Elektros varikliai automobiliuose ir jų veikimo principai

Elektros variklis - tai įrenginys, kuris elektros energiją paverčia mechanine energija. Tai vienas sudėtingiausių ir kartu elegantiškiausių žmonijos išradimų. Elektrinio variklio veikimo principas grindžiamas fundamentaliu fizikos dėsniu - elektromagnetizmu. Kai elektros srovė teka per laidininką, esantį magnetiniame lauke, atsiranda jėga, kuri stumia tą laidininką.

Daugiau nei 10 metų „Renault“ taiko šią technologiją, siekdama išspręsti šiandienos ir ateities mobilumo užduotis, kurdama automobilius be cilindrų, be stūmoklių ir be išmetamųjų dujų. Šiuolaikinių elektromobilių varikliai savo galia nenusileidžia vidaus degimo varikliams, tačiau ne visi elektromobiliai yra vienodai galingi - viskas priklauso nuo variklio ir akumuliatoriaus galios.

Elektros variklio veikimo principai

Norint suprasti, kaip veikia elektrinis variklis, pirmiausia reikia įsivaizduoti magneto lauką. Pagrindinis elektrinio variklio darbo principas yra magnetizmas. Įsivaizduokite, kad ant stalo turite popieriaus spaustuką ir lėtai judinate magnetą. Magnetui esant arti popieriaus spaustuko, įvyksta vienas iš dviejų dalykų: popieriaus spaustukas arba šoka link magneto ir tvirtai prilimpa, arba stumiasi nuo magneto, kol jis toli už jo magnetinio lauko. Jei pasuksite magnetą rankoje, atsitiks priešingas. Tai vadinama magnetiniu momentu, ir, nepaisant jo formos, dydžio ar medžiagos, magnetas visuomet turi „traukimo“ jėgą vienoje pusėje ir „stūmimo“ jėgą kitoje.

Variklio šerdyje yra du pagrindiniai komponentai: nejudantis statorius ir besisukantis rotorius (arba armatūra). Statorius turi elektromagnetus - tai ritės, apvyniotos aplink geležies šerdį. Kai per šias rites teka elektros srovė, jos tampa magnetais. Kai statoriaus elektromagnetai įjungiami tam tikra seka, jie sukuria kintantį magnetinį lauką. Rotoriaus magnetai stengiasi „sekti“ šį lauką - jie traukiami prie priešingo poliaus ir stumiami nuo vienodo. Rezultatas yra sukimosi judesys.

Svarbiausia yra tai, kad keičiant magneto poliškumą (arba stūmimo / traukimo pusę), galima keisti magneto judėjimo kryptį. Variklis veikia lygiai taip pat, valdydamas magnetų, esančių jo viduje, orientacijas tam tikram rezultatui. Variklio viduje yra keturi magnetai: du yra priešingose išorinio korpuso pusėse (statoriuje), o vienas - „traukimas“ ir „stūmimas“. Du kiti magnetai yra priešingose verpimo veleno pusėse; tuo pačiu metu jie persijungia tarp vieno „traukimo“ ir vieno „stūmimo“. Idėja yra ta, kad vienas iš veleno magnetų yra nustatytas į „stumti“, o kitas - „traukti“, todėl jie išstumiami nuo artimiausio statoriaus magneto ir traukiami į kitą magnetą. Kai jie pasiekia pusiaukelę tarp dviejų statoriaus magnetų, jie persijungia į poliškumą ir pritraukia kitus statoriaus magnetus. Tą pačią sekundę, kai veleno magnetai yra arčiausiai statoriaus magnetų, jie vėl persijungia ir tada juos atstumia artimiausias magnetas, traukiantis į kitą, ir toliau sukasi. Tai vyksta visą laiką, kol yra mechanizmas, kuriuo perjungiamas veleno magnetų poliškumas.

Velenas toliau sukasi ta pačia kryptimi dėl kampinio momento ir inercijos. Inercija yra jėga, kuri jus pradeda judėti, kai tik pradėsite, ir kuri yra sunki pradėti, jei esate sustabdytas. Kampinis impulsas - tai jėga, kuri daro švytuoklinį darbą ir daro sunkų dalyką ant styginių sukimosi.

Armatūroje esantys magnetai yra elektromagnetai ir veikia elektromagnetiniu principu, kuriame teigiama, kad kai elektra teka per vielos kilpą, sukuriamas magnetinis laukas. Prie variklio įeinančios galios prijungta vielos ritė. Kai galia patenka į kilpą, magnetinis laukas generuojamas vienu metu viena kryptimi. Varikliui sukant, ritė atjungiama nuo komutatoriaus maitinimo ir tada vėl prijungiama atgal, taip sukuriant priešingą poliškumą. Taip atsitinka kartu su trimis vielos ritėmis, iš kurių kai kurios yra prijungtos į priekį, o kai kurios - atgal, sukant sukimąsi ir perjungiant magnetinį lauką.

Elektromobilių variklių klasifikacija

Elektrinių variklių pasaulis yra nepaprastai įvairus. Elektrinėse transporto priemonėse naudojami varikliai dažniausiai apima nuolatinius variklius, kintamosios srovės indukcinius variklius, nuolatinio magnetinio variklio variklius ir perjungtus variklius.

1. Nuolatinės srovės (NS) varikliai

NS varikliai yra vienas iš pagrindinių elektros pavarų sudėtinių dalių. Jie susideda iš dviejų pagrindinių dalių - statoriaus ir rotoriaus. NS varikliai vis rečiau naudojami pramonėje, tačiau be jų neapsieinama įvairių autonominių transporto priemonių (automobilių, lėktuvų), nešiojamosios elektronikos įrenginių gamyboje, taip pat robotų technikos srityje. Privalumai: pradinis pagreitis yra didelis, elektromagnetinės sukimo momento kontrolės charakteristikos yra geros, greičio reguliavimas yra patogus, valdymo įtaisas yra paprastas ir kaina yra maža. Trūkumai: Yra mechaninis komutatorius. Kai važiuojama didelės spartos ir didelės apkrovos metu, komutatoriaus paviršiuje kyla kibirkštis, todėl jis netinka variklio greičiui. Palyginti su kitomis pavaros sistemomis, jis yra nepalankioje padėtyje ir palaipsniui pašalintas.

DC varikliai paprastai turi šepetėlius - mažus anglies gabalėlius, kurie liečia besisukantį kolektorių. Šie šepetėliai mechaniškai perjungia srovės kryptį rotoriuje, užtikrindami, kad magnetiniai poliai keistųsi tinkamu momentu. Šiuolaikiniuose įrenginiuose vis dažniau naudojami bešepetėliniai DC varikliai (BLDC), kurie sujungia abiejų tipų privalumus.

2. Kintamosios srovės (KS) indukciniai varikliai

Paprastos konstrukcijos ir gana patikimi asinchroniniai varikliai yra plačiai paplitę; trifaziai dažniausiai naudojami pramonėje, o vienfaziai - ir pramonėje, ir buityje. Dalis šių variklių, kai nereikia reguliuoti greičio, yra jungiami tiesiogiai į tinklą, kiti naudojami dažninėse elektros pavarose. Atpigus galios ir valdymo elektronikai, tokias pavaras pradėta naudoti dažniau nei NS elektros pavaras ir beveik visur, kur reikalingas greičio ar momento reguliavimas. AC indukcinio variklio statorius naudojamas generuoti magnetinį lauką ir yra sudarytas iš statoriaus šerdies, statoriaus apvijos, išorinio geležies šerdies korpuso ir guolio, pritvirtinto prie rotoriaus veleno. Kintamosios srovės varikliai turi žemos kainos, priežiūros ir mažo dydžio privalumus, tačiau kintamosios srovės variklių valdymas yra sudėtingesnis. Tai tapo pirmuoju alternatyva elektrinėms transporto priemonėms su kintama srove.

AC varikliai dažniausiai neturi šepetėlių, nes kintamoji srovė savaime keičia kryptį. Tai daro juos patikimesniais ir ilgaamžiškesniais.

3. Nuolatinio magneto sinchroniniai varikliai

Nuolatinis magnetinis variklis naudoja nuolatinį magnetą, kad generuotų oro tarpo magnetinį srautą, o nuolatinis magnetas pakeičia lauko ritę į nuolatinės srovės variklį ir statoriaus lauko magnetą indukciniame variklyje. Mūsų iš išorės sužadinamas sinchroninis variklis (EESM) užtikrina puikų galios ir našumo santykį. Jo naudingumo koeficientas siekia 91 %. Dėl suvynioto rotoriaus konstrukcijos jis neturi nuolatinio magneto, todėl jam nereikia reaktyvių metalų.

Nuolatinis magnetinis sinchroninis variklis turi didelio efektyvumo, didelį momentinį inercijos santykį ir didelį energijos tankį. Ypač jo mažas greitis ir didelis sukimo momentas gali patenkinti transporto priemonių, važiuojančių sudėtingais ir įvairiais keliais, poreikius. Tai aukštos kokybės ir mažai anglies dioksido aplinkai nekenksmingas variklis su retųjų žemių nuolatiniais magnetais. Tikimasi, kad medžiagų atsiradimas konkuruos su AC indukcinėmis varikliais rinkoje. Ypač mažo ir vidutinio galingumo srityje jis buvo plačiai naudojamas.

4. Perjungiami varikliai (reluctance motors)

Perjungto variklio statoriaus ir rotoriaus jungtis yra dvigubos pagrindinės polių konstrukcijos, kuriose įprasto silicio plieno lakštai yra laminuoti. Privalumai: paprastas ir patikimas, platus reguliuojamas greičio diapazonas, didelis efektyvumas, lankstus valdymas ir maža kaina. Trūkumai: dideli sukimo momento svyravimai, didelis triukšmas, padėties detektoriai, netiesinės charakteristikos ir t. t. Taikymas yra ribotas.

Elektros variklių efektyvumas ir ateities perspektyvos

Vienas didžiausių elektrinių variklių privalumų yra jų efektyvumas. Geriausieji šiuolaikiniai elektriniai varikliai gali paversti 95-98% elektros energijos į mechaninę energiją. Šis aukštas efektyvumas reiškia mažesnį energijos suvartojimą ir mažesnes išlakas.

Ateityje elektriniai varikliai taps dar efektyvesni ir protingesni. Jau dabar kuriami varikliai su integruotais jutikliais ir mikroprocesoriais, kurie gali savarankiškai optimizuoti savo veikimą. Nanotechnologijos ateityje gali leisti sukurti dar mažesnius, bet galingesnius variklius. Superlaidininkai gali pašalinti energijos nuostolius dėl elektros pasipriešinimo.

Elektrinis variklis yra daugiau nei tik techninis įrenginys - tai žmonijos išradingumo ir fizikos dėsnių harmonijos pavyzdys. Kaskart įjungdami dulkių siurblį, paleidžiant skalbimo mašiną ar sėsdami į elektromobilį, prisiminkime, kad naudojame technologiją, kuri keičia pasaulį.

Elektros varikliai automobilių keltuvuose

Elektrinis variklis yra daugelio automobilių keltuvų sistemų jėgos agregato varomoji jėga, generuojanti mechaninę energiją, reikalingą hidrauliniam siurbliui varyti arba, kai kuriais atvejais, tiesiogiai valdyti mechaninius kėlimo mechanizmus. Šis nepakeičiamas komponentas elektros energiją paverčia sukimosi jėga, kuri vėliau paverčiama tiesiniu judesiu, kuris pakelia automobilių keltuvą. Elektrinio variklio patikimumas, galia ir efektyvumas yra nepaprastai svarbūs sklandžiam, nuosekliam ir greitam bet kurio automobilių keltuvo, automobilių keltuvo ar transporto priemonių keltuvo veikimui.

Pagrindinė informacija apie elektros variklius automobilių keltuvuose:

• Pirminis energijos šaltinis: elektros variklis yra vienintelis komponentas, tiekiantis pradinę galią automobilio keltuvo judėjimui.
• Veikimo greitis ir galia: variklio veikimas tiesiogiai veikia automobilinio keltuvo kilimo greitį ir stiprumą.
• Sistemos integravimas: ji dažnai glaudžiai integruota su hidrauliniu siurbliu arba mechanine pavaros sistema.

Gedimų priežastys ir požymiai:

Priežiūra ir sprendimai:

Svarbu užtikrinti tinkamą vėdinimą, palaikyti švarą, periodiškai tikrinti elektros jungtis, klausytis neįprastų garsų ir užtikrinti tinkamą įtampą/srovės srovę. Pavyzdžiui, „Eounice“ automobiliniai keltuvai aprūpinti didelio našumo, pramoninės klasės elektriniais varikliais, parinktais dėl išskirtinio patikimumo, galios ir energijos vartojimo efektyvumo, užtikrinant nuoseklų ir patikimą kiekvieno automobilinio keltuvo veikimą.

• Tvirta konstrukcija: „Eonice“ varikliai pagaminti iš patvarių komponentų ir apvijų, sukurtų atlaikyti griežtus nuolatinio dirbtuvių naudojimo reikalavimus, užtikrinant automobilinio keltuvo ilgaamžiškumą.
• Optimizuota galia: Varikliai puikiai suderinti su „Eounice“ automobilių keltuvo hidrauliniu siurbliu arba mechanine pavaros sistema, užtikrinant pakankamą galią greitiems ir sklandiems kėlimo ciklams.
• Apsauga nuo perkaitimo: „Eunice“ varikliuose dažnai yra apsauga nuo perkaitimo, kuri automatiškai išsijungia perkaitus, taip apsaugodama nuo pažeidimų ir padidindama keltuvo saugumą.
• Energijos vartojimo efektyvumas: „Eunice“ varikliai, sukurti efektyviam energijos vartojimui, padeda sumažinti eksploatavimo išlaidas, tuo pačiu išlaikant galingą automobilių keltuvo našumą.
• Sumažintas triukšmas ir vibracija: aukštos kokybės guoliai ir tiksli gamyba prisideda prie tylesnio veikimo, pagerindami jūsų automobilinio keltuvo darbo aplinką.

Elektros varikliai elektromobiliuose

Elektromobilyje įrengtas specialus variklis, naudojantis tik iš akumuliatoriaus gaunamą energiją. Po grindų danga įrengtas akumuliatorius - vienas svarbiausių elektromobilio komponentų. Jis kaupia važiavimui reikalingą energiją ir yra įkraunamas, automobilį prijungus prie įkrovimo stotelės arba sparčiojo įkrovimo lizdo. Dėl įvairių įkrovimo galimybių elektromobilio įkrovimo įranga yra universali ir suderinama su įvairiais tinklais (viešaisiais ir privačiais): 7,4 kW vienfazės kintamosios srovės, iki 22 kW trifazės kintamosios srovės, iki 130 kW nuolatinės srovės (sparčiojo įkrovimo stotelėse). Europos CCS* standarto įkrovimo lizdas (arba įkrovimo prievadas) uždengiamas dangteliu (*CCS - kombinuotoji įkrovimo sistema).

Važiuojant sistema užtikrina nepertraukiamą kintamosios srovės (KS) elektros energijos pavertimą nuolatinės srovės (NS) energija ir šios perdavimą iš traukos akumuliatoriaus į elektrinį variklį. Elektrinio automobilio galingumas turi tiesioginį ryšį su elektrinio automobilio galia. Kuo didesnė galia, tuo didesnis greitėjimo našumas ir maksimalus elektrinio automobilio laipiojimo greitis, tuo geresnė jo kokybė ir variklio tūris. Tačiau variklis ilgą laiką negali dirbti didelio efektyvumo požiūriu, kuris sumažins elektrinės transporto priemonės sunaudojimo greitį ir sumažins automobilio ridą. Paprastai pasirinkto variklio vardinė galia turi atitikti didžiausią automobilio greitį. Variklio maksimali galia turi atitikti automobilio maksimalios klasės ir pagreičio charakteristikas.

Platforma CMF-EV su itin plokščiu 60 kWh talpos akumuliatoriumi ir kompaktišku 160 kW galios elektriniu varikliu. „Renault“ stengiasi didinti savo elektrinių variklių veiksmingumą. „Nissan ARIYA“ ir „e-4ORCE“ - tai naujos elektromobilių, pasižyminčių sklandžiu, intuityviu ir adaptyviu valdymu, eros pradžia. Visame pasaulyje parduota virš 500 000 „Nissan LEAF“, o nauji modeliai jau pritaikyti įvairiems gyvenimo stiliams, todėl nulinės taršos automobiliai išlieka ypač svarbūs „Nissan“ ateičiai.

Viena užduočių - tvarus elektromobilio gyvavimo ciklas nuo pagaminimo iki utilizavimo. Panaudotus „Nissan“ akumuliatorius atnaujiname ir naudojame Amsterdamo „Johan Cruijff“ arenoje su saulės energijos sistemomis, energijai saugoti.

Hibridiniai automobiliai

Lengvasis hibridas yra paprasčiausio perėjimo prie elektromobilių galimybė. Benzininis variklis teikia energiją, o elektros akumuliatorius padeda įsibėgėti, įvažiuoti įkalnėn ar važiuoti pastoviu greičiu. Hibridiniai automobiliai be įprasto benzininio variklio turi ir elektrinį, kad galėtumėte pasinaudoti visais elektromobilio privalumais ir nesirūpinti akumuliatoriaus įkrovimu.

„e-POWER“ yra akumuliatorių įkraunančio benzininio variklio ir ratus sukančio elektros variklio derinys. Jis veikia panašiai kaip elektromobilis, mažiau teršia aplinką ir jo eksploatacinės išlaidos mažesnės, be to, jo nereikia jungti prie elektros tinklo, todėl nereikės keisti ir vairavimo įpročių. Elektrinis variklis ir akumuliatorius išlaisvins jus nuo poreikio užsukti į degalinę pasipildyti degalų.

Technologija „e-4ORCE“ atskleidžia visą elektromobilio pajėgumą, paskirstydama galią tinkamu metu tinkamiems ratams, kad valdymas ir patogumas būtų nepriekaištingi bet kokioje vietovėje.

tags: #elektros #variklis #montuojamas #i #automobili