Машины с электродвигателем: что покупают и сколько они стоят :: Autonews

Автомобили с электрическим двигателем: плюсы и минусы электромобиля

Как отмечают многие эксперты, электрический автомобиль сегодня является не просто альтернативой, а уже составляет прямую конкуренцию для привычного двигателя внутреннего сгорания.

Конечно, о массовом вытеснении ДВС речь пока не идет, однако специалисты полагают, что это всего лишь вопрос времени. Дело в том, что на фоне глобального экологического и топливного кризиса у электромобилей появились все шансы  отодвинуть поршневые моторы на задний план.

Более того, если судить по количеству проектов и объемам вложенных в разработку электрокаров средств, тогда невольно напрашивается вывод о том, что и сами автопроизводители прочат электромобилям большое будущее.

В этой статье мы рассмотрим устройство и общий принцип работы ТС на электротяге, их особенности, преимущества и недостатки. Также мы попробуем разобраться, какой вариант предпочтительнее, электромобиль или гибрид, что лучше выбрать в том или ином случае и т. д.

Содержание статьи

• Электромобили: особенности электрических авто
  • Схема устройства электрической машины
•  Виды электромобилей и практическая эксплуатация: плюсы и минусы электрокаров
• Что в итоге

Электромобили: особенности электрических авто

Начнем с того, что до недавнего времени автомобили с гибридным двигателем марки Toyota и других фактически являлись одним из наиболее предпочтительных, востребованных и распространенных  вариантов  по всему миру. За примерами не нужно далеко ходить, так как достаточно вспомнить премиальную модель Lexus RX450h F Sport или более скромный и доступный Toyota Prius и т.д.

При этом даже сегодня сложившаяся ситуация не сильно поменялась, хотя за последнее время на рынке появилось большое количество конкурентов, которые способны предложить потребителю различные версии так называемых «зеленых» авто.

Дело в том, что при всех своих плюсах автомобили с гибридными двигателями все же представляют собой неразрывный симбиоз электромотора и ДВС. Это значит, что речь больше идет об экономии топлива, при этом «нулевых» выбросов в атмосферу и полного отказа от нефтепродуктов при использовании таких машин добиться все равно не получается.

Поршневой двигатель, который нельзя исключить из общей схемы гибрида,  продолжает нуждаться в горючем, его система смазки требует моторного масла и т.д. По этой причине гибридная силовая установка может скорее считаться очередным витком эволюции ДВС, но никак не полноценным альтернативным вариантом.

С учетом вышесказанного становится понятно, что на сегодняшний день отказ от ДВС способен предложить только полностью электрический автомобиль. Кстати, идея далеко не новая, так как первые машины с электромотором  появились даже раньше транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания.

Однако на начальном этапе создатели электрических авто столкнулись с массой проблем (малый запас хода, большой вес, сложность зарядки батарей и т.д.), в результате чего такой вариант не выдержал конкуренции, а моторы на бензине и солярке быстро и надолго вытеснили электрокары.

Все изменилось относительно недавно, в частности благодаря развитию современных технологий и созданию необходимых устройств для накопления и хранения электроэнергии. Простыми словами, речь идет об энергоемких батареях для электромобилей, а также о решениях для их быстрой подзарядки.

В результате электрокар совсем недавно стал общедоступным серийным продуктом. Такие автомобили в наши дни производятся японскими, европейскими, американскими, а также китайскими производителями. Отдельно стоит выделить популярный электрокар Nissan Leaf, хорошо известные модели Tesla Model S и Roadster, а также Toyota RAV4EV, BMW Active C и т.д.

Схема устройства электрической машины

Начнем с того, что конструкция предполагает намного меньше подвижных деталей по сравнению с ДВС. Другими словами, электромобиль устроен проще, а простота всегда означает повышенную надежность.

Основными конструктивными элементами являются:

• аккумулятор
• электромотор;
• упрощенная трансмиссия;
• специальное зарядное устройство на борту;
• инвертор и преобразователь постоянного тока;
• развитая система электронного управления;

Батарея в электромобилях нужна для питания электродвигателя. Указанная тяговая аккумуляторная батарея сегодня литий-ионная и состоит из модулей (банок), которые последовательно соединяются между собой. Что касается емкости, на разных моделях доступны различные варианты. Как правило, батарея подбирается к автомобилю исходя из мощности электромотора.

Тяговый электродвигатель создает крутящий момент на колесах автомобиля и является трехфазным синхронным или асинхронным двигателем переменного тока  (асинхронные), выдавая, в среднем,  от 20 до 150 кВт и более. Отметим, что КПД у электромотора намного выше двигателя внутреннего сгорания, особенно бензинового.  Другими словами, потери полезной энергии в ДВС могут доходить до 70%, тогда как у электродвигателя теряется только 10%.

Как уже было сказано, электрический автомобиль приводится в движение от электромоторов, которых при этом может быть несколько. Питание электромотора обычно реализовано от  аккумуляторной батареи, при этом также возможно использование солнечных батарей и т.п. Однако на практике серийные электрокары зачастую оснащаются только аккумуляторной батареей.

Такая батарея нуждается в зарядке, которая может происходить как от внешнего источника, так и во время движения электрического авто. Во втором случае речь идет о рекуперации энергии торможения.

Итак, основными преимуществами электродвигателя можно считать доступный максимум крутящего момента на любой скорости, такой двигатель может крутить колеса назад и вперед без необходимости устанавливать дополнительные решения. Также выделяют отсутствие необходимости охлаждать такой мотор, электродвигатель способен выполнять функции генератора и т.д.

Как правило, в электрокарах сегодня установлены сразу несколько электродвигателей (на каждое колесо). В результате тяга значительно улучшается сравнительно со схемой, которая предполагает оснащение одним электромотором.

Также встречаются решения, когда электродвигатель фактически установлен в колесе. С одной стороны, трансмиссия в этом случае максимально упрощается, однако увеличивается количество неподрессоренных масс и страдает общая управляемость машины.

Кстати, трансмиссия электрокаров сама по себе изначально простая и зачастую представляет одноступенчатый зубчатый редуктор. Что касается зарядного устройства, решение располагается на самом авто и дает возможность заряжать батарею, причем от обычной электророзетки. Также существует отдельный «выход» для быстрой зарядки батареи на специальных станциях.

Инвертор служит для того, чтобы реализовать преобразование постоянного тока от батареи в трехфазное напряжение переменного тока. Именно такой ток нужен для питания электромотора.

Еще отметим, что в конструкцию электромобилей включено и подобие хорошо знакомой автомобилистам АКБ на 12 Вольт. За зарядку такого дополнительного аккумулятора в этом случае отвечает преобразователь постоянного тока, а сама батарея нужна для питания различных бортовых устройств и систем (электроусилитель руля, габариты и свет фар, климатическая установка, подогрев стекол и сидений, аудиосистема с акустикой и т.д.).

Электронная система, которая играет роль ЭСУД в электромобиле, имеет целый набор функций. Система отвечает за активную безопасность, контролирует работу электромоторов, следит за состоянием тяговой батареи и  уровнем заряда, определяет расход энергии и задействует режимы энергосбережения при езде и т.д.

Если говорить об устройстве, имеется блок управления (аналогично ЭБУ) и большое количество датчиков, а также различные исполнительные устройства. Датчики фиксируют скорость автомобиля, степень нагрузки на электромоторы, а также положение педали газа тормоза и ряд других параметров.

Сигналы от датчиков поступают в контроллер, после чего блок стремится создать наилучшие условия применительно к тому или иному режиму во время движения электрокара. Также на панели приборов водитель может наблюдать информацию о скорости движения, потреблении заряда, остаточном заряде, сколько километров еще можно проехать и т.д.

 Виды электромобилей и практическая эксплуатация: плюсы и минусы электрокаров

Мировые автопроизводители в этой области сегодня идут двумя путями:

• создаются абсолютно новые модели электрических авто;
• происходит трансформация уже имеющихся в линейке производителя автомобилей в электрокар;

Еще электромобили можно условно разделить на несколько типов. Как и в случае с ДВС, машины давно принято делить на городские малолитражки, спорткары и т.п. С электромобилями ситуация похожая.

1. Существуют электрические авто, которые позиционируются в качестве решений исключительно для города. Максимальная скорость у таких ТС относительно низкая (чуть более 100 км/ч), а также сравнительно небольшой запас хода (70-80 км.) в режимах средних и высоких нагрузок.
2. Также следует выделить «универсальный» вариант. Такие электрические авто способны разгоняться до 140-160 км/ч, автономность также увеличена. Это позволяет совершать поездки по трассе.
3. Что касается спортивных версий, такие электромобили  имеют «максималку» около 200 км/ч и выше. Разгонная динамика также весьма впечатляет. Например, сегодня электрокары фирмы Тесла способны набрать «сотню» меньше чем за 3 сек., а максимальная скорость самого быстрого электромобиля в мире, который был построен на базе Chevrolet Corvette американской компанией Genovation, во время испытаний в 2017 году перевалила за 300 км/ч.

Казалось бы, такие машины вплотную приблизились по ряду важнейших показателей к автомобилям с ДВС. На первый взгляд, у электромобилей появилась  достаточная автономность и приемлемая динамика разгона. Также можно выделить простоту эксплуатации, низкие расходы на содержание и обслуживание, что обязательно должно склонить разумных потребителей к выбору именно электрического авто. Однако на практике все выглядит несколько иначе.

Сразу отметим, именно особенности эксплуатации и ряд других факторов до сих пор не позволяют электрокарам стать массовым решением. Прежде всего, стоимость такого транспорта продолжает оставаться достаточно высокой на фоне конкурентов с бензиновым или дизельным ДВС.

Более того, экономичность современных дизельных моторов позволяет этим агрегатам серьезно конкурировать не только с бензиновыми авто, но и с электромобилями. Еще следует отдельно выделить то, что от бытовой розетки аккумулятор электрокара заряжается долго, а станции для быстрой подзарядки встречаются не часто по причине слабого развития инфраструктуры. Особенно это актуально для стран СНГ.

Что касается автономности, те данные, которые заявлены производителем, часто не совсем соответствуют действительности. Первое, на практике, особенно в холодное время года, батарея разряжается быстрее.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель FSI. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, а также о преимуществах и недостатках данного типа моторов.

Второе, если водитель практикует динамичную езду, тогда  полного заряда батареи может хватать не на 70-80 км. по городу, а всего лишь на 40-50. Для подтверждения этой информации достаточно ознакомиться с реальными отзывами владельцев Nissan Leaf, так как эта бюджетная версия электромобиля по цене является одной из самых доступных и сегодня наиболее распространена.

Простыми словами, пробег электромобиля без подзарядки не постоянен, а зависит от многочисленных факторов, начиная от состояния и емкости батареи и заканчивая стилем вождения. Если к этому добавить использование кондиционера, габаритов, подогревов и других решений, тогда на одном заряде даже при идеальных дорожных условиях пробег неизбежно сократится на 20-30% и более.

Если же при этом стиль вождения активный (постоянно превышает среднюю скорость 60 км./ч), тогда вполне можно рассчитывать и на все 50%. Получается, если производитель обещает 140-160 км на одном заряде, то данный показатель предполагает езду со скоростью не более 70 км/ч, и то при условии полностью исправной батареи (без потери емкости аккумулятора).

Однако если разгонять электрокар, например, до 130 км/ч  по трассе, тогда пробег без подзарядки составит всего 70 км. Как видно, если для города это еще приемлемо, то использовать электромобиль для загородных поездок весьма затруднительно.

Теперь несколько слов о батарее. Аккумулятор, который сегодня повсеместно используется, литий-ионный. Для его производства необходимы большие затраты, что сильно влияет и на общую стоимость электрических авто.

При этом срок службы таких батарей ограничен средней отметкой около 5 лет.

Это значит, что хотя базовые расходы на содержание электрического автомобиля в несколько раз ниже аналогов с ДВС, более высокая начальная стоимость и необходимость замены  дорогостоящей батареи (в среднем, через 5 лет) ставят экономические преимущества и целесообразность покупки такого авто под большое сомнение. Еще к этому стоит добавить и постоянный рост цен на электроэнергию, то также отражается на стоимости владения электромобилем.

Что в итоге

С учетом вышесказанного становится понятно, что активное внедрение инновационных технологий позволило значительно увеличить автономность современного электромобиля. Однако применение таких технологий сильно влияет на конечную стоимость транспортного средства, не позволяя сделать его массовым решением.

Что касается более доступных по цене версий, аккумуляторы, время зарядки от бытовой сети около 7-8 часов, а также небольшой запас хода продолжают оставаться слабыми местами таких электромобилей.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель GDI. Из этой статьи вы узнаете об отличительных особенностях конструкции, а также о плюсах и минусах силовых агрегатов данного типа.

Еще следует отметить то, что далеко не во всех странах наблюдается активное развитие инфраструктуры в виде создания специальных станций для быстрой зарядки или замены батарей. Также обстоят дела и со специализированными сервисами по ремонту и обслуживанию электромобилей. Если в Европе и США этому вопросу уделяется большое внимание, на территории СНГ, к сожалению,  все еще нельзя говорить о создании приемлемых условиях для  нормальной эксплуатации электрокаров.

Вполне возможно, что в скором времени ситуация изменится, однако сегодня электромобиль на отечественных дорогах продолжает оставаться большой редкостью. Обычно такую машину можно встретить в крупных городах. При этом обеспеченные владельцы зачастую приобретают электрические автомобили скорее для развлечения, нежели в практических целях.

Другими словами, для подавляющего большинства водителей не стоит рассматривать электромобиль в качестве основного и постоянного транспортного средства, особенно если говорить о странах на территории СНГ.

Лучшие электромобили по запасу хода: ТОП-30 в 2019 году

Среди основных характеристик электрического автомобиля можно назвать мощность его двигателя, ёмкость аккумулятора, скорость и даже стоимость.

Интересует покупателей и такой показатель, как запас хода – расстояние, которое может проехать электрокар на полном заряде своей батареи.

На него стоит ориентироваться, планируя поездку в течение дня.

Для того чтобы реже заезжать на электрические заправочные станции стоит приобрести машины с достаточно большим запасом хода.

Табл. 1. Сравнение параметров самых популярных электромобилей.

Название модели	Запас хода, км	Ёмкость батареи, кВт-ч	Скорость, км/ч	Ориентировочная цена, тыс. евро
Tesla Roadster (2018)	998	200	400	180-200
Tesla Model S 100D	632	100	250	65-130
Tesla Model S P100D	613	100	250	65-130
Tesla Model X 100D	565	100	250	70-130
Tesla Model X P100D	542	100	250	70-130
Tesla Model 3 Long Range	500	75	225	39-45
Tesla Model 3 Performance	500	75	225	39-45
Tesla Model S 75D	490	75	225	65-130
Tesla Model S 75	480	75	225	65-130
Jaguar i-Pace	480	90	200	68
Tesla Model Y Long Range	450	75	215	42-55
Tesla Model Y Performance	450	75	240	42-55
Tesla Model X 75D	417	75	210	70-130
Renault ZOE	400	41	135	25
Audi e-tron	400	95	200	80
Tesla Roadster	393	53	215	100-110
Hyundai Kona EV	385	64	167	35
Chevrolet Bolt EV	383	60	145	36
Opel Ampera-E	380	60	145	39
Tesla Model Y Standard Range	370	60	193	42-55
BMW i3 42,2 кВт-ч	359	42. 2	150	50-57
Tesla Model 3 Standart Range	350	50	210	39-45
JAC iEV7s	300	40	130	24
Volkswagen e-Golf	300	35.8	150	36
Nissan e-NV200	280	40	123	30
Hyundai Ioniq Electric	280	28	165	30
Renault Kangoo ZE	270	33	130	32
Nissan Leaf II	243	40	144	32
BMW i3 REX 33 кВт-ч	231	33.2	150	35-40
BMW i3 33,2 кВт-ч	200	33.2	150	50-57
Ford Focus Electric	185	33.5	135	32
Renault Fluence ZE	185	22	135	25
Kia Soul EV	178	30	145	35
BMW i3 REX 22 кВт-ч	170	22	150	35-40
Volkswagen e-Up	160	18. 7	135	23
Mercedes B250-e	160	28	160	36
Toyota RAV4 EV	160	41.8	160	45
Smart ForTwo Electric Drive	160	17.6	130	22-25
Fiat 500e	140	24	137	32
Chevrolet Spark EV	132	19	135	27
Nissan Leaf I	121	24	145	30

Nissan Leaf I

Один из самых популярных и доступных электрокаров в Европе и мире.

Причиной спроса на Nissan Leaf стала сравнительно доступная стоимость – в начале продаж она составила около 35000 евро, но большинство стран делали покупателям электрического транспортного средства скидки.

Аккумулятора ёмкостью 24 кВт-ч хватает на поездку 121 км – немного для современного электромобиля, но достаточно для модели 2010-го года.

Зарядить его можно всего за 3 ч на обычной станции или за 8-10 ч от розетки.

Nissan Leaf II

Второе поколение компактного электрического хэтчбека получило усовершенствованный аккумулятор, обеспечивающей вдвое большее расстояние до подзарядки.

Комплектация автомобиля АКБ на 40 кВт-ч можно рассчитывать на поездку длиной в 243 км.

В зависимости от зарядного устройства, восстановить 80% ёмкости батареи получится в течение 3-16 часов.

На специализированных станциях есть возможность ускорить процесс, минимум, в 4 раза – до 40 минут.

Nissan e-NV200

Электрический минивэн eNV200 от известного бренда Nissan, отличающийся сравнительно большим запасом хода в 280 км.

Среди других преимуществ автомобиля стоит отметить просторный салон и широкий ассортимент модификаций.

Есть версии, рассчитанные на перевозку больших объёмов и только 2 пассажиров, можно найти 5-ти и 7-миместные комплектации.

При использовании комплектной зарядки восполнить заряд батареи можно в течение 7,5 часов, на станции – в течение часа.

Renault ZOE

Автомобиль с одним из лучших соотношений цены к расстоянию, который он может проехать без подзарядки.

Производитель говорит о 400 км пробега, после которого придётся подключать зарядное устройство. Это даже не в 2 раза меньше, чем проезжает после заправки бака среднее авто с бензиновым мотором.

На зарядку аккумулятора в домашних условиях понадобится всего 3 часа, если подключать её к розетке 380В и до 10 ч при подключении к однофазной сети.

BMW i3

Хэтчбек BMW i3 известного немецкого производителя, в возможности которого входит разгон до 150 км/ч и преодоление значительного расстояния на одном заряде аккумулятора.

Версии с устаревшим аккумулятором на 33,2 кВт-ч проезжают до 200 км, более современные, с батареей 42,2 кВт-ч – до 359 км.

Используя стандартную зарядку, можно восстановить 80% заряда батареи в течение 3 часов. На зарядной станции на это понадобится всего 40 минут.

BMW i3 REX

Модель i3 REX отличается от стандартных модификаций наличием бензинового генератора, тоже вырабатывающего электроэнергию.

Благодаря такой особенности, увеличивается запас хода по сравнению с базовой версией. Впрочем, по сравнению с другими электрокарами, эта BMW способна уехать недалеко – на 170 км при наличии батареи на 22 кВт-ч и на 231 км при комплектации аккумулятором ёмкостью 33,2 кВт-ч.

Зато и заряжать АКБ придётся недолго – при обращении на специальную станцию на это уйдёт не больше 40 минут. От розетки 220В время заряда – 9,5 часов.

Fiat 500e

Электрохэтчбек, выпускаемый с 2017 года и способный обеспечить поездку длиной в 140 км на одном заряде батареи.

Расстояние не самое впечатляющее – но по соотношению цены к функциональности автомобиль заслуживает оказаться в списке лучших.

Тем более что время зарядки аккумулятора ёмкостью 24 кВт-ч от стандартного устройства составляет всего 4 часа.

Следующая версия этого авто ожидается в 2020 году и должна получить запас хода в 340 км.

Ford Focus Electric

Расстояние, которое проезжает этот электромобиль, составляет около 185 км. Не самый впечатляющий показатель среди электрокаров, тем более при максимальной скорости всего в 135 км/ч.

Зато машина быстро заряжается – на станции придётся задержаться всего на полчаса, в домашних условиях процесс занимает не больше 5 часов.

Renault Fluence ZE

Модель, у которой запас хода совпадает с показателями электрического Форда Фокус – при в 1,5 раза меньшей ёмкости батареи.

Не отличается электрокар и динамикой, разгоняясь всего до 135 км/ч. Но купить его всё равно стоит – хотя бы за минимальное время зарядки (от 0,5 до 8 ч в зависимости от зарядного устройства) и доступную стоимость.

В Европе это авто – один из самых дешёвых вариантов среди электрических моделей.

Chevrolet Bolt EV

Электрический минивэн, обеспечивающий своему владельцу поездку на расстояние до 383 км от одного заряда аккумулятора.

Время зарядки может составлять и полчаса, если применяется суперчарджер, и 9 ч при использовании обычной розетки.

Машина обладает приличной для своего класса динамикой, но и стоит дороже большинства конкурентов.

Chevrolet Spark EV

Небольшая ёмкость аккумулятора этого авто (всего 19 кВт-ч) позволяет проехать на нём только 132 км.

Хотя для дневной поездки по городу такого ресурса достаточно, тем более что на его зарядку хватит 7 часов дома и 20 минут на специальной зарядной станции.

Opel Ampera-E

Небольшое по размеру авто с достаточно ёмким аккумулятором.

Батарея на 60 кВт-ч позволяет электрокару проехать до 380 км, а использование суперчарджера обеспечивает восстановление большей части заряда всего за 30 минут.

В обычных условиях машина, способная с места разогнаться до 100 км/ч всего за 7 секунд, заряжается за 9 часов.

Toyota RAV4 EV

Электромобиль, первое поколение которого появилось ещё в 1997 году.

Более современные версии начали продаваться в 2012-2013 годах по цене от 45 тыс. евро.

Для своего времени запас хода у кроссовера достаточно большой – 160 км без подзарядки. Скорость тоже приличная – 160 км/ч.

Время восстановления заряда аккумулятора – 6 часов при использовании комплектного устройства.

Tesla Model S

Пятидверный электрокар американского производства. Выпускается с 2012 года и пережил уже несколько обновлений.

К нововведениям можно отнести увеличение ёмкости аккумулятора, который сейчас даже у самой выгодной по цене версии обеспечивает запас хода в 480 км.

Расстояние, пройденное на одном заряде другими модификациями Model S, может достигать 490-632 км.

Tesla Model X

Электрический кроссовер, появление которого добавило в модельный ряд компании Tesla внедорожное авто с приличной мощностью двигателя и дальностью поездки без подзарядки.

В зависимости от комплектации, электрокар способен проехать от 417 до 565 км.

Tesla Model 3

Самая доступная по цене модель бренда Tesla. Позволяет проехать от 350 до 500 км на одном заряде батареи и обходится покупателям примерно в 40 тыс. евро.

Кроме неплохого запаса хода, автомобиль отличается неплохим для своей цены оснащением – от сенсорного 15-дюймового экрана вместо приборной панели до двух багажных отделений и панорамного остекления.

Tesla Model Y

Новый кроссовер от Tesla, пока ещё не появившийся в продаже, сможет проехать от 370 до 450 км без необходимости заряжаться от розетки 380В или на станции, где придётся потратить 7-8 часов или 30 минут, соответственно.

Кроссовер выпускается в 3 модификациях, отличающихся не только дальностью, но и скоростью поездки.

Tesla Roadster

Премиальный электрический автомобиль для поездок на высокой скорости – больше 210 км/ч.

При своей динамике модель способна преодолеть почти 400 км, не требуя подзарядки.

Правда, и цена автомобиля, который ненамного уступает по параметрам бензиновым родстерам, достаточно высокая – больше 100 тыс. евро.

Tesla Roadster (2018)

Новое поколение родстера Tesla позволяет разгоняться уже до 400 км/ч.

Модель пока не появилась на рынке и ожидается к 2020 году – но уже известно максимальное расстояние, которое она проедет с полностью заряженным аккумулятором.

Батарея на 200 кВт-ч позволит Roadster 2 преодолевать до 1000 км – однако купить электрокар за 200 тыс. евро сможет далеко не каждый автолюбитель.

Renault Kangoo ZE

Электрический минивэн с большим грузовым отделением и приличным запасом хода.

Аккумулятор ёмкостью 33 кВт-ч позволяет автомобилю проехать до 270 км.

Стоимость модели почти бюджетная для этого класса, а время заряда аккумулятора не превышает 6 часов от обычной однофазной сети.

Литеры ZE в названии означают Zero Emission – или «нулевой выброс выхлопных газов».

Hyundai Ioniq Electric

Первый серийный электромобиль Хендай, возможностей которого достаточно для преодоления 280 км расстояния.

Запас хода обеспечивается аккумулятором на 28 кВт-ч, который можно зарядить на специальной станции всего за 23 минуты.

Автомобиль способен разгоняться до 165 км/ч и достигать сотни всего за 9,9 секунды. Благодаря своей цене и ёмкости батареи, электрокар можно назвать одним из лучших вариантов для покупки.

Volkswagen e-Golf

Электрическая версия знаменитого немецкого седана отличается приличным запасом хода, около 300 км, и не самой высокой для своих возможностей ценой.

Аккумулятор ёмкостью 35,8 кВт-ч можно зарядить в течение часа на заправке или в течение 10 часов в домашних условиях.

Размеры, скорость и динамика модели соответствуют её бензиновой версии.

Volkswagen e-Up

Модель Volkswagen e-Up выбирают за её доступность. При стоимости 20-23 тыс. евро (в зависимости от страны и размера субсидии, которую выдают на покупку электрокара) она способна проезжать до 160 км, не требуя зарядки.

Полчаса на заправке – и автомобиль снова полностью готов к поездке.

Mercedes B250-e

Автомобиль, который не войдёт в ТОП-5 электрических моделей с максимальным запасом хода, мощностью и скорость.

Однако преодолевающий до 160 км на одном заряде электрокар Mercedes B250-e относят к самым выгодным в обслуживании транспортным средствам с электромотором.

Заряжают его с помощью комплектного 10-вольтного устройства от обычных розеток 220В в течение 3 часов.

Smart ForTwo Electric Drive

Компактный автомобиль с ценой, делающей его практически самым доступным электрокаром.

И, хотя из-за небольших размеров Smart ForTwo не пользуется высоким спросом за пределами Европы, но приобрести его стоит за возможность полной зарядки батареи всего за 4 часа.

После этого можно проехать до 160 км и зарядиться на специальной заправке, потратив около получаса.

Kia Soul EV

Оригинальный электрохэтчбек со средними показателями дальности, скорости и разгона.

Проехать на нём в обычном режиме можно около 180 км, зато на восстановление заряда тратится только 33 минуты при использовании суперчарджера.

Jaguar i-Pace

Почти спортивное авто – хотя по марке производителя можно понять, что даже электромобиль у него получится уникальным и быстрым.

Скорость электрического транспортного средства – до 200 км/ч, запас хода – до 480 км при полном заряде аккумулятора.

Время зарядки при использовании сети 380В не превышает 2 часов, если применять суперчарджер – 80% ёмкости восстановится всего за 15 минут.

Hyundai Kona EV

Компактный кроссовер Hyundai Kona EV, способный проехать до 385 км на одном заряде батареи, развивая приличную для своего класса скорость.

Выпускается в двух модификациях – первая получила запас хода всего 289 км, хотя и заряжалась в течение 6 часов.

Для зарядки самой производительной версии Kona EV понадобится от 8 до 10 часов подключения к розетке.

Audi e-tron

Электрический кроссовер Ауди уже продаётся в европейских салонах и обладает впечатляющими динамическими характеристиками, разгоняясь до 200 км/ч.

Разгон до сотни занимает меньше 6 секунд. Запас хода у автомобиля производит ещё большее впечатление – на одном заряде аккумулятора машина проезжает до 400 км.

Для зарядки понадобится от 4,5 до 8,5 ч (0,5 ч при использовании суперчарджера).

JAC iEV7s

Небольшой китайский автомобиль способен проехать до 300 км без подзарядки при средней скорости около 60 км/ч.

Если ехать медленнее, запас хода, по утверждению производителя, можно увеличить до 360 км.

Время зарядки трёхфазным током – около 6 ч, если пользоваться сетью 220В – увеличивается до 15-18 ч.

Стоимость электрокара небольшая, хотя и внутри помещается только 4 пассажира.

Выводы

Большой ассортимент электрокаров с разными параметрами – скоростью, мощностью двигателя и, главное, запасом хода и ценой – позволяет легко подобрать подходящую модель.

Оптимальным вариантом для отечественного покупателя могут стать электрические хэтчбеки в ценовой категории около 30000 евро и максимальным расстоянием не меньше 200 км.

Не отличаясь высокой скоростью, они, тем не менее, отлично подходят для городских условий, позволяя ставить машину на подзарядку не чаще 2-3 раз в неделю.

Покупателям, предпочитающим комфортные авто и высокие скорости, стоит обратить внимание на электрические родстеры – однако стоимость такого транспорта заметно выше.

Подобається контент? Підтримай Autogeek на Patreon!

Устройство электромобиля. Технические отличия от обычного автомобиля » Эксплуатация электромобиля в России

24 января 2019 в 06:37

Сейчас электромобилестроение развивается огромными темпами (особенно внесла вклад в эту тему компания Tesla Motors, запустив в серийное производство свои имеющие оглушительный успех электрокары и заставив таким образом шевелиться конкурентов). Инженеры частенько балуют нас особенными схемами работы электрокаров, например, оборудуя машины двумя электродвигателями или изобретая новые гибридные силовые установки.

В этой статье я опишу устройство электромобиля и то, чем средний современный электромобиль технически отличается от классических авто с ДВС. Напомню, из каких частей состоит любой автомобиль:

• двигатель, который создает механическую энергию, приводящую в конечном итоге в движение транспортное средство;
• кузов, к которому крепятся все элементы конструкции;
• шасси, основной задачей элементов которого является передача крутящего момента с двигателя на колеса;
• электрооборудование, которое пронизывает весь автомобиль: тут и стартер, и подогрев, и свет и множество других вещей, в зависимости от комплектации.

Пройдемся по каждой из них и выясним, почему электрокары такие особенные.

В электромобиле он электрический. В нем нет коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания. За то есть статор, внутри которого благодаря электромагнитной силе вращается ротор. Подробнее об электродвигателе электромобиля можно прочесть здесь. Немаловажной особенностью электродвигателя является возможность не только производить вращательную энергию, но и создавать ток для заряда батареи, то есть работать в режиме генератора. Это основной принцип так называемой рекуперации: грубо говоря, при нажатии на педаль газа электродвигатель вращает колеса, и энергия батареи тратится, а если педаль отпустить, на движущейся машине уже колеса будут вращать вал двигателя, создавая в обмотке напряжение и генерируя ток, заряжающий батарею.

Благодаря простоте и почти полному отсутствию трущихся частей в электромоторе (кроме подшипников), в отличие от ДВС, ресурс его намного превышает ресурс классического бензинового или дизельного двигателя.

Кузов электромобиля отличается наличием отсека для аккумуляторной батареи (чаще всего располагающейся в днище автомобиля). При этом благодаря трансмиссии, занимающей в электрокаре значительно меньший объем, чем в обычном авто, водителю и пассажирам, электрической машины доступно больше пространства в салоне при тех же внешних габаритах.

Шасси состоит в свою очередь из ходовой части, механизмов управления и трансмисси. Ходовая часть электромобиля, включающая мосты, подвеску и колеса, не имеет принципиальных отличий от ходовой привычных нам авто. О рулевом управлении и тормозной системе так же сказать особо нечего, кроме того, что благодаря существенному торможению двигателем (как раз когда происходит рекуперация), тормозные колодки и диски электромобиля изнашиваются значительно меньше. Главное же отличие шасси электрического от шасси классического авто кроется в трансмиссии. Конкретно — в коробке передач. В электрокаре её нет :). Вместо нее устанавливается очень простой понижающий редуктор (в котором практически нечему ломаться), имеющий огромный ресурс по сравнению даже с механическими коробками передач, не говоря уже об автоматических коробках и вариаторах. Сцепление, соответственно, тоже отсутствует.

Электрическое оборудование электромобиля имеет значительные отличия от электрооборудования автомобиля, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания. Отличия эти касаются электрооборудования мотора; в салоне всё примерно одинаково. В электромобиле отсутствует стартер и нет системы зажигания рабочей смеси, за то там есть аккумуляторная батарея, инвертор (согласующий токи подаваемый от батареи в электродвигатель и генерируемый электродвигателем во время рекуперации), а также модулем, питающим батарею во время зарядки и рекуперации и двигатель через инвертор во время ускорения. Подробнее об аккумуляторной батарее для электромобиля можно прочесть тут. Еще в электромобиле отсутствует система охлаждения двигателя, но часто присутствует система контроля температуры батареи (с подогревом или охлаждением) и электрическая печка.

Посмотрите это видео, которое показывает устройство электромобиля на примере Tesla Model S.

О том, какие бывают электромобили и гибриды, я написал в Часто Задаваемых Вопросах. Гибридами они называются за то, что имеют и электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания в своей силовой установке. Соответственно, механизмы их значительно сложнее, так как включают в себя системы, необходимые для передачи крутящего момента и работы обоих моторов.

Институт — История — Изобретение электродвигателя 1800-1854

Электротехнический институт (ETI)

Краткая история электродвигателей. Часть 1

Унив.-проф. д-р инж. Мартин Доппельбауэр

Резюме

С изобретением батареи (Алессандро Вольта, 1800 г.), генерации магнитного поля из электрического тока (Ганс Кристиан Эрстед, 1820 г.) и электромагнита (Уильям Стерджен, 1825 г.) был заложен фундамент для создания электродвигателей. В то время еще оставалось открытым вопрос о том, должны ли электродвигатели быть вращающимися или возвратно-поступательными машинами, т. е. имитировать плунжерный шток паровой машины.

Во всем мире над этой задачей параллельно работали многие изобретатели — это была «модная» проблема. Почти ежедневно открывались новые явления. Изобретения в области электротехники и ее приложений витали в воздухе.

Часто изобретатели ничего не знали друг о друге и разрабатывали аналогичные решения самостоятельно. Национальные истории формируются соответственно до наших дней. Нижеследующее является попыткой представить всеобъемлющую и нейтральную картину.

Первое вращающееся устройство, приводимое в действие электромагнетизмом, было построено англичанином Питером Барлоу в 1822 году (Колесо Барлоу).

После многих других более или менее успешных попыток с относительно слабым вращающимся и возвратно-поступательным устройством немецкоязычный пруссак Мориц Якоби создал в мае 1834 года первый настоящий вращающийся электродвигатель , который действительно развивал замечательную механическую выходную мощность. Его мотор установил мировой рекорд, который был улучшен всего четыре года спустя, в сентябре 1838 года, самим Якоби. Его второй мотор был достаточно мощным, чтобы перевезти лодку с 14 людьми через широкую реку. Только в 1839 г./40, что другим разработчикам по всему миру удалось построить двигатели с аналогичными, а затем и с более высокими характеристиками.

Уже в 1833 году немец Генрих Фридрих Эмиль Ленц опубликовал статью о законе взаимности магнитоэлектрических и электромагнитных явлений, т.е. обратимости электрического генератора и двигателя . В 1838 году он предоставил подробное описание своих экспериментов с генератором Pixii, который он использовал как двигатель.

В 1835 году два голландца Сибрандус Стратинг и Кристофер Беккер построили электродвигатель, который приводил в действие небольшую модель автомобиля. Это первое известное практическое применение электродвигателя. В феврале 1837 года американцу Томасу Дэвенпорту был выдан первый патент на электродвигатель.

Однако все ранние разработки Якоби, Стратинга, Дэвенпорта и других в конечном итоге не привели к появлению электродвигателей, которые мы знаем сегодня.

Двигатель постоянного тока был создан не на основе этих двигателей, а в результате разработки генераторов энергии (динамометров). Основы были заложены Уильямом Ритчи и Ипполитом Пикси в 1832 году с изобретением коммутатора и, что наиболее важно, Вернером Сименсом в 1856 году с двойным Т-образным анкером и его главным инженером Фридрихом Хефнер-Альтенеком в 1872 году с изобретением барабанная арматура. Сегодня двигатели постоянного тока по-прежнему занимают доминирующее положение на рынке в диапазоне малой мощности (менее 1 кВт) и низкого напряжения (ниже 60 В).

В период с 1885 по 1889 год была изобретена трехфазная электрическая система , которая является основой для современной передачи электроэнергии и передовых электродвигателей. Нельзя назвать ни одного изобретателя трехфазной системы электроснабжения. Есть несколько более или менее известных имен, которые принимали непосредственное участие в изобретениях (Брэдли, Доливо-Добровольски, Феррарис, Хазельвандер, Тесла и Венстрем).

Сегодня трехфазный синхронный двигатель используется в основном в высокодинамичных приложениях (например, в роботах) и в электромобилях. Впервые он был разработан Фридрихом Августом Хазельвандером в 1887 году.

Очень успешный трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором   был впервые построен Михаилом Доливо-Добровольским в 1889 году. Сегодня это наиболее часто производимая машина в диапазоне мощностей 1 кВт и выше.

Расписание 18:00 — 18:34: первые эксперименты с электромагнитными устройствами 

1800	Впервые Allessandro Volta (итальянский) вырабатывает непрерывную электрическую энергию (в отличие от искры или статического электричества) из пакета серебряных и цинковых пластин.
1820	Ганс Кристиан Эрстед (Дениш) обнаружил генерацию магнитного поля электрическими токами, наблюдая за отклонением стрелки компаса. Это был первый случай, когда механическое движение было вызвано электрическим током.
1820	Андре-Мари Ампер (Франция) изобретает цилиндрическую катушку (соленоид).

1821	Майкл Фарадей (британец) создает два эксперимента для демонстрации электромагнитного вращения. Вертикально подвешенный провод движется по круговой орбите вокруг магнита.	Вращающаяся проволока Фарадея, 1821 г. Фото предоставлено Отделом труда и промышленности, Национальный музей американской истории, Смитсоновский институт
1822	Питер Барлоу  (британец) изобретает прялку (колесо Барлоу = униполярная машина).	Колесо Барлоу, 1822 г. Философский журнал, 1822 г., том. 59
1825- 1826	Уильям Стерджен  (британец) изобретает электромагнит , катушку из проводов с железным сердечником для усиления магнитного поля.	Первый электромагнит Осетра, 1825 г. Труды Общества поощрения искусств, мануфактур и торговли, 1824 г., том. 43, пл. 3
1827-1828	Istvan (Ányos) Jedlik (венгр) изобретает первую роторную машину с электромагнитами и коммутатором. Однако Джедлик публично сообщил о своем изобретении только спустя десятилетия, и фактическая дата изобретения неизвестна. До сих пор многие венгры считают, что Джедлик изобрел электродвигатель. Функциональная модель его аппарата выставлена ​​в Художественном музее Будапешта. Хотя на самом деле это мог быть первый электродвигатель, следует понимать, что это устройство не оказало никакого влияния на дальнейшее развитие электрических машин. Изобретение Джедлика долгое время оставалось скрытым и изобретателем не преследовалось. Область электротехники ничем не обязана Джедлику.	Поворотное устройство Jedlik, 1827/28 Фото: Википедия Электромобиль Джедлика, 1827/28 9 гг.0087 Фото: Википедия
до 1830	Иоганн Михаэль Эклинг, механик из Вены, строит двигатель по планам и идеям профессора Андреаса фон Баумгартнера (австрийский физик; с 1823 г. профессор физики и прикладной математики в Вене). Этот аппарат был приобретен в 1830 г. Инсбрукским университетом по цене 50 фл. Год постройки неизвестен, но, должно быть, до 1830 года, поскольку дата покупки доказана.	Двигатель Баумгартнера, построенный Эклингом до 1830 г. Фото предоставлено Университетом Инсбрука, Музей экспериментальной физики, АО. ун-т Проф. Маг. Доктор Армин Денот.

1831	Майкл Фарадей (Великобритания) открывает и исследует электромагнитную индукцию, то есть генерацию электрического тока из-за переменного магнитного поля (обратное открытие Эрстеда). Фарадей положил начало созданию электрического генератора.

1831	Джозеф Генри (американец) находит закон индукции независимым от Фарадея и строит маленькую магнитную качельку. Он описывает это как «философскую игрушку». В статье для английского журнала Philosophical Magazine, в 1838 году англичанин Ф. Уоткинс подробно описывает устройство Генри и называет его первым из когда-либо известных электродвигателей. Эта точка зрения распространяется и по сей день в основном в британской литературе.	Магнитный коромысло Генри, 1831 American Journal of Science, 1831, vol. 20, с. 342
апрель 1832	Savatore  dal Negro (итальянец) создает устройство, которое может поднимать 60 граммов за одну секунду на 5 сантиметров и, следовательно, развивает механическую мощность почти 30 мВт. Он, вероятно, был вдохновлен магнитным коромыслом Генри и создает аналогичную поршневую машину. Однако устройство Даль Негро может производить движение с помощью специального зубчатого механизма. Даль Негро описывает свои эксперименты в письме от апреля 1832 г., а затем в научной статье « Nuova Macchina élettro- Magnetica » в марте 1834 г. Его устройства хранятся в Музее истории физики в Падуанском университете. К сожалению, они не отображаются.	Электромагнитный маятник Даля Негро, 1832 Annali delle Scienze de Regno Lombardo-Veneto, März 1834, pl. 4
июль 1832	Первое публичное описание вращающейся электрической машины . Автор — анонимный писец с инициалами П.М. Сейчас с большой долей вероятности его идентифицировали как ирландца Фредерика Мак-Клинтока из Дублина. Майкл Фарадей, получатель письма от 26 июля 1832 г., немедленно его публикует. Впервые публично описывается вращающаяся электрическая машина.	Первое описание вращающейся электрической машины П.М., 1832 Философский журнал, 1832, с. 161-162
июль 1832	Hippolyte Pixii (Франция) строит первый аппарат для получения переменного тока из вращения.   Устройство представлено публично в сентябре 1832 года на собрании Академии наук . Его описание уже напечатано в июльском номере Annales de Chimie . В том же году Pixii улучшил свое устройство, добавив коммутационное устройство. Теперь он может производить пульсирующий постоянный ток.	Первый генератор постоянного тока Pixii, 1832/33 г. F. Niethammer, Ein- und Mehrphasen-Wechsel-strom-Erzeuger, Verlag S. Hirzel, Лейпциг 1906
1832	Уильям Ричи (британец) сообщил в марте 1833 г. об устройстве, которое, как он утверждал, построил уже девятью месяцами ранее, летом 1832 г. Это вращающийся электромагнитный генератор с четырьмя роторными катушками, коммутатором и щетками. Таким образом, Ритчи обычно считается изобретателем коммутатора. В конце своей статьи Ричи описывает, как он смог вращать электрический магнит, используя магнитное поле Земли. Он мог поднять вес в несколько унций (50-100 граммов). Коммутация производилась двумя концами проводов, входившими в два полукруглых желоба ртути.	Первый генератор постоянного тока с коммутатором, 1832/33 г. Вращающаяся катушка Ричи, 1833 Philosophical Trans. Лондонского королевского общества, 1833 г., Vol. 132, стр.316, пл.7
Январь 1833	A Доктор Шультесс читает лекцию в Обществе инженеров в Цюрихе в 1832 году, в которой описывает свои идеи об электродвигателе. В январе 1833 года он успешно продемонстрировал машину перед тем же цюрихским обществом. Дальнейшие подробности неизвестны.
Март 1833	Осенью 1832 года Уильям Стерджен строит вращающееся электрическое устройство, которое он публично демонстрирует в марте 1833 года в Лондоне. Как и в случае с Джедликом, нет точных данных о дате и деталях его постройки. Стерджен сообщил об изобретении в 1836 году в первом выпуске собственного журнала.	Вращательное устройство Осетра, 1832 г. Sturgeon’s Annals of Electricity, 1836/37, vol. 1

Декабрь 1833

В первые годы развития электротехники строго различались магнито-электрические машины, т. е. электрические генераторы, и электромагнитные машины, т. е. электродвигатели. Генрих Фридрих Эмиль Ленц (немецкий) нашел « закон взаимности магнитоэлектрических и электромагнитных явлений «, т.е. обратимость электрического генератора и двигателя. Его научный текст читается в конце 1833 г. в Санкт-Петербургской академии наук и опубликован в 1834 г. в Annalen der Physik und Chemie Поггендорфа. Его идеи постепенно становятся обычным явлением, особенно в 1838 году после нескольких сообщений об успешных экспериментах по обращению. Иногда утверждают, что принцип обращения был открыт в 1861 году итальянцем Пачинотти или даже только в 1873 году случайно на Всемирной выставке в Вене. Оба утверждения ложны. Уже в 1838 году Эмиль Ленц широко сообщал в «Аннале физики и химии» Поггендорфа, как он использовал генератор Pixii в качестве двигателя.

июль 1834	Джузеппе Доменико Ботто (итальянец), профессор физики в Турине, публикует в июле 1834 года в женевском журнале Bibliotheque Universelle описание электродвигателя, над которым он работает. Его устройство соответствует метроному (по аналогии с конструкциями Генри и Даль Негро), воздействующему на маятник двумя электромагнитами. Вращательное движение создается штоком поршня. Реплика устройства выставлена ​​в Museo Galileo во Флоренции.	Вращающаяся машина Ботто, июль 1834 г. (реконструкция) Фото предоставлено Музеем Галилея, Флоренция

Расписание 1834 — 1837: Первые настоящие электродвигатели

Май 1834	Мориц Герман Якоби (немецкоязычный пруссак, натурализованный русский) начинает с экспериментов над подковообразным электромагнитом в начале 1833 года в Кенигсберге (тогда Пруссия, ныне Россия). В январе 1834 года он пишет в письме Поггендорфу, редактору Annalen der Physik und Chemie , о своих успехах. Он переходит к конструированию электродвигателя, которое завершает в мае 1834 года. Его двигатель поднимает вес от 10 до 12 фунтов со скоростью один фут в секунду, что эквивалентно примерно 15 ваттам механической мощности. В ноябре 1834 года он отправляет отчет в Академию наук в Париже и публикует подробные научные мемуары  весной 1835 года. Эта статья позже приносит ему звание почетного доктора факультета Кенигсбергского университета. Его текст разделен на 23 раздела и был расширен в 1837 году еще на 15 разделов. Якоби прямо заявил в меморандуме 1835 года, что он не был единственным изобретателем электромагнитного двигателя. Он указывает на приоритет изобретений Ботто и Даль Негро. Тем не менее, Якоби, несомненно, первым создал пригодный для использования вращающийся электродвигатель. Полнофункциональная копия его двигателя выставлена ​​в Институте электротехники (ETI) Технологического института Карлсруэ (KIT) на улице Энгельберт-Арнольд-Штрассе 5 (здание 11. 10) в Карлсруэ, Германия.	Первый настоящий электродвигатель Мориц Якоби, Кенигсберг, май 1834 г.
Октябрь 1834	Американка T. Edmundson строит электромагнитное вращающееся устройство, напоминающее водяное колесо.	Электромагнитное колесо Эдмундсона American Journal of Science, 1834, vol. 26, с. 205
1834-1835	В декабре 1833 года кузнец Томас Давенпорт (американец) покупает соленоид непосредственно у Джозефа Генри и начинает эксперименты вместе с Оранжевым Смолли (американец) в мастерской в ​​Форестдейле, штат Вермонт. В июле 1834 года двое мужчин создают свою первую роторную машину. Они улучшают устройство в несколько этапов, прежде чем впервые публично продемонстрировать его в декабре 1834 года. В следующем году Давенпорт расстается со Смолли. Летом 1835 года Давенпорт едет в Вашингтон, округ Колумбия, чтобы продемонстрировать свою машину перед патентным бюро и зарегистрировать ее. Однако из-за отсутствия денег ему приходится безуспешно возвращаться домой.	Первый двигатель Давенпорта из его первой патентной заявки в июне 1835 года
Август 1835	Фрэнсис  Уоткинс (британец) создает электрическую «игрушку», с помощью которой он может привести во вращение несколько магнитных стрелок. Он описывает аппарат в статье Philosophical Magazine . Он признается, что был вдохновлен электромагнитной машиной (генератором) Джозефа Сакстона, которая выставлена ​​в публичной галерее в Лондоне с августа 1833 года. 0003 Уоткинса можно считать одним из первых, кто понял принцип реверсирования двигателя и генератора.	Игрушка Уоткина, 1835 Philosophical Magazine , 1835, vol. 7, с. 112
1835	Sibrandus Stratingh  и Christopher Becker (голландский) построить небольшой (30 х 25 см) трехколесный автомобиль с электрическим приводом и весом около 3 кг. Он может проехать примерно 15-20 минут на столе, пока батарея не разрядится. Stratingh и Becker публикуют отчет о своих успехах в том же году. Стратинг знал работы Якоби и хотел построить настоящий электромобиль в 1840 году, что ему так и не удалось.	Электрическая модель автомобиля Стратинга и Беккера, 1835 г.

Май 1836

Johann Philipp Wagner (нем.) представляет электродвигатель на выставке Stiftungsfest организации Sencken-bergischen naturforschenden Gesellschaft . Его аппарат подобен устройству, которое создали Стратинг и Беккер. Он может работать около 10 минут, пока батарея не разрядится. Вагнер держит свою конструкцию в секрете, поэтому есть отчеты о демонстрации, но нет чертежей машины. В последующие годы Вагнер развивает свой двигатель и публично демонстрирует улучшенные версии.

1836  1837	Давенпорт продолжает улучшать свои устройства. В 1836 году он находит нового партнера в Ransom 9. 0007 Cook и переезжает в Саратога-Спрингс, штат Нью-Йорк, для дальнейшего развития своих двигателей. С помощью Кука он строит модель для патентного бюро. 24 января 1837 года Давенпорт подает в Вашингтон свое предупреждение, а 5 февраля 1837 года он получает первый патент США на электродвигатель: « Усовершенствование тяговых машин с помощью магнетизма и электромагнетизма ». Его модель двигателя сейчас выставлена ​​в Смитсоновском институте в Вашингтоне, округ Колумбия. В запатентованной конструкции Давенпорта используются четыре вращающихся электромагнита, которые переключаются коммутатором, и фиксированные постоянные магниты кольцеобразной формы, изготовленные из мягкого железа. Усовершенствованный двигатель, который он представляет в августе 1837 года, имеет диаметр 6 дюймов, вращается со скоростью около 1000 оборотов в минуту и ​​может поднимать 200-фунтовый груз на один фут за одну минуту. Это соответствует мощности 4,5 Вт. В последующие годы Давенпорт постоянно улучшал свои конструкции. Вместе с Эдвином Уильямсом из Нью-Йорка и его партнером Рэнсомом Куком 3 марта 1837 года Давенпорт формирует совместную акционерную ассоциацию. Однако Уильямсу не удается продать достаточно акций, и всего год спустя все предприятие рушится. .	Запатентованный двигатель Давенпорта, февраль 1837 г.

Томас Давенпорт – Изобретатель электродвигателя?

В американо-американской литературе есть несколько полных пафоса текстов, прославляющих Томаса Дэвенпорта как изобретателя электродвигателя. Это утверждение основано на том неоспоримом факте, что Дэвенпорт был первым американцем, создавшим пригодный для использования электродвигатель, а также первым, кто получил патент на такое устройство в начале 1837 г.

 

Давенпорт, однако, был далеко не первым, кто построил электродвигатель. В Европе (особенно в Англии, Италии и Пруссии) техника была уже значительно развита. Уже летом 1834 года, за три года до патента, Мориц Якоби представил мотор, который был в три раза мощнее усовершенствованной машины, которую Давенпорт разработал через несколько месяцев после подачи заявки на патент. Кроме того, мотор Давенпорта работал быстрее, чем у Якоби. Таким образом, выходной крутящий момент двигателя Давенпорта, решающий фактор при сравнении электрических машин, составлял лишь одну десятую от конструкции Якоби, созданной тремя годами ранее.

В 1835 году, вскоре после двигателя Якоби, два голландца Стратинга и Беккера уже представили первое практическое применение, управляя небольшой электрической моделью автомобиля.

За годы, прошедшие после патента Дэвенпорта, прогресс Якоби почти не уменьшился. В то же время, когда Якоби осенью 1838 года продемонстрировал свою следующую машину, двигатель, который был способен иметь выходную мощность 300 Вт и мог вести лодку с 14 людьми через широкую реку, Давенпорт показал крошечную модель поезда.

Мотор Давенпорта ничем не примечателен в историческом контексте. Его конструкция не является существенным улучшением других современных конструкций.

 

 

За прошедшие годы Давенпорт произвел немало машин. Но в отличие от Вернера Сименса, Джорджа Вестингауза и Томаса Эдисона он не был основателем крупной компании. И в отличие, например, от Николы Теслы, Томас Дэвенпорт никогда не мог ни продать, ни лицензировать свой патент.

Давенпорт получил патент не на электродвигатель как таковой, а только на его особенности конструкции. В период с 1837 по 1866 год около 100 патентов на электрические двигатели были выданы другим изобретателям только в Англии. После того, как Давенпорт модернизировал свой мотор уже в 1837 году, его патент стал практически бесполезным.

Давенпорт имеет честь быть первым из тысяч инженеров, получивших патент на электродвигатель. Но он не является их изобретателем, и его конструкции не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие электродвигателей.

Расписание 1838–1854: Мощные двигатели, новые приложения 

Февр. 1838	Уоткинс публикует обширную статью в Философском журнале , в которой он представляет свой двигатель.	Мотор Уоткина, февраль 1838 г. Философский журнал, 1838 г., том. 12, пл. 4
Август 1838	В августе 1838 года в Лондоне выставлена ​​крошечная модель поезда с одним из двигателей Давенпорта. Он движется со скоростью 3 мили в час.	Модель поезда Давенпорта, 1838 г. Фото предоставлено Отделом труда и промышленности Национального музея американской истории Смитсоновского института.
Сентябрь 1838	Якоби  переезжает в Санкт-Петербург в августе 1838 года по просьбе русского царя. Он был принят в Санкт-Петербургскую академию наук и щедро поддержан царем в его дальнейшей работе над электродвигателями. 13 сентября 1838 года Якоби впервые демонстрирует на Неве электролодку длиной около 8 м с гребными колесами. Цинковые батареи имели 320 пар пластин и весили 200 кг. Их размещают вдоль двух боковых стенок сосуда. Мощность двигателя составляет от 1/5 до 1/4 л.с. (300 Вт), катер движется со скоростью 2,5 км/ч по маршруту длиной 7,5 км. Он может перевозить более десятка пассажиров. Якоби целыми днями ездит по Неве. В современных газетных статьях говорится, что после двух-трех месяцев работы потребление цинка составило 24 фунта.	Усовершенствованный мотор Якоби, 1838 г.
1838	Чарльз Г. Страница (американец) всю жизнь занимается электродвигателями. В течение следующих 20 лет Пейдж проводит исследования, чтобы найти лучшие и более мощные машины. Его двигатели продавались по каталогу в США и достигли высокого уровня осведомленности общественности. В первые годы многие изобретатели электродвигателей имитировали паровые двигатели с колеблющимся (возвратно-поступательным) поршнем. Пейдж тоже строит такую ​​машину (см. справа), но потом переходит к вращающимся устройствам.	Первый двигатель Page, 1838 American Journal of Science , 1838, vol. 35, с. 264

Август 1839

8 августа Якоби  испытывает улучшенный электродвигатель, механические характеристики которого в три-четыре раза превышают его вторую машину 1838 года (около 1 кВт). Его лодка теперь достигает скорости 4 км/ч. Ключевым фактором его успеха является улучшенная цинково-платиновая батарея по словам Уильяма Роберта Гроува, которую он сделал сам. В октябре 1841 г. Якоби снова демонстрирует улучшенный двигатель, который, однако, лишь немного превосходит модель 1839 г. Это последний электродвигатель, когда-либо построенный Якоби. Теперь он обращается к теории электродвигателей, а затем переходит к другим электрическим явлениям.

1837-  1842	Роберт Дэвидсон (шотландский) также разрабатывал электродвигатели с 1837 года. Он изготовил несколько приводов для токарного станка и модельных автомобилей. В 1839 году Дэвидсон руководит строительством первого автомобиля с электроприводом. В сентябре 1842 года он совершает пробные рейсы 5-тонного локомотива длиной 4,8 м на железнодорожной линии Эдинбург-Глазго. Его двигатель развивает мощность около 1 л.с. (0,74 кВт) и развивает скорость 4 мили в час (6,4 км/ч).	Первый электровоз Дэвидсона, 1839 г. Из Т. дю Монсель, Электричество как движущая сила , Лондон, 1883, рис. 32

В последующие годы начинается поток патентов на электромагнитные машины — около 100 только в Англии в период с 1837 по 1866 год. (англ., род. 1838), Урайа Кларк (род. 1840), Томас Райт (род. 1840), Уитстон (англ., род. 1841), де Гарлем (род. 1841), П. Элиас (американец, род. 1842), Г. Фромент (французский, род. 1844), Мозес Г. Фармер (американец, род. 1846), Г. К. Колтон (американец, род. 1847), Хьорт (род. 1849).), Томас Холл (американец, род. 1850), Т. К. Эйвери (род. 1851), Сёрен Хьорт (датчанин, род. 1851), Дю Монсель (француз, род. 1851), Мари Дэви (француз, род. 1855), Пачинотти (итальянец) , год рождения 1861)
и другие.

 

Изначально идет соревнование между колебательными (возвратно-поступательными) и роторными машинами. Позже колебательные машины полностью исчезают из поля зрения.

 

Фундаментальная проблема ранних электродвигателей заключается в том, что электрический ток от гальванических элементов (цинковых батарей) слишком дорог, чтобы конкурировать с паровыми двигателями. Р. Хант сообщил в 1850 г. в  British Philosophical Magazine  что электроэнергия даже в самых лучших условиях в 25 раз дороже паровой машины. Только с продолжающимся развитием электрического генератора (динамо) ситуация начинает меняться.

1840	18 января 1840 года выходит первый номер новой газеты Давенпорта, Electro Magnet and Mechanics Intelligencer . Печатный станок приводится в движение двумя его собственными двигателями. Моторы делают предположительно около 2 л.с., что составляет около 1,5 кВт.
1841-  1844	По инициативе Вагнера,  Германская Конфедерация под руководством Пруссии, Баварии и Австрии назначает в 1841 году премию в 100 000 гульденов за постройку электрической машины, мощность которой дешевле лошадиной, паровой или человеческой сила. Конечно, эта цена привлекает других изобретателей, которые параллельно с усилиями Вагнера начинают работать над электродвигателем. Среди них г-н Карл Людвиг Althans из Бюкебурга недалеко от Миндена, Emil Stöhrer из Лейпцига, Emil Groos из Карлсруэ и Peter Bauer из Нюрнберга. В частности, в 1843 году Штёрер проектирует замечательную машину. При исследовании последней вагнеровской машины в мае и июне 1844 года во Франкфурте-на-Майне федеральная комиссия определила мощность всего 50 Вт. Потребление цинка настолько велико, что лошадь, пар и рабочая сила значительно дешевле. Из-за этой неудачи с Вагнера удерживается цена, и он лишается благодати. Без мощного электрогенератора это соревнование было бы невозможно выиграть, а такого генератора человечеству пришлось ждать еще 25 лет.
1851	Страница  увеличивает мощность двигателей с 8 до 20 л.с. С двумя двигателями он управляет 10-тонным локомотивом с максимальной скоростью 30 км/ч. Он путешествует по маршруту из Вашингтона в Бладенбург в 19минут.
1854	Еще один 12-тонный локомотив Пейджа едет по маршруту из Балтимора в Огайо.

. .. подробнее во второй части.

Машины, системы и автоматизированные линии для производства электродвигателей

Какие факторы определяют успех компании и позволяют оставаться на международной арене, идти в ногу со временем и технологиями? Каждый предприниматель задумывается над этим вопросом, когда он должен реализовать успешную стратегию своего бизнеса, анализируя все элементы, которые участвуют в достижении желаемых результатов.
Мы обсудили этот ключевой вопрос с управляющим директором Массимилиано Синьореттой и Фаусто Ринаудо, директором по продажам и маркетингу CM , которые рассказали об истории компании и сегодняшней реальности.

Человеческий капитал

Массимилиано Синьоретта, управляющий директор CM, полагается на техническое образование, которое играет фундаментальную роль в управлении бизнесом, а также на особые компетенции, которые позволяют ему сосредоточить предпринимательское видение компании на технологиях. «Мы начинали как производители станков для производства электродвигателей в годы, когда технологический передний край был представлен автоматизацией; несколько клиентов использовали ручные или полуавтоматические машины, подходящие для производства, которое в настоящее время кажется минимальным. Рынок с растущим вниманием к характеристикам, снижению производственных затрат и все более высоким стандартам качества делает наш сектор все более и более требовательным и побуждает игроков идти в ногу с технологиями и автоматизацией, не забывая при этом об экономическом аспекте, поскольку конкуренция по-прежнему касается цен. , несмотря ни на что. Безусловно, было стратегически важно создать собственное подразделение, предназначенное для производства оборудования для наших машин — ядра системы, — что позволяет нам напрямую управлять проектированием, производством и вводом в эксплуатацию, гарантируя клиентам максимальное качество и более короткие сроки. время между тестированием и запуском производства. Тем не менее, я хотел бы признать, что заслуга роста CM связана не только с технологическим и производственным уровнем, но и с внутренним персоналом, состоящим из высокоспециализированных ресурсов, способных работать в команде и нацеленных на успешную цель. принадлежит всей компании, но, в первую очередь, работникам, которые ежедневно привержены тому, чтобы стратегии управления были не только теорией, но и отражались в результатах».

Штаб-квартира компании находится в Монкальери, провинция Турин, и уже более 20 лет она разрабатывает и производит машины, системы и автоматизированные линии для производства электродвигателей.

Фаусто Ринаудо, директор по продажам CM, несколько лет работал в автомобильного сектора и специализируется на международном маркетинге, с особым опытом работы в Китае и Соединенных Штатах, где он приобрел непосредственный опыт на протяжении многих лет. «Когда я начал свое сотрудничество с CM, наш рынок электродвигателей был специально ориентирован на производство бытовой техники. В последние четыре года мы сосредоточили наше внимание на автомобильном секторе, особенно на электрических/гибридных автомобилях с автомобильными двигателями. Сектор электромобильности оказался козырной картой, на которую можно делать ставки в настоящее время и в будущем, учитывая, в какой степени стимулирование экологической устойчивости стало главным приоритетом для многих стран. Было непросто приблизиться к такой инновационной и неизведанной области и развивать бизнес с помощью стратегии, учитывающей множество факторов, таких как технологическое содержание, экономический фактор, сроки поставки и технические характеристики. Мы очень гордимся нашей положительной тенденцией, рынок положительно приветствовал наше предложение, и наша коммерческая сеть была реализована на протяжении многих лет с динамичными и эффективными сотрудниками, которые работают на местах за границей, где мы в настоящее время присутствуем, в частности, в Китае и Соединенных Штатах. В Европе мы работаем уже несколько лет, и среди наших клиентов есть несколько исторических промышленных групп, которые в секторе электродвигателей считаются лидерами рынка в международном масштабе. Очевидно, что задача не решена, сам рынок побуждает нас давать упреждающие ответы, возможно, предвосхищая отраслевые тенденции, чтобы действовать немедленно».

Фаусто Ринаудо, директор по продажам CM

В последние четыре года мы сосредоточили свое внимание на автомобильном секторе, особенно на электрических/гибридных автомобилях с автомобильными двигателями. Было непросто приблизиться к такой инновационной и неизведанной области и развивать бизнес с помощью стратегии, учитывающей множество факторов, таких как технологическое содержание, экономический фактор, сроки поставки и технические характеристики. Мы очень гордимся нашей положительной тенденцией, рынок положительно воспринял наше предложение. Очевидно, что задача не выиграна, сам рынок побуждает нас давать упреждающие ответы, возможно, предвидя отраслевые тенденции, которые будут немедленно действовать упреждающе.

От разработки до начала производства

В первые годы своего существования компания CM объединила выдающиеся специализированные ресурсы бывшей PAVESI, ведущего игрока в производстве машин для электродвигателей. Впоследствии производство CM развивалось, внедряя автоматизированные системы и линии с высоким уровнем интеграции и автоматизации, что соответствовало требованиям все более сложного рынка с точки зрения технологий и производительности.
«Деятельность варьируется от производства автономных станков до обрабатывающих центров и полностью автоматизированных линий, от переоснащения уже существующих станков до поставки специфического оборудования и запасных частей. Рука об руку с ростом производственных мощностей, CM укомплектовывает свой персонал узкоспециализированными ресурсами, способными надлежащим образом заботиться о клиентах на каждом этапе проектирования, от проектирования до ввода в эксплуатацию».
Компания преуспела в разработке систем, обеспечивающих идеальное решение для каждой операции, такой как изоляция пазов, намотка и вставка, вставка фазового барьера, предварительная формовка, шнуровка и завязывание узлов, окончательная формовка, соединение выводов и тестирование. Все они относятся к полной линейке электродвигателей, таких как EV-HEV, компрессоры, насосы, бесщеточные, сервоприводы, шаговые двигатели в диапазоне IEC 56÷355.

Линия 4.0, реальный случай

Недавно на заводе итальянского крупного игрока установили полностью автоматическую линию намотки для производства электродвигателей IEC 56÷115, управляемую одним оператором. Статор, поступающий после резки, загружается/выгружается непосредственно на линию укладки на поддоны роботом, оснащенным системой технического зрения, все рабочие/поддонные станции предварительно оборудованы считывателями RFID и сканером для считывания штрих-кодов/QR материалов, которые обрабатываются и управляются встроенной системой отслеживания. система. Кроме того, линия сопряжена с технологией «Индустрия 4.0» и подключена для удаленного послепродажного обслуживания, технического обслуживания и обновлений.

Производственные процессы соответствуют самым строгим международным нормам контроля качества, и главная задача CM состоит в поиске наилучших решений, направленных на повышение качества и производительности для максимальной удовлетворенности клиентов

«Опыт, полученный в этой области, идет рука об руку с постоянным непрекращающимся стремлением к обучению: автономное проектирование и производство всего оборудования, которое является ядром технологии, управление технологическим процессом, от анализа двигателя до производства оборудования, гарантирует качество готовой продукции».

Гибкая автоматизация

Уровень автоматизации машин, производимых CM, определяется в соответствии с требованиями клиентов: ассортимент станков по каталогу варьируется от автономных моделей с ручным управлением до экстремальной автоматизации, реализуемой с производственной линией, управляемой одним оператор.
«Производственные процессы соответствуют самым строгим международным нормам контроля качества, и основное обязательство заключается в поиске наилучших решений, направленных на повышение качества и производительности, с удовлетворением потребностей клиентов как целью, фокусом всей нашей деятельности и бесспорным героем. корпоративной миссии».

Международная сеть продаж

Расширение производства вместе с постоянно меняющейся организацией позволили СМ развить международную сеть продаж, работающую на различных стратегических рынках. «Мы можем работать прямо на месте, как на стадии коммерческого, так и на этапе эксплуатационного проектирования, отправляя нашу команду непосредственно на заводы клиентов или через нашу удаленную поддержку для стандартной повседневной деятельности по оказанию помощи в производстве».

Драйверы развития

Инновационный подъем был обязательным условием для CM и его роста. Кроме того, все активы по развитию были фактически посвящены автомобильной промышленности с особым упором на двигатели для гибридных и полностью электрических транспортных средств, что сделало компанию эталонной реальностью для всех основных автомобильных групп в Европе, Азии и Северной Америке.
Использование высокопроизводительных/скоростных коммуникационных протоколов при передаче данных позволило еще больше улучшить услуги интегрированной диагностики и удаленной помощи в соответствии с требованиями Индустрии 4.0 с целью предоставления клиентам по всему миру постоянного мониторинга процесса.

Массимилиано Синьоретта, управляющий директор CM

Рынок с растущим вниманием к производительности, снижению производственных затрат и все более высоким стандартам качества делает наш сектор все более и более требовательным и побуждает игроков идти в ногу с технологиями и автоматизацией, не пренебрегая при этом экономический аспект, потому что конкуренция по-прежнему касается цен, несмотря ни на что. Заслуга роста CM принадлежит не только технологическому уровню и уровню производительности, но и внутреннему персоналу, состоящему из высокоспециализированных ресурсов, способных работать в команде, и работникам, которые ежедневно преданы своему делу, так что стратегии управления являются не только теорией, но и отражается в результатах.

Все необходимые ресурсы для проектирования, разработки, производства, установки и запуска производства на заводах клиентов находятся внутри компании и составляют высокоспециализированную мультикультурную рабочую группу, способную взаимодействовать с итальянскими и иностранными собеседниками и решать любые проблемы в кратчайшие сроки. короткие времена.
Помимо удовлетворения различных требований, приверженность компании к производству направлена ​​на то, чтобы превзойти ожидания рынка, в лучшем случае оптимизируя различные этапы производства благодаря многолетнему опыту. «На наших профильных инженеров возложена забота о клиенте во всех отношениях и, в частности, в настройке машины. Управление производством ориентировано на сроки поставки, которые, в соответствии со сложностью оборудования, должны быть сильно сокращены для удовлетворения требований заказчиков по производительности: фактор времени является для них решающим элементом при выборе завода».

Корпоративная готовность принимать новые вызовы, выдвигаемые рынком, поддержание высокого качественного уровня и постоянное исследование и внедрение производственных процессов, направленных на оптимизацию времени и затрат. «Это сочетание элементов делает CM гибким, реактивным и готовым предвидеть отраслевые тенденции».
Все оборудование станков CM разработано и изготовлено собственными силами в специальном подразделении, чтобы обеспечить абсолютное качество с возможностью очень эффективной оптимизации/отладки.

Электроприводы – Основы электрических машин

Батареи и энергетические технологии

В поисках пути Спонсоры Бесплатный отчет Покупка аккумуляторов в Китае   Woodbank не отслеживает и не записывает эти электронные письма Другие спонсоры       Принципы   Действие двигателя Майкл Фарадей показал, что прохождение тока через проводник, свободно подвешенный в фиксированном магнитном поле, создает силу, заставляющую проводник двигаться в этом поле. И наоборот, если стеснен проводник, а не магнит, то магнит, создающий поле, будет двигаться относительно проводника. В более общем смысле сила, создаваемая током, теперь известная как сила Лоренца, действует между проводником с током и магнитным полем или магнитом, создающим поле. Величина силы, действующей на проводник, определяется по формуле: Ф = БЛИ Где F — сила, действующая на проводник, L — длина проводника и I — ток, протекающий по проводнику   Действие генератора Фарадей также показал, что верно и обратное: движение проводника через магнитное поле или перемещение магнитного поля относительно проводника вызывает протекание тока в проводнике. Величина ЭДС, генерируемой таким образом, определяется как: Е = BLv Где E — ЭДС генератора (или противо-ЭДС в двигателе), а v — скорость проводника через поле   Альтернативное действие двигателя (интерактивные поля) Другая форма движущей силы, которая не зависит от силы Лоренца и протекания электрического тока, в принципе может быть получена из чисто притягивающей (или отталкивающей) магнитной силы, которая действует на магнит или на магниточувствительные материалы, такие как как железо, если их поместить в поле другого магнита. Примером может служить движение стрелки компаса в присутствии магнита. На практике, однако, по крайней мере один магнит, создающий поле, должен быть электромагнитом, чтобы получить необходимый контроль магнитного поля для достижения устойчивого движения, а также практических уровней крутящего момента.   Бесщеточные двигатели постоянного тока и реактивные двигатели зависят от этого явления, известного как «реактивный момент», поскольку в роторе не протекает электрический ток. Вращательное движение достигается последовательным пульсированием полюсов статора для создания вращающегося магнитного поля, которое увлекает за собой движущийся магнит. В асинхронных двигателях переменного тока вращающееся поле создается другим методом, и основное действие двигателя зависит от силы Лоренца, однако синхронные двигатели переменного тока имеют магнитные элементы ротора, которые вращаются синхронно с вращающимся полем, как и в бесщеточном двигателе постоянного тока. .   Крутящий момент сопротивления Крутящий момент создается за счет реакции между магнитными полями. Рассмотрим небольшой стержневой магнит в поле другого большего магнита, такого как зазор между полюсами подковообразного магнита или одной из пар полюсов электродвигателя. (См. схему реактивного двигателя). Когда стержневой магнит выровнен с полюсами большого магнита, его поле будет на одной линии с внешним полем. Это положение равновесия, и на стержень не будет воздействовать никакая сила, чтобы сдвинуть его. Однако, если стержень смещен относительно полюсов, либо повернут, либо смещен, на него будет действовать сила, возвращающая его в соответствие с внешним полем. В случае бокового смещения сила уменьшается по мере увеличения расстояния, но в случае вращения сила будет возрастать, достигая максимума, когда стержень находится под прямым углом к ​​внешнему полю. Другими словами, крутящий момент на магните максимален, когда поля ортогональны, и равен нулю, когда поля выровнены.   Явные полюса Двигатели, зависящие от реактивного крутящего момента, обычно имеют «явно выступающие полюса» — выступающие полюса. Это делается для того, чтобы сконцентрировать поток в дискретных угловых секторах, чтобы максимизировать и сфокусировать силу выравнивания между полями.   Крутящий момент от вращающихся полей В двигателях, которые зависят от вращающихся полей, таких как асинхронные двигатели, бесщеточные двигатели постоянного тока и реактивные двигатели, мгновенный крутящий момент на роторе зависит от его углового положения по отношению к угловому положению волны потока. Хотя волна потока пытается притянуть полюса ротора в соответствии с потоком, всегда будут инерция и потери, удерживающие ротор. Накладка Трение, ветер и другие потери заставляют ротор асинхронного двигателя вращаться с меньшей скоростью, чем вращающееся поле, что приводит к угловому смещению между вращающейся магнитной волной и вращающимся полем, связанным с полюсами ротора. Разница между скоростью волны потока и скоростью ротора называется «скольжением», а крутящий момент двигателя пропорционален скольжению. Моментный уголок Даже в синхронных двигателях, в которых ротор вращается с той же скоростью, что и волна потока, из-за упомянутых выше потерь полюса ротора никогда не достигнут полного совпадения с пиками волны потока, и все равно будет смещение между вращающаяся волна потока и вращающееся поле. Иначе не было бы крутящего момента. Это смещение называется «угол крутящего момента». Крутящий момент двигателя равен нулю, когда угол крутящего момента равен нулю, и максимален, когда угол крутящего момента равен 9.0 градусов. Если угол крутящего момента превышает 90 градусов, ротор выйдет из синхронизма и остановится.   Электрические машины Большинство продаваемых сегодня электрических машин (двигателей и генераторов) по-прежнему основаны на силе Лоренца, и их принцип действия можно продемонстрировать на приведенном ниже примере, в котором одновитковая катушка, по которой течет электрический ток, вращается в магнитном поле. поля между двумя полюсами магнита.   Для многовитковых катушек эффективный ток составляет NI (Ампер-витки), где N — количество витков в катушке. Если на катушку подается ток, машина действует как двигатель. Если катушку вращать механически, в катушке индуцируется ток, и таким образом машина действует как генератор.   Во вращающихся машинах вращающийся элемент называется ротором или якорем, а неподвижный элемент называется статором.   Действие и противодействие На практике эффекты двигателя и генератора имеют место одновременно. Прохождение тока через проводник в магнитном поле заставляет проводник двигаться через поле, но как только проводник начинает двигаться, он становится генератором, создавая ток через проводник в направлении, противоположном приложенному току. Таким образом, движение проводника создает «обратную ЭДС», которая противодействует приложенной ЭДС. Обратное перемещение проводника через поле вызывает протекание тока через проводник, который, в свою очередь, создает силу на проводнике, противодействующую приложенной силе.   Фактический ток, протекающий в проводнике, определяется как: I = (В — Е)       Р Где В — приложенное напряжение, E — противоЭДС, а R — сопротивление проводника (якоря двигателя).   Уравнение ЭДС Исходя из вышеизложенного, противо-ЭДС в электродвигателе равна приложенному напряжению за вычетом падения напряжения на якоре. Э = В — РИ Это известно как «Уравнение ЭДС двигателя». Падение напряжения на якоре RI иногда называют Net Voltage .   Уравнение мощности Умножение напряжения на ток якоря для получения мощности дает следующее соотношение: P = EI = VI — I 2 R Это показывает, что механическая мощность, выдаваемая двигателем, равна противоЭДС, умноженной на ток якоря ИЛИ электрическая мощность, приложенная к двигателю, за вычетом I 2 Р Потери в обмотках. (без учета потерь на трение). Это известно как «уравнение мощности двигателя».   Рабочее равновесие под нагрузкой Описанные выше эффекты «действие и реакция» обеспечивают важный автоматический саморегулирующийся механизм обратной связи как в двигателях постоянного, так и переменного тока для адаптации к изменениям приложенной нагрузки. По мере увеличения нагрузки на двигатель он имеет тенденцию замедляться, уменьшая противо-ЭДС. Это, в свою очередь, позволяет протекать большему току, создавая больший крутящий момент, чтобы выдерживать возросшую нагрузку, пока не будет достигнута точка баланса или равновесия. Таким образом, двигатель установит скорость, соответствующую требуемому крутящему моменту. См. также Управление питанием ниже.   Магнитные поля Магнитное поле двигателя создается статором, и в приведенном выше примере статор представляет собой постоянный магнит, однако в большинстве электрических машин магнитное поле создается электромагнитным путем с помощью катушек, намотанных вокруг полюсов статора. Обмотки статора также называют обмотками возбуждения, а двигатель называется «находящимся под напряжением». Ротор обычно намотан на железный сердечник для повышения эффективности магнитной цепи машины. Магнитные цепи В случае электрических машин магнитная цепь представляет собой путь магнитного потока через корпус статора, через воздушный зазор, через ротор и обратно через воздушный зазор в статор. Длина l этого пути известна как средняя длина магнитного пути MMPL Магнитопроводы предназначены для создания максимально возможного потока и концентрации его в воздушном зазоре между ротором и статором, через который движутся катушки. поток Φ измеряется в Веберс Плотность потока B измеряется в Теслах и определяется как магнитный поток Φ на единицу площади A . Таким образом, B = Φ/A , где A — площадь, через которую проходит поток. Из приведенных выше уравнений видно, что крутящий момент, создаваемый электродвигателем, или ЭДС, создаваемая генератором, прямо пропорциональны плотности магнитного потока B в области, окружающей движущиеся электрические проводники и для эффективных машин, B должен быть как можно выше. Магнитодвижущая сила (MMF) Магнитный поток, возникающий в магнитной цепи, пропорционален создающей ее магнитодвижущей силе (МДС). Для электромагнита MMF представляет собой эффективный ток в намагничивающей катушке, измеренный в ампер-витках NI , и, как указано выше, это фактический ток I раз больше числа витков N в катушке. Таким образом, MMF = NI = Φ X R , где R — это сопротивление магнитной цепи . Сопротивление — это внутреннее сопротивление материала магнитной цепи прохождению через него магнитного потока. (Для железа сопротивление очень низкое. Для воздуха оно очень высокое) Это уравнение для потока в магнитных цепях аналогично закону Ома для тока в электрических цепях, в котором: ЭДС = I X R , где R — сопротивление электрической цепи. Поскольку сопротивление воздушного зазора между статором и ротором очень велико, воздушный зазор должен быть как можно меньше, чтобы свести к минимуму ампер-витки, необходимые для создания желаемой плотности потока. Магнитная сила (H) также называется Напряженность магнитного поля Напряженность магнитного поля H равна МДС на единицу длины в магнитной цепи. Таким образом: В= NI        л Магнитодвижущая сила является причиной магнитного поля, магнитная сила является следствием. Плотность потока (B) и Магнитная проницаемость (µ ) Для однородных полей плотность потока, связанная с магнитной силой, пропорциональна напряженности поля и определяется как: B= µ 0 µ r H где µ 0 известна как магнитная постоянная или проницаемость свободного пространства. µ r – относительная проницаемость магнитного материала. К сожалению, зависимость становится нелинейной по мере увеличения плотности потока и насыщения магнитного материала. Затем поток, создаваемый усилением магнитного поля, уменьшается и выравнивается, а относительная магнитная проницаемость µ r стремится к 0, . Насыщенность   Из приведенного выше видно, что увеличение МДС (ампер-витков) в магнитной цепи увеличивает поток через цепь, но существует предел плотности потока, который может быть создан в магнитных материалах, таких как железо, когда говорят, что материал быть насыщенным. Выше этой точки требуется все больше и больше MMF для создания все меньшего и меньшего потока. Другими словами, сопротивление резко возрастает, когда материал насыщается. Для достижения максимальной эффективности электрические машины обычно предназначены для работы сразу после начала насыщения. Магнитные полюса Электрические машины могут иметь несколько пар полюсов. Многополюсные машины обычно обеспечивают более эффективные магнитные цепи и более плавные характеристики крутящего момента.   Коммутация Соединение с подвижной катушкой в ​​базовой машине, показанной выше, осуществляется с помощью угольных щеток, опирающихся на пару токосъемных колец, по одному на каждом конце катушки. Если машина используется в качестве генератора, направление генерируемого тока будет меняться каждые полпериода, когда плечо катушки последовательно проходит противоположные полюса. Если требуется однонаправленный ток, контактные кольца разделены и соединены между собой таким образом, что в каждом полупериоде ток берется из чередующихся ветвей катушки. Этот простой механизм переключения называется коммутатором. Аналогичным образом, когда машина используется в качестве двигателя постоянного тока, коммутатор переключает напряжение питания постоянного тока на чередующиеся плечи катушки каждый полупериод, чтобы обеспечить однонаправленное вращение.   Таким образом, во всех машинах постоянного тока с фазным ротором, как в двигателях, так и в генераторах, ток в обмотках ротора является переменным, и именно коммутатор обеспечивает соответствующий вход или выход постоянного тока. Однако есть некоторые заметные исключения. Первые в мире двигатели и генераторы, изобретенные Фарадеем, представляли собой униполярные или униполярные машины, в которых в проводниках протекал однонаправленный ток. Двигатель Фарадея был лабораторной диковинкой и не имел практического применения, но его так называемая динамо-машина «Диск Фарадея» могла генерировать полезный ток.   На протяжении более 100 лет механическая коммутация была единственным практическим способом переключения направления тока, однако с 1970-х годов наличие мощных полупроводников сделало возможным электронную коммутацию. В машинах переменного тока можно избежать сложностей коммутации, поскольку ток может индуцироваться в обмотках ротора за счет действия трансформатора с обмотками статора, что устраняет необходимость в прямых соединениях между линией питания и вращающимися обмотками. См. Асинхронные двигатели. Поскольку коммутатор представляет собой, по сути, механический переключатель, быстро замыкающий и размыкающий цепь сильного тока, переключатель склонен к искрению и возникновению радиочастотных помех (РЧП), которые могут нарушить работу других электронных цепей поблизости. В очень больших двигателях склонность к искрению можно уменьшить путем добавления «межполюсных» или «коммутирующих полюсов», узких вспомогательных обмоток посередине между основными полюсами статора. Они соединены последовательно с обмотками ротора и создают МДС, равную и противоположную МДС ротора, так что эффективный поток между основными полюсами равен нулю. Коммутация должна происходить в тот момент, когда ток проходит через нуль между отрицательным и положительным полупериодами, и это происходит, когда ротор находится посередине между основными полюсами. За счет нейтрализации потока в этой области снижается возможность искрения.   Эволюция Самые ранние электрические машины зависели от постоянных магнитов для создания магнитного поля, однако лучшие магнитные материалы, доступные в то время, были способны создавать только очень слабые поля, что ограничивало потенциальное применение машин лабораторными демонстрациями. В конце концов стало понятно, что гораздо более сильные магнитные поля можно генерировать с помощью электромагнитов, питаемых от приложенного или генерируемого линейного напряжения. Это позволило построить гораздо более мощные машины, что позволило разработать практические приложения. Достижения в области магнитных материалов позволили создать гораздо более мощные постоянные магниты, позволяющие использовать их в практических машинах, упрощая конструкцию машин за счет исключения одного набора обмоток. В то же время в машины встраиваются многие функции, такие как энкодеры, тахогенераторы, термовыключатели, тормоза и вентиляторы. См. также Контроллеры   Характеристики двигателя Некоторые общие моменты Момент затяжки Вообще говоря, крутящий момент, создаваемый двигателем, пропорционален потребляемому току, а также потоку в воздушном зазоре. Т = К 1 ИБ Скорость Двигатели постоянного тока В двигателях постоянного тока скорость вращения пропорциональна приложенному напряжению, и обычным методом управления скоростью является изменение входного напряжения. Н = К 2  В               B Однако скорость также обратно пропорциональна потоку в воздушном зазоре. Это означает, что скорость увеличивается по мере уменьшения потока, обеспечиваемого катушками возбуждения. Теоретически скорость может уйти в бесконечность, если убрать ток в катушке возбуждения, хотя двигатель, скорее всего, разрушится до того, как это произойдет. На практике ограниченное увеличение скорости может быть получено за счет контролируемого уменьшения тока возбуждения. Но обратите внимание на приведенное выше уравнение крутящего момента, что уменьшение тока возбуждения также уменьшает крутящий момент. Этот способ управления скоростью называется « Ослабление поля » Двигатели переменного тока В двигателях переменного тока скорость пропорциональна частоте приложенного напряжения и обратно пропорциональна количеству магнитных полюсов. Н = К 3  f                 P Моментно-скоростная характеристика Двигатели постоянного тока развивают максимальный крутящий момент при нулевой скорости или при остановке (когда они потребляют максимальный ток), а крутящий момент падает линейно по мере увеличения скорости, достигая нуля, когда обратное напряжение, создаваемое вращающимися катушками в магнитном поле ( противо-ЭДС) равна приложенному напряжению. Для двигателей переменного тока пусковой момент при нулевой скорости может составлять от 70% до 90% от его максимального значения, повышаясь до пика при увеличении скорости, а затем резко падая до нуля, когда двигатель приближается к синхронной скорости. См. примечание о синхронных двигателях. (Моментно-скоростные характеристики электродвигателей отличаются от двигателей внутреннего сгорания, у которых крутящий момент очень низок на низких скоростях, обычно глохнет ниже 800 об/мин, но увеличивается с увеличением скорости до пика примерно на 80% от его максимальной скорости, падающей только слегка отключается при достижении максимальной скорости.) Начиная с Некоторые конструкции двигателей не имеют самозапуска в своей базовой конфигурации, но они обычно включают конструктивные изменения, обеспечивающие самозапуск, так что пользователь может не знать о проблеме. Управление мощностью Выходная мощность двигателя прямо пропорциональна его скорости. выходная мощность P в ваттах определяется как: P = ωT Где ω — скорость в радианах в секунду, а T — крутящий момент в ньютон-метрах ИЛИ Р  =  2π NT  =   NT               60       9,55 Где N — скорость в оборотах в минуту (об/мин) ПРИМЕЧАНИЕ : Это соотношение показывает, что для данной мощности скорость уменьшается по мере увеличения нагрузки или крутящего момента, и наоборот. Это в некотором смысле эквивалентно тому, что происходит в механической коробке передач, и соответствует рабочему равновесию, упомянутому выше. Максимальная мощность Максимальная мощность, которую может выдержать двигатель, определяется его максимально допустимой температурой. Нагрузочная способность может быть увеличена за счет использования материалов, способных выдерживать более высокие температуры, особенно для изоляции обмоток, или за счет принудительного охлаждения, которое снижает температуру двигателя при заданном потреблении тока. Угловая мощность Угловая мощность — это альтернативный способ определения производительности двигателя, который некоторые люди находят полезным для сравнения машин.   Это просто произведение максимального крутящего момента, который может развить двигатель, и максимальной скорости, которую он может развить. Поскольку максимальный крутящий момент редко, если вообще когда-либо, возникает одновременно с максимальной скоростью, фактическая передаваемая мощность машины всегда будет меньше угловой мощности. В двигателях постоянного тока предел коммутации определяется способностью сегментов коммутатора и щеток выдерживать высокие напряжения (ограничение скорости) и большие токи (ограничение крутящего момента). Обратите внимание, что при высоких напряжениях и токах может потребоваться принудительное охлаждение. Охлаждение Допустимая мощность электрической машины ограничена максимально допустимой температурой ее обмоток. Двигатели большей мощности требуют более сильных магнитных полей, и ток, необходимый для обеспечения более высокой плотности потока, увеличивается линейно с размером двигателя. Однако площадь поперечного сечения медного кабеля, необходимая для передачи тока, увеличивается пропорционально квадрату силы тока. Допустимая мощность может быть увеличена за счет использования изоляции, способной выдерживать более высокие температуры, или за счет принудительного охлаждения для отвода тепла от обмоток. Принудительное охлаждение обычно не требуется для машин с дробной мощностью, но двигатели большей мощности со встроенной мощностью обычно включают встроенный охлаждающий вентилятор для нагнетания воздуха через машину. Принудительное воздушное охлаждение может быть эффективным в машинах мощностью до 50 мегаватт, но более крупные машины с номинальной мощностью в несколько мегаватт, используемые в электроэнергетике, должны прибегать к жидкостному охлаждению с циркуляцией хладагента по полым проводникам. Рабочим телом может быть вода, но для самых больших машин используется водород из-за его малого веса и высокой теплоемкости. Зубчатая передача При заданном крутящем моменте мощность двигателя пропорциональна скорости. Таким образом, низкоскоростные двигатели будут обеспечивать очень низкую мощность. Приложения, требующие высокого крутящего момента на низких скоростях, потребуют очень больших токов и непрактично больших двигателей. Для таких применений лучше использовать высокоскоростные двигатели с зубчатыми передачами для снижения скорости и увеличения крутящего момента. Размер Мощность двигателя определяется развиваемым им крутящим моментом. Для аналогичных двигателей с аналогичными системами охлаждения крутящий момент двигателя пропорционален объему ротора и, следовательно, общему объему двигателя. Эффективность Как отмечалось выше, при заданном крутящем моменте мощность двигателя пропорциональна скорости, в то время как электрические и аэродинамические потери, как правило, остаются примерно постоянными и растут относительно медленно. Таким образом, КПД двигателя увеличивается с увеличением скорости. КПД также зависит от размера двигателя, поскольку резистивные потери, как правило, намного выше в небольших устройствах, чем в более крупных машинах, которые могут быть спроектированы с более эффективными магнитными цепями. зубчатое соединение Зубчатое зацепление – скачкообразная, неравномерная угловая скорость ротора машины, особенно проявляющаяся на низких скоростях в двигателях с небольшим числом полюсов. Это происходит потому, что ротор имеет тенденцию ускоряться по мере приближения к полюсам статора и замедляться по мере того, как он покидает полюса. Это также заметно при использовании импульсного постоянного тока, если частота сигнала питания слишком низкая. Проблема может быть уменьшена за счет использования перекошенных обмоток ротора, а также увеличения числа полюсов в двигателе. Потери Потери снижают эффективность машины и обычно приводят к нежелательному нагреву. Потери в меди Это тепловые потери I 2 R в результате протекания тока в обмотках. Потери в меди варьируются в зависимости от тока и, следовательно, от нагрузки на машину. Железные и другие потери имеют тенденцию быть относительно постоянными. Сопротивление обмотки статора Сопротивление обмотки ротора Потери в железе Это потери в магнитной цепи. Насыщенность Это расточительное использование энергии, связанное с использованием материалов с плотностью потока выше точки насыщения. Потеря гистерезиса Это энергия, необходимая для намагничивания и размагничивания железа в магнитной цепи при каждом машинном цикле. Поскольку потери за цикл фиксированы, они будут увеличиваться пропорционально частоте. См. дополнительную информацию о гистерезисе. Для уменьшения этих потерь были разработаны специальные стали с низким гистерезисом. Потери на вихревые токи Эти потери происходят из-за нежелательных циркулирующих токов, которые индуцируются в железе магнитной цепи машины. машинными обмотками. Они сведены к минимуму за счет использования в магнитных цепях слоистого железа вместо твердого железа. Изолирующий оксидный слой на пластинах препятствует прохождению вихревых токов между пластинами. Утечка флюса В практических магнитных цепях не всегда возможно сконцентрировать весь магнитный поток там, где это необходимо для оптимальной магнитной связи и максимального обмена энергией между ротором и статором. Следовательно, часть приложенной энергии теряется. Парусность/трение Это механические потери в результате сопротивления движению ротора. Коэффициент мощности Асинхронный двигатель появляется в линии электропередачи как большая катушка индуктивности, и, следовательно, линейный ток отстает от приложенного напряжения. Тогда эффективная мощность двигателя составит ВАcosΦ , где В — приложенное напряжение, А — протекающий ток, а Φ — фазовый угол, на который ток отстает от напряжения. CosΦ известен как коэффициент мощности. Когда Φ = 0 ток совпадает по фазе с напряжением, cosΦ = 1 и потери мощности нет. Когда Φ = 1, ток отстает от напряжения на 90°, cosΦ = 0, и в нагрузку не будет подаваться эффективная мощность. Коэффициент (1 — cosΦ ) представляет собой дополнительную мощность, которую машина должна потреблять от источника для обеспечения своей номинальной мощности.   Генераторы Как отмечалось выше, из-за реакции системы на приложенную силу все вращающиеся машины действуют одновременно и как двигатели, и как генераторы. В обоих случаях действуют одни и те же электромагнитные силы, и одни и те же уравнения представляют поведение машин в обоих случаях.   Примечание Напряжение, генерируемое любым генератором постоянного тока, по своей природе является переменным и становится постоянным только после выпрямления коммутатором.   Хотя вращающиеся машины генерируют переменный ток, он не обязательно является чисто синусоидальным. Форма волны зависит от размера полюсов и расстояния между ними, распределения витков и уровня потока в воздушном зазоре. Форма выходного сигнала на клеммах генератора, вероятно, будет несколько искажена во всех машинах, кроме самых сложных.   Как и в случае с двигателями, вышеперечисленные принципы могут применяться по-разному. См. несколько практических примеров в разделе Генераторы.   См. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт