Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрический двигатель как устроен

Разберёмся как устроен мотор постоянного тока на примере простейшей модели.

У нас есть магнитное поле, генерируемое полюсами магнита и металлическая рамка. На клеммы «+» и «-» подаётся питающее напряжение (Up) мотора и по рамке начинает проходить постоянный электрический ток (Ip). На любой проводник, по которому проходит электрический ток, действует, так называемая, сила Ампера (Fa), направление которой зависит от направления тока вдоль проводника. Так как ток проходит от плюса к минусу, получается, что на одной стороне рамки ток направлен слева-направо, а на другой справа-налево. Поэтому сила Ампера на противоположных сторонах рамки направлена в разные стороны. Рамка начинает вращаться. Если подать питающее напряжение наоборот — направление тока изменится и рамка начнет вращение в противоположную сторону.

Для большей наглядности, можно посмотреть видео.

Электрический двигатель как устроен

Ни одна сфера жизнедеятельности человека сегодня не обходится без электродвигателей. Эти устройства настолько прочно вошли в нашу повседневность, что выход из строя одного из них может как минимум испортить нам настроение на день, а как максимум остановить работу целого предприятия. Электродвигатели поднимают большие грузы на стройках, приводят в движение различные станки на заводах, передвигают общественный транспорт по городу, циркулируют воздух по вентиляционным каналам, помогают готовить еду на кухне и охлаждают детали наших компьютеров. Да что там говорить, если они присутствуют даже в детских игрушках.

Несмотря на такую ​​распространенность, автомобилей с электрическим приводом выпускается значительно меньше, чем их «собратьев» с двигателем внутреннего сгорания. На это есть технические и коммерческие причины, обзор которых мы оставили для отдельной статьи. А в этом тексте рассмотрим преимущества и недостатки электродвигателя и самое главное — его принцип действия.

Электрическая машина

Для начала нужно ввести понятие электрической машины, которой называют электромеханическое устройство для преобразования электрической энергии в механическую или механической в ​​электрическую, а также электрической энергии с одними свойствами в электрическую энергию с другими свойствами. Электродвигатель, в свою очередь, является разновидностью электрической машины. Если в механизме электрическая энергия преобразуется в механическую с выделением тепла — это электродвигатель.

В основе принципа действия электродвигателя лежит электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Преобразование электрической энергии в механическую электромагнитным полем впервые продемонстрировал британский ученый Майкл Фарадей в 1821 году. Он подвесил провод и погрузил его в ртуть, в центре ванны установил постоянный магнит, через провод начал пропускать ток. В результате провод начал оборачиваться вокруг магнита, тем самым показывая, что ток вызывает циклическое магнитное поле. Это был простейший электродвигатель, непригодный для практического использования.

Первым в мире электродвигателем, который можно было эффективно использовать в различных системах, считают изобретение россиянина Бориса Якоби. В отличие от других ученых, которые работали над тем, чтобы заставить железный сердечник двигаться в магнитном поле подобно тому, как движется поршень в паровой машине, он предложил механизм с якорем, который вращается, объяснив, что такое строение значительно проще и непосредственно вращательные движения превращать в другие виды легче. Вращение в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов, которые периодически меняли полярность.

Устройство электродвигателя

С развитием науки и техники электродвигатели менялись, разрабатывались новые модели, совершенствовались старые. Но основных составляющих всегда было две: статор и ротор.

  • Статор — неподвижная часть, на которой размещены все вспомогательные детали, также используемый для закрепления на корпусе, установки на поверхности и т.д.
  • Ротор — подвижная часть двигателя, которая может вращаться внутри статора.

На обеих частях конструкции предусмотрены обмотки, которые работают как электромагниты. Также возможна комбинация из электромагнита на роторе и постоянного магнита на статоре, или наоборот. При подаче электрического тока на обмотки в них возникает магнитное поле с соответствующими полюсами. Вследствие этого происходит силовое взаимодействие между полями статора и ротора. Таким образом стороны обмоток с одинаковыми полюсами начинают отталкиваться друг от друга, а с противоположными — притягиваться. Подвижная часть сразу же пытается стать в такое положение, чтобы противоположные полюса совпадали.

Так происходит максимум пол-оборота, или 180 °. Для того, чтобы ротор двигался дальше и сделал полный оборот на угол 360 °, нужно изменить направление тока в одной из обмоток, в результате чего ее полярность изменится на противоположную и стороны с соответствующими полюсами снова начнут притягиваться. Если через определенный период переключать полярность подаваемого на обмотку тока, то вал ротора будет непрерывно вращаться.

В разных видах электродвигателей такая разница между векторами магнитных полей достигается различными путями. Например, длительное время широко применялись коллекторы, а двигатели, соответственно, назывались коллекторными. Типичный коллектор представляет собой барабан на валу ротора, на который выведены контакты всех обмоток в определенном порядке. Ток на контакты подается с помощью угольных щеточек, которые прижимаются к барабану пружинами. Недостатками такого механизма является необходимость периодической замены щеток, стирание контактов и шум, поэтому со временем более популярными стали бесколлекторные двигатели, в которых используются датчики положения ротора.

Количество обмоток на подвижной и неподвижной частях может отличаться. Чем их больше, тем больше плавность хода и более равномерно распределяется мощность.

Классификация электродвигателей

Различать типы электромоторов можно по нескольким признакам, но две самые распространенные группы отличаются по типу электропитания.

По типу тока, который подается на обмотки, электродвигатели бывают постоянного и переменного тока.

В свою очередь, первую группу в зависимости от наличия щеточно-коллекторного узла можно разделить на две: коллекторные и бесколлекторные. Возбуждение в коллекторных двигателях может происходить независимо с помощью постоянных и электрических магнитов, либо самовозбуждаться, при этом обмотка якоря может включаться параллельно, последовательно, частично-параллельно и частично-последовательно.

Среди двигателей, которые питаются от переменного тока, различают синхронные и асинхронные электродвигатели.

Синхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Существуют синхронные двигатели с дискретным углом перемещения ротора, заданное положение которого фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Такой вид называют шаговыми. Также можно выделить вентильные реактивные электродвигатели, питания обмоток которых формируется с помощью полупроводниковых элементов.

Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращения магнитного поля, которое создается напряжением питания. Моторы такого типа могут иметь разное количество фаз переменного тока. Так, однофазные запускаются вручную или пусковой. Также различают двухфазные, трехфазные и многофазные. Именно асинхронные трехфазные электродвигатели в настоящее время являются наиболее распространенными в промышленности. При отсутствии питания током с тремя фазами, могут работать от однофазной электросети, однако с меньшей мощностью и большим нагрузкам на обмотки, которые могут выйти из строя из-за перегрева.

Следует отметить, что впервые модель асинхронного двигателя предложил знаменитый изобретатель Никола Тесла в Будапеште в 1882 году.

Также существует универсальный коллекторный электродвигатель, который может работать как от постоянного, так и от переменного тока. Конструкция предусматривает только последовательное подключение обмоток, поэтому его ротор вращается только в одном направлении независимо от полярности.

Генератор

Электродвигатель может не только потреблять электроэнергию, но и производить ее. В таком случае он называется генератором электрического тока. Если на вал ротора подать обороты, то в обмотках статора возникнет электродвижущая сила. Таким образом, например, в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания во время движения заряжается аккумулятор и снабжаются энергией другие приборы. В электромобилях и гибридах часто используется система рекуперации: когда водитель не давит на педаль газа (или тормозит), электроэнергия возвращается обратно в аккумулятор. В этом режиме не двигатель приводит в движение трансмиссию, а колеса буквально крутят ротор.

В общем, электродвигатели получили большую популярность в технике из-за таких преимуществ, как высокий коэффициент полезного действия и простота механизма. Диапазон мощности и габаритов чрезвычайно велик, что позволяет успешно использовать их как в мелких электронных приборах, так и в масштабной промышленной технике.

А вы что думаете по этому поводу? Дайте нам знать – напишите в комментариях!

  • Назад
  • Вперёд

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Принцип работы электродвигателя

Электромотор можно назвать одним из наиболее простых и эффективных способов конвертирования электрической энергии в механическую. Данное действие реализуется благодаря так называемой магнитной индукции. Под ней подразумевают особое физическое явление, во время которого происходит возникновение электродвижущей силы в замкнутой среде при изменении потока магнитной силы.

Читать еще:  Что такое двухконтактный двигатель

В обычных двигателях внутреннего сгорания коленвал приводится в движение при помощи давления газов, как производных сгорания топлива. Электрический двигатель вращает ось благодаря взаимодействию магнитных полей на статоре и роторе. При подаче электроэнергии на медной обмотке этих элементов возникают взаимоотталкивающиеся поля, которые позволяют автоматически двигать ротор относительно неподвижного статора.

Если устроить контролируемый режим подачи питания через проводник, можно добиться стабильного и сбалансированного вращения движущихся частей, а далее — и машины. Такое строение даёт возможность практически отказаться от сложной коробки передач и упростить управление автомобилем. Кроме того, эта конструкция значительно проще, нежели цилиндровый двигатель, поэтому в нормальном режиме эксплуатации её ресурс будет значительно больше.

Видео: Как работает электродвигатель

Сферы применения бесщеточных двигателей

Вентильные двигатели постоянного тока, как правило, применяются для оборудования с мощностью не выше 5 кВт. Для оборудования мощнее использовать такие двигатели нецелесообразно. Постоянные магниты в бесщеточных моторах очень чувствительны к воздействию мощных полей и высоких температур, что нехарактерно для щеточных и индукционных аналогов.

Бесщеточные двигатели надежны и хорошо управляемы, поэтому они используются повсеместно, как для мелких механизмов, так и для крупных. Они применяются в автомобильных приводах, электрических мотоциклах, компьютерах, электроинструменте, бытовой технике. Двигатели очень востребованы в промышленности, авиационной технике. Благодаря отсутствию коллекторного узла такие двигатели можно использовать даже в опасных условиях, местах с повышенным уровнем влажности.

Преимущества и недостатки гибридов

Главный плюс гибридного автомобиля — меньший расход топлива. Toyota Prius 2021 года потребляет 4,3 литров бензина на 100 км в смешанном цикле. Сопоставимая по мощности Skoda Octavia 1,6 MPI расходует 7,5 литров топлива в тех же условиях. При среднем годовом пробеге 16 000 км и стоимости бензина 50 рублей за литр машины потратят:

  • Skoda Octavia — 7,5 * (16 000 / 100) * 50 = 7,5 * 160 * 50 = 60 000 рублей;
  • Toyota Prius — 4,3 * 160 * 50 = 34 400 рублей.

Годовая экономия — 25 600 рублей.

Если учесть, что Toyota Prius может заряжаться от сети и проезжать около 30 км на электротяге, мы получим еще более впечатляющую цифру. Разделив среднегодовой пробег на число рабочих дней в году, получим 60 км в день. Половину из них гибрид проезжает на электричестве, затрачивая 5 кВт*ч энергии. Стоимость одного киловатта в Москве — 5,66 рублей. Тогда затраты равны:

  • бензин — 4,3 * (8 000 / 100) * 50 = 17 200 рублей;
  • электричество — (8000 / 30) * 5 * 5,66 = 7 550 рублей;
  • итого — 17 200 + 7 550 = 24 750 рублей.

Годовая экономия — 35 250 рублей.

Сниженный расход топлива гибридных автомобилей — не единственный плюс. Гибриды дольше обходятся без заправки. Toyota Prius может добраться от Москвы до Санкт-Петербурга без посещения АЗС. Если гибридная машина может двигаться на электротяге, она шумит намного меньше бензиновой — комфортнее как для пассажиров, так и для окружающих. Кроме того, электромотор развивает максимальный крутящий момент на малых оборотах — гибрид быстрее стартует с места.

Минусы исходят из принципа действия гибридного автомобиля. Кроме двигателя внутреннего сгорания, ему требуются электромоторы, батареи, сложные агрегаты в трансмиссии и дополнительные блоки управления. Машина получается намного сложнее и стоит дороже. Стоимость подержанного Prius в нашем примере начинается от 1 миллиона рублей, новой Skoda Octavia — от 800 тысяч рублей, а б/у машины с бензиновым двигателем — от 450-500 тысяч рублей

Часто приходится слышать о том, что гибридные автомобили требуют больше затрат на ремонт. Это популярный миф, расходы на обслуживание даже ниже. Бензиновый двигатель работает в максимально щадящих условиях и изнашивается медленнее. Но проблема с ремонтом существует: в России пока мало автомехаников, которые специализируются на гибридном приводе и электромоторах. Приготовьтесь к тому, что на специализированном СТО будет очередь.

Преимущества электромобилей

  • Экономичность
    Более низкая по сравнению с автомобилями с ДВС стоимость заправки, меньшая стоимость технического обслуживания.
  • Широкие возможности для зарядки
    Зарядиться можно везде, где есть электрическая розетка.
  • Принципиально новые эмоции от вождения
    Моментальный, стремительный разгон, управление автомобилем с помощью «одной педали», низкий центр тяжести, тишина в салоне, осознание причастности к защите и сохранению окружающей среды.
  • Экологичность
    Полное отсутствие вредных выбросов и более низкий уровень производимого шума в сравнении с автомобилями с ДВС.
  • Инновационные технологии
    Виртуальные зеркала заднего вида, технологии автопилотирования, новые отделочные материалы и сервисы.
  • Надёжность
    Меньшее количество деталей — меньше уязвимых узлов и агрегатов.

  • Временные преимущества
    • Бесплатная парковка*
    в Москве, Санкт-Петербурге и Казани.
    • Отсутствие транспортного налога*
    в шести регионах, в том числе в Москве и Московской области.
  • Перспективные преимущества
    • Глобальное развитие инфраструктуры
    Совместные планы государства и частных компаний по развитию инфраструктуры быстрых зарядных станций.
    • Бесплатный проезд
    по платным трассам, а также возможность передвижения по выделенным полосам.
    • Использование альтернативных источников энергии
    Например, солнечных батарей в частном секторе.

* Список регионов будет дополняться по мере принятия соответствующих законов региональными органами власти — уточняйте актуальную информацию.

Мотор в будущее

Почему у двигателя внутреннего сгорания все еще нет серьезной альтернативы, узнал Кирилл Журенков

У двигателя внутреннего сгорания, без которого невозможно представить современный транспорт, юбилей — 195 лет. Однако полноценной замены имениннику так и не изобрели

Современный автомобиль, каким мы его знаем, рождался, наверное, целый век, и каждый из его дней рождения — исторический. Судите сами: 125 лет назад двумя венгерскими учеными, Донатом Банки и Яношем Чонка, запатентован карбюратор — устройство, где готовится горючая смесь для автомобильного двигателя. Долгое время его изобретателем вообще-то считался немец Вильгельм Майбах, запатентовавший карбюратор раньше венгерских коллег, и лишь после специальной экспертизы выяснилось — Банки и Чонка опередили его с публикацией. Счет шел на месяцы!

Но, пожалуй, еще важнее другая дата: в 1823 году, то есть 195 лет назад, другой инженер, британец Сэмуэль Браун, запатентовал первый получивший успех и коммерческое приложение двигатель внутреннего сгорания (ДВС)! Оговоримся: и на этот почетный титул — изобретателя ДВС — также претендует множество инженеров, выбирай любого. Вот, к примеру, один из претендентов — француз Жозеф Нисефор Ньепс больше известный как один из изобретателей фотографии. Он еще в 1807 году вместе с братом создал прототип ДВС, названный пирэолофором. Пирэолофор был установлен на корабль и успешно испытан, после чего братьям выдали патент, подписанный самим Наполеоном. Был в истории ДВС и русский след: бензиновый двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием — разработка российского конструктора сербского происхождения Огнеслава Костовича, известного проектами дирижабля, вертолета и даже рыбы-лодки.

Парадокс в другом: ни один из изобретателей этого чуда техники не был уверен, что его усилия пригодятся. Сегодня об этом уже не помнят, но с ДВС тогда конкурировали паровой и… электрический двигатель, изобретенный еще в 1828 году!

— Период, когда люди выбирали тип двигателя для безлошадных повозок (так называемое осевое время автомобилизма), пришелся как раз на конец XIX века,— говорит шеф-редактор журнала «Авторевю» Леонид Голованов.— Так вот, вплоть до середины 1900-х параллельно выпускались машины со всеми тремя типами силовых установок: ДВС, электроприводом и паровым двигателем. В результате победил двигатель внутреннего сгорания, причем заслуженно — он оказался эффективнее, проще в эксплуатации и более пригоден для массового производства. Но главное — сочетание энергоемкости, цены и скорости заправки, которое обеспечивало моторное топливо. Альтернативы этому не было!

О «нефтяном факторе» в успехе двигателя внутреннего сгорания говорит и декан транспортного факультета Московского политехнического университета Пабло Итурралде. По его словам, выпуск машин на ДВС в начале ХХ века получил поддержку у нефтяной отрасли — ей нужен был мощный потребитель производимой продукции, и автомобили, работающие на бензине, идеально подошли для этого.

«Топливо-изгой», «Европа отказывается от двигателей внутреннего сгорания», «Объявлена война дизелю»… Европейские СМИ предупреждают: в Старом Свете решили всерьез взяться за ДВС. Повод нашелся в 2015-м, когда в результате так называемого Дизельгейта выяснилось: крупнейший европейский производитель дизельных моторов занижал количество вредных выбросов во время тестов. И вот время перемен: к примеру, в Великобритании запретить продажи новых автомобилей на бензиновых или дизельных ДВС собираются уже к 2040 году. А Норвегия ставит дедлайн еще раньше — на 2025 год… Чем собираются заменить ДВС? Конечно же, старым добрым электромотором, но и тут все не однозначно.

Читать еще:  Bmw m54 двигатель характеристики

— Конец ДВС приближают сразу несколько факторов: ужесточившиеся требования к токсичности отработавших газов, истерика по поводу антропогенной природы глобального потепления и, безусловно, электромобили,— уверен Леонид Голованов.— Впрочем, до массового распространения электромобилей еще далеко, и сдерживает его отсутствие аккумуляторных батарей с достаточной энергоемкостью.

Иными словами, современные литий-ионные батареи не способны обеспечить переход на массовую электромобилизацию — нужен качественный скачок, батареи нового типа, например на основе графена. Вот только когда их изобретут. Как открыт и вопрос о перспективах так называемых гибридов — автомобилей, где электродвигатель совмещен с ДВС.

Приговор специалистов: человечество на перепутье. Жить с ДВС больше не хочется, а переходить на электромобили не получается, да и последствия такого перехода никто толком не просчитал.

— Вся инфраструктура наших городов рассчитана под двигатели внутреннего сгорания, и перемены идут с большим трудом: посмотрите на Европу — станции для подзарядки встречаются там гораздо реже, чем автозаправки,— говорит Пабло Итурралде из Московского политеха.— Прибавьте к этому скорость самого процесса — чтобы заправить обычный автомобиль, у вас уйдет пять минут. А для зарядки электромобиля понадобится минимум часа два. Так что переход на новую инфраструктуру в перспективе довольно трудозатратен: всегда есть соблазн потратить эти деньги на что-то другое, например на развитие общественного транспорта.

Леонид Голованов, в свою очередь, уверен, что переход на электромобили неизбежен. Но и он соглашается: последствия такого перехода будут столь масштабны, что сравнить их можно разве что с появлением беспилотных электрических робомобилей. Попробуем представить этот транспорт будущего: никаких дилерских сетей, автозаправочных станций, водителей и даже автослесарей — «умные» машины будут сами «сообщать» в специализированные сервисы о поломках тех или иных систем. Есть и более радикальный взгляд: мол, двигатели будущих робомобилей почти не будут ломаться, а на старомодные ДВС, которые мог разобрать любой мальчишка, мы станем любоваться разве что в музеях. Впрочем, до этого еще надо дожить — или доехать.

экспертиза

Игорь Моржаретто, партнер аналитического агентства «Автостат», автоэксперт

Появление двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — это новый этап промышленной революции, перевернувший всю мировую экономику. До этого она пребывала в полусредневековом состоянии, а с появлением двигателя внутреннего сгорания и дешевого автомобиля, который мог доставить товары и грузы по всему миру на дальние расстояния, изменилась коренным образом. Изменилась и жизнь людей. Специалисты называют это транспортной доступностью «по Форду»: появилась возможность купить автомобиль и поехать на нем куда-то.

Так вот, с моей точки зрения, КПД двигателя внутреннего сгорания далеко не исчерпан. За последние 10–20 лет его параметры очень сильно изменились: он стал более экономичным, мощным, экологичным. К сожалению, сейчас сворачиваются дальнейшие разработки по ДВС, особенно по дизелю. Все кричат, что наше светлое будущее — это электродвигатели. Но перспективы есть и в других отраслях, например в нескольких странах работают над водородными топливными элементами. Возможно, какие-то прорывы будут и с двигателем на ядерном топливе…

А вот что касается электромобилей, то с ними еще очень много нерешенных вопросов.

Сегодня максимум, который он может преодолеть,— это 300 км при теплой погоде и ровной дороге без пробок. Это много, но, к примеру, в условиях России явно недостаточно.

К тому же современные аккумуляторы чудовищно дороги. Если не будет государственной поддержки, электромобиль просто никто не купит: сегодня он стоит в 2,5—3 раза дороже, чем автомобиль с ДВС того же класса. И соответственно, все те продажи, которые идут в мире, происходят при поддержке разных государственных программ. Когда будет создан дешевый и мощный аккумулятор? Никто не знает. Его обещали создать и год, и пять лет назад…

Еще одна принципиальная проблема, связанная с электромобилями, заключается в том, что при выработке электроэнергии все равно расходуется топливо, просто другое. 60 процентов электростанций (а это они вырабатывают электроэнергию, которая используется для зарядки электромобилей.— «О») в мире сегодня, напомню, работает на угле и, соответственно, загрязняют окружающую среду.

Нельзя не упомянуть и об отсутствии программы утилизации аккумуляторов. Одна компания — мировой лидер по производству электромобилей — после 7 лет эксплуатации забирает эти аккумуляторы и предлагает их владельцам частных домов в качестве аварийного источника энергии. То есть утилизировать их не умеют… В общем, как мне кажется, энтузиазм стран и правительств по поводу электромобилей несколько преждевременен: без госпрограмм поддержки все это долго не продержится. А вот прощаться с ДВС я бы не торопился…

брифинг

Торстен Мюллер-Отвос, гендиректор английской компании, выпускающей автомобили класса люкс

Мы представим электрическую модель в следующем десятилетии, однако не будем спешить убирать ДВС из портфолио. Переход к электрокарам будет постепенным, и какое-то время они пойдут параллельно. Беспилотники станут для нас интересны тогда, когда они будут функциональными, удобными в использовании, не требующими усилий и полностью автономными, то есть тогда, когда они смогут полностью заменить водителя. Вот тогда мы скажем: «Давайте сделаем это».

Александр Фертман, директор по науке, технологиям и образованию фонда «Сколково»

Александр Фертман, директор по науке, технологиям и образованию фонда «Сколково». Фото: Sk.ru

Те горизонты, которые сегодня нарисованы в Европе по поводу отказа от двигателя внутреннего сгорания, наводят на мысль, что это серьезный технологический рывок. А главное, что создается огромный рынок. Новые виды аккумуляторов постоянно разрабатываются, эта тема одна из самых инвестируемых, если не говорить об IT-секторе. И это не только сама батарея, это и система управления. Здесь, кстати, у России действительно есть интересные проекты. Важно не только то, как вам отдает энергию батарея, но и то, как вы управляете ячейками, чтобы ячейки разряжались одновременно, равномерно.

Коджи Нагано, автодизайнер

— Каким будет автомобиль лет через 30?

— Думаю, внешний вид автомобилей будет сильно зависеть от типа двигателя. Но, как и раньше, автомобилю нужен будет кузов, внутреннее пространство, колеса. Если говорить об автомобиле будущего, то есть такая жутко интересная вещь, как 3D-принтер. И я могу себе представить, что скоро каждый человек сможет создать автомобиль у себя дома, просто напечатать именно тот, который нужен ему. Возможно, он нарисует этот автомобиль сам или использует готовый дизайн.

Как работают электромобили? Разбор!

Мало кто знает, но автомобили с электрическим двигателем появились раньше чем машины с двигателем внутреннего сгорания — еще в 1841 году. И до начала 20 века они были популярнее, но потом они проиграли конкуренцию бензину и дизелю.

Сейчас же происходит обратный процесс, технологии аккумуляторов и электродвигателей развились до такой степени, что по прогнозам экспертов к 2025 году бензин и дизель окончательно устареет и уступит дорогу электричеству.

Сегодня мы поговорим о технологиях, которые лежат в современных электромобилях и расскажем почему это будущее. А поможет нам в этом первый электрокар от компании Audi официально доступный в России — Audi E-tron.

Устройство ДВС

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания прошли огромный путь. Конструкция ДВС совершенствовалась более сотни лет, поэтому можно с уверенностью сказать, любой современный ДВС — это чудо инженерной мысли.

Тем не менее, есть у ДВС один серьезный недостаток. Они неэффективны.
КПД дизельных двигателей колеблется в районе 40-50%, а у бензиновых вообще 20-30% процентов.

Как вы думаете какой КПД у электродвигателей? Выше 100%! Как такое возможно и почему такая большая разница. Давайте разберёмся.

Если кратко, ДВС — не чемпионы в эффективности, потому что в них очень много деталей! Например, мы не можем подрубить двигатель внутреннего сгорания напрямую к колесам,
У ДВС ограниченный диапазон рабочих скоростей с пиковой эффективностью в районе 2-4 тысяч оборотов в минуту и он не может плавно ускоряться и замедляться. Поэтому в помощь к двигателю нам нужна другая сложная механическая конструкция, повышающая или понижающая скорость вращения, то есть коробка передач.

Читать еще:  Что такое нагрузочная характеристика двигателя

Дальше больше, сам двигатель внутреннего сгорания не создает прямого вращательного движения, а его выходная мощность постоянно колеблется. Поэтому прибавляется сложная система динамической балансировки: это кривошипно-шатунный механизм, маховик и прочие вещи. В свою очередь, электродвигатель устроен гениально просто!

Уутройство электродвигателя (асинхронный)

Любой электродвигатель работает на принципах электромагнетизма. Он состоит всего из двух частей, которые даже не соприкасаются друг с другом. Есть статичная часть, которая называется статором, и вращающаяся — ротор. В реальности, например, в Audi E-tron электродвигатель выглядит вот так.

Достаточно просто подать переменный ток на двигатель и он начнет вращаться. Бинго! Нам это и нужно!

Но вся прелесть электродвигателя в том, что регулировать скорость вращения можно просто меняя, частоту переменного тока. В итоге мы получаем рабочий диапазон скоростей от 0 до 18 тысяч оборотов в минуту с практически постоянной эффективностью. Это делает электромобили невероятно динамичными, потому как вы имеете полную мощность и фантастический крутящий момент с самого старта.

Электродвигатели получают энергию из аккумуляторов. Но так как аккумуляторы выдают постоянный ток, а двигатель работает на переменном существует мозг электромобиля — инвертор. Он преобразует ток, а заодно регулирует частоту и мощность, и даже меняет фазы для того, чтобы заставить двигатель вращаться в обратном направлении. Так мы получаем заднюю передачу, у которой, кстати, та же мощность, что и у передней.

Иными словами, всё те задачи, которые в традиционных автомобилях решает сложная система условных шестерёнок, в электромобилях просто напрямую регулируется инвертором.

Во многом потрясной динамикой и хорошей управляемостью современные электрокары обязаны быстрым мозгам, чем электрокары в начале 20 века похвастаться не могли.

В итоге, мы получаем КПД электродвигателя в 90-95% при более компактных размерах и высокой надёжности! Там просто нечему ломаться, нечего смазывать и чистить.

В Audi E-Tron стоят два двигателя (по одному на передней и задней осях), суммарно выдающие 360 лошадиных сил и 561 Нм (ньютон-метров) крутящего момента. А в режиме Overboost все 408 л.с. и 660 Нм.

Рекуперация

Как же так получается, что КПД выше 100%? Разве такое возможно? Да! Потому, что до 70% затраченной энергии электродвигатель способен возвращать обратно! Это происходит за счёт рекуперации.

Дело в том, что если механически начать крутить ротор, тоже будет вырабатываться ток, который можно направить обратно в аккумулятор. Получается, тот же самый электродвигатель может и тратить энергию и генерировать её через преобразование кинетической энергии.

Как правило в электрокарах, когда не давишь на газ, машина включает рекуперацию и оттормаживается, но также это работает и просто накатом, без снижения скорости.

Для регулировки этого эффекта Audi сделали удобные переключатели режимов рекуперации на руле. Это распространённая практика (почти во всех электромобилях используется рекуперация) , но Audi пошли дальше. В E-tron рекуперация срабатывает даже тогда, когда вы нажимаете педаль тормоза.

И это просто взрывающая мозг технология, смотрите.

На самом деле, педаль тормоза в E-tron физически не связана с тормозными колодками. Когда вы нажимаете на педаль, вы давите на специальную подушечку, которая симулирует эффект сопротивления. В это время происходит замер степени нажатия. Если давление слабое, торможение происходит исключительно за счёт рекуперации. А если давление сильное, машина понимает, что нужно резко и быстро остановиться, тогда уже подключаются томоза.

Мало того, что такой подход заряжает батарею и увеличивает запас хода. А E-tron может проехать на одном заряде до 436 км и это отличный показатель для большого, комфортного полноприводного внедорожника! Так еще и максимально сберегает тормозные диски, так как в большинстве сценариев торможения они вообще не участвуют.

История про горы

Есть забавная история о том, как Audi проводили тестирование своей системы торможения. В США в штате Колорадо есть трасса на горе Пайкс-Пик. Она настолько извилистая и там настолько большой уклон, что на определённом участке там стоит милый деревянный блокпост. На этом блокпосте все спускающийся вниз машины останавливаются и рейнджеры замеряют температуру тормозных колодок. Потому как дальше идет крутой участок, и если в этот момент колодки уже перегреты, то дальше тормоза просто откажут.

The Audi e-tron prototype on recuperation test at Pikes Peak

Поэтому люди просто стоят и ждут когда колодки остынут физически. А самые бережливые водители, у кого температура колодок меньше 100 Фаренгейтов, то есть 38 градусов Цельсия, получают в подарок конфету. Вот бы наши гаишники, так делали: ты не сигналил в пробке и показывал поворотник — держи барбариску!

Так вот, самые горячие колодки из всех E-Tron, которые участвовали в тесте были лишь 11 градусов Цельсия, это было всего на 4 градуса выше температуры Земли.

Жидкостное охлаждение

Тем не менее с перегревом в электромобилях всё-таки могут быть проблемы. Нагреваются и двигатель и батарейный отсек. Всё как в компьютерах, будете сильно мучать авто — оно начнет перегреваться и тупить.

Поэтому в электрокарах используются системы охлаждения. В E-tron — это очень продвинутая система жидкостного охлаждения. Круто, да? Тачка с жидкостным охлаждением, всегда мечтал.

Быстрая зарядка

Такой подход не только повышает рабочий диапазон температур, но и ускоряет зарядку.

Помните, OnePlus 8 Pro с одной из самых быстрых зарядок на рынке мощностью 65 Вт заряжается от 0 до 100% за 60 минут.

В E-Tron установлена батарея емкостью 95 кВт*ч, это в 5444 раза больше, чем в OnePlus 8 Pro (4510 мА.ч / 17,45 Вт.ч). Как думаете, сколько нужно времени чтобы зарядить эту батарею до 100%? Сколько? Год-два? Нет. Всего 40 минут! Как такое возможно?

Дело в том, что E-Tron — это чемпион по скорости зарядки среди электромобилей. Он поддерживает супер быструю зарядку в 150 кВт! Что побольше чем 65 Вт в телефоне. Это, просто взрывает мозг.

Но как и в случае с OnePlus, чтобы получить самую быструю зарядку нужно специальное оборудование. А именно специальная зарядная станция постоянного тока. Таких пока немного, но сеть заправок развивается очень быстро в Европе и Америке, надеемся, что Россия тоже скоро догонит.

Тем не менее на обычных зарядных станциях с мощностью 22 кВт зарядка займет в районе 4,5 часов. Кстати, таких станций в России уже немало, можете сами посмотреть на сайте plugshare.com. В Москве и Санкт-Петербурге зарядок вообще полно, поэтому жить можно. Но в идеале надо заряжать машину по ночам, как и все гаджеты.

Личный опыт

Со своей стороны скажу, в ту секунду, когда впервые садишься в электромобиль и нажимаешь на газ, сомнений, что будущее за электродвигателями не остаётся.

И если раньше в России электрокары были экзотикой, то теперь Audi первой привезли полноценный комфортный, практичный электроавтомобиль, который действительно может конкурировать с традиционными машинами.

Конечно есть НО — огромные расстояния в России и пока недостаточное количество зарядок. Второе — электромобили стоят дорого и не думайте, что я пытаюсь вам их продать, а Audi — премиум бренд. Тестовая машина в нашей комплектации стоила больше 5 миллионов рублей.

Но не стоит забывать приятные бонусы в плане экономии, хотя может это и не так важно, если вы заплатили 80 000 евро за машину или от 5 955 000 рублей. Но все-таки:

1. Электричество существенно дешевле бензина, если даже примерно подсчитать зарядку от домашней розетки, то получится примерно 1 рубль за километр. Ведь можно заряжать тачку как и смартфон, оставляя на ночь.

2. Это более важный и любимый пункт! Я не люблю ездить в сервисные центры и делать ТО. Очень не люблю. Но с электротачками можно об этом думать реже. Деталей и изнашивающихся элементов в полностью электрической машине тупо меньше раза в два. По сути, все, что нужно менять это что-то по ходовой или батарейку — как в смартфоне только реже раз в 10 лет. И конечно проверять тормоза, но и их жизненный цикл будет больше.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector