Содержание

Устройство и характеристики электрического двигателя для авто

С самого момента появления заводов и отходов от них человечество начало беспокоиться об экологии. Это послужило веткой для целой новой науки, которая искала аналоговые источники энергии. Таким источником стало электричество. Оно может быть добыто абсолютно экологичным путем – с помощью турбин, приводимых в движение водой, ветром и даже, солнечным светом.

История появления

Такая же ситуация происходила и с авто. Люди уже давно пытаются сделать электрическое авто. Но всегда был какой-то сдерживающий фактор. Самым главным являлось отсутствие подходящего источника питания. Но не так давно мир увидел первую версию SMART – умного автомобиля, работающего на электричестве, которое распределялось по всей машине по определенной схеме.

Его характеристики могли поспорить с машинами на ДВС. В тот момент все сообщество разделилось на два лагеря – тех, кто пророчил Смарту великое будущее и тех, кто утверждал, что эту идею задавят на корню нефтяные магнаты. И действительно, развитие этой отрасли автомобилестроения продвигалось слишком медленно.

Подобная ситуация сохранялась до недавнего времени. Компания Tesla выпустила свою первую машину на электрической тяге, она была спортивной и не получила широкого распространения. И тогда они приняли решение сделать выброс на рынок массового авто на электрической тяге. И вот тогда-то их компания и начала процветать. А теперь после краткого курса истории, давайте разберемся, что же это за зверь такой – электромобиль, какое у него устройство, из чего он состоит, и на какие характеристики стоит обращать внимание.

Строение электромобиля

Электрический автомобиль имеет довольно простое строение:

кузов;
подвеска;
электромоторы (про их типы мы поговорим позже);
аккумулятор.

На этом конструкция авто на электрической тяге заканчивается. Да, в нем присутствует огромное количество электронных приборов, подключенных по определенной схеме, кондиционер и все прочее. Но основные части перечислены выше. По сути, это то же самое авто, из которой инженеры выкинули всю двигательную и топливную системы. То есть тут нет бензобака или баллонов с газом. Но самое главное другое – здесь нет воздушных фильтров, двигателя и выхлопной системы. Это значительно улучшает разгонные и некоторые другие характеристики машины. А что же есть? и как такое авто вообще едет?

Двигательная система

Для того, чтобы разобраться в том, как едет электрический автомобиль, нужно сперва разобраться в типах электродвигателей и их характеристиках:

электромоторы переменного тока;
электромоторы постоянного тока.

Как вы помните из школьного курса физики, переменный ток создается с помощью огромного магнитного сердечника, который вращается внутри ферромагнитного кожуха. Каждый раз, когда магнит совершает один полный оборот, направление электрического потока в схеме меняется. И это называется переменным током.

А если электричество по схеме течет в одном направлении, то такой ток называется постоянным. Самый наглядный пример таких схем – аккумуляторы и батарейки, которые установлены в будильниках, смартфонах, пультах управления и так далее.

Сперва были попытки сделать авто на электрическом моторе переменного тока. Но тогда потери электричества были просто катастрофическими. К тому же в авто нужно было вставить генератор изменения направления тока. А это потеря драгоценного места и увеличение веса автомобиля. Такие характеристики машины не устроили конструкторов. В итоге было решено исходить из использования постоянного тока.

Вам будет интересно Основные правила при проверке уровня моторного масла

В конечном счете под авто поставили огромный аккумулятор, выдающий постоянный ток, а к каждому из четырех колес подключили по электродвигателю, работающему на постоянном токе. Схема была предельно проста, и поэтому она сработала. Осталось решить пару вопросов: охлаждение, распределение тока и несколько других.

Все двигатели контролируются единым компьютером, который регулирует мощность электрического потока, а, соответственно, и скорость вращения колес. Причем раньше двигатель электрический был один и располагался под капотом. Но впоследствии было решено использовать четыре разных двигателя, закрепленных непосредственно на подвеске прямо возле колес.

Поэтому неподготовленный водитель с огромным стажем может испытать шок от созерцания отделения капота, здесь находится полноценное багажное отделение, а не привычные «потроха» автомобиля с ДВС.

Аккумуляторы

Кстати, еще один интересный момент – это аккумуляторы. Именно их характеристики и определяют, сколько машина сможет проехать на одном заряде. Они тут, как правило, состоят из набора обычных аккумуляторов, которые применяются в ноутбуках, электронных сигаретах и так далее. Схема их подключения такова, что на выходе мы получаем достаточную мощность для раскручивания двигателя и достаточную емкость для езды на максимальные расстояния. За то, чтобы аккумулятор не разряжался сразу же, отвечает специальное устройство – контроллер заряда и разряда.

Охлаждение

Еще одна проблема – это система охлаждения для аккумулятора. Как известно, при работе он, да и вся электронная схема, довольно сильно греется. А при нагревании литий-ионные аккумуляторы выделяют некоторое количество газа. Чем больше его выйдет, тем хуже характеристики устройства. Соответственно, нельзя допускать перегрева. Поэтому нужно использовать разумную систему охлаждения. Каждый поступает по-своему. Кто-то делает сложную масляную или водяную систему охлаждения, а кто-то просто располагает аккумулятор так, чтобы он постоянно обдувался воздухом. Последний ход позволяет отказаться от систем охлаждения в принципе.

К тому же нагреваются и провода, по которым проходит ток, а также и все прочие электрические и электронные части. Если не озаботиться качественным охлаждением, то летом в такой машине просто невозможно ездить. Поэтому охлаждение машины – еще один бич, который преследует электромобили.

Типы двигателей

Давайте разберемся, что еще нужно знать об устройстве и характеристиках современных двигателей на электрических автомобилях. Итак, вот типы электродвигателей, которые ставятся на современные электромобили:

Тип напряжения

Постоянное. Его использование более рационально, так как при постоянном токе его расходы впустую значительно уменьшаются.
Переменное (все-таки, некоторые умудряются их ставить).

Количество фаз

однофазные (одна обмотка вокруг сердечника);
двухфазные (две обмотки: одна обхватывает сердечник снизу и сверху, вторая – слева и справа);
трехфазные (тут используется три обмотки, которые расположены с отставанием в 120 градусов друг от друга).

Конструкция

Коллекторные. С ними вы встречались в болгарках, дрелях и так далее. Они характеризуются наличием щеток. Довольно ненадежны.
Бесколлекторные. Тут сердечник находится в постоянном магнитном поле и не касается стенок статора. Встречаются в аквариумных компрессорах и на системах индивидуального отопления. Они надежнее.

Принцип работы

Схема работы может быть следующей:

Синхронный двигатель. Скорость бега магнитного потока в обмотке равняется скорости вращения ротора.
Асинхронные. Тут ротор вращается с иной скоростью, чем течет магнитный поток.

Преимущества и недостатки электромобилей перед машинами с ДВС

Начнем с преимуществ:

Экологичность (для многих возможность оставить своим детям чистую планету находится превыше всего).
Долговечность.
Простота в использовании.

Нет ограничения по крутящему моменту. Он достигает своего пика с первого же оборота. Поэтому разгонные характеристики тут просто бешеные.

Отличный КПД.
Не нужна коробка передач.
Сами электродвигатели для электромобилей имеют весьма малые размеры. Некоторые экземпляры располагаются непосредственно в колесе. Такую систему называют мотор-колесо.

Есть сложности в питающих элементах. До тех пор, пока ученые не изобретут инновационных банков энергии, машины с электрическим приводом будут много стоить и весить именно из-за аккумуляторов.

К примеру, он в авто от компании Tesla весит около 700 кг. И это при запасе хода в 350 км.

Этот недостаток касается именно России и близлежащих стран. Навряд ли в скором времени у нас появятся обширные сети заправочных станций для электрических машин, поэтому покупка данного авто оправдана лишь тогда, когда вы постоянно находитесь в мегаполисе.
Охлаждение. Если оно недостаточное, то ресурс аккумулятора будет не слишком велик. Поэтому при выборе машины стоит уделить системе охлаждения особое внимание.

Вам будет интересно Как действовать во время возгорания в автомобиле

Заключение

Как мы видим, устройство электромобиля достаточно сложное. Инженеры стараются снабдить данные авто всевозможными новациями, а также продлить запас хода. Нам остается только ждать совершенных технологий и восхищаться ими.

Медный довод: создан уникальный двигатель для электромобилей

В России разработан мотор для электромобилей, обладающий рядом преимуществ перед зарубежными аналогами. Чтобы создать магнитное поле, необходимое для движения колес, в нем применяют обычную медную катушку. Двигатель увеличивает время пробега машины без подзарядки на 15% и исключает внезапную остановку из-за перегрева. При этом цена отечественного мотора в 3–4 раза ниже, чем у зарубежного. Разработчик планирует выпустить собственную линейку беспилотных грузовиков, оборудованных такими двигателями. Подобные машины уже тестируются иностранными компаниями, которые занимаются грузоперевозками.

Железо, медь и математика

Чаще всего в электромобилях используют моторы на постоянных магнитах. Однако такие двигатели имеют ряд существенных недостатков.

В постоянном магнитном поле проводник (рамка, по которой протекает ток) начинает двигаться. Движение передается на колеса машины, и она едет. Но когда проводник смещается в магнитном поле, по законам физики в нем возникает противоположно направленная сила (противо-ЭДС). Она уменьшает силу тока в проводнике, и в итоге автомобиль не может развить скорость более 60 км/ч. Чтобы ее увеличить, нужно уменьшить поле постоянного магнита — это снизит противо-ЭДС. Но чтобы сделать это, нужно потратить электроэнергию. В результате коэффициент полезного действия (КПД) двигателя падает, следовательно, аккумулятор быстрее разряжается.

–– Наш мотор, образно говоря, состоит из железа, меди и математики, –– рассказал технический директор компании «Электротранспортные технологии» Илья Федичев. –– Мы создаем магнитное поле с помощью медной катушки, через которую проходит ток. И поэтому можем спокойно им управлять: увеличивать для большей мощности и уменьшать для скоростного разгона авто без снижения КПД. По нашим расчетам, на российском моторе машина проедет примерно на 15% дольше –– конечно, при условии, что скорость и качество дороги будут такими же, как для авто с зарубежным двигателем.

Магнитные катушки с пропускаемым через них током известны в качестве источников магнитного поля с XIX века. Однако задействовать поле в работе электродвигателя –– очень непросто. Инженеры говорят, что их главное достижение — создание особой конструкции двигателя, которая и позволила обойтись без постоянных магнитов, заменив их на медную катушку — она создает магнитное поле с нужным направлением и интенсивностью.

Перегрев не страшен

Еще один недостаток действующих электромоторов –– размагничивание постоянного магнита из-за нагрева двигателя. Дело в том, что для каждого магнита есть точка Кюри –– температура, при которой он теряет свои свойства. Когда электромобиль внезапно начинает терять скорость, это значит, что магнит просто перегрелся. Он больше не создает поле для движения рамки, и автоматика принудительно уменьшает мощность мотора. Конечно, ситуация, при которой машина долго едет на максимальной скорости, встречается нечасто, однако способствовать перегреву может и жара.

Вам будет интересно Клапаны двигателя: конструктивные особенности и назначение

Российский электромотор не имеет постоянного магнита, поэтому внезапное отключение ему не грозит. Также ему не нужны сложные, громоздкие и дорогостоящие системы охлаждения, как машинам на электродвигателях с постоянными магнитами. Инженеры провели эксперимент, нагревая мотор собственной разработки и зарубежные аналоги. Оказалось, что отечественный двигатель сохраняет характеристики при температуре до 150 ºС, в то время как иностранные модели перестают работать уже при 100 ºС.

Тем не менее большинство специалистов в мире всё же отдают предпочтение двигателям с постоянными магнитами, сообщил заведующий кафедрой электротехники и промышленной электротехники МГТУ им. Н.Э. Баумана Александр Красовский.

–– Следует учесть, что применяемая дополнительная «обмотка возбуждения», то есть та самая медная обмотка, потребляет дополнительную электрическую энергию аккумулятора, что несколько снижает КПД созданного двигателя, –– рассказал эксперт. –– Наличие обмотки ведет еще и к некоторому увеличению массы и габаритов двигателя. Зато к преимуществам предложенного российскими учеными аналога относится выгодная цена –– двигатели с постоянными магнитами имеют более сложную конструкцию, поэтому и стоят дороже.

Российский двигатель такой же мощности, как и зарубежный, дешевле не только благодаря простоте конструкции, но и применяемым материалам. Ведь 90% рынка постоянных магнитов занято Китаем, и производители диктуют цену на товар по своему усмотрению. Монополия может привести к внезапному скачку цен на постоянные магниты, а следовательно, и на электромоторы. Да и сегодня произведенный в Китае мотор стоит около 300 тыс. рублей, еще около 100 тыс. рублей уйдет на перевозку и налоги. Стоимость отечественного мотора при серийном производстве составит около 80 тыс. рублей.

Будущее за электромобилями

Электрические машины не наносят вреда экологии, поэтому власти Москвы планируют всячески поощрять их применение. На данный момент все электрокары имеют право на бесплатную парковку в любой точке столицы, сообщалось на конференции Forbes «Как заработать с помощью искусственного интеллекта в России». Также руководители мэрии предложили проекты по удешевлению оформления ОСАГО для электромобилей и предоставлению льгот для проезда по платным трассам. Некоторые компании, имеющие отношение к разработке транспортных средств, увидели и техническое преимущество электромобилей перед машинами на двигателях внутреннего сгорания.

–– Появление таких моторов –– значимое событие для машиностроения, особенно для формируемого рынка беспилотных транспортных средств, –– отметил эксперт в области робототехники и систем автоматизации транспорта Виталий Савельев. — Неприхотливость подобного мотора и высокий ресурс работы без обслуживания дают возможность эксплуатировать технику на его базе более эффективно. Развитие двигателей такого типа позволяет получить высокие тяговые характеристики одновременно с низким энергопотреблением, что увеличивает запас хода электромобиля. В перспективе электромоторы могут использоваться и на водных видах транспорта –– с их помощью можно создать практически бесшумные и энергоэффективные яхты и катера.

Разработчик отечественного двигателя в скором времени планирует выпустить линейку беспилотных грузовиков, которые могут быть востребованы, например, в компаниях, связанных с грузоперевозками, почтовой и курьерской доставкой.

При этом некоторые крупные зарубежные автоконцерны совместно с логистическими компаниями уже тестируют тягачи, рассчитанные на эксплуатацию без водителей.

Через несколько лет электромобили вытеснят с рынка машины с двигателями внутреннего сгорания, предполагают в компании-разработчике. Когда цена на литиевые батареи, используемые в электрокарах, упадет, ездить на них станет гораздо выгоднее. По информации зарубежных экспертов, стоимость батарей в последнее время быстро снижается. Так, в 2016 году цена литиевых аккумуляторов составляла $400–600 на киловатт-час емкости, а год назад — уже $250–300.

Источник https://portal-mashin.ru/service/engine/ustrojstvo-i-harakteristiki-elektricheskogo-dvigatelya-dlya-avto.html

Источник https://iz.ru/879303/olga-kolentcova/mednyi-dovod-sozdan-unikalnyi-dvigatel-dlia-elektromobilei

Источник