Принцип работы электродвигателя и его история

Мы расскажем вам о том, что такое электродвигатель в современном электромобиле, как он работает, а так же познакомим читателя с его историей развития.

Электродвигатель уже достаточно давно стал самым настоящим другом и помощником многих конструкторов техники. Коснулось это и машиностроения. Еще совсем недавно на автомобилях как отечественного, так и зарубежного производства устанавливались исключительно агрегаты, построенные по принципу внутреннего сгорания. Со временем необходимость в усовершенствовании мотора авто становилась все важнее. Это связано не только с тем, что нефтяные ресурсы постепенно истощаются, но и с тем, что экология современного большого города становится все хуже. Сегодня в мире изобретено множество различных агрегатов, которые способны заменить обыкновенный поршневой двигатель, однако именно электродвигатель среди них имеет самые радужные перспективы. Сегодня мы рассмотрим именно этот агрегат. Начать стоит с истории его возникновения и развития.

Авто на электродвигателе

Содержание

1. История
2. Строение и принцип работы
3. Про аккумуляторные батареи

История

Электродвигатель для автомобиля изобрел английский конструктор и изобретатель Старлей. Это произошло еще в далеком 1888 году. Он впервые применил эту технологию для легкового автомобиля. В 19 веке, кстати, именно электропривода использовались в основном для создания тягового усилия различных автомобилей. Люди сразу поняли, в чем кроется их главное преимущество. дело в том, что уже тогда коэффициент полезного действия электродвигателя составлял 90 процентов. Если сравнивать этот агрегат с мотором, построенном на базе внутреннего сгорания, то по этому параметру он опережал его аж в 3,5 раза. Тогда в основном в качестве тягового агрегата использовались батареи, емкость которых зависела от массы машины.

Изначально люди пытались просто найти альтернативу двигателям железнодорожных локомотивов, которые в процессе своей работы издавали страшные звуки и выделяли в атмосферу огромное количество вредных веществ. Однако постепенно ученые перекинули свои взоры на автомобили. Именно тогда Старлей и сконструировал первый электродвигатель для небольшого авто. Однако этот эксперимент не был удачным. Лишь в 1893 году в свет вышел действительно качественный электродвигатель. Он представлял собой две батареи, которые имели весьма внушительные мощностные характеристики и массу. При этом запас хода для машины был достаточно большим.

Шло время, прогресс не стоял на месте. Однако уже в 1910 году было принято решение об отказе от такого рода моторов. Дело в том, что решить проблему ограниченного запаса хода тогда не представлялось возможным. В это время стали прогрессировать двигатели внутреннего сгорания, которые практически полностью вытеснили электрические агрегаты с рынка. Возможность совершать более затяжные переезды встала на первое место. Тогда-то производство такого рода агрегатов практически прекратилось. Электродвигатель не исчез, про него просто на время забыли. Однако, в нашу эпоху научно-технического прогресса все возвращается на свои места. Сегодня электродвигатель становится все популярнее. Многие производители автомобилей начинают вкладывать в его развитие и прогресс, огромные средства. Это и не странно, ведь сейчас появилась возможность увеличения рабочего хода таких устройств. Ввиду того, что экология больших городов оставляет желать лучшего, электродвигатель становится все актуальнее.

Электродвигатель

Строение и принцип работы

Работает электродвигатель автомобиля по принципу электромагнитной индукции. Именно он взят сегодня за основу. Современные электромобили, по своей сути, мало чем отличаются от их, которые мы каждый день можем наблюдать на дорогах страны. Вообще говоря, основными частями такой техники являются:

• Электродвигатель;
• Контроллер;
• Аккумуляторные батареи.

Мы поговорим подробнее именно о сердце авто. Итак, оно работает на основе законов электромагнитной индукции. Для тех, кто не знаком с таком понятием физики, можно сказать, что данное явление связано с возникновением ЭДС в замкнутом контуре, когда в нем начинает меняться магнитный поток. Здесь все достаточно просто. Электродвигатель просто преобразует электрическую энергию в механическую, которая и позволяет двигаться автомобилю. В настоящее время коэффициент полезного действия таких агрегатов равен приблизительно 90 процентов. Это весьма внушительная цифра.

Как и любой другой электродвигатель, агрегат, устанавливаемый в электромобилях, имеет свои собственные характеристики. К таковым можно отнести:

• Мощность агрегата;
• Максимальный крутящий момент, создаваемый им;
• Ток;
• Частота вращения.

По сути, все стандартно. Единственное отличие от тех моделей, которые используются в промышленности, заключается в изменении этих параметров применительно к автомобилю.

Все электродвигатели могут питаться от источника постоянного напряжения или источника переменного напряжения. В данном случае речь идет чаще всего именно о первом варианте. Батареи, которые используются в таких машинах, создают на выходе значение в 96-192 Вольта. Этого вполне достаточно для создания ЭДС. для подключения электродвигателя переменного тока используется трехфазная схема. Современные модели электромобилей отличаются тем, что в них сам электродвигатель соединен напрямую с колесом. Такая конструкция позволяет в значительной степени улучшить управляемость машины.

Схема работы электродвигателя

Стоит отметить, что некоторые самые прогрессивные модели, которые оснащены агрегатом, работающем на переменном токе, способны в процессе торможения подзаряжать батареи. Это приводит к увеличению их срока эксплуатации в несколько раз. Это некое решение проблемы ограниченности хода. Такие устройства способны увеличивать пробег авто без подзарядки на целый 10-20 процентов. Для электромобиля это вполне внушительная цифра.

В остальном работает электродвигатель автомобиля точно так же, как и любой другой агрегат такого типа. Здесь имеется рабочий орган, который и соединяется с колесом. При подаче электрической энергии обмотка возбуждения начинает действовать на ротор мотора, который начинает вращаться вследствие ЭДС. Это движение передается на рабочие органы. Электродвигатель сегодня можно запитывать самыми разнообразными методами. В бытовых условиях используются трехфазные розетки или обычные однофазные их варианты. Все зависит от конкретной конструкции устройства, которое требуется запустить.

Про аккумуляторные батареи

Сегодня электродвигатель любого автомобиля, работающего на его основе, запитывается от аккумуляторной батареи. Сегодня стоимость такого оборудования достаточно велика, что не может не сказываться на цене самого авто. Именно поэтому сегодня до сих пор на дорогах нашей страны в основном ездят бензиновые и дизельные машины. Быть может, со временем стоимость аккумуляторных батарей заметно снизится. Это, скорее всего, приведет к возрастающей популярности машин, в основе которых лежит работа электродвигателя.

Свинцово-кислотные батареи на сегодняшний день считаются самыми дешевыми представителями, которые создаются для автомобилей. Их высокая популярность в основном связана с тем, что их можно вторично перерабатывать. Никель-металлгибридные варианты сегодня стоят намного дороже, чем свинцовые, но при этом их производительность на порядок выше. Самый оптимальный вариант именно для электромобиля — это литий-ионные батареи, которые долго держат заряд, но при этом остаются небольшими по размеру. Они не так широко распространены, так как их стоимость наиболее высокая из всех представителей питающих батарей для электродвигателя. Именно этому агрегату и нужно постоянно поставлять свежую порцию энергии. Без нее электродвигатель просто не сможет функционировать.

Как электрокары меняют городскую среду

Читайте также

Чем помогут городу светящиеся растения и дороги, «дающие» электричество Дело техники. Для чего в Москве столько музеев транспорта Максим Ликсутов: «Мы не занимаемся слежкой, наша цель – комфорт пассажиров»

Porsche Newsroom Russia

По разным оценкам, от 60 до 80% загрязнений атмосферного воздуха в мегаполисах дают двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Это усугубляет проблемы глобального потепления, а шум и вибрация двигателей негативно отражаются на здоровье человека. Как транспорт влияет на экологию, выручат ли электромобили человечество и чем здесь может помочь искусство – в материале «Города».

Электромобиль VS авто с ДВС

По данным Всемирной организации здравоохранения, 9 из 10 человек ежедневно дышат воздухом с высокой концентрацией загрязняющих веществ. Каждый год семь миллионов людей в мире умирают от последствий загрязнения воздуха. Проблемы с экологией также оказывают существенное влияние на экономику: снижается производительность труда, сокращается мировой ВВП на душу населения, падают доходы бизнеса и растут расходы на здравоохранение.

Урбанист, автор Telegram-канала «Здоровые города» Артем Герасименко считает, что стране необходимы радикальные решения в сфере транспорта, которые снизят количество автомобилей с ДВС и позволят перейти на более высокие экологические стандарты. «Транспортные средства – лидеры по негативному влиянию на атмосферу. Каждую секунду в мире производится два новых автомобиля. Примерно 80% вредных выбросов в атмосферу – результат работы ДВС. К 2030 г. общее число автомобилей может достигнуть двух миллиардов», – подчеркнул Герасименко.

По его словам, в США автотранспорт генерирует треть всех загрязнений воздуха. В Европе каждая шестая смерть связана с вредными выбросами. «Только за 11 месяцев 2021 г. ущерб от загрязнений для всего человечества составил более 94 млн лет здоровой жизни. Возможность повлиять на эти цифры – главный аргумент в борьбе за экологизацию транспорта», – считает Герасименко.

По мнению урбаниста Дмитрия Новы, одно из главных преимуществ электромобилей – их эффективность в расходе энергии. Она достигает КПД в 80%, в то время как автомобиль на ДВС в лучшем случае достигает КПД в 25% – огромная часть энергии от горения бензина в двигателе преобразуется в тепловую энергию. Именно поэтому двигатель становится горячим.

«У электромобиля нет многих подвижных частей, которые есть у авто с ДВС, таких как коробка передач, сцепления с довольно тяжелым маховиком, дисками трения. Он не имеет дифференциалов и, собственно, самого двигателя с его валами, поршнями, инжекторами. Электромобиль проще автомобилей с ДВС. Его дешевле обслуживать и заряжать. Один километр пробега на электрокаре стоит дешевле, чем на авто с ДВС», – говорит Дмитрий Нова.

Электромобиль – это переход между ДВС и альтернативным источником энергии, пока человечество усовершенствует технологии, считает эколог Александр Кукса. По его мнению, наиболее дружелюбными для окружающей среды являются гибридные автомобили, в которых действует электродвигатель, а по мере необходимости – ДВС. Последний должен работать в оптимальном режиме с минимумом выброса вредных веществ и заряжать аккумуляторы, которые питают электродвигатель. Это позволяет снизить расход бензина по сравнению с обычным двигателем в 2-3 раза и соответственно уменьшить количество выбрасываемых продуктов сгорания.

Максим Стулов / Ведомости

Искусство в поддержку экологии транспорта

Привлечь внимание горожан к вопросам экологии в столице помогают специальные арт-проекты. Одним из таких общественных пространств стал Северный речной вокзал, который после реставрации посетили более 2,5 млн человек.

«Северный речной вокзал стал местом притяжения москвичей и одним из ключевых мест транспортной инфраструктуры города. Мы выбрали основным вектором развития нашей деятельности здесь тему экологии транспорта и разговор об осознанности в выборе экологичных способов передвижения по городу», – рассказала директор Музея транспорта Москвы Оксана Бондаренко.

Недавно здесь открылась инсталляция «Транспортное вещество», созданная художником Дмитрием Каваргой из запчастей списанного автобуса. Биоморфная скульптура символизирует важность экологичности транспорта на всех этапах – от перехода на электрические двигатели до полной переработки всех деталей.

Проект создания инсталляции поддержала компания Porsche Russia, одним из важных принципов которой является сокращение объема выбросов CO2. Кроме того, компания инвестирует в разработку климатически нейтральных синтетических видов топлива (e Fuels).

«Porsche в России и мире поддерживает много культурных событий. Мы рады выступить партнером Музея транспорта Москвы в рамках выставки «Транспортное вещество», которая апеллирует к важнейшей для нас экологической повестке. Это делает наше сотрудничество особенно значимым», – сообщил генеральный директор «Порше Руссланд» Томас Штэрцель.

К 2030 г. компания планирует стать полностью углеродно-нейтральным предприятием – от разработки и производства до использования собственных продуктов и их переработки. Первым продуктом трансформации стал электрический спорткар Taycan, который воплотил в себе технологии будущего, позволяющие в ближайшее десятилетие полностью электрифицировать более 80% автомобилей компании. «Это не просто двигатель на электротяге, это стратегически четкое заявление об обязательствах Porsche по электромобилям», – подчеркнул Штэрцель.

Он также отметил, что Россия во многих сферах идет в ногу с трендами. А в Москве уже активно развивается тема общественного транспорта на электрической тяге. Экологический транспорт станет нашей реальностью, но, как и любому продукту, ему нужно время.

Инсталляция «Транспортное вещество»: 16+

Электромобили GEM

Непревзойденная поездка для незабываемых приключений

Создайте GEM своей мечты — как показано в
Свадьба с дробовиком на Prime Video.

Непохожий ни на что другое

Узнайте, что отличает GEM

Уникальный вы

Создайте и оцените свой GEM

Убедитесь сами

Найдите местного дилера

Электромобили GEM

Вот уже почти 25 лет электромобили GEM лидируют в области низкоскоростных электромобилей. Безопасные, экологичные, стильные и экономичные устройства GEM созданы для того, чтобы соответствовать вашему стилю жизни и продвигать вашу организацию в будущее. Будь то безопасное и стильное вождение ваших детей в школу, предоставление решения для микротранспорта для городских городов, стремящихся сократить расходы и выбросы, или создание бесшумного автопарка для технического обслуживания, чтобы ваша недвижимость выглядела безупречно, GEM обещает доставить вас туда и предоставить незабываемая поездка по пути.

Наш самый маневренный электромобиль и самая компактная модель.
Места 1-2   | Рекомендуемая производителем розничная цена 13 182 долларов США

Наш самый популярный и универсальный электромобиль.
Места 1-4   | Рекомендуемая производителем розничная цена 15 540 долларов США

Идеальный шаттл для электромобилей — отличная альтернатива внедорожникам или фургонам.
Места 1-6   | Рекомендуемая производителем розничная цена 19 113 долларов США

Соперничайте с любым грузовиком или грузовым фургоном с полезной нагрузкой до 1400 фунтов, тяговым усилием 1250 фунтов и нулевым уровнем выбросов.
Места 1-2   | Рекомендуемая производителем розничная цена 14 049 долларов США

Электромобили, предназначенные для местного транспорта

Что это было!?

Это не гольф-кар. И это не дорожный транспорт. Это электромобиль (EV), разработанный для местных улиц.

В отличие от тележек для гольфа, GEM разрешено движение по большинству дорог со скоростью 35 миль/ч (50 км/ч) или меньше, а максимальная скорость составляет 25 миль/ч (40 км/ч). Кроме того, GEM спроектирован так, чтобы превосходить федеральные стандарты безопасности низкоскоростных транспортных средств (LSV).

Воспроизвести видео

0,03 доллара США за милю*

Эксплуатационные расходы

*На основании средней цены на электроэнергию в США

Просто электризуя

Независимо от того, проезжаете ли вы несколько миль или едете целый день, GEM предлагает гибкие варианты аккумуляторов и зарядки, чтобы ваш электромобиль был готов к работе, когда вам это нужно. Стандартные зарядные устройства GEM подключаются к стандартным розеткам на 110 В — таким же, как для зарядки смартфона. И, как и в случае со смартфоном, вы можете взять с собой зарядное устройство, чтобы легко заряжать его, находясь вдали от дома. Для тех, у кого мало времени, мы предлагаем два варианта быстрой зарядки.

Как низкоскоростное транспортное средство (LSV), электромобили GEM соответствуют более высоким стандартам, чем обычные тележки для гольфа. GEM превосходит федеральные стандарты безопасности LSV благодаря нескольким характеристикам, в том числе системе защиты пассажиров (OPS), которая сертифицирована при столкновении с крышей. С максимальной скоростью 25 миль в час GEM способствует созданию более безопасной среды для сосуществования пешеходов и транспортных средств.

Экологичность

GEM — это экологичный электромобиль, который не жертвует качеством, грузоподъемностью или возможностью вместить до шести человек. Без CO ₂ выбросов, GEM позволяет городам, сообществам и университетским городкам достигать своих целей в области устойчивого развития.

Стильный

GEM предлагает отделку премиум-класса, соответствующую вашему стилю, в том числе панорамный люк на крыше, спортивные колеса 16 дюймов, освещение с функцией слабого свечения и сиденья из веган-кожи. Наш полный портфель вариантов индивидуальной настройки включает более 50 аксессуаров, 20 вариантов заднего багажника и 11 рабочих пакетов, поэтому вы можете создать автомобиль, который соответствует вашим потребностям и вашему стилю.

Экономичность​

Электромобили GEM имеют гораздо более низкую совокупную стоимость владения по сравнению с фургонами и грузовиками. Благодаря отсутствию затрат на топливо и более низким затратам на техническое обслуживание GEM обеспечивают экономию без ущерба для производительности.

Заставьте электромобили GEM работать

Электромобили GEM предлагают инновационные способы думать о безопасности, устойчивости, экономической эффективности и удобстве, особенно если вы перевозите людей и товары через колледжи и университеты, центры городов, жилые районы. , правительственные кампусы и другие микросреды.

Готовы двигаться?

Настройте свой автомобиль

Стоит ли переделывать обычные автомобили в электрические? – DW – 24.

10.2022

Босс Elerra Ханс-Георг Херб со старинным автомобилем с электродвигателем Изображение: Gero Rueter/DW

Nature and EnvironmentGermany

Gero Rueter

90242/10242/10243 24 октября 2022 г.

Электромобили становятся все более популярными, но покупать их новыми дорого. Стоит ли превращать свой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания в электрический? И как это работает для старинных автомобилей, грузовиков и автобусов?

https://p.dw.com/p/4I0pg

Реклама

В мастерской в ​​городе Эрфурт на востоке Германии у 10-летнего автобуса сняли дизельный двигатель для подготовки к ремонту. Ожидается установка нового электродвигателя.

«Это выглядит просто, но очень технологично», – говорит Ханс-Георг Херб, глава местной фирмы Elerra, которая специализируется на переделке обычных автомобилей в электрические.

В бывшем моторном отсеке теперь достаточно места для батарей.

«Мы можем установить восемь аккумуляторных батарей емкостью примерно 200 киловатт-часов, что достаточно для того, чтобы автобус проехал около 250 километров (155 миль)».

Херб говорит, что преобразование дизельных автобусов в электрические не только увлекательно с технической точки зрения, он также считает, что это имеет экономический смысл.

В зависимости от аккумулятора, переоборудование обычного автобуса в электрический стоит от 300 000 евро (296 000 долларов США) до 340 000 евро, что примерно вдвое меньше стоимости нового автобуса.

«В этом году мы хотим построить еще три автобуса», – говорит он, добавляя, что в 2023 году их должно быть около 70. 

Электродвигатели автобуса встроены в заднюю колесную ось

Больше электробусов на дорогах

 Директива ЕС об экологически чистых транспортных средствах повышает спрос на автобусы с батарейным питанием в городском транспорте. По некоторым оценкам, в ближайшие годы около 15 000 автобусов в ЕС и 3 000 в Германии должны будут питаться от электричества. И крупные производители изо всех сил стараются не отставать от спроса.

Электробусы могут помочь транспортным компаниям сэкономить деньги, поскольку они требуют меньше обслуживания. Вождение на электричестве также до 60% дешевле, чем на бензине.

Снижение цен на аккумуляторы и увеличение массового производства компонентов сделали переход автомобилей с бензиновым двигателем на электрические более привлекательным.

«Я могу себе представить, что более половины автобусов, которые ездят в настоящее время, когда-нибудь будут переоборудованы, — говорит Херб. «Если мы хотим управлять декарбонизацией, мы не сможем сделать это без такого преобразования».

Стоит ли переделывать и автомобили?

Замена двигателей внутреннего сгорания на электродвигатели технически возможна для всех автомобилей. Требуется демонтировать старый двигатель и коробку передач, чтобы освободить место для электрического двигателя и аккумуляторов. Инженерам приходится разрабатывать специальные электрические системы рулевого управления для каждого автомобиля.

Этот винтажный Jaguar 1993 года скоро будет оснащен электродвигателем и батареями11 еще в 2014 году. Он поймал ошибку и начал превращать даже старые автомобили в электромобили, прежде чем перейти на автобусы.

Преобразование старинного автомобиля стоит около 60 000 евро, говорит Херб и указывает на черный лимузин Jaguar Daimler 1993 года выпуска.

Сборочные комплекты для установки электронных двигателей и аккумуляторов для старинных автомобилей стоят не менее 10 000 евро и требуют более 100 часов труда. Технически подкованные, которые хотят взяться за проект самостоятельно, могут сэкономить много денег и заплатить таким компаниям, как Elerra, просто за то, что они посоветуют их .

Но Херб говорит, что переделка классических автомобилей невыгодна с экономической точки зрения.

«Старинные автомобили обычно редко ездят, поэтому эксплуатационные расходы не так важны. Их переделка больше похожа на хобби.»

И у него похожее отношение к обычным машинам меньшего размера. Херб говорит, что ему регулярно приходится советовать клиентам, что покупка чего-то вроде электромобиля Volkswagen e-Up будет дешевле и лучше, чем переделка существующего VW Polo.

 «На самом деле нет смысла переоборудовать VW Polo, и мне приходится часто подчеркивать этот момент.»

Все больше и больше городов выводят на дороги электроавтобусы, и производители не успевают за ними Изображение: Marcus Brandt/dpa/picture Alliance

Преобразование автомобилей для города

Наряду с автобусами ждут три новых грузовика переделан в мастерской Херба. Один из них — мини-грузовик Mitsubishi Fuso, который пока доступен только с обычным двигателем внутреннего сгорания.

Команда Херба переоборудует автомобили на электрические полноприводные автомобили. Каждый будет оснащен батареями и специально разработанным программным обеспечением.

«Эти автомобили действительно хороши для езды зимой, поэтому мы работаем над небольшой серией полноприводных автомобилей с электроприводом для города», — говорит Херб.