асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Двигатель электромобиля — принцип работы, устройство, виды

По планам многих автоконцернов – именно за тяговым двигателем для электромобиля – будущее. Так известно, что в плане развития известного гиганта Bentley Motors значится, что к 2030-му году компания полностью трансформируется в производителя электроавтомобилей. На электродвигатели ставки также делают такие известные на весь мир компании, как Nissan, Volvo, Aston Martin. 

Тенденции таковы, что в массовом производстве сейчас больше представлены легковые электромобили и городской электротранспорт (согласно планам, в ряде таких стран как, к примеру, Франция и Норвегия в 2025-2030-м гг. автобусы в городах будут полностью заменены на электротранспорт).

Но чувствуется интерес и к установке электромоторов на грузовой транспорт. Особенно электродвигатели интересны производителям городских развозных фургонов, терминальных тягачей и коммунальных грузовиков.

На весь мир уже хорошо известен седельный тягач капотного типа Tesla Semi, в коммунальном хозяйстве США активно не первый год используют мусоровозы PETERBILT на электротяге, в Евросоюзе возрастает интерес к седельному тягачу с электродвигателем Emoss Mobile Systems B.V. и Renault Trucks –развозному автомобилю для продуктов.

На постсоветском пространстве свой коммерческий электротранспорт пока только начинает появляться, но уже активно говорят про грузовик МАЗ-4381Е0 (на грузовике установлен асинхронный тяговый электродвигатель мощностью 70 кВт (95 л.с.), ориентированный на транспортировку грузов в черте города, и электрогрузовик Moskva опытно-конструкторского бюро Drive Electro (главное назначение — доставка товаров в магазины). Не за горами время, когда этот коммерческий транспорт с электромоторами будет активно востребован автопарками, логистическими центрами, предприятиями.

Также, безусловно, давно, как данность мы принимаем, что на электродвигателе работают трамваи, троллейбусы, погрузчики на складах и локомотивы. Трёхфазный асинхронный двигатель помогает двигаться на давно полюбившихся поездах «Ласточка» и «Сапсан».

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения. Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

1. Магнитное поле статора действует на обмотку ротора.
2. Возникает вращающий момент.
3. Ротор начинает двигаться.

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.

Устройство

Как устроен двигатель электромобиля?

При описании принципа работы электродвигателя, уже было упомянуто, что главные компоненты двигателя электромобиля– ротор и статор.

1. Ротор – это вращающийся компонент двигателя.
2. Статор находится в неподвижном состоянии. Он ответственен за создание неподвижного магнитного поля.

Ротор

Классический ротор автомобиля состоит из сердечника, обмотки и вала. У некоторых электродвигателей в состав ротора также входит коллектор.

• Сердечник – это металлический стержень, на периферии которого располагается обмотка. Непосредственно через сердечник происходит замыкание магнитной цепи электродвигателя. Сердечник изготавливается из стальных пластин круглой формы. По структуре похож на слоёный пирог. При производстве сердечников используют изолированные листы стали с присадками кремния. В этом случае обеспечены увеличение КПД электродвигателя, наименьшие удельные потери в металле на единицу массы, снижение величины размагничивающих вихревых токов Фуко, которые возникают из-за перемагничивания сердечника. На поверхности сердечника есть продольные пазы. Через них прокладывается обмотка.
• Вал – металлический стержень, который непосредственно передаёт вращающий момент. Также изготавливается из электротехнической стали. Служит основой для насаживания сердечника. На концах вала есть резьба, выемки под шестерёнки, подшипники качения, шкивы.
• Коллектор – блок, крепящийся на валу. Представляет собой систему медных пластин. Изолирован от вала. Служит выпрямителем переменного тока, переключателем-автоматом направления тока (в зависимости от вида электродвигателя).

Статор (индуктор)

Статор состоит из станины, сердечника и обмотки:

• Станина статора – корпус статора. Как правило, корпус бывает алюминиевым или чугунным. Алюминиевые станины популярны у электродвигателей легковых авто, чугунные – у спецтехники, которая вынуждена работать в условиях высокой вибрации. Станина служит базой крепления основных и добавочных полюсов.
• Сердечник статора – цилиндр из профилированных стальных листов. Фиксируется винтами внутри станины. Снабжён пазами для обмотки.
• Обмотка. Создаёт магнитный поток. При пересечении проводников ротора наводит в них электродвижущую силу.

Виды

Электродвигатели классифицируют по типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз для запитывания:

• По типу питания привода. Устройства делятся на моторы переменного и постоянного тока. Двигатели постоянного тока способны обеспечить более точную и плавную регулировку оборотов, высокий КПД. Двигатели переменного тока выручают, когда важна высокая перегрузочная способность. Это удачный вариант для подъёмно-транспортных машин. Впрочем, существуют и универсальные моторы, которые функционируют от переменного и постоянного тока.
• По конструкции щеточно-коллекторного узла. Выпускаются бесколлекторные и коллекторные моторы. Бесколлекторный мотор работает за счёт движения ротора с постоянным магнитом. У конструкции нет щеточно-коллекторного узла. Решение обеспечивает достойный крутящий момент, широкий диапазон скоростей и высокий КПД. Важные преимущества бесколлекторного мотора – надёжность, способность к самосинхронизации, возможность подпитываться при переменном напряжении. Ресурс бесколлекторного мотора ограничен исключительно ресурсом подшипников. У коллекторных моторов присутствует щелочно-коллекторный узел. Удобство решения связано с тем, что он может использоваться и в качестве переключателя тока в обмотках, и как извещатель положения ротора, нет необходимости в контролле. Проблема коллекторных моделей – в том, что они зависимы от постоянных магнитов, которые, как известно, со временем, к огромному сожалению, теряют свои свойства.
• По количеству фаз для запитывания. В зависимости от того, как запитывается обмотка, электродвигатели бывают однофазными и трёхфазными. В автомобилестроении широкое распространение получили трёхфазные решения, это связано с рядом технических характеристик (мощность, перегрузочная способность, частота вращения на холостом ходу).

Обратите внимание! Работать трёхфазные моторы могут синхронно и асинхронно, а в качестве ротора используются как короткозамкнутые, так и фазные модели. Самый популярный вариант – трехфазные асинхронные моторы с короткозамкнутым ротором. Они стоят на большинстве современных электрокаров.

Асинхронные и синхронные двигатели

Синхронные моторы – двигатели переменного тока, у которых частота вращения ротора идентична частоте вращения магнитного поля (измерение производится в воздушном зазоре). В автомобилестроении синхронные моторы встретить можно нечасто (хотя в мире техники – это, в целом, очень популярное решение – особенно в климатотехнике, насосных системах).

Но есть производители авто, которые при производстве электрокаров предпочитают устанавливать на свои машины именно синхронные двигатели. Яркий пример – концерн Renault. Синхронными двигателями на электромагнитах он оснастил электрокар Renault Zoe. На электромагниты подаётся постоянный ток. Полярность магнитов ротора стабильна. Полярность магнитов статора при этом изменяется и обеспечивает бесперебойное вращение.

Преимущество синхронных двигателей на электромагнитах у авто – максимальная оптимизация рекуперации энергии торможения. И главный «конёк» авто с таким типом электродвигателя – полная безопасность при буксировке.

Гораздо более популярный вариант – асинхронные двигатели. Это двигатели переменного тока, у которых потенциал напряжения – магнитного поля не совпадает с частотой вращения ротора. Типичным 3-фазным асинхронным двигателем оснащены, например, хорошо известные автомобили Tesla S и Tesla Х.

Иногда асинхронные моторы называют индукционными, так как в роторе в соответствие с законом Ленца у них индуцируется электромагнитная сила.

Двигатель-колесо

Обособленно среди электромоторов стоит двигатель-колесо. Особенность двигателя- колеса – ориентир крутящего момента и силы напряжения на конкретное колесо.

Такие решения можно встретить в плагин-гибридных автомобилях («гибридах» с параллельной схемой, при описании устройства гибридных авто ниже по тексту мы остановимся на них подробнее). Работает двигатель-колесо в паре с ДВС.

У первых плагин-гибридных автомобилей с двигателем-колесом агрегат был монтирован в ступицу колеса, а работа осуществлялась исключительно в паре с внутренним зубчатым редуктором.

Некоторые же современные модели моторов, монтируемые внутри колёс, вполне могут работать без зубчатого редуктора. Это увеличивает управляемость, позволяет избежать увеличения удельного веса шасси, уменьшить риски, повышает КПД.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Преимуществ у электродвигателей существенно больше, нежели недостатков. Более того, за счёт усовершенствования и конструктивных особенностей самих электроприводов, и инфраструктуры, связанной с зарядкой, многие вещи, которые вчера ещё казались критичными, сегодня теряют свою актуальность.

Преимущества

• Не требуется «раскачка». Крутящий момент достигает максимума непосредственно при включении. Именно по этой причине электрический двигатель электромобиля не требует наличия стартеров и сцеплений – неотъемлемых спутников ДВС.
• Удобство. Для включения заднего хода (то есть коррекции со стороны вращения мотора) достаточно поменять полярность, сложная коробка передач не требуется.
• Высокий КПД. У машин с электродвигателями он достигает 95 %.
• Независимость. На любой отметке скорости достигается максимальный показатель крутящего момента.
• У мотора – малый вес. Производители могут себе легко позволить создавать компактные автомобили.
• Есть все возможности для рекуперации энергии торможения. Если у авто с ДВС кинетическая энергия просто уходит в колодки (и стирает их), то у электромобиля в режиме рекуперации мотор может функционировать как генератор. В режиме генерации электроэнергия просто трансформируется в другую форму и быстро накапливается в АКБ. Особенно решение эффективно для транспортных средств с длинным тормозным путем. На объём генерируемой и накопленной энергии существенно влияет маршрут (рельеф, в частности наличие холмистых участков на дороге и уклон дороги).
• Снижение расходов на эксплуатацию машины. Зарядку можно производить от электросети. Это существенно дешевле, нежели использование дизеля, бензина. Выгода очевидна даже по сравнению с бензиновыми авто эконом-класса.
• Малый уровень шума.
• В большинстве случаев для мотора не требуется принудительное охлаждение.
• Экологичность. Использование транспорта с электродвигателем снижает количество выхлопных газов в воздухе.

Недостатки

Долгое время считалось, что самый большой минус использования электродвигателя – его зависимость от аккумуляторов, которые быстро выходят из строя. Теперь это неактуально. Современные батареи электрокаров, представленных в массовом выпуске, гарантируют пробег автомобиля 150-200 тыс. км. Потерял актуальность и тот фактор, что машины с электродвигателем существенно уступают бензиновым по мощности. Электротяга современных электромоторов уже не уступает ДВС.

Поэтому недостатки электродвигателей сейчас правильно свести не к недостаткам конструкции, а к плохо развитой инфраструктуре для того, чтобы подзаряжать электромобили. Если в США, Скандинавии подзарядить электрокар легко, то до недавнего момента даже в Западной и Центральной Европе с инфраструктурой для подзарядки таких машин были проблемы.

В России, Беларуси, Украине, Казахстане, пока, увы, с инфраструктурой ситуация ещё хуже. Хотя, например, в России число заправок для электрокаров с 2018 по 2020 год возросло в 3 раза, но полотно покрытия площадками для зарядки очень неоднородное. В Москве – более плотное, в регионах – слабое. Даже разрыв с такими городами-гигантами как Санкт-Петербург и Челябинск — колоссальный.

Устройство электромобиля

Рассматривая электродвигатель, важно остановиться на устройстве электромобиля в целом, изучение электродвигателя не самого по себе, а как части системы электропривода, где электродвигатель – один из его базовых компонентов, его «сердце». Но «организм», функционирует только тогда, когда в порядке все другие «органы» – части электропривода:

• Аккумуляторная батарея.
• Бортовое зарядное устройство. Его функция – обеспечение возможности заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети.
• Трансмиссия. Распространены трансмиссия с одноступенчатым зубчатым редуктором (чаще всего встречающийся и наиболее простой вариант) и бесступенчатая трансмиссия с гидротрансформатором (для старта с места), плавно изменяющие отношение скоростей вращения и вращающих моментов мотора и ведущих колес транспортного средства во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
• Инвертор. Назначение инвертора – трансформирование высокого напряжения постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока.
• Преобразователь постоянного тока. Функция – зарядка дополнительной батареи, которая используется для системы освещения, кондиционирования, аудиосистемы.
• Электронная система управления (блок управления). Отвечает за управление функциями, связанными с энергосбережением, безопасностью комфортом. В её «подчинении» – оценка заряда АКБ, оптимизация режимов движения, регулирование тяги, контроль за использованной энергией и за напряжением, управлением ускорением и рекуперативным торможением.

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – один из наиболее дорогих компонентов системы. По своей значимости играет такую же роль, как бензобак для ДВС. Электромобиль движется за счёт электричества, полученного от электросети во время зарядки и хранящегося в АКБ.

При этом важно помнить, что у большинства электромобилей устанавливаются одновременно два аккумулятора: один тяговой – он питает именно мотор и стартерный (как и в машинах с ДВС, он помогает системе освещения, системе подогрева). Эти аккумуляторы разные не только по назначению, но и техническим характеристикам.
Тяговый аккумулятор электрического двигателя электромобиля предназначен для питания мотора, запуска двигателя. У него нет высокого пускового тока, но он заточен на длительную работу, выдерживает большое количество циклов заряда-разряда.

Типичная тяговая АКБ – моноблочная секционная конструкция. Тяговая АКБ состоит из толстых электронных пластин – пористых сепараторов и электролитного вещества.
Самые распространенные аккумуляторы – литий-ионные. У них – наиболее высокая энергетическая плотность, не требуется обслуживание, достаточно низкий саморазряд.

Устройство и особенности гибридных систем

Свои особенности – у гибридных систем. В гибридных системах электродвигатель может рассматриваться и как «партнёр» ДВС, и как допэлемент, помогающий добиться экономии топлива и при этом повышения мощности.

Устройство «гибрида» отличается в зависимости от реализованной схемы передачи на колёса крутящего момента.

• Параллельная. Аккумуляторы передают энергию электромотору, бак – топливо для ДВС. Оба агрегата равноправны и способны создать условия для перемещения авто. Но работает такая схема только при наличии коробки передач. Параллельная схема успешно реализована у автомобиля Honda Civic. Нередко гибриды с параллельной схемой выделяют в отдельную группу и называют плагин-гибридными.

• Последовательная. Любое действие начинается с включения ДВС. Он же отвечает за последующие действия: поворот генератора для запуска электромотора, зарядку аккумуляторов.

• Последовательно-параллельная. Через планетарный редуктор соединены ДВС, электродвигатель и генератор. В зависимости от условий движения может использоваться тяга электродвигателя или ДВС. Режим выбирается программно системой управления транспортного средства. Среди хорошо известных последовательно-параллельных «гибридов» – Toyota Prius, Lexus-RX 400h.

Классический гибридный автомобиль использует интегрированный в трансмиссию электрический мотор-генератор.

При этом для получения электрической тяги у гибридных систем задействованы четыре базовых компонента:

• Мотор-генератор. Является обратимой силовой установкой. Может работать в двух режимах: непосредственно тягового мотора и генератора для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи. При работе в режиме мотора возможно создание крутящего момента и мощности, которых хватит для старта и движения автомобиля с выключенным ДВС, при работе устройства в режиме генератора продуцируется высоковольтная электроэнергия.
• Высоковольтные силовые кабели. Изолированные электрические кабели большого сечения. Важны для переноса энергии между компонентами высоковольтных электроцепей.
• Высоковольтные аккумуляторные батареи. Включенные в последовательную цепь аккумуляторные элементы. Позволяют накопить в батарее большой объём электроэнергии.
• Высоковольтный силовой модуль управления для управления потоком электроэнергии для движения транспортного средства на электрической тяге.

Гибридные авто открывают новые эксплуатационные возможности, с одной стороны можно быть максимально экологичным, радоваться комфортной езде и сэкономить на топливе, а с другой стороны, при разряде аккумулятора владелец авто не попадёт впросак, если невозможно подзарядить мотор: в работу вступит ДВС.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

Впрочем, даже последняя проблема активно решаемая. Немецкие и японские разработчики (компании DBM Energy, Lekker Energie, Japan Electric Vehicle Club) сумели доказать миру: потенциал у электродвигателей, аккумуляторов без подзарядки может достигать 500 -1000 тысяч километров пробега. Правда, пока что 1 000 тысяч км пробега без подзарядки возможны только в теории, а 500-600 уже на практике.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Обратите внимание, что на базе LCMS ELECTUDE есть специальный раздел “Электрический привод”, в нём подробно разбираются электродвигатели, виды электропривода, системы зарядки, особенности обслуживания транспорта с электромотором. Кроме комплексных теоретических знаний в обучающих модулях приводятся многочисленные практические примеры.

Ведущий производитель электромоторов для HDD нацелился на тяговые двигатели для электромобилей

На днях японская компания Nidec назвала себя «Теслой» среди производителей двигателей для электромобилей. По словам руководителя Nidec, всё больше и больше компаний нуждаются в совершенных электродвигателях для электрического транспорта. Компания Nidec как никто разбирается в электродвигателях и готовится начать выпускать сравнительно недорогие и качественные электродвигатели.

Пример автомобильного тягового электродвигателя Nidec (изображение компании)

Имя компании Nidec стало широко известно около десяти лет назад, когда очередное наводнение в Таиланде затопило заводы производителей жёстких дисков, а заодно и заводы Nidec, на которых собирались электродвигатели для жёстких дисков. Тогда выяснилось, что свыше 70 % электродвигателей для HDD выпускает именно эта японская компания, что не отменяет того факта, что у неё это очень хорошо получается. Поэтому действительно можно ожидать, что электродвигатели для электромобилей она тоже сможет выпускать на очень высоком уровне качества по адекватной цене.

Важно отметить, что Nidec, вопреки современным тенденциям, не боится инвестировать в Китай. В частности, недавно она открыла в Китае новый центр разработок. Более того, основными потребителями тяговых двигателей Nidec для электромобилей сегодня являются китайские компании. По словам производителя, свыше 10 из её 15 клиентов во всём мире ― это китайцы.

Компания Nidec собирается конкурировать с соперниками не только инновациями и качеством двигателей, но также и ценой. Она обещает в два раза снизить себестоимость производства электродвигателей для электромобилей и уже добилась 30-процентного снижения себестоимости. В конечном итоге Nidec собирается выпускать электродвигатели, которые будут существенно дешевле конкурирующих предложений без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Пандемия коронавируса SARS-CoV-2 сократила спрос на электродвигатели для электромобилей, что затронуло Nidec так же, как и других производителей, но она обещает достойно выйти из кризиса. «Производство автомобилей прекратилось. Но тенденция к электрификации продолжается. Все больше и больше компаний хотят производить электромобили», ― заявил глава компании Шигенобу Нагамори (Shigenobu Nagamori).

«Мы как Tesla в бизнесе электромоторов для автомобилей», ― сказал Нагамори. Отметив, что Tesla недавно обогнала Toyota Motor по капитализации и стала самым дорогим автопроизводителем в мире, он пояснил: «Это потому что инвесторы ожидают перехода на электромобили. Мы должны подготовиться к радикальному сдвигу».

Впрочем, пандемия даже помогла Nidec. Удалённая работа увеличила спрос на ноутбуки и электродвигатели для систем охлаждения мобильных ПК. Также стали востребованы электродвигатели для масок медицинского назначения. Эти направления позволяют Nidec в целом неплохо оценивать выручку в текущем финансовом году, хотя она прогнозируется на пару процентов меньше, чем в прошлом.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Оборудование для электромобиля

Описание

 

Комплект силового электропривода (СЭ) электромобиля состоит из тягового электродвигателя, управляющего его работой тягового преобразователя, бортового зарядного устройства, выполняющего также роль вспомогательного инвертора, DC/DC преобразователя для питания бортовой сети.

Состав оборудования

​

Тяговый преобразователь ТП80-200

​

Параметры тягового преобразователя:

​

      —   Тип……………………………………………….Трехфазный двухуровневый инвертер напряжения на IGBT транзисторах

      —   Номинальная мощность…………………………………………………………………………………………30 кВт

      —   Максимальная мощность*………………………………………………………………………………………80 кВт

      —   Номинальное напряжение питания (от АКБ)……………………………………………………………192 В

      —   Ток максимальный…………………………………………………………………………………………………..365 А

      —   Климатическое исполнение……………………………………………. ……………………………………..“У”, категория 2

      —   Температура эксплуатации………………………………………………………………………………………от минус 40 до плюс 40 °С

      —   Номинальная частота вых. напряжения……………………………………………………………………50 Гц

      —   Максимальная частота вых. напряжения…………………………………………………………………166 Гц

      —   Масса………………………………………………………………………………………………………………………15 кг

      —   Габариты………………………………………………………………………………………………………………….413x262x207

      —   Исполнение……………………………………………………………………………………………………………. IP54

      —   Способ охлаждения………………………………………………………………………………………………. Жидкостное

      —   Расход охлаждающей жидкости……………………………………………………………………………… не более 11 л/мин

      —   Падение давления охлаждающей жидкости………………………………………………………………0,2 бар

      —   Способ управления АД…………………………………………………………………………………………… Векторное управление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​

Тяговый электродвигатель AFMT 30/80.

 

Параметры тягового двигателя:

​

      —   Тип двигателя………………………………………………………………… Асинхронный с короткозамкнутым ротором

      —   Номинальная мощность…………………………………………………..30 кВт

      —   Максимальная мощность *……………………………………………….80

      —   Входное напряжение……………………………………………………….3 фазы 140 В

      —   Номинальный момент………………………………………………………288 Нм

      —   Максимальный момент…………………………………………………….600 Нм

      —   Номинальная скорость…………………………………………………….1000 Об/мин

      —   Максимальная скорость……………………………………………………5000 Об/мин

      —   Система охлаждения………………………………………………………..Жидкостная

      —   Расход охлаждающей жидкости…………………………………………не более 15 л/мин

      —   Падение давления охлаждающей жидкости……………………….0,2 бар

      —   Масса………………………………………………………………………………214 кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​

Бортовое зарядное устройство+вспомогательный инвертор ПЗ 16/200.

 

      Зарядное устройство ПЗ 16/200 (в дальнейшем «изделие») обеспечивает заряд тяговой батареи от сети 220/380 В, формирование сети 220/380 В для питания потребителей через Подкузовную розетку ПЗ 16/200, а также обеспечивает питанием вспомогательный привод насосов гидроусилителя руля и вакуумных тормозов при передвижении транспортного средства.

 

Параметры бортового зарядного устройства:

​

      —   Тип зарядного устройства…………………………………………….на IGBT транзисторах без гальванической развязки от сети

      —   Номинальное напряжение питания…………………………………………………………………~3ф, 380 В/~1ф, 220 В

      —   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~3ф, 380В…………………….12 кВт

      —   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~1ф, 220В……………………..3,5 кВт

      —   Выходное напряжение питания батареи………………………………………………………….=160-240 В

      —   Выходной ток заряда батареи …………………………………………………………………………40 А

      —   Выходное напряжение для питания DC/DC………………………………………………………400-600 В

      —   Выходной ток питания DC/DC………………………………………………………………………….3 А

      —   Способ охлаждения………………………………………………………………………………………..Жидкостное

      —   Расход охлаждающей жидкости……………………………………………………………………….не более 3 л/мин

      —   Падение давления охлаждающей жидкости……………………………………………………..0,2 бар

 

Зарядное устройство (ЗУ) во время движения обеспечивает питанием вспомогательный электродвигатель со следующими параметрами:

​

      —   Номинальная мощность………………………………………………………………………………….2,4 кВт

      —   Номинальное напряжение питания………………………………………………………………….=160-240 В

      —   Выходное напряжение…………………………………………………………………………………….~3 ф,  220/380 В

 

Зарядное устройство во время стоянки обеспечивает питанием от АКБ потребителей со следующими параметрами

(при отсутствии заряда АКБ):

​

      —   Номинальное выходное напряжение………………………………………………………………..~3 ф, 380 В/~1ф, 220 В

      —   Номинальная выходная мощность ~3ф, 380В…………………………………………………..10 кВт

      —   Номинальная выходная мощность ~1ф, 220В……………………………………………………3 кВт

      —   Перегрузочная способность……………………………………………………………………………..120 % в течении одной минуты

      —   Режим работы нейтрали…………………………………………………………………………………..IT (изолированный)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​

​

     

 

DC/DC преобразователь ППН 1.0/200/12

 

     DC/DC ППН 1.0/200/12 обеспечивает питанием потребители 12 В, а так же обеспечивает заряд аккумулятора автомобиля.

    Электропитание изделия осуществляется от питающей распределительной сети постоянным напряжением 600 В, а так же постоянным напряжением 12 В от свинцово-кислотного аккумулятора для питания внутренних цепей.

 

       Параметры DC/DC преобразователя:

​

      —   Тип зарядного устройства………………….с гальванической развязкой от тяговой батареи и ЗУ    

      —   Входное напряжение……………………………………………………….=500-600 В

      —   Выходное напряжение…………………………………………………….14 В

      —   Мощность……………………………………………………………………….1 кВт

      —   Способ охлаждения…………………………………………………………Жидкостное

      —   Степень защит………………………………………………………………..IP54

      —   Рабочий диапазон температур эксплуатации…………………….от минус 40 до +50 ˚С

      —   Относительная влажность воздуха……………………………………95 %

      —   Габаритные размеры……………………………………………………….500×217×135 мм

      —    Вес………………………………………………………………………………..8 кг

Цифровые сигнальные процессоры Analog Devices воспроизводят звук двигателей снаружи и внутри электромобилей и гибридных авто

Analog Devices, Inc. (ADI) представила встраиваемую систему, предназначенную для генерации звука двигателя для электромобилей и гибридных автомобилей. Цифровой сигнальный процессор ADSP-BF706 и встроенное программное обеспечение Electric Vehicle Warning Sound System (EVWSS) позволяют производителям автомобилей в Северной Америке и других регионах мира соблюдать планируемые к утверждению в будущем правила безопасности, которые обязывают электромобили и гибридные авто генерировать звук при езде на малой скорости.

• Посетите страницу продуктов EVWSS, загрузите техническую документацию, закажите образцы и отладочные платы: www.analog.com/ru/evwss
• Загрузите встроенное программное обеспечение EVWSS, отправив запрос на http://www.analog.com/srf. Пожалуйста, укажите EVWSS.2.0.0 в поле дополнительных комментариев, которое имеется в форме запроса данного программного обеспечения.

Решение ADI включает в себя полностью законченный аппаратный и программный эталонный проект. Его можно масштабировать как до высокопроизводительных приложений с использованием ADSP-BF706, так и до приложений начального уровня на основе цифрового аудиопроцессора ADAU1450. ADSP-BF706 также может использоваться для создания звука двигателя в салоне автомобиля, чтобы повысить удобство вождения для владельцев транспортных средств. ADSP-BF706 использует четырехканальную память с интерфейсом Quad SPI, обеспечивающую быстрый и простой доступ к хранящимся аудиофайлам, применяемым для создания звука двигателя. При этом может быть организован одновременный доступ к 24 файлам формата WAV, что значительно лучше по сравнению со стандартными продуктами, которые обычно могут организовать доступ только к пяти файлам.

Интегрированная среда разработки (IDE) Sigma Studio от ADI позволяет OEM-производителям с помощью графического интерфейса изменять параметры звука при использовании ADAU1450. Это позволяет инженерам звуковоспроизводящего оборудования с минимальным опытом программирования оптимизировать характеристики звука и сократить время разработки. Новая версия Sigma Studio, поддерживающая ADSP-BF706, будет выпущена в этом году. Помимо этого для ADSP-BF706 будет доступен недорогой программный стек интерфейса CAN, что поможет заказчикам ускорить разработку прототипов автомобильного оборудования.

Характеристики и особенности ADSP-BF706

• Ядро Blackfin+ с рабочей частотой до 400 МГц
  • Две 16-битных или одна 32-битная операции умножения с накоплением (MAC) за один машинный цикл
  • 16-битная комплексная операция MAC и многие другие усовершенствования набора инструкций
  • Набор команд, совместимый с процессорами Blackfin предыдущего поколения
• Внутренняя память
  • 136 кбайт СОЗУ (SRAM) первого уровня (L1) с битами чётности (64 кбайт памяти инструкций, 64 кбайт памяти данных, 8 кбайт кеш-память)
  • 1 Мбайт СОЗУ второго уровня (L2) с кодом коррекции ошибок (ECC)
  • 512 кбайт ПЗУ второго уровня
• Основные периферийные модули

Цена и доступность компонентов

 

Компонент	Серийное производство	Цена за штуку при заказе от 1000 штук	Корпус
ADSP-BF706	В производстве	$8.38	88-выводной LFCSP
ADAU1450	В производстве	$4.22	72-выводной LFCSP

Сравнение характеристик электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания — РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ТРАНСПОРТА

Интерес к электромобилям в последние годы превращается в стойкую тенденцию не только на фоне бурного развития технологий, но и благодаря заверениям автомобилестроительных корпораций в высокой степени экологичности такого транспорта. Как заверяют современные производители электромобилей, главным преимуществом является высокая экологичность, поскольку отсутствуют выхлопы, не используются нефтепродукты, антифризы, масла — как моторные, так и трансмиссионные. Несомненно, с таким доводом можно согласиться, однако многие эксперты призывают быть рациональными в данном вопросе и учитывать все факторы, влияющие на экологию на всем жизненном цикле электромобиля.

Александр Павлов, заведующий кафедрой «Двигатели внутреннего сгорания» Ярославского государственного технического университета, кандидат технических наук, рассказывает, почему электротранспорт не исключает загрязнение атмосферы: «Многие из средств массовой информации слышали — жизнь легкового и грузового автомобиля с ДВС фактически прекращается. Анонсируется, что к 2030 году в странах ЕС продажи автомобилей с ДВС будут запрещены. Активно продвигается тема электромобилей. Однако в данной теме не все так просто и век двигателя внутреннего сгорания далеко еще не исчерпан.

Чтобы разобраться в этом вопросе, следует обратиться к схеме распределения энергии от двигателя до колес обычного легкового автомобиля. Схема легкового автомобиля с механической трансмиссией состоит из источника энергии, которым является ДВС, сцепления, коробки переменных передач, главной передачи и колес. У электромобиля источник энергии — аккумуляторная батарея, система БМС — менеджер батареи, который управляет зарядкой и разрядкой, контроллер, который управляет электродвигателем, сам электродвигатель, главная передача и колеса. КПД фрикционной передачи сцепления порядка 0,95, КПД коробки передач порядка 0,92, КПД главной передачи также — 0,9 . Перемножив эти значения, КПД передачи от двигателя к колесам составит порядка 0,76. Если перемножить все КПД устройств преобразования энергии электромобиля, мы получим всего порядка 0,56 КПД передачи энергии в электромобиле.

Говоря про экологический аспект, внедрением электромобиля нагрузка по выбросам просто перераспределяется: она уходит с дороги и концентрируется близ электростанций. Тем не менее, экологический ущерб будет осуществляться, в том числе при производстве и утилизации батарей. Для производства литий-ионных батарей требуется добыча редко-земельных металлов, требуется затратить энергию на их обработку. Экологический ущерб при производстве аккумуляторных батарей также необходимо учитывать, хотя многие популяризаторы электромобилей об этом умалчивают. Срок службы батареи при активном ее использовании составляет 7 лет, а далее ее необходимо утилизировать. Страны запада надеются продавать уже почти отработанные батареи в менее развитые страны, чьей головной болью и станет их утилизация. Необходимо относиться критически к таким нововведениям. В 2018 году в Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте НАМИ под руководством Владимира Федоровича Кутенева, профессора, выпускника кафедры двигателей внутреннего сгорания Ярославского технологического института, была выполнена научная работа, в которой доказывается, что износ покрышек, асфальтобетонного покрытия и износ тормозных механизмов по выбросам твердых частиц равносилен выбросам твердых частиц дизельным двигателем. Поэтому, про полную экологичность электромобилей следует забыть и относиться к этому критически, воспринимая информацию к сведению».

Несмотря на уверенные заверения ряда исследователей о существовании проблем для окружающей среды, связанных с использованием электромобилей, споры в научной сфере относительно последствий производства и работы электротранспорта не прекращаются. Против внедрения автомобилей на электрической тяге в целом пока не выступают ни учёное сообщество, ни власти государств. В силу дороговизны и несовершенства технических характеристик электромобилей единственным их преимуществом перед автомобилями с двигателем внутреннего сгорания является отсутствие загрязняющих выхлопов. Очевидно, что если явных экологических преимуществ электромоторов перед двигателями внутреннего сгорания не окажется, то они не смогут остаться долго на пике тренда и утратят шанс вытеснить бензиновые двигатели. 

Читайте далее:

какие они бывают (electric motor)

В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?
Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».

Двигатель постоянного тока (ДПТ)

С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи.
Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810 кВт и напряжением 1500 В. 

Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5 МВт). В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотного регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент.
Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ.

Универсальный коллекторный двигатель

Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся.
Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции является подвидом ДПТ, но… прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.
Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «прямым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.

Асинхронный электродвигатель

Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхронный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности – где присутствует трехфазная сеть. Если кратко, то его статор – это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся магнитное поле. Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент.
Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока «прямым пуском» – его можно включить коммутатором «на сеть», в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев.
Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.
Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление. Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.

Синхронный электродвигатель

Синхронных приводов бывает несколько подвидов – с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с трапецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же можно отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций – синхронные машины), а также в качестве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности. Все эти машины выполнялись с контактными кольцами, о возбуждении от постоянных магнитов при таких мощностях речи, конечно же, не идет. При этом у синхронного двигателя, в отличие от асинхронного, большие проблемы с пуском. Если включить мощную синхронную машину напрямую на трехфазную сеть, то всё будет плохо. Так как машина синхронная, она должна вращаться строго с частотой сети. Но за время 1/50 секунды ротор, конечно же, разогнаться с нуля до частоты сети не успеет, а поэтому он будет просто дергаться туда-сюда, так как момент получится знакопеременный. Это называется «синхронный двигатель не вошел в синхронизм». Поэтому в реальных синхронных машинах применяют асинхронный пуск – делают внутри синхронной машины небольшую асинхронную пусковую обмотку и закорачивают обмотку возбуждения, имитируя «беличью клетку» асинхронника, чтобы разогнать машину до частоты, примерно равной частоте вращения поля, а уже после этого включается возбуждение постоянным током и машина втягивается в синхронизм. И если у асинхронного двигателя регулировать частоту ротора без изменения частоты поля хоть как-то можно, то у синхронного двигателя нельзя никак. Он или крутится с частой поля, или выпадает из синхронизма и с отвратительными переходными процессами останавливается. Кроме того, у синхронного двигателя без магнитов есть контактные кольца – скользящий контакт, чтобы передавать энергию на обмотку возбуждения в роторе. С точки зрения сложности, это, конечно, не коллектор ДПТ, но всё равно лучше бы было без скользящего контакта. Именно поэтому в промышленности для нерегулируемой нагрузки применяют в основном менее капризные асинхронные привода.
Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и микроконтроллеров. Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: организовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + инвертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного тока: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому начиная где-то с 2000 года начался «бум» синхронных двигателей с постоянными магнитами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные машины как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня синхронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это – благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект преобразователь+двигатель? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам электродвигателей.

Вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением (ВИД СВ, SRM)

У него много названий. Обычно его коротко называют вентильно-индукторный двигатель (ВИД) или вентильно-индукторная машина (ВИМ) или привод (ВИП). В английской терминологии это switched reluctance drive (SRD) или motor (SRM), что переводится как машина с переключаемым магнитным сопротивлением. Но чуть ниже будет рассматриваться другой подвид этого двигателя, отличающийся по принципу действия. Чтобы не путать их друг с другом, «обычный» ВИД, который рассмотрен в этом разделе, мы называем «вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением» или коротко ВИД СВ, что подчеркивает принцип возбуждения и отличает его от машины, рассмотренной далее. Но другие исследователи его также называют ВИД с самоподмагничиванием, иногда реактивный ВИД (что отражает суть образования вращающего момента).Конструктивно это самый простой двигатель и по принципу действия похож на некоторые шаговые двигатели. Ротор – зубчатая железка. Статор – тоже зубчатый, но с другим числом зубцов. Проще всего принцип работы поясняет вот эта анимация:
Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке (токоограничение 600А):

Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока, напрямую «на сеть» его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. Причем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на фото в начале этого раздела. Проблема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преобразователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода – так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобразователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействованной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD.
Следующая проблема – это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным – чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транспорта – кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от таких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники двигателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз.
Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в качестве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода – отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом – трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным преобразователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются «вверх» от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот.

Вентильно-индукторный двигатель с независимым возбуждением (ВИД НВ)

Это совсем другой тип двигателя, отличающийся по принципу действия от обычного ВИД. Исторически известны и широко используются вентильно-индукторные генераторы такого типа, применяемые на самолетах, кораблях, железнодорожном транспорте, а вот именно двигателями такого типа почему-то занимаются мало.
На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (момент равен нулю).
Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установлена обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного провода). Несмотря на то, что обмотка висит «посередине» между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтованного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная трехфазная – как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя существуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора.
Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина – в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность зависит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного током обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагниту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита).
С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как «черный ящик», то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента – всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде дешевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, например, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления:

Кроме того, ВИД НВ можно создавать многофазным и многосекционным, аналогично тому, как это делается в ВИД СВ. При этом фазы оказываются несвязанными друг с другом магнитными потоками и могут работать независимо. Т.е. получается как будто бы несколько трехфазных машин в одной, к каждой из которых присоединяется свой независимый инвертор с векторным управлением, а результирующая мощность просто суммируется. Координации между преобразователями при этом не требуется никакой – только общее задание частоты вращения.
Минусы этого двигателя тоже есть: напрямую от сети он крутиться не может, так как, в отличие от классических синхронных машин, ВИД НВ не имеет асинхронной пусковой обмотки на роторе. Кроме того, он сложнее по конструкции, чем обычный ВИД СВ (SRD).

Заключение: какой же электродвигатель самый лучший?

К сожалению, двумя словами здесь не обойтись. И общими выводами про то, что у каждого двигателя свои достоинства и недостатки – тоже. Потому что не рассмотрены самые главные качества – массогабаритные показатели каждого и типов машин, цена, а также их механические характеристики и перегрузочная способность. Оставим нерегулируемый асинхронный привод крутить свои насосы напрямую от сети, тут ему конкурентов нет. Оставим коллекторные машины крутить дрели и пылесосы, тут с ними в простоте регулирования тоже потягаться сложно.
Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого – длительный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причине ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре – синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе насоса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является капризным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариантами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих типов.
Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но – асинхронный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощность – это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секционируемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразователь должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500В и ток 3 килоампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь – это совсем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Такой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптические каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое… В общем, сложно всё у мощного асинхронного привода. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может «отсрочить» переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до единиц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспечивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для конкретной задачи наиболее оптимальный привод.Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о малогабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габаритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с постоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конкуренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой другой «безмагнитный» привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблуждение, которое я сейчас постараюсь развеять.
Если синхронная машина в три раза меньше и легче – это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока постоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной частоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора – момент возрастет пропорционально. Но более эффективно было бы повысить и поток возбуждения – тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхронных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины – магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке – в номинальной. С номинальной частотой вращения и номинальным моментом. Выше и ниже – всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным):

На рисунке по горизонтальной оси отложен момент двигателя, по вертикальной – частота вращения. Звездочкой отмечена точка номинального режима, например, пусть это будет 60 кВт. Заштрихованный прямоугольник – это диапазон, где возможно регулирование синхронной машины без проблем – т.е. «вниз» по моменту и «вниз» по частоте от номинала. Красной линией отмечено, что можно выжать из синхронной машины сверх номинала – небольшое повышение частоты вращения за счет так называемого ослабления поля (на самом деле это создание лишнего реактивного тока по оси d двигателя в векторном управлении), а также показана некоторая возможная форсировка по моменту, чтобы было безопасно для магнитов. Всё. А теперь давайте поставим эту машину в легковое транспортное средство без коробки передач, где батарея рассчитана на отдачу 60 кВт. Желаемая тяговая характеристика изображена синим. Т.е. начиная с самой низкой скорости, скажем, с 10 км/ч привод должен развивать свои 60 кВт и продолжать их развивать вплоть до максимальной скорости, скажем 150 км/ч. Синхронная машина и близко не лежала: её момента не хватит даже чтобы заехать на бордюр у подъезда (или на поребрик у парадной, для полит. корректности), а разогнаться машина сможет лишь до 50-60 км/ч.
Что же это значит? Синхронная машина не подходит для электротяги без коробки передач? Подходит, конечно же, просто надо по-другому её выбрать. Вот так:
Надо выбрать такую синхронную машину, чтобы требуемый тяговый диапазон регулирования был весь внутри её механической характеристики. Т.е. чтобы машина одновременно могла развить и большой момент, и работать на большой частоте вращения. Как вы видите из рисунка… установленная мощность такой машины будет уже не 60 кВт, а 540 кВт (можно посчитать по делениям). Т.е. в электромобиль с батареей на 60 кВт придется установить синхронную машину и инвертор на 540 кВт, просто чтобы «пройти» по требуемому моменту и частоте вращения.
Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540 кВт вместо 60 кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь «размазать» её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпорированными), это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций синхронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и красивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как «что делать, если в режиме ослабления поля инвертор отключился». ЭДС машины может «накачать» звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, если инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами короткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электронику — нужны схемы защиты и т.п.
Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на 30 км/ч (или сколько там у него?). А еще синхронная машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два – больше особо нет смысла, так как воздушный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина – это то, что нужно. И как раз она туда, собственно, успешно ставится.
Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реализуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмотки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлением возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить?
К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться двигатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его естественная механическая характеристика – это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбуждения в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе – это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема – это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выделяется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показателей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращающегося ротора тепло отвести значительно сложнее – путь отвода тепла через «теплопроводность» отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным «термосом» — единожды перегрузив его (сделав динамичный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить… приходится только предсказывать по модели.
Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они решили… заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это). А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля… они не решали. Они поставили двигатель с тяговой характеристикой, почти как у меня нарисована для «избыточного» синхронного двигателя на рисунке выше, только у них не 540 кВт, а 300 кВт. Зона ослабления поля в Тесле очень маленькая, где-то два крата. Т.е. они поставили «избыточный» для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя обратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее «производительный» седан, мощностью 100 кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300 кВт), просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи.
А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу – это по своему принципу работы нелинейный двигатель, и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно меняться. Но в целом он скорее всего лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот про ВИД НВ я могу сказать подробнее. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, которая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее приближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристику за счет регулирования возбуждения.
Так что же? ВИД НВ – идеальная машина для тяги без единой проблемы? На самом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая «висит» между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло – получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, «кинуть» трубку охлаждения со статора. Вторая проблема – это завышенные массогабаритные показатели. Глядя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно – «работают» только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо «работает». Сложность сборки – засунуть обмотку возбуждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, соответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные характеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга.
А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор – пароходное колесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочастотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора.
Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый лучший?
Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи такова – если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электропривода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой механической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, такой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характеристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать долго – это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувствуют синхронные машины с магнитами – там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги – потери при движении выбегом, когда водитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти номинальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее…
Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.

Как работают гибридные электромобили?

Гибридные электромобили приводятся в движение двигателем внутреннего сгорания и электродвигателем, который использует энергию, запасенную в батареях. Гибридный электромобиль нельзя подключить для зарядки аккумулятора. Вместо этого аккумулятор заряжается за счет рекуперативного торможения и от двигателя внутреннего сгорания. Дополнительная мощность, обеспечиваемая электродвигателем, потенциально может позволить использовать двигатель меньшего размера. Аккумулятор также может питать вспомогательные нагрузки и снижать холостой ход двигателя при остановке.Вместе эти особенности приводят к лучшей экономии топлива без ущерба для производительности. Узнайте больше о гибридных электромобилях.

Изображение в высоком разрешении

Ключевые компоненты гибридного электромобиля

Аккумулятор (вспомогательный): В транспортном средстве с электрическим приводом вспомогательная аккумуляторная батарея обеспечивает электричеством для запуска автомобиля до включения тягового аккумулятора, а также обеспечивает питание аксессуаров транспортного средства.

Преобразователь постоянного тока в постоянный: Это устройство преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока низкого напряжения, необходимую для работы аксессуаров автомобиля и зарядки вспомогательной батареи.

Электрический генератор: Вырабатывает электричество от вращающихся колес во время торможения, передавая эту энергию обратно в блок тяговых аккумуляторов. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

Тяговый электродвигатель: Используя питание от тягового аккумулятора, этот электродвигатель приводит в движение колеса транспортного средства. В некоторых автомобилях используются мотор-генераторы, которые выполняют как приводную, так и регенеративную функции.

Выхлопная система: Выхлопная система направляет выхлопные газы из двигателя через выхлопную трубу. Трехкомпонентный катализатор предназначен для уменьшения выбросов выхлопной системы при выходе из двигателя.

Заливная горловина: Форсунка топливораздаточной колонки присоединяется к резервуару на транспортном средстве для заправки топливного бака.

Топливный бак (бензин): В этом баке хранится бензин на борту транспортного средства до тех пор, пока он не понадобится двигателю.

Двигатель внутреннего сгорания (с искровым зажиганием): В этой конфигурации топливо впрыскивается либо во впускной коллектор, либо в камеру сгорания, где оно смешивается с воздухом, а топливно-воздушная смесь воспламеняется искрой от свечи зажигания. .

Контроллер силовой электроники: Этот блок управляет потоком электроэнергии, подаваемой тяговой батареей, регулируя скорость электрического тягового двигателя и создаваемый им крутящий момент.

Тепловая система (охлаждение): Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

Тяговый аккумулятор: Накапливает электроэнергию для использования тяговым электродвигателем.

Трансмиссия: Трансмиссия передает механическую мощность от двигателя и / или электрического тягового двигателя для привода колес.

Как работают электромобили? | Объяснение электрических двигателей

Если вы хотите понять, как работают электромобили, или электромобили, и в чем разница между гибридными и чисто электрическими автомобилями, то читайте дальше.

Как работает электродвигатель?

Электромобили работают, подключаясь к зарядной точке и получая электроэнергию из сети. Они хранят электричество в аккумуляторных батареях, которые приводят в действие электродвигатель, который вращает колеса.Электромобили ускоряются быстрее, чем автомобили с традиционными топливными двигателями, поэтому им легче управлять.

Как работает зарядка?

Вы можете зарядить электромобиль, подключив его к общественной зарядной станции или к домашнему зарядному устройству. В Великобритании есть множество зарядных станций, чтобы оставаться полностью заряженными, пока вы в пути. Но чтобы получить лучшую сделку для домашней зарядки, важно выбрать правильный тариф на электроэнергию для электромобилей, чтобы вы могли тратить меньше денег на зарядку и больше экономить на своих счетах.

Каков их ассортимент?

Как далеко вы можете проехать с полной зарядкой, зависит от автомобиля. У каждой модели разный диапазон, размер батареи и эффективность. Идеальный электромобиль для вас — это тот, который вы можете использовать в обычных поездках, не останавливаясь и не заряжаясь на полпути. Изучите наши варианты лизинга электромобилей.

Какие типы электромобилей существуют?

Есть несколько различных типов электромобилей (EV).Некоторые работают исключительно на электричестве, это называется чистыми электромобилями. А некоторые могут работать на бензине или дизельном топливе, это называется гибридными электромобилями.

• Электрический подключаемый модуль — это означает, что автомобиль работает исключительно на электричестве и получает всю свою мощность, когда он подключен к сети для зарядки. Им не нужен бензин или дизельное топливо для работы, поэтому они не производят никаких выбросов, как традиционные автомобили.
• Подключаемый гибрид — Они в основном работают на электричестве, но также имеют традиционный топливный двигатель, поэтому вы также можете использовать бензин или дизельное топливо.Если у вас закончится заряд, автомобиль перейдет на использование топлива. Когда они работают на топливе, эти автомобили будут производить выбросы, но когда они работают на электричестве, они не будут. Подключаемые гибриды могут быть подключены к источнику электричества для подзарядки их батареи.
• Гибридно-электрические — Они работают в основном на топливе, таком как бензин или дизельное топливо, но также имеют электрическую батарею, которая заряжается за счет рекуперативного торможения. Они позволяют переключаться между использованием топливного двигателя и режимом «EV» одним нажатием кнопки.Эти автомобили нельзя подключить к источнику электричества, и они используют бензин или дизельное топливо для получения энергии.

Какие внутренние части у электромобиля?

У электромобилей

на 90% меньше движущихся частей, чем у автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. Вот разбивка частей, которые обеспечивают движение электромобиля:

• Электрический двигатель / мотор — Обеспечивает вращение колес. Это может быть тип DC / AC, однако чаще встречаются двигатели переменного тока.
• Инвертор — Преобразует электрический ток в форме постоянного тока (DC) в переменный ток (AC).
• Трансмиссия — электромобили имеют односкоростную трансмиссию, которая передает мощность от двигателя на колеса.
• Батареи — Накопите электроэнергию, необходимую для работы электромобиля. Чем выше мощность батареи, тем выше диапазон.
• Зарядка — Подключите к розетке или зарядному устройству электромобиля для зарядки аккумулятора.

Аккумуляторы для электромобилей — объяснение емкости и кВтч

Киловатт (кВт) — это единица мощности (сколько энергии требуется устройству для работы). Киловатт-час (кВтч) — это единица измерения энергии (показывает, сколько энергии было использовано), т.е.грамм. 100-ваттная лампочка потребляет 0,1 киловатта каждый час. В среднем дом потребляет 3 100 кВтч энергии в год. Электромобиль потребляет в среднем 2000 кВтч энергии в год.

При обкатке традиционного автомобиля кинетическая энергия обычно расходуется напрасно. Однако в электромобиле торможение преобразует и накапливает тепловую энергию от теплового трения тормозных колодок и шин и повторно использует ее для питания автомобиля. Это называется рекуперативным торможением, и это очень умно!

Зарядка электромобиля

Как заряжать электромобиль?

Электромобиль можно зарядить, подключив его к розетке или подключив к зарядному устройству.В Великобритании есть множество зарядных станций, чтобы оставаться полностью заряженными, пока вы в пути. Есть три типа зарядных устройств:

• Трехконтактный штекер — стандартный трехконтактный штекер, который можно подключить к любой розетке на 13 ампер.
• Socketed — точка зарядки, к которой можно подключить кабель типа 1 или типа 2.
• На привязи — точка зарядки с кабелем, подключенным к разъему типа 1 или типа 2.

Сколько времени занимает зарядка электромобиля?

Существует также три скорости зарядки электромобилей:

• Медленная — обычно до 3 кВт.Часто используется для зарядки ночью или на рабочем месте. Время зарядки: 8-10 часов.
• Fast — обычно мощностью 7 кВт или 22 кВт. Обычно устанавливаются на автостоянках, в супермаркетах, развлекательных центрах и в домах с парковкой во дворе. Время зарядки: 3-4 часа.
• Rapid — обычно от 43 кВт. Совместим только с электромобилями с возможностью быстрой зарядки. Время зарядки: 30-60 минут.

Зарядка в разные сезоны

Погода влияет на то, сколько энергии потребляет ваш электромобиль.У вас есть больший диапазон летом и меньший диапазон зимой.

Зарядка в пути

Не забудьте загрузить приложение Zap-Map, чтобы найти ближайшую зарядную станцию, когда вы в пути.

Как далеко вы можете путешествовать на одной полной зарядке?

Диапазон электромобилей зависит от емкости аккумулятора (кВтч). Чем выше мощность аккумулятора электромобиля, больше мощности, тем дальше вы путешествуете. Вот примеры того, как далеко уйдет заряд некоторых электромобилей:

• Volkswagen e-Golf — дальность действия: 125 миль — эквивалент поездки из Бристоля в национальный парк Сноудония.
• Hyundai Kona Electric — дальность полета: 250 миль — эквивалентно поездке из Лондона в Озерный край.
• Jaguar I-Pace — дальность действия: 220 миль — эквивалентно поездке из Эдинбурга в Бирмингем

Узнайте, у каких автомобилей самый большой запас хода.

Здесь начинается новая эра путешествий. Вы готовы?

S ee наши предложения по лизингу электромобилей.

Выходная мощность двигателя электромобиля

Что означает выходная мощность двигателя автомобиля?

В физике выходная мощность относится к количеству энергии, доставленной в течение заданного периода времени.Применительно к автомобильной промышленности это означает количество механической энергии, производимой двигателем, опять же в течение заданного периода времени. Это влияет на ускорение, тяговое усилие автомобиля (вес, который он может перемещать) и его способность подниматься в гору.

Будь то двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель, выходная мощность механической энергии определяется произведением скорости вращения (измеряется в оборотах в минуту) и крутящего момента. Выраженный в Ньютон-метрах (Нм) крутящий момент описывает тяговую мощность двигателя.

Это объясняет тот факт, что два двигателя с одинаковой выходной мощностью могут вести себя по-разному и ощущаться водителем по-разному. Спортивный автомобиль демонстрирует характеристики, которые не могут сравниться с характеристиками большого грузовика, даже если они оба одинаково мощны с точки зрения мощности двигателя!

Как рассчитывается выходная мощность двигателя электромобиля ?

Производители не могут просто заявить мощность двигателя: она измеряется в процессе тестирования, что иллюстрируется изменениями крутящего момента в зависимости от скорости вращения.Значение, используемое производителями автомобилей, обычно относится к максимальной измеренной выходной мощности. Выражается в ваттах (Вт) и, в более общем смысле, в киловаттах (кВт).

Как найти выходную мощность двигателя электромобиля

Когда говорят об электрической системе, такой как в электромобиле, механическая мощность, выражаемая в ваттах (Вт), киловаттах (кВт) или лошадиных силах (PS), вычисляется путем умножения скорости (об / мин) на крутящий момент, вращательное эквивалент линейной силы, измеряемой в фунт-футах (фунт-фут) или ньютон-метрах (Нм).Но прежде чем приступить к каким-либо долгим вычислениям, быстрый поиск в Интернете приведет к появлению ряда веб-сайтов, на которых вы просто вводите скорость и крутящий момент вашего электромобиля, чтобы рассчитать его выходную мощность в киловаттах. Или вы можете посмотреть руководство по эксплуатации вашего автомобиля.

Как киловатты (кВт) соотносятся с лошадиными силами (PS)?

«Лошадиная сила» исторически относится к выходной мощности автомобильного двигателя и восходит к концу девятнадцатого века. Это способ выразить выходную мощность более буквально, приравняв ее к рабочей нагрузке, которую люди могут понять.Таким образом, мощность в лошадиных силах, иногда обозначаемая аббревиатурой PS (немецкое «Pferdestärke»), означает мощность, производимую лошадью, чтобы поднять 75-килограммовый груз на один метр на высоту за одну секунду. По метрической системе это примерно 736 Вт.

.

Таким образом, мощность двигателя электромобиля может быть взаимозаменяемо выражена в кВт или л.с. Например, двигатель R135 в ZOE выдает мощность двигателя 100 кВт или 135 л.с. — отсюда и название! Его крутящий момент теперь улучшен до 245 Нм по сравнению с 225 Нм у двигателя ZOE R110, выпущенного в 2018 году, чтобы сделать электромобиль более динамичным в ситуациях, когда требуется ускорение, например, при проезде или выезде на шоссе.

Какие факторы определяют выходную мощность электромобиля?

Роль двигателя — создавать механическую энергию из другой формы энергии. Таким образом, его выходная мощность определяется максимальной способностью преобразования энергии. В случае электромобиля его выходная мощность зависит от размера двигателя (его объема) и мощности входящего тока.

Что такое «полезная» энергия, выделяемая электродвигателем?

Выходная мощность также является результатом урожайности, т.е.е. соотношение количества поступающей поставляемой электроэнергии к исходящей доставленной механической энергии.

Не вся энергия, вырабатываемая электросетью или зарядной станцией, в конечном итоге используется для питания двигателя. Его можно потерять из-за тепла или трения по пути. Другими словами, механическая энергия, фактически используемая двигателем, является «полезной» энергией. Разделив фактическую выходную мощность электродвигателя на идеальную выходную мощность (равную начальной потребляемой мощности), вы получите механический КПД двигателя.

Итак, для электромобиля расчет «полезной» энергии можно найти, разделив выходную мощность (скорость x крутящий момент) на входную и выразив результат в процентах. Это иначе известно как формула эффективности r = P / C, где P — количество полезной продукции («продукта»), произведенной на количество C («стоимость») потребленных ресурсов.

Цель состоит в том, чтобы уменьшить эти потери выходной мощности для достижения максимальной энергоэффективности. Таким образом, большая часть энергии, хранящейся в аккумуляторе, используется для увеличения запаса хода электромобиля.В этом отношении ZOE работает особенно хорошо. Имея запас хода по WLTP * в 395 км благодаря аккумулятору емкостью 52 кВтч, он предлагает одно из лучших соотношений на рынке электромобилей во всех сегментах вместе взятых.

Выходная мощность, потребление и диапазон

При этом максимальная выходная мощность не влияет напрямую на запас хода электромобиля, так как стиль вождения оказывает наибольшее влияние на потребление энергии двигателем. Следовательно, речь идет не о самом эффективном двигателе электромобиля, а о самом эффективном поведении при вождении.Например, резкое ускорение будет означать скачок потребления электроэнергии. Периоды высокоскоростной езды также значительно расходуют заряд аккумулятора. Чем выше скорость, тем больше энергии требуется для ее поддержания.

И наоборот, расслабленное вождение снижает мгновенный расход и делает рекуперативное торможение более эффективным. Это принцип экологического вождения, который является одним из лучших способов увеличить запас хода электромобиля.

Как работает мотор электромобиля

Типы электродвигателей

В автомобильной промышленности существуют два типа двигателей переменного тока: синхронные и асинхронные.Когда дело доходит до электромобиля, у синхронных и асинхронных двигателей есть свои сильные стороны — один не обязательно «лучше» другого.

Двигатели синхронные и асинхронные

Асинхронный двигатель, также называемый асинхронным двигателем, основан на статоре с электрическим приводом для создания вращающегося магнитного поля. Это влечет ротор в бесконечную погоню, как если бы он безуспешно пытался догнать магнитное поле. Асинхронный двигатель часто используется в электромобилях, которые в основном используются для движения на повышенных скоростях в течение длительных периодов времени.

В синхронном двигателе ротор сам действует как электромагнит, активно участвуя в создании магнитного поля. Таким образом, его скорость вращения прямо пропорциональна частоте тока, который питает двигатель. Это делает синхронный двигатель идеальным для городского движения, которое обычно требует регулярной остановки и запуска на низких скоростях.

Как синхронные, так и асинхронные двигатели работают в обратном порядке, что означает, что они могут преобразовывать механическую энергию в электричество во время замедления.Это принцип рекуперативного торможения, который исходит от генератора.

Детали электродвигателей

Давайте теперь подробнее рассмотрим некоторые из различных частей двигателя электромобиля: от магнитов электродвигателей или синхронных двигателей с внешним возбуждением (EESM) до силового агрегата в целом.

Постоянные магниты

В некоторых синхронных двигателях в качестве ротора используется двигатель с постоянными магнитами.Эти постоянные магниты встроены в стальной ротор, создавая постоянное магнитное поле. Преимущество постоянного электромотора в том, что он работает без источника питания, но требует использования металлов или сплавов, таких как неодим или диспрозий. Эти «редкоземельные элементы» являются ферромагнитными, что означает, что они могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами. Они используются в различных промышленных целях: от ветряных генераторов, аккумуляторных инструментов и наушников до велосипедных динамо-машин и… тяговых двигателей для некоторых электромобилей!

Проблема в том, что цены на эти «редкие земли» очень волатильны.Несмотря на свое название, на самом деле они не обязательно такие редкие, но встречаются почти исключительно в Китае, который, следовательно, имеет квазимонополию на их производство, продажу и распространение. Это объясняет, почему производители упорно трудятся над поиском альтернативных решений для двигателей электромобилей.

Синхронные двигатели с внешним возбуждением

Одно из этих решений, которое Renault использовало для New ZOE, включает сборку магнита электродвигателя из медной катушки. Это требует более сложного производственного процесса, но позволяет избежать проблем с питанием, сохраняя при этом отличное соотношение между массой двигателя и передаваемым крутящим моментом.

Гийом Фори, руководитель отдела проектирования завода Renault Cléon во Франции, дает представление о сложности и изобретательности двигателя New ZOE: «Производство EESM требует специальных процессов намотки катушек и пропитки. Ограничения ожидаемых характеристик продукта, цель снижения отношения веса к мощности и высокая скорость производства требуют от нас эффективного использования самых современных технологий для выполнения этих процессов ».

Трансмиссия электрическая

В электромобиле двигатель, состоящий из ротора и статора, является частью более крупного блока, электрической трансмиссии, ансамбля, который заставляет электродвигатель работать.

Также в этом устройстве силовой электронный контроллер (PEC) объединяет всю силовую электронику, отвечающую за управление питанием двигателя и зарядку аккумулятора. Наконец, он включает в себя редукторный двигатель, часть, отвечающую за регулировку крутящего момента и скорости вращения, передаваемых двигателем на колеса.

Вместе эти элементы обеспечивают плавную и эффективную работу электродвигателя. И результат? Ваш электромобиль бесшумный, надежный, менее дорогой и приятный в управлении!

Авторские права: Pagecran

Есть ли у электромобилей двигатели?

У электромобиля меньше движущихся частей, чем у автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.У него есть одна движущаяся часть, двигатель, тогда как у автомобиля с бензиновым двигателем есть сотни движущихся частей. Это критически важные компоненты электромобиля, а именно: аккумулятор, порт зарядки, преобразователь постоянного / постоянного тока, тяговый электродвигатель, бортовое зарядное устройство, контроллер силовой электроники, тепловая система, блок тяговых аккумуляторных батарей и трансмиссия.

Меньшее количество движущихся частей в электромобиле приводит к еще одному важному отличию. Электромобиль требует меньше периодического обслуживания и более надежен.Автомобиль с бензиновым двигателем требует разнообразного обслуживания, от частой замены масла, замены фильтров, периодических настроек и ремонта выхлопной системы до менее частой замены компонентов, таких как водяной насос, топливный насос, генератор и т. Д.

АККУМУЛЯТОР

Он дает электричество для питания всего транспортного средства, сохраняя электроэнергию, необходимую для работы вашего электромобиля. Чем выше мощность батареи, тем выше диапазон.

ПОРТ ЗАРЯДКИ

Он позволяет автомобилю подключаться к внешнему источнику питания и заряжать аккумулятор.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ DC / DC

Он преобразует мощность постоянного тока высокого напряжения от тягового аккумуляторного блока в мощность постоянного тока более низкого напряжения, которая необходима для работы транспортного средства и подзарядки аккумулятора.

ТЯГОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Он приводит в движение колеса вашего автомобиля, используя энергию аккумуляторной батареи электромобиля.

БОРТОВОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

Устройство, встроенное в автомобиль, которое преобразует мощность переменного тока от зарядного устройства в мощность постоянного тока и сохраняет ее в аккумуляторной батарее. Он также проверяет характеристики батареи, такие как температура, ток и напряжение.

КОНТРОЛЛЕР ЭЛЕКТРОНИКИ ПИТАНИЯ

Он контролирует поток электроэнергии от аккумуляторной батареи электромобиля. Он контролирует скорость электродвигателя и крутящий момент.

ТЕПЛОВАЯ СИСТЕМА (ОХЛАЖДЕНИЕ)

Он поддерживает надлежащий температурный диапазон двигателя, силовой электроники, электродвигателя и других компонентов.

ТЯГОВАЯ АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ

Он накапливает электроэнергию для использования тяговым электродвигателем.

ТРАНСМИССИЯ

Он передает механическую энергию от тягового электродвигателя для приведения в движение колес.

Объяснение электрических и гибридных электромобилей | Справочник по зеленым автомобилям

Электромобили (EV) имеют аккумулятор вместо бензобака и электродвигатель вместо двигателя внутреннего сгорания.Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) представляют собой комбинацию бензиновых и электромобилей, поэтому они имеют аккумулятор, электродвигатель, бензобак и двигатель внутреннего сгорания. В качестве источников топлива PHEV используют как бензин, так и электричество. Подробнее о PHEV.

Посмотрите видео, чтобы узнать, как работают электромобили и различные типы подключаемых гибридных электромобилей.

Наличие

электромобилей и PHEV теперь доступны в нескольких классах автомобилей. В настоящее время на рынке представлено около 40 моделей EV и PHEV, и в ближайшие годы ожидается выпуск новых моделей.Посетите fueleconomy.gov для получения полного списка вариантов. Не все модели доступны во всех 50 штатах.

Выбросы

EV не производят выхлопных газов. Хотя зарядка аккумулятора может увеличить загрязнение на электростанции, общие выбросы, связанные с вождением электромобилей, обычно меньше, чем выбросы бензиновых автомобилей, особенно если электричество вырабатывается из возобновляемых источников энергии, таких как ветер.

PHEV производят выбросы из выхлопной трубы, когда бензин используется в качестве источника топлива.

Чтобы оценить выбросы парниковых газов, связанные с зарядкой и вождением электрического или гибридного электромобиля, где вы живете, посетите наш Калькулятор выбросов парниковых газов для электромобилей и PHEV.

Запас хода

Количество миль, которое преодолеет электромобиль, прежде чем потребуется подзарядка аккумулятора, часто меньше, чем расстояние, которое ваш бензиновый автомобиль может проехать до заправки, но обычно этого достаточно для удовлетворения повседневных потребностей среднего человека за рулем.Экономия топлива электромобиля указывается в милях на галлон бензинового эквивалента (MPGe). Думайте об этом как о MPG, но вместо того, чтобы представлять мили на галлон топлива транспортного средства, он представляет количество миль, которое транспортное средство может проехать, используя количество электроэнергии с таким же энергосодержанием, как галлон бензина. Это позволяет сравнивать электромобиль с бензиновым автомобилем, даже если электричество не расходуется и не сжигается в галлонах.

PHEV обычно имеют запас хода, сопоставимый с бензиновыми автомобилями.PHEV имеют два значения экономии топлива: одно для случая, когда транспортное средство работает в основном на электричестве (указано в MPGe), и одно для того, когда транспортное средство работает только на бензине (указано как MPG).

Найдите запас хода и время зарядки для электромобилей и PHEV на этикетке «Экономия топлива и экология» или на fueleconomy.gov

Примечание. Оценки EPA, включая диапазон электромобилей, предназначены для использования в качестве общего ориентира для потребителей при сравнении транспортных средств. Точно так же, как «ваш пробег может отличаться» для бензиновых автомобилей, ваш запас хода будет отличаться для электромобилей.В частности, такие факторы, как холодная погода, использование аксессуаров (таких как кондиционер) и высокая скорость вождения, могут значительно снизить запас хода вашего автомобиля.

Узнайте больше о максимальном увеличении запаса хода электромобилей

Подробнее о этикетке экономии топлива

Зарядка

В зависимости от того, как далеко вы едете каждый день, вы сможете удовлетворить все свои потребности в вождении, подключившись к сети дома. Большинство электромобилей можно заряжать от стандартной розетки на 120 В. Чтобы зарядить автомобиль быстрее, вы можете установить специальную розетку на 240 В или систему зарядки.Вы также можете подключиться к сети на своем рабочем месте или на одной из постоянно растущих общественных зарядных станций.

Еще немного о PHEV. . .

Некоторые PHEV работают исключительно или почти исключительно на электричестве до тех пор, пока аккумулятор почти не разрядится. Затем в двигателе сжигается бензин, чтобы обеспечить дополнительную мощность. Другие PHEV — иногда называемые PHEV «смешанного режима» — используют вместе бензин и электричество для питания транспортного средства, пока аккумулятор заряжен.

GM, Volvo, газовые автомобили Jaguar Ditch

ЗАКРЫТЬ

Хотят ли люди их или нет, автопроизводители выпускают несколько новых моделей электромобилей.Последнее предложение поступило от General Motors, которая представляет компактный внедорожник Chevrolet Bolt. (14 февраля) AP Domestic

После многих лет вялого внедрения электромобили готовы к резкому увеличению продаж, появлению новых продуктов и инвестиций, которые в конечном итоге могут сделать бензиновый двигатель делом прошлого.

Не ищите ничего, кроме Уолл-стрит, где инвесторы испытывают головокружение о перспективах признанных автопроизводителей, предлагающих полные линейки электромобилей, таких как General Motors, и о шансах таких стартапов, как Lucid Motors и Rivian, которые обещают появление революционных электромобилей.

В последние недели GM, Volvo и Jaguar объявили об обязательствах по поэтапному отказу от газовых транспортных средств в течение следующих 15, 10 и пяти лет. Модельный ряд Tesla всегда был полностью электрическим.

Кроме того, приход администрации Байдена и сената, контролируемого демократами, вселяет в сторонников электромобилей надежду на новый раунд налоговых льгот для стимулирования покупки электромобилей.

Consumer Reports Лучшие выборы: Это лучшие новые автомобили, грузовики и внедорожники 2021 года

Хотите новый автомобиль ?: Приготовьтесь заплатить более 40 000 долларов, поскольку цены продолжают расти

«Электромобиль наступает золотой век », — сказал аналитик Wedbush Securities Дэн Айвз в исследовательской записке, отметив, что усовершенствование аккумуляторных технологий, налоговые льготы и более доступные модели могут привести к резкому росту спроса.

Безусловно, по данным Cox Automotive, владеющей Kelley Blue Book и Autotrader, продажи электромобилей по-прежнему составляют лишь небольшую долю от общей автомобильной промышленности, составляя лишь около 2% доли рынка в 2020 году. Но ожидается, что эта цифра удвоится до 4% в 2021 году, сказала исполнительный аналитик Cox Мишель Кребс.

Она предупредила, что обязательства автопроизводителей по переходу на электромобили могут быть «мягкими», то есть подверженными изменениям в будущем, если продажи пойдут не так хорошо.

«Мы должны помнить, что это намерения», — сказал Кребс.«Есть вещи, которые могут помешать этим намерениям».

Автозапуск

Показать миниатюры

Показать подписи

Последний слайдСледующий слайд

Есть еще много признаков того, что бензиновый двигатель никуда не денется в ближайшее время, в том числе сохраняющиеся опасения по поводу запаса заряда аккумуляторной батареи электромобиля, стоимости и доступности общественного автомобиля зарядные устройства.

Но интерес к электромобилям растет. Согласно данным опроса, предоставленного USA TODAY перед его более широкой публикацией сайтом CarGurus, около 52% владельцев автомобилей говорят, что они, вероятно, будут владеть электромобилем в течение следующих 10 лет, по сравнению с 34% в 2018 году.

Tesla Model Y на дороге. (Фото: Tesla Motors)

Какие факторы будут определять темпы революции электромобилей? Вот на что обращать внимание:

Как быстро упадут цены на электромобили?

Это может быть наиболее важным фактором. Хотя автопроизводители снизили стоимость разработки аккумуляторов, это остается основной причиной, по которой у электромобилей более высокие цены, чем у бензиновых: часто в диапазоне высоких пятизначных чисел.

Седан Tesla Model S и внедорожник Model X могут легко превысить 100 000 долларов.Новые автомобили Lucid также легко перейдут на территорию с шестизначными цифрами.

Самый доступный автомобиль Tesla — это компактный автомобиль Model 3. Хотя цена менялась несколько раз, обычно трудно получить менее 40000 долларов.

Но даже электромобили от других производителей по-прежнему имеют более высокую цену, чем аналогичные бензиновые автомобили. Стоимость электромобиля Chevrolet Bolt начинается примерно с 36 500 долларов, что примерно на 10 000 долларов больше, чем у бензиновых автомобилей аналогичного размера от основных брендов.

Может ли техническое обслуживание и экономия топлива компенсировать разницу?

Хотя цены остаются высокими, сторонники электромобилей говорят, что они часто компенсируют это экономией денег владельцев на газе и техническом обслуживании.Электромобили состоят из меньшего количества деталей, не используют много газа и не требуют замены масла.

По данным AAA, владение компактным электромобилем в среднем стоит примерно на 600 долларов дороже, чем владение бензиновым, хотя стоимость значительно варьируется в зависимости от цен на электроэнергию и использования.

Салина, штат Канзас, семья (lr) Сары Сперлок, Джулианы Браун, Джоэл Сперлок и Джиллиан Браун позируют с продавцом Уэсом Адельманом перед подключаемым гибридным электромобилем Chrysler Pacifica, который они купили у Morlan Chrysler Dodge Jeep Ram в Мыс Жирардо, штат Миссури.(Фото: Джоэл Сперлок)

Джоэл Сперлок, житель Салины, штат Канзас, и его семья владеют полуэлектрическим автомобилем Chevrolet Volt и подключаемым гибридом Chrysler Pacifica. Оба его автомобиля могут проехать десятки миль на электричестве, прежде чем использовать бензин.

Но в 2020 году, когда пандемия ограничивала возможности для путешествий, Сперлок сказал, что проехал 11000 миль на своем Volt, не используя ни капли бензина. Ему также нравится мгновенная тяга, которую дает электромобиль.

«Люди, которые этот объект никогда не водили», — сказал он.«Тогда войдите, они бьют его, и он отрывает им голову».

Хватит ли зарядных устройств для электромобилей?

Согласно исследованию CarGurus, единственным наиболее влиятельным фактором, который может убедить американцев покупать электромобиль, является наличие зарядных станций в их районе.

«Реальные ограничения» электромобилей, включая ограниченный диапазон и необходимость заранее стратегически спланировать маршрут в более длительных поездках, являются существенными недостатками, — сказал Том Райан, поверенный из округа Юнион, штат Нью-Джерси. и работает на Манхэттене.

Райан сказал, что он по-прежнему «немного скептически относится» к электромобилям. Его семья в настоящее время рассматривает возможность замены своих бензиновых автомобилей Honda Civic и Volvo XC70, но он не думает, что электромобили подходят для их образа жизни на данный момент.

«Это требует большого планирования, и я не думаю, что инфраструктура там есть», — сказал он. «Я не уверен, что это широко доступно здесь».

Будут ли автопроизводители производить электромобили, которые нужны американцам?

Автомобили, работающие на газе, уже много лет теряют популярность, и автопроизводители прекращают выпуск таких автомобилей, как Honda Fit, Chevrolet Cruze и Ford Focus.На их место внедорожники вроде Honda Passport, Chevrolet Blazer и Ford Bronco.

Тем не менее, очень немногие автопроизводители предлагают электрические внедорожники. Большинство по-прежнему автомобили.

Исследование CarGurus показало, что «электрические внедорожники и кроссоверы, скорее всего, будут рассматриваться (покупателями), но немногие из них доступны на рынке сегодня», — сказала Мэдисон Гросс, директор по потребительскому анализу CarGurus.

К немногим относятся кроссоверы, такие как Tesla Model Y и Hyundai Kona EV. Но впереди еще больше, в том числе внедорожник GMC Hummer, Rivian R1S и Ford Mustang Mach-E.

Сегодня три самых популярных автомобиля в Америке — это бензиновые пикапы производства Ford, Chevrolet и Ram. Но на подходе и электрические пикапы, в том числе Tesla Cybertruck, электрический Ford F-150 и пикап GMC Hummer.

Помогут ли налоговые льготы для электромобилей?

Давно установленная федеральная налоговая льгота для электромобилей составляет до 7500 долларов, но ее больше нельзя использовать для покупки автомобилей, произведенных Tesla или GM, поскольку они превысили свои ограничения.

Но несколько законопроектов, внесенных демократами в Конгресс после вступления в должность президента Джо Байдена, повысили бы ограничения, предоставив дополнительные стимулы, которые могли бы поднять рынок электромобилей.

«При новой администрации и в свете нового состава Конгресса США мы думаем, что будет принято федеральное законодательство, которое принесет пользу электромобилям», — сказал аналитик CFRA Research Гаррет Нельсон в исследовательской записке.

«Пока еще слишком рано предсказывать, какую форму может принять этот закон, экологически чистая энергия и электромобили были одними из центральных элементов предвыборной платформы президента Байдена, поскольку он предлагал новые налоговые льготы, государственные закупки и другие меры в интересах электромобилей.«

Могут ли стартапы электромобилей конкурировать?

В последние годы несколько стартапов по производству электромобилей начали давать большие обещания. Среди них:

• Lucid, возглавляемый генеральным директором Питером Роулинсоном, бывшим главным инженером Tesla Компания Model S. Lucid пообещала поставить электрический седан Lucid Air в 2021 году с одним из вариантов по цене от 139 000 долларов США и стоимостью более 500 миль на зарядку, что является высоким показателем в отрасли. Компания готова выйти на биржу в конце этого года и оценивается в 24 миллиарда долларов.

В интервью Роулинсон сказал, что технология Lucid «мирового класса» и способна конкурировать с лучшими в бизнесе, которым, по его словам, в настоящее время является его бывший работодатель Tesla.

• Rivian, которая готова начать продажи электрического внедорожника и электрического пикапа в конце этого года. Компания, получившая инвестиции от таких компаний, как Ford и Amazon, с 2019 года привлекла 8 миллиардов долларов.

Rivian, которая будет производить свои первые автомобили на бывшем заводе Mitsubishi в Иллинойсе, как ожидается, проведет IPO с оценкой в ​​50 долларов. млрд. позже в этом году, по данным Bloomberg.

• Фискер, Лордстаун и Боллинджер. Все три этих стартапа также обещают блестящие новые электромобили, построенные с нуля в ближайшие годы.

Не слишком ли много инвесторов для электромобилей?

Интерес инвесторов к электромобилям резко возрос в начале 2021 года, поскольку они стремились извлечь выгоду из будущего транспорта. Акции Tesla ненадолго превысили 900 долларов, что в три раза больше по сравнению с сентябрем, а затем упали ниже 700 долларов в последние недели.

Генеральный директор Volvo Хокан Самуэльссон сказал в интервью, что интерес инвесторов к компаниям, производящим электромобили, возможно, «стал чрезмерным».«

Но« я думаю, это показывает, что финансовый сектор и инвесторы действительно верят, что автомобильный рынок будет электрическим », — сказал Самуэльссон.« Так что я думаю, что это обнадеживает ».

С такой высокой оценкой Lucid, несмотря на то, что никогда не продавал ни одной машины , отраслевые обозреватели внимательно следят за тем, выполняет ли компания свои обещания, включая новаторское сочетание электродвигателей и инверторной технологии.

Прибытие Lucid Air недавно было отложено с первой половины 2021 года на вторую половину, но Роулинсон сказал эта задержка была связана с проблемами качества, вызванными задержками поставщиков, связанными с COVID-19.Он утверждал, что автомобили Lucid станут примером сущности качества.

«У нас есть капитал. Это одноразовая сделка, позволяющая создать настоящий высококачественный продукт», — сказал он.

Lucid, по его словам, не будет делать тех же ошибок, которые Tesla допустила в начале сборки Model 3, когда генеральный директор Илон Маск признал, что компания слишком много инвестировала в автоматизированное оборудование.