Современные электродвигатели: что нужно знать
01 февраля 2016
В связи с таким распространением появилось и много разновидностей данного оборудования. Чем же они отличаются? И за каким из них будущее?
Итак, современные электродвигатели представлены в следующем ассортименте:
Электродвигатель постоянного тока.
Можно сказать, что это уже прошлое электродвигателей. Когда-то с него все началось, и он широко использовался. Но сегодня ему на смену пришли другие разновидности моторов, применение которых обходится дешевле. Однако будущее у электродвигателей постоянного тока все-таки есть. Новым направлением является такой двигатель, как вентильный, который оборудован якорем на постоянных магнитах.
Электродвигатель синхронный.
Он по большей части используется в оборудовании, для которого характерна постоянная скорость работы (вентиляторы, насосы, компрессоры и прочее).
По сравнению с асинхронным электродвигателем синхронный может похвастаться более высоким КПД и меньшей массой на единицу мощности, а также наличием возможности регулировать реактивный ток, что позволяет повысить производительность.
Электродвигатель асинхронный.
Сегодня он используется чаще остальных видов двигателей. Принцип его работы заключается в том, что частота, с которой вращается ротор, ниже частоты, с которой вращается созданное статором магнитное поле. Скорость вращения регулируется за счет изменения частоты и скважности напряжения, которое подается на статор.
Чаще всего используют электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором. При этом ротор изготавливается из алюминия для облегчения оборудования и снижения его стоимости. Это и является его основными преимуществами.
А к недостаткам можно отнести:
- малый пусковой момент;
- большой пусковой ток;
- низкий КПД при малых нагрузках.
Избавиться от них поможет частотный привод, который, правда, не отличается столь доступной ценой, но решает все проблемы электродвигателя асинхронного.
Серводвигатель.
Для него характерен малый вес для максимального ускорения. Также он оборудован системой обратной связи для увеличения точности движения и реализации сложных алгоритмов перемещений.
Серводвигатель используется в станках с ЧПУ, роботостроении, космической технике и тому подобное.
Электродвигатель асинхронный линейный.
Он отличается своей надежностью и очень высокой производительностью. При этом скорость перемещения можно регулировать.
Мотор-ролики.
Это разновидность электродвигателя с низким уровнем шума, высоким КПД и большим ресурсом работы. Еще одним плюсом является отсутствие необходимости производить техобслуживание за счет простоты конструкции. В случае поломки его можно быстро и легко заменить.
Электродвигатель вентильный.
Он представляет собой двигатель с вентильным преобразователем. Преимущества этого двигателя можно перечислять долго. Проще сказать, что именно за ним будущее — благодаря высокой производительности, малым размерам и весу, быстрой окупаемости и проч. Несмотря на все положительные качества, двигатель продолжают совершенствовать в направлении разработки новых алгоритмов управления без датчиков для снижения себестоимости и повышения надежности.
Звоните нам по телефону (812) 380-84-72, +7 (812) 380-84-32, или пишите на E-mail: [email protected]
Современные энергоэффективные электродвигатели и особенности их монтажа
%PDF-1.6 % 1 0 obj > /Metadata 2 0 R /Pages 3 0 R /StructTreeRoot 4 0 R /Type /Catalog >> endobj 5 0 obj /CreationDate (D:20200723084735+03’00’) /Creator /Keywords /ModDate (D:20200723085557+03’00’) /Producer /Subject /Title >> endobj 2 0 obj > stream 2020-07-23T08:55:57+03:002020-07-23T08:47:35+03:002020-07-23T08:55:57+03:00Microsoft® Word 2010application/pdf
Понимание двух типов современных электродвигателей
Крейг Ван Батенбург
Зачем использовать полностью электрический двигатель, если двигатель внутреннего сгорания (ДВС) отлично справляется со своей задачей уже более 100 лет? Есть много причин ездить на электричестве, но до сих пор аккумуляторные технологии и затраты не были достаточно дешевыми, чтобы сделать их массовым транспортным средством.
Современная гибридная технология, впервые представленная на массовом рынке Toyota, была великолепной, но для компенсации запаса хода, недостающего батареям 19-го поколения, требовался ДВС.
90-х не хватало. В то время электродвигатели были довольно продвинутыми, но они стали лучше и дешевле в производстве.
Какое преимущество у современного 150-сильного электродвигателя перед современным 150-сильным бензиновым ДВС? Электродвигатель меньше и легче, дешевле в изготовлении, не имеет выбросов, имеет больше доступной мощности и крутящего момента по запросу, его легче диагностировать и проще ремонтировать (благодаря меньшему количеству движущихся частей), требуются датчики и нет необходимости в легковоспламеняющаяся жидкость на борту, увеличивает доступность топлива (его можно приготовить дома или на работе) с меньшими затратами, не требует проверки выбросов, систем EVAP, замены масла или настройки, свечей зажигания или ремня ГРМ. Можете ли вы придумать больше? Ладно, на гоночной трассе он издает очень крутой звук выхлопа.
Для работы высоковольтного электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания требуются вспомогательные системы. Вот вспомогательные системы как для ДВС, так и для электродвигателя: система (системы) охлаждения и опоры двигателя.
В дополнение к этому, вот что добавляется к чисто электрическому транспортному средству для поддержки электродвигателя: односкоростная коробка передач, высоковольтная батарея (и системы ее поддержки), бортовое высоковольтное зарядное устройство, преобразователь постоянного тока, инвертор. , кабели, реле, датчики и компьютеры.
Если у вас современный бензиновый двигатель мощностью 150 л.с. вот вспомогательные системы: система топливного бака, форсунки, EVAP, система фильтрации и фильтрации масла, выхлоп и каталитический нейтрализатор, впускной и воздушный фильтр, диагностика OBD, многоступенчатая коробка передач, генератор и многое другое.
Как видно из этого, преимущества использования электродвигателей в автомобиле огромны.
В каждом высоковольтном электродвигателе есть две части: «ротор», который вращается и обеспечивает питание, и «статор», который создает трехфазное вращающееся электромагнитное поле. Статор состоит из электромагнитов, расположенных по кругу.
Три высоковольтных кабеля (или стержня) прикрепляются к статору для подачи питания на статор от инвертора. Инвертор получает питание от высоковольтных конденсаторов, которые получают питание от высоковольтной аккумуляторной батареи.
В современных автомобилях с электроприводом (начиная с 1998 модельного года) используется один из двух двигателей.
1. Трехфазный бесщеточный асинхронный двигатель с внутренним (или внешним) постоянным магнитом (PM)
2. Трехфазный асинхронный бесщеточный асинхронный двигатель переменного тока
Мы назовем первый двигатель PM Двигатель», второй двигатель — «Асинхронный двигатель». Наиболее популярным является двигатель с постоянными магнитами, поэтому давайте сначала рассмотрим каждый его аспект:
• Трехфазный переменный ток (AC) — Если вы проходили обучение в компании Honda Motor Company, когда впервые появился гибрид Honda Insight Gas/Electric, инструкторы Honda сообщали техническим специалистам, что двигатель Honda IMA (встроенный усилитель двигателя) был Двигатель постоянного тока.
К двигателю шло три оранжевых кабеля, и большинство техников были сбиты с толку (как и должно быть), потому что Honda была единственной в своем описании своего электродвигателя; каждый другой OEM-производитель в то время (Toyota и более поздние модели) описывал свой высоковольтный двигатель (двигатели) как трехфазный двигатель переменного тока 9.0003
Кто был прав? Технически Honda была такой, но другие OEM-производители лучше понимали свои автомобильные техники. Таким образом, гибридный инструктор (как и я) должен задать вопрос: «Хочу ли я быть технически правильным и непонятым многими, или упростить ответ, чтобы его поняло большинство?»
Если время, отведенное на занятие, статью или лекцию, ограничено, более поздний ответ может быть лучшим. (Я пишу учебник для колледжа по гибридам, электромобилям и транспортным средствам на топливных элементах, который позволит свободно объяснить и то, и другое.)
Что это, двигатель постоянного тока или трехфазный двигатель переменного тока? Это зависит от того, что вы отправляете по оранжевым кабелям от инвертора (инвертор — это своего рода контроллер двигателя).
Когда батарея постоянного тока питает трехфазный двигатель, она посылает импульсное постоянное напряжение, но переменный ток, который контролируется и управляется инвертором. Хонда права: в любом электромобиле, когда трехфазный двигатель приводит в движение вал (добавляя крутящий момент), в то время это двигатель постоянного тока, но когда двигатель приводится в движение тем же валом, теперь это генератор. и производит чистый трехфазный переменный ток, как это делает всеми любимый 12-вольтовый генератор. Но чтобы упростить чтение и понимание, мы будем называть двигатель трехфазным двигателем переменного тока.
• Бесколлекторный — Если мне нужно объяснить это, у нас у всех проблемы.
• Внутренний (или внешний) постоянный магнит (ПМ) — Способ расположения ПМ на роторе (вращающаяся часть, которая приводит в движение колеса или что-то еще, что должно вращаться) определяет название. Большинство высоковольтных электродвигателей имеют внутренний магнитный ротор, потому что требуется меньше магнитов, но были и внешние роторы, которые вращаются вокруг статора снаружи в своего рода барабане.
Это дорогостоящая часть мотора, поэтому постоянно ведутся работы по снижению затрат.
• Синхронный двигатель — По мере изучения инверторов вы поймете, как магнитные поля создаются в статоре. Вращательные поля можно измерить в об/мин, а скорость электромагнитов в статоре будет соответствовать об/мин ротора. Так в синхронном двигателе скорость вращающегося магнитного поля равна скорости вращения ротора, он синхронизирован.
Теперь давайте сравним это с «Асинхронным двигателем». Трехфазный переменный ток (AC). Здесь нет никакой разницы, кроме того, что у программного обеспечения будет другая стратегия:
• Бесколлекторный — Вы серьезно, вам нужно это объяснить?
• Индукция — Угадайте, что: Без магнитов. Это самая большая разница. Ротор иногда называют «беличьей клеткой», и в основном он сделан из алюминия и меди. Магнитные полюса в роторе индуцируются магнитными полями, создаваемыми в статоре.
• Асинхронный двигатель — Скорость вращающегося магнитного поля, создаваемого статором, больше или меньше скорости вращения ротора.
Ротор возбуждается статором, и если бы скорость вращательного поля совпадала с ротором, то ротор перестал бы вращаться. Когда «асинхронный» двигатель является двигателем, ротор вращается медленнее, чем вращающееся магнитное поле. Если «асинхронный» двигатель находится в режиме генератора, ротор вращается быстрее.
В другой статье мы обсудим инверторы, которые питают и управляют электродвигателями. •
Крейг Ван Батенбург — бывший владелец ремонтной мастерской, а также генеральный директор Automotive Career Development Center (www.fixhybrid.com), который предлагает обучение и консультации, связанные с электрическими и гибридными автомобилями; с ним можно связаться по адресу [email protected].
Эволюция рынка современных электродвигателей для электромобилей
Тяговые электродвигатели, возможно, были первоначально разработаны в 1800-х годах, но рынок продолжает развиваться и сегодня, а растущий рынок электромобилей (EV) предоставляет новые технологии, возможности, и спрос.
В последние годы все больше внимания уделяется материалам, используемым для электродвигателей, а также базовой топологии. Некоторые стремятся улучшить такие характеристики, как мощность и плотность крутящего момента, за счет приобретений, связанных с двигателями с осевым потоком, в то время как другие стремятся стать более рентабельными и устойчивыми за счет сокращения или исключения редкоземельных элементов. В идеальном мире оба вышеперечисленных могут быть достигнуты одновременно, но в действительности часто приходится идти на компромисс. Последняя итерация IDTechEx «Электродвигатели для электромобилей 2024-2034» глубоко погружается в моторные технологии, внедрение на рынок, использование материалов и рыночные прогнозы.
IDTechEx анализирует ключевые параметры двигателей электромобилей и новые альтернативы.
Источник: IDTechEx — « Электродвигатели для электромобилей 2024-2034 »
Материалы и редкоземельные элементы
Рынок электромобилей — это рынок магнитных материалов. С 2015 по 2022 год доля двигателей с постоянными магнитами (ПМ) на рынке электромобилей стабильно оставалась выше 75%. Редкоземельные магниты по-прежнему вызывают озабоченность в 2023 году из-за того, что их цепочка поставок ограничена Китаем, а цены снова начнут резко расти в 2021 году (как это было в 2011/2012 годах). Чтобы избежать этих опасений, несколько европейских OEM-производителей выбрали конструкции без магнитов, в том числе Renault и BMW, использующие двигатели с фазным ротором, и Audi, использующие асинхронные двигатели. В 2023 году Tesla объявила, что ее двигатель следующего поколения будет двигателем с ПМ без редкоземельных элементов, что еще больше сосредоточит внимание на альтернативных магнитных материалах, таких как ферритовые магниты, и проблемах, которые они создают для массового внедрения.
Подавляющее большинство автомобильного рынка используют двигатели с постоянными магнитами. Источник: IDTechEx — » Электродвигатели для электромобилей 2024-2034 »
внедрение магнитов, не содержащих редкоземельных элементов, обычно требует значительного снижения производительности. Без существенных изменений конструкции использование ферритового магнита привело бы к потере мощности и крутящего момента более чем на 60 %, но если можно оптимизировать различные аспекты конструкции, то снижение производительности при использовании ферритовых магнитов можно компенсировать. Есть также игроки, присматривающиеся к более новым магнитным сплавам, таким как магниты из нитрида железа Niron.
В отчете IDTechEx представлен анализ конструкций двигателей без магнитов, способы восстановления редкоземельных элементов и варианты альтернативных магнитных материалов. IDTechEx прогнозирует, что двигатели с постоянными магнитами останутся доминирующей формой двигателей (особенно с учетом доминирования Китая на рынке электромобилей), но будет дальнейшее сокращение редкоземельных элементов на двигатель и альтернативные магнитные материалы, которые будут продвигаться на рынке.
Осевой магнитный поток и мотор-колеса как новые варианты
В дополнение к традиционным бортовым двигателям с радиальным потоком в электромобилях, есть две новые альтернативы, которые вызвали большой интерес, но находятся на ранних стадиях внедрения на рынке, а именно осевые двигатели и двигатели в колесах.
В двигателях с осевым магнитным потоком магнитный поток параллелен оси вращения (по сравнению с перпендикулярным в двигателях с радиальным магнитным потоком). Преимущества двигателей с осевым магнитным потоком включают повышенную мощность и плотность крутящего момента, а также форм-фактор блина, идеально подходящий для интеграции в различные сценарии. Несмотря на предыдущее отсутствие принятия, технология превратилась в рыночную интеграцию. Daimler приобрел ключевых игроков YASA, чтобы использовать их двигатели в грядущей электрической платформе AMG, а Renault заключила партнерское соглашение с WHYLOT, чтобы использовать двигатели с осевым потоком в своих гибридах, начиная с 2025 года9.
Колесные моторы используются в некоторых дорожных транспортных средствах, таких как ограниченное количество грузовиков Lordstown, но ключевой прогресс также был замечен в Protean, где Dongfeng продемонстрировал первый омологированный легковой автомобиль с ProteanDrive (in- колесная мотор-платформа) в 2023 году, после чего проводятся испытания флота.
IDTechEx ожидает значительного увеличения спроса на двигатели с осевым магнитным потоком и внутриколесные двигатели для определенных категорий транспортных средств, но не прогнозирует, что в ближайшем будущем они полностью вытеснят традиционные бортовые двигатели с радиальным магнитным потоком. В отчете IDTechEx «Электродвигатели для электромобилей 2024–2034» проводится анализ эффективности и рынка новых автомобильных технологий с указанием игроков, внедрения и рыночных прогнозов на 10 лет.
Чтобы узнать больше, включая образцы страниц для загрузки, посетите сайт www.IDTechEx.com/motors.