которое передает крутящий момент от электрического двигателя к колесам автомобиля. Сюда входит коробка передач, механизмы поворота и так далее
Электронная система управления
Система управления контролирует процессы зарядки, мощности, распределения крутящего момента и целый ряд иных параметров
Бортовое зарядное устройство
БЗС предназначенно для возможности зарядки автомобиля от обычной электрической сети или быстрозарядных станций.
Корпус, сиденья и другие элементы
Такие же как и у обычных автомобилей
Электрический двигатель
Существует большое количество разных разработок электрических моторов, которые отличаются между собой по множеству параметров.
Иногда эти отличия весьма разительны.
Есть разделение по принципу работы:
По типу тока – переменный, постоянный или гибридный. Они, в свою очередь, могут разделяться на такие типы:
-синхронный;
-асинхронный;
-коллекторный и безколлекторный.
-мотор-колесо (встроенный непосредственно в ступицу колеса).
Каждый из этих приводов имеет свои особенности, которые определяют область применения.
Но все они обладают следующими преимуществами перед ДВС:
— Экологичность,
— Экономичность,
— Максимальный крутящий момент при любых скоростях.
— Высокое КПД, у электродвигателя он составляет 90% против 25% у ДВС.
— Простота агрегата, легкость в обслуживании и ремонте.
— Функционирование в режиме генератора.
— Низкий уровень шума.
— Долговечность
Аккумулятор
Это источник энергии, благодаря которому приводится в движение двигатель. Именно от него зависит, какое расстояние сможет проехать автомобиль. Сегодня аккумулятора выпускаются в следующих исполнениях:
1) никель-кадмиевые;
2) натрий никель-хлоридные;
3) литий-ионные;
4) свинцово-кислотные
Электромобиль под капотом вместо ДВС имеет электрическую установку, которая получает энергию от аккумуляторов.
Это своего рода «топливный бак». Для равномерной подачи электрического тока в сеть, расположенную между батареей и двигателем используется блок управления. При помощи переменных резисторов контроллер получает информацию об объеме требуемой энергии. При остановке автомобиля устройство прекращает свое действие, при нажатии на акселератор электроэнергия вновь подается на электродвигатель. Чтобы повысить безопасность, в педали акселератора имеется два потенциометра. Они отправляют импульсы на контроллер, и на их основании производит регулировку выдаваемой мощности от движка. Входные датчики также направляют сигналы в блок управления о положении селектора переключения передач, педали тормоза, заряда аккумулятора и так далее. Двигатель же работает по принципу электромагнитной индукции. Так он преобразует электрическую энергию в механическую, направляя вращающий момент на колеса автомобиля. В результате это заставляет двигаться машину с необходимой скоростью
ПРЕИМУЩЕСТВА ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
Экологичность
Электромобиль не загрязняет воздух, которым мы дышим, так как не сжигает топлива и не имеет выхлопных газов, не выделят СО2 в атмосферу и не создает парниковый эффект.
В связи с отсутствием ДВС, у него не протекает масло и несгоревшее топливо
1
Энергонезависимость
В нашей стране практически нет месторождений нефти и газа, поэтому мы полностью зависим от импорта и того и другого. При этом нефть и природный газ не возобновляемые ресурсы, то есть рано или поздно закончатся.
А электричество мы вырабатываем сами, при чем экологичным и возобновляемым способом — посредством гидроэлектростанций. Гидроэнергетический потенциал Кыргызстана использован только на 10%, то есть у нас еще огромный резерв по выработке электроэнергии. А кроме этого, есть еще солнце и ветер, силу которых тоже можно преобразовать в электроэнергию.
Таким образом пересев на электромобили, мы перестаем полностью зависеть от импорта углеводородов
2
Экономичность
Одним из основных элементов электромобиля является электродвигатель, который служит для создания необходимого для движения крутящего момента.
В сравнении с ДВС электродвигатель имеет высокую эффективность и меньшие потери энергии. КПД электродвигателя составляет 90% против 25% у ДВС.
В среднем расход на 100 км. у автомобилей следующий:
— авто с бензиновым двигателем потребляет на 100 км. 10 л бензина * 50 с = 500 с
— авто с дизельным двигателем потребляет на 100 км. 8 л дизтоплива * 47 с =376 с
— наиболее массовый электромобиль Nissan Leaf потребляет на 100 км:
20 кВт * 0.77 с =15.4 сом если заряжаться дома
и 20 кВт * 2,56 с =51.2 сом если заряжаться на работе или других общественных местах относящихся к промпотребителям.
Либо при смешанном режиме зарядки 50% дома/50% вне дома – 33.3 сом
Конструкция электромобиля намного проще чем авто с ДВС, в связи с этим обслуживание электромобиля намного дешевле.
В электромобиле двигатель электрический, поэтому там нет:
коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и нагара, масла и масляного фильтра, воздушного фильтра и свечей зажигания, нет дросселя, ремня или цепи ГРМ, турбины, выхлопной трубы, катализатора, регулировки фаз газораспределения и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания, а также нет коробки передач, карданного вала и тд.
Современные электромоторы лишены токопроводящих щеток и трущихся деталей, поэтому очень надежны.
Председатель производственного совета BMW Манфред Шох разъясняет ситуацию на очень впечатляющем примере: «Восьмицилиндровый двигатель внутреннего сгорания состоит
из 1200 деталей, которые нужно соединить между собой, а у электромотора их всего 17». Аналогичным образом дела обстоят и с трансмиссией, содержащей меньше деталей, и с полностью отсутствующей у электрокаров системой отвода выхлопных газов – а где деталей меньше, там меньше и вероятность поломок
КО ВСЕМУ ЭТОМУ В КЫРГЫЗСТАНЕ НУЛЕВАЯ ПОШЛИНА НА ВВОЗ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ
3
Безопасность
Электромобили проходят те же краш-тесты, что и авто с ДВС. В Европе это испытания EuroNCAP, в США — тесты Страхового института дорожной безопасности (IIHS). Так же, как и авто с ДВС, различные модели электрокаров показывают разные результаты. Однако в основном их уровень безопасности достаточно высок.
Для примера: результаты первого в Северной Америке краш-теста электромобилей от 2011 Chevrolet Volt и Nissan Leaf получили наивысшую оценку безопасности после фронтального и бокового столкновений, при ударе сзади и в испытании, имитирующем переворот. 2013 году их успех повторила Tesla Model S: Национальная администрация безопасности дорожного движения США (NHTSA) присудила этому авто высочайшие 5 звезд во всех категориях тестирования. Тогда же Euro NCAP испытала среди других и электромобиль BMW i3, и тот набрал за защиту взрослых пассажиров и детей 86% и 81% соответственно.
Конструкция электромобиля способствует большей безопасности при столкновении. Литий-ионные батареи расположены под днищем автомобиля, в пределах колесной базы. Поэтому, по сравнению с авто с ДВС, центр тяжести электрокара расположен ниже. А соответственно, электромобилю гораздо труднее перевернуться в случае столкновения. Конструкторы традиционных авто намеренно «колдуют» с чертежами, чтобы снизить центр тяжести.
В электромобиле нет большого бака с топливом, поэтому отсутствует возможность возгорания при утечке топлива.
Электродвигатели диаметром около 30 сантиметров не превращается в «смертельное железное ядро», которое дробит кости людей при столкновении и сплющивании кузова.
Нет выхлопа и от него нельзя задохнуться.
Не нуждается в вентиляции в таких местах как гараж, подземная парковка или тоннель.
Современные электромобили мировых производителей имеют несколько степеней защиты от проникновения влаги в ключевые соединения своей системы и не ударяют током водителей и окружающих даже если они по крышу погружены в воду. Они проходят жесткие испытания и сертификацию прежде чем поступают продажу
4
Комфорт и простота эксплуатации.
Менее шумная силовая установка.
Электромотор + инвертор + редуктор значительно тише, чем ДВС + трансмиссия.
Силовая установка не создаёт вибраций.
Отклик на педаль ускорения.
В EV он мгновенный. Т.е. он не просто молниеносно быстрый, а именно мгновенный. Задержки нет. Это невозможно объяснить или понять, пока сам не прокатишься.
Ровный график разгона.
Одноступенчатая трансмиссия и высокий крутящий момент.
Нет необходимости заводить и глушить двигатель.
На самом деле это очень комфортно. Никогда не нужно думать заглушить ли двигатель на парковке, светофоре стоянке или нет. Не нужна специальная система Start Stop.
Нет необходимости проводить обкатку
Новый EV не нуждается в щадящем режиме работы первое время.
Нет необходимости прогревать двигатель
Холодный электромотор можно использовать на экстремальных режимах без повышенного износа.Нет проблем со стартом при низких температурах.
Как и нет самого понятия старт. Для многих жителей северных регионов — это спасение. Можно будет забыть про «унёс аккумулятор домой», «отбуксировал на автомойку, чтобы прогреть», «нужна паяльная лампа», «вызываю службу прогрева», «выкрутить и подогреть свечи», «не глушить всю ночь», «заводить каждые несколько часов, чтобы не встала колом» и т.
д.
Нет проблем на высокогорье.
ДВС теряет свою мощность с уменьшением кислорода. «Задыхается».
Нет проблем с качеством топлива и недоливом.
Электричество не имеет октанового числа. Нет не качественного электричества. Нельзя обмануть недолив пару кВт.Нет необходимости в инфраструктуре заправочных станций
Большинство владельцев EV заряжают их на собственных «АЗС» — т.е. от домашней электросети. Зарядки по пути могут быть в самых разных местах — чаще всего просто на парковках и не требуют много места
5
Это не самый полный перечень преимуществ электромобилей
Конечно же электромобили имеют и свои минус, но они все решаемые и временные.
Запас хода.
Запас хода большинства электромобилей на полной «зарядке» пока еще меньше запаса хода авто с ДВС на полном баке.
Но прогресс не стоит на месте и емкость аккумуляторов увеличивается, а вес уменьшается, также развиваются новые способы хранения энергии и скоро по запасу хода электромобиль сравняется, а в перспективе обойдет авто с ДВС.
-Нехватка инфраструктуры зарядных станций.
-Пока еще не везде можно зарядить электромобиль.
Но это только вопрос времени, причем не далекого. Зарядные станции не требуют таких огромных вложений и специальных территорий большой площади как традиционные АЗС.
Зарядные станции можно ставить практически везде и за короткое время они и будут стоят практически везде.
Медленная заправка/зарядка по сравнению с традиционными АЗС.
Пока еще полная зарядка электромобиля занимает от 40 мин до 8 часов в зависимости от модели авто и типа зарядной станции.
Но опять же прогресс не стоит на месте и уже появились скоростные зарядные станции способные полностью зарядить электромобиль за 20 минут и это не предел. И их широкое распространение вопрос нескольких лет.
Как работают электромобили? Объяснение двигателей и аккумуляторов для электромобилей
Электромобили функционируют принципиально иначе, чем традиционные автомобили. Двигатели внутреннего сгорания имеют множество движущихся частей, и, хотя у электромобилей есть свои сложности, они гораздо больше цифровые, чем механические.
Давайте подробнее рассмотрим, как именно работают электромобили.
Содержимое
- Как работает аккумуляторная батарея электромобиля?
- Как работает инвертор электромобиля?
- Как работает двигатель электромобиля?
Как работает аккумуляторная батарея электромобиля?
Вместо бензина электромобили питаются от аккумуляторной батареи, которая обычно тянется вдоль днища автомобиля, чтобы максимально снизить вес. Он состоит из нескольких модулей, которые, в свою очередь, разбиты на отдельные аккумуляторные элементы, по размеру аналогичные батарейкам типа АА. Между ячейками проходит слой охлаждающей жидкости, так как горячие батареи взрывоопасны. Система управления батареями регулирует эту охлаждающую жидкость и гарантирует, что каждая ячейка разряжается с одинаковой скоростью, что продлевает срок службы батареи.
У нас есть целая статья о том, как работают батареи, но короткая версия заключается в том, что электроны проходят через цепь, перемещая атомы лития с одной стороны батареи на другую.
Электроны хотят следовать за ионами лития, но разделяющая мембрана внутри батареи не позволяет им следовать за ними. В результате им приходится проходить через провода, которые питают наши телефоны, планшеты, лампочки, компьютеры и автомобили. Когда вы заряжаете батарею, вы притягиваете атомы лития обратно к их исходной стороне батареи, загружая ее электронами.
Как работает инвертор EV?
Большая часть бытовой электроники работает на переменном токе. Это означает, что электроны постоянно перемещаются взад и вперед по проводам через определенные промежутки времени. Батареи, однако, работают от постоянного тока, поэтому электроны просто выбрасываются в одном направлении постоянным потоком. Электромобиль использует инвертор для изменения тока аккумуляторной батареи с постоянного на переменный, прежде чем он достигнет двигателя. Это важный шаг, поскольку изменение частоты переменного тока, производимое инвертором, напрямую влияет на скорость электромобиля.
Как работает двигатель электромобиля?
Двигатели EV превращают электричество в движение, создавая вращающееся магнитное поле.
Цилиндр, называемый статором, содержит плотно намотанные медные провода, по которым проходит переменный ток, поступающий от инвертора. Поскольку ток переменный, северный и южный полюса этих магнитных полей меняются местами. При работе разных цепей с немного разными электрическими частотами общее магнитное поле вращается.
Как работают электродвигатели — трехфазные асинхронные двигатели переменного тока двигатель переменного тока
Внутри статора свободно плавающий ротор ощущает влияние всех этих вращающихся магнитных полей. Когда ток проходит через статор, магнитное притяжение заставляет ротор вращаться, чтобы догнать его. Ведь магнитные полюса ротора, противоположные полюсам статора, будут притягиваться, а одноименные полюса отталкиваться. Чем больше энергии проходит через статор, тем быстрее вращается магнитное поле. Ротор перемещает ось, которая вращает колеса электромобиля. Поскольку мощность, генерируемая двигателем электромобиля, значительна, необходимый компонент, называемый редуктором, снижает силу до желаемого уровня, прежде чем переходить от ротора к колесам.
EV — это не просто двигатели, они также могут работать как генераторы. Когда вы тормозите свой электромобиль, механическая сила замедляющегося транспортного средства раскручивает ротор, который создает ток, протекающий через статор обратно к аккумулятору.
Поскольку большая часть силы, необходимой для замедления транспортного средства, приходится на рекуперативное торможение, тормозные колодки электромобиля изнашиваются меньше, чем у обычного автомобиля. Электромобили испытывают гораздо меньше механических нагрузок по всем направлениям, а не только при торможении. Двигатели электромобилей не сталкиваются с повторяющимися взрывоопасными химическими реакциями, как в двигателях внутреннего сгорания, не преобразуют линейную силу поршня во вращательную силу (крутящий момент) через коленчатый вал или полагаются на маховик для стабилизации изменяющейся входной силы. В целом, это хорошая новость для затрат на ремонт электромобилей.
Надеюсь, это дает некоторое представление о внутренней работе электромобиля.
Рекомендации редакции
- Концепт Audi ActiveSphere наполовину роскошный седан, наполовину пикап
- Как использовать Tesla Supercharger: полное руководство
- 2024 Polestar 2 подвергся капитальному ремонту для модели 2024 года.
- Концепт Ram EV демонстрирует электрическое будущее бренда грузовиков
- Зарядные станции Mercedes EV появятся в Северной Америке к концу десятилетия
Как работает двигатель электромобиля?
Электродвигатели повсюду. Вероятно, не будет преувеличением сказать, что современная цивилизация, какой мы ее знаем, могла бы выглядеть иначе, если бы не изобретение электродвигателя. Электродвигатели также вездесущи в вашей повседневной жизни, от электрических водяных насосов до электродвигателей, приводящих в действие охлаждающие вентиляторы.
Но в последнее время самая большая шумиха вокруг электродвигателя связана с огромным распространением электромобилей.
Если вы задаетесь вопросом, как работает двигатель электромобиля, вы попали по адресу. Читайте дальше, чтобы узнать все подробности о том, как работают электродвигатели и чем они отличаются от двигателей внутреннего сгорания.
Что такое асинхронный электродвигатель?
Асинхронный двигатель — чудо инженерной мысли. Забавно, что этот тип электродвигателя изобрел Никола Тесла, и компания по производству электромобилей, носящая его имя, также использует асинхронные двигатели для некоторых своих знаменитых электромобилей. В частности, в Model S и ее двоюродном брате Model X используются асинхронные двигатели переменного тока (в более новых моделях используется синхронный двигатель с постоянными магнитами и асинхронный двигатель). В общих чертах, асинхронный двигатель — это двигатель, который преобразует электрическую энергию в механическую с помощью наведенного магнитного поля.
Вероятно, он входит в тройку величайших изобретений всех времен, и это не преувеличение.
Асинхронный двигатель довольно прост, единственной движущейся частью является его ротор, поэтому силовые агрегаты электромобилей должны оказаться очень надежными с годами. Кстати, это одно из ключевых преимуществ электромобилей перед бензиновыми автомобилями с точки зрения надежности. Асинхронный двигатель имеет неподвижную часть, называемую статором, а также внутреннюю часть, которая фактически вращается, называемую ротором.
Через ротор проходит вал, который можно использовать для перемещения предметов, когда ротор вращается. Примером этого является вращающийся вентилятор, соединенный с валом асинхронного двигателя, или, возможно, колеса электромобиля, движущиеся в результате механического движения вала ротора. Асинхронный двигатель переменного тока присутствует не только в электромобилях; это основной продукт во всех аспектах повседневной жизни. Многие современные заводские машины используют асинхронные двигатели переменного тока, особенно если важны надежность и низкие эксплуатационные расходы.
Это одна из основных причин, по которой в некоторых высокопроизводительных электромобилях используются асинхронные двигатели. Они чрезвычайно надежны, а также очень эффективны. В то время как асинхронные двигатели производят свою долю тепла (именно поэтому они часто имеют вентиляторы и ребра, встроенные в конструкцию), они в высшей степени эффективны. По данным Министерства энергетики США, электромобили могут фактически использовать более 77% электроэнергии, которую они получают от зарядки непосредственно на колеса автомобиля. Согласно тому же источнику, автомобили с бензиновым двигателем могут преобразовать только от 12% до 30% энергии, запасенной в бензине, в полезную мощность непосредственно на колесах автомобиля.
электромобиля преобразуют более 77% электроэнергии из сети в мощность на колесах. Обычные автомобили с бензиновым двигателем преобразуют только около 12–30% энергии, запасенной в бензине, в мощность на колесах.
Это огромная проблема и одна из причин, по которой электромобили более безопасны для окружающей среды, особенно при подключении к экологически чистому источнику энергии.
Как работает асинхронный двигатель переменного тока?
Проще говоря, асинхронный двигатель переменного тока работает за счет электризации проводящих медных катушек, расположенных вокруг статора. Переменный ток, протекающий через медные катушки, индуцирует вращающееся магнитное поле. Очевидно, что в электромобиле электричество, которое позволяет осуществить этот шаг, подается от аккумулятора электромобиля.
Однако Батареи вырабатывают энергию постоянного тока, поэтому, прежде чем электричество от батареи может быть преобразовано в механическую энергию электродвигателем, оно должно пройти промежуточный этап через инвертор, который преобразует мощность постоянного тока, обеспечиваемую батареями, в требуемую мощность переменного тока. Вращающееся электромагнитное поле, создаваемое в статоре, приводит к возникновению тока в роторе при его движении, который, в свою очередь, индуцирует электромагнитное поле в роторе. Вот почему асинхронные двигатели называются индукционными, потому что они работают, индуцируя магнитное поле.
Волшебство происходит, когда вращающаяся ЭДС индуцирует электрический ток в роторе, который, в свою очередь, производит свою собственную ЭДС, заставляющую ротор вращаться, следуя за вращающимся магнитным полем статора. Ротор вращает вал, который является полезной частью электродвигателя, позволяя создавать механическую энергию из электроэнергии. С точки зрения электромобилей, то, как эти электродвигатели обеспечивают мощность, означает, что крутящий момент доступен мгновенно, с чем автомобили с ДВС даже не могут конкурировать.
Преимущества электродвигателей перед двигателями внутреннего сгорания
Первым очевидным преимуществом электродвигателей перед двигателями внутреннего сгорания является резкое уменьшение количества движущихся частей. Если вы посмотрите на любую базовую анимацию вращения газового двигателя по сравнению с вращением электродвигателя, вы сразу заметите, насколько сложнее этот процесс для газового двигателя. Уменьшение количества движущихся частей напрямую связано с техническим обслуживанием этих различных силовых установок.
С электродвигателем мало что может выйти из строя, особенно из-за износа. Между тем, двигатель внутреннего сгорания имеет множество движущихся частей, которые могут выйти из строя. Это не означает, что электродвигатель не может сломаться, но если он лишен многих деталей, которые выходят из строя в бензиновом двигателе, их не нужно будет заменять.
Одним из основных дефектов обычных двигателей является цепь привода ГРМ (или ремень), которой нет даже в электродвигателе. Как упоминалось ранее, передача крутящего момента также является огромным плюсом для электромобилей, поскольку они могут обеспечивать мгновенный крутящий момент, способствуя драматическому ощущению, которое вы испытываете при ускорении электромобиля.
Асинхронные двигатели существовали вечно, но до сих пор являются революционными
Самое забавное в асинхронных двигателях то, что они не являются новым изобретением при любом натяжении воображения. Они также использовались повсеместно в течение многих лет, но в последнее время эти двигатели получают признание, которого они всегда заслуживали, благодаря волне электромобилей, захвативших наши дороги.