Тест драйв синхронний електродвигун: що це означає?
Електричні машини як і раніше залишаються в тіні розвитку батарей
Швидкий розвиток гібридних силових установок і безпрецедентний прогрес в останні роки в області електромобілів роблять основний упор у розвитку акумуляторних технологій. Вони вимагають від розробників максимальних ресурсів і є найбільшою проблемою для дизайнерів. Однак не слід недооцінювати той факт, що прогрес у розвитку передових літій-іонних технологій супроводжується значним прогресом в області регулювання потужності електричних струмів і електродвигунів. Виявилося, що електродвигуни хоч і володіють високим ККД, але мають серйозне поле для розвитку.
Дизайнери очікують, що ця галузь буде рости надзвичайно високими темпами не тільки тому, що електромобілі стають все більш поширеними, а й тому, що електрифікація автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння є важливим елементом рівнів викидів, встановлених в Європейському Союзі.
Хоча у електродвигуна давня історія, сьогодні перед конструкторами стоять нові проблеми. Електродвигуни в залежності від призначення можуть мати вузьку конструкцію і великий діаметр або малий діаметр і довгий корпус. Їх поведінка в чистих електромобілях відрізняється від поведінки в гібридах, де необхідно враховувати тепло, що виділяється двигуном внутрішнього згоряння. Для електромобілів діапазон швидкостей ширше, а ті, які встановлені в паралельною гібридною системою в коробці передач, повинні бути оптимізовані для роботи в діапазоні швидкостей двигуна внутрішнього згоряння. Більшість машин працюють від високої напруги, але електричні машини з живленням від 48 вольт ставатимуть все більш популярними.
Чому двигуни змінного струму
Незважаючи на те, що джерелом електрики в особі батареї є постійний струм, розробники електричних систем в даний час не думають про використання електродвигунів постійного струму. Навіть з урахуванням втрат від перетворень блоки змінного струму, особливо синхронні, виграють в конкуренції з блоками постійного струму. Але що насправді означає синхронний або асинхронний двигун? Ми познайомимо вас з цією частиною автомобільного світу, тому що, хоча електричні машини вже давно існують в автомобілях у вигляді стартерів та генераторів змінного струму, недавно в цій області були впроваджені абсолютно нові технології.
Зараз Toyota, GM і BMW є одними з небагатьох виробників, які самі взяли на себе розробку і виробництво електродвигунів. Навіть дочірня компанія Toyota, Lexus, поставляє ці пристрої іншої компанії, японської Aisin. Більшість компаній покладаються на таких постачальників, як ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec або китайські компанії. Очевидно, що швидкий розвиток цього бізнесу дозволяє таким компаніям отримувати вигоду від співпраці з виробниками автомобілів. Що стосується технологічної сторони речей, то в даний час для потреб електромобілів і гібридів використовуються в основному синхронні двигуни змінного струму з зовнішнім або внутрішнім ротором.
Можливість ефективного перетворення акумуляторів постійного струму в трифазний змінний струм і навпаки багато в чому обумовлена досягненнями в технології управління. Однак величина струму в силовій електроніці досягає рівнів, у багато разів перевищують звичайні в побутової електромережі, і часто значення перевищують 150 ампер. При цьому виділяється велика кількість тепла, з яким доводиться мати справу силовий електроніці. В даний час обсяг електронного пристрою управління як і раніше великий, оскільки електронні напівпровідникові пристрої управління не можуть бути зменшені за допомогою чарівної палички.
І синхронні, і асинхронні двигуни відносяться до типу електричних машин з магнітним полем, що обертається, які мають більш високу питому потужність. У випадку ротор асинхронного двигуна складається з простого пакета суцільних листів з короткозамкнутыми обмотками. Струм протікає в обмотках статора протилежними парами, причому струм від однієї з трьох фаз тече в кожній парі. Оскільки в кожному з них воно зсунуто по фазі на 120 градусів щодо іншого, виходить так зване магнітне поле, що обертається. Це, у свою чергу, індукує магнітне поле в роторі, і взаємодія між двома магнітними полями – обертовим у статорі та магнітним полем ротора, призводить до захоплення останнього та подальшого обертання. Однак у цьому типі електродвигуна ротор завжди відстає від поля, тому що, якщо немає відносного руху між полем та ротором, він не буде індукувати магнітне поле в роторі. Таким чином, рівень максимальної швидкості визначається частотою струму живлення і навантаження. Однак через більш високий ККД синхронних двигунів більшість виробників дотримуються їх.
синхронні двигуни
Ці агрегати мають значно більш високий ККД і питому потужність. Істотна відмінність від асинхронного двигуна полягає в тому, що магнітне поле в роторі не створюється взаємодією зі статором, а є результатом або струму, що протікає через додаткові обмотки, встановлені в ньому, або постійних магнітів. Таким чином, поле в роторі і поле в статорі синхронні, а максимальна швидкість двигуна також залежить від обертання поля, відповідно, від частоти струму і навантаження. Щоб уникнути необхідності додаткового харчування обмоток, що збільшує споживану потужність і ускладнює регулювання струму в сучасних електромобілях і гібридних моделях, використовуються електродвигуни з так званим постійним порушенням, тобто з постійними магнітами. Як уже згадувалося, практично всі виробники таких автомобілів в даний час використовують агрегати цього типу, тому, на думку багатьох фахівців, проблема з дефіцитом дорогих рідкоземельних елементів неодиму та диспрозия все одно буде. Синхронні двигуни мають різні різновиди і змішані технологічні рішення, такі як BMW або GM, але ми розповімо вам про них більше.
споруда
Двигуни автомобілів із суто електричним приводом зазвичай приєднуються безпосередньо до диференціала провідного мосту, а потужність передається на колеса через півосі, що знижує втрати від механічної передачі. При такому плануванні під підлогою центр тяжіння зменшується, а загальна блокова конструкція стає компактнішою. Зовсім інакша справа з компонуванням гібридних моделей. Для повних гібридів, таких як один режим (Toyota і Lexus) і два режими (Chevrolet Тахо) електродвигуни певним чином пов'язані з планетарними механізмами в гібридній трансмісії, і в цьому випадку компактність вимагає, щоб їхня конструкція була подовженою та меншою. У класичних паралельних гібридах вимоги компактності означають, що вузол, що міститься між маховиком і коробкою передач, має більший діаметр і досить плоский, а такі виробники, як Bosch і ZF Sachs, навіть покладаються на конструкцію ротора у формі диска. Також є варіації ротора - в той час як в Lexus LS 600h елемент, що обертається, розташований всередині, в деяких моделях Mercedes обертовий ротор знаходиться зовні. Остання конструкція також надзвичайно зручна у випадках, коли електродвигуни встановлені у маточях коліс.
Текст: Георгій Колев
