Силовая установка электромобиля, электродвигатель » Эксплуатация электромобиля в России
24 января 2019 в 13:32
Мощность электродвигателя электромобиля, как и в других транспортных средствах, измеряется в киловаттах (кВт). 100 кВт примерно равно 134 лошадиным силам. Отличительная черта электродвигателя состоит в том, что в отличие от ДВС он может выдавать максимальный крутящий момент в более широком диапазоне оборотов. Это означает, что динамика электрокара с двигателем мощностью 100 кВт будет значительно лучше динамики транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания мощностью 100 кВт, который может обеспечивать максимальный крутящий момент в пределах ограниченного диапазона оборотов (бензиновый мотор обычно надо «раскручивать» до высоких оборотов, чтобы получить номинальный крутящий момент).
Энергия теряется в процессе преобразования электрической энергии в механическую. Приблизительно 90% энергии от батареи преобразуется в механическую энергию, остальные 10% — потери в двигателе и трансмиссии.
Обычно электропитание в виде постоянного тока подается в преобразователь, где он становится переменным, а далее приходит в трехфазный двигатель переменного тока.
Для некоторых электромобилей используются двигатели постоянного тока. В некоторых случаях используются универсальные двигатели, на который можно подавать как переменный ток, так и постоянный.
В последнее время электродвигатели совершенствуются, в том числе были реализованы различные типы двигателей, например, асинхронные двигатели на автомобилях Tesla и двигатели с постоянными магнитами в Nissan Leaf и Chevrolet Bolt.
На изображении выше можно увидеть схему силовой установки Nissan Leaf второго поколения.
- Электродвигатель создает крутящий момент для перемещения автомобиля, а также генерирует зарядный ток во время рекуперативного торможения.
- Инвертор, используя двигатель, преобразует электричество постоянного тока в переменный ток для движения, а также преобразует переменный ток в постоянный во время торможения (рекуперации) для заряда батареи.
- Понижающий редуктор модулирует вращение двигателя и передает мощность на колеса (приводной вал), аналогично классической передаче.
- PDM (модуль подачи питания) представляет из себя интегрированный блок с зарядным устройством для зарядки переменным током высокого напряжения батареи, преобразователем постоянного тока, который преобразует высокое напряжение в низкое, и распределительную коробку, которая распределяет высокое напряжение на каждый блок, блокируя ток, как прерыватель, когда возникают перегрузки.
Подробно понять устройство электромобиля поможет это видео:
Электродвигатель для автомобиля: будущее уже близко
Электрический двигатель уже давно занимает далеко не самое последнее место в списке предпочтений конструкторов, в том числе и в автомобилестроении.
Совсем недавно все машины были укомплектованы только ДВС. Но попытки создания альтернативных моторов продолжались постоянно. Самым перспективным из них представляется именно электродвигатель для автомобиля. В статье рассматривается этот вид мотора и его особенности.
Немного истории
Изобретателем автомобильного электрического двигателя является Старлей. Совершил он свое открытие в 1888 году. В то время для создания тягового усилия использовались именно электрические провода. По коэффициенту полезного действия такой механизм значительно опережал моторы внутреннего сгорания. Однако в начале двадцатого века решили отказаться от таких, казалось бы, выгодных агрегатов, так как не решалась проблема ограниченного запаса хода. Ввиду того что необходимы были переезды на значительные расстояния, а электродвигатель для автомобиля этого предоставить не мог, он был полностью вытеснен двигателями внутреннего сгорания. Какое-то время разработками в этой области были заняты только отдельные любители-энтузиасты, но в эпоху стремительно развивающегося технического прогресса об этом моторе снова вспомнили, усовершенствовали его и даже запустили в серийное производство.
Правда, пока только небольшими партиями. Сегодня такие автомобили стоят очень дорого, но актуальность и насущная необходимость в них день ото дня только возрастает.
Принцип работы
Электродвигатель для автомобиля работает на основе электромагнитной индукции. Это понятие связано с появлением ЭДС в замкнутом контуре и с изменением в нем магнитного потока. Таким образом, электроэнергия превращается в механическую, благодаря которой и происходит движение транспортного средства.
Тяговый электродвигатель для автомобиля питается от источника постоянного тока. Батареи на выходе образуют от 96 до 192 Вольт. Для образования электродвижущей силы такого напряжения бывает достаточно.
Автомобили с электродвигателем от машин с ДВС еще отличает прямое соединение с колесом, благодаря чему управляемость транспортного средства намного улучшается. Самые современные на сегодняшний день модели, работающие на переменном токе, могут подзаряжаться в процессе торможения, что увеличивает их пробег до 20 %.
В остальном электродвигатель для автомобиля фактически ничем не отличается от стандартного, с установленным ДВС. В нем находится рабочий орган, соединяющийся с колесом. Когда подается электричество, обмотка действует на ротор, который начинает вращательные движения из-за ЭДС. Это передается всем остальным рабочим органам. Заряжаться такой двигатель может разными способами, в зависимости от сборки.
Аккумулятор
Электрический мотор заряжается от батареи. Из-за огромной стоимости аккумуляторов на дорогах таких машин сегодня очень мало.
Одним из видов батарей, являющихся наиболее дешевыми, можно назвать свинцово-кислотные. Кроме низкой стоимости, преимуществом этого вида стала возможность их вторичной переработки. Другой вариант, никель-металлгибридный, стоит дороже, но и производительность его значительно выше.
Оптимальными считаются литий-ионные аккумуляторы, которые, конечно, являются и самыми дорогими. Но они имеют способность хорошо держать заряд и при этом небольшие размеры.
Актуальные электродвижки
Интересными вариантами сегодня являются электродвигатели гибридных автомобилей, которые могут заменяться на обычные, внутреннего сгорания. Конечно, цена таких машин является очень высокой. Но именно их можно назвать теми, у которых давняя проблема недостающего запаса хода успешно была решена.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что уже в недалеком будущем электродвигатели неизбежно займут свое достойное место в производстве автотранспортных средств. Перед многими отечественными автолюбителями сегодня стоит желанная цель создать электродвигатель для автомобиля своими руками. Оказывается, это не такая уж и недостижимая мечта. За основу может быть взята любая машина, и даже «Ока».
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.
Sdk16420 / Wikimedia Commons 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 воздействие 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.
Электромобили захватывают мир, поэтому, вероятно, хорошо, что вы знаете кое-что о том, как они работают.
Рекомендации редакции
- Ford и VW закрывают подразделение автономных автомобилей Argo AI
- GMC вложила весь свой опыт в производство грузовиков в пикап Sierra EV.
- Взгляните на Spectre, первый полностью электрический автомобиль Rolls-Royce.
- Лучшие автомобильные крепления для iPhone на 2022 год
- Илон Маск назвал первую дату поставки и покупателя грузовика Tesla Semi
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.