Электрический автомобиль, как показали статистические данные за текущий год, является очевидным будущим автопроизводства, причем ближайшим будущим. Многие всемирно известные автопроизводители вкладывают огромнейшие суммы в разработку электромобилей. Целю является желание сэкономить на нефтепродуктах, цена на которые систематически возрастает, а также необходимость снижения вредных выбросов в атмосферу и поиск новейших устройств хранения энергии, технологий энергопотребления.
В настоящее время крупнейшими рынками электромобилей являются Соединенные Штаты, Япония, Поднебесная и ряд стран Европы (Нидерланды, Германия, Норвегия,Франция,Великобритания). Производством электромобилей занимаются ряд марок, таких как Renault (Fluence Z.E. и ZOE),Nissan (Leaf, Toyota (RAV4EV), Ford (Focus Electric), Honda (FitEV) , BMW (Active C), Tesla (Roadster и Model S), Volvo (C30 Electric)), Mitsubishi (I MiEV). Если говорить о нашей стране, то 2015 год ознаменовался небывалым ростом продаж таких автомобилей, который составил 400% только за первые восемь месяцев текущего года.
Это говорит о том, что любителей экологичных стает все больше и больше: с января по август в стране, по данным МВД, зарегистрирован 231 электромобиль. Да, такая «новинка», несомненно, пришлась многим украинцам «по вкусу». А дело то в эффективном «электрическом зверьке», который, как говорится и денежку сэкономит и экологию побережет. Как вы уже догадались, разговор пойдет о электродвигателе. Давайте вместе разбираться «что это и с чем его едят».
1. Как устроен электромобиль?
Электромобиль, по сути, является транспортом, приводимым в движение одним или несколькими электромоторами. Внешне транспорт выглядит аналогично бензиновому, но есть одно очень важное отличие: бесшумный режим работы двигателя. «Тихоня»(так мы можем назвать электродвижок) питается от батареи (бывает солнечная, аккумуляторная или специализированный топливный элемент), которая исполняет функцию «топливного бака» и обеспечивает силовой агрегат энергией. Электромобиль также укомплектован контроллером – блоком, который управляет работой электродвигателя и регулирует потоки энергии в сети между аккумуляторами и двигателем. Все остальные компоненты практически такие же, что и в других автомобилей: , тормоза, подушки безопасности...
Для того, чтобы внедриться в принципы работы электромобиля, давайте рассмотрим технику переработки стандартного бензинового автомобиля на электрический. Такой автомобиль возродился от бензинового Geo Prism. Для того, чтобы переделать второй на электропривод, его внутренняя конструкция пережила небольшие перемены. Прежде всего, конструкторы произвели исключение бензинового движка, муфты сцепления, бензобака, выхлопных труб. «Механика» осталась на своем месте и заработала на второй передаче. Далее последовала установка контроллера и электродвигателя с переменным током. Свинцово-кислотные аккумуляторы были размещены на полу транспортного средства. Инженеры также произвели замену тормозной системы и оборудовали автомобиль усилителем руля, водяным насосом и системой кондиционирования. Вакуумный насос добавили для усовершенствования тормозной системы.
Трансмиссию подключили таким образом, чтобы при движении рычага, передавались сигналы на контроллер. Также, электромобиль оснастили зарядным устройством, вольтметром, двумя потенциометрами, подключив их к педали акселератора и контроллеру. В результате, конструктры получили электромобиль с такими характеристиками:
- пробег на единочном заряде батарей – 80 км;
Разгон до «сотни» за 15 секунд;
Сумма энергии, необходимой для перезарядки аккумуляторных батарей: 12 кВт/ч;
Сумарная масса батарей: 500 кг.
«Новачок» оказался прост в управлении, которое ничем не отличалось от аналогичного в автомобиле, использующем бензин.
Конструкция электромобиля имеет много плюсов. Дело в ее надежности, ведь в ней количество подвижных деталей и узлов сведено к минимуму. Для того, чтобы понять как устроен электромобиль, нужно прежде всего ближе познакомиться с его составляющими: трансмиссией, аккумулятором, электронной системой управления и специальным бортовым зарядным устройством. Начнем с первого. У данного экземпляра простейшая трансмиссия, так как на большинстве моделей она представляет собой простой одноступенчатый редуктор.
Если говорить о бортовом зарядном устройстве, то это довольно удобная «фишка» электромобиля, так как дает вам право рассматривать возможность зарядки транспорта от обычной розетки.
С целью преобразования постоянного высокого напряжения в переменное, большинство производителей используют специальный инвертор. Он используется также с целью зарядки дополнительной батареи на 12 Вт. (она нужна для питания, к примеру, кондиционера, электроусилителя руля, или аудиосистемы).
Электронная система управления берет на себя ответственность за безопасность, энергосбережение и комфорт ездоков. Если покопать еще глубже, то такая система используется еще и с целью управления высоким напряжением, обеспечения нормального движения, регулировки тяги, контроля тормозной системы и расхода электроэнергии. Эта система включает в себя определенные входные датчики, блок управления и др..
Входные датчики выполняют функцию «оценщика» положения педали "газ" и "тормоз", селектора переключения передач, давления в системе тормоза, степени зарядки. Основные аспекты работы электромобиля (информация о потреблении энергии, восстановлении энергии, остаточный заряд аккумуляторной батареи) отображаются на панели приборов.
Важной составляющей «начинки» электромобиля является контроллер. Он получает токи от батарей и толкает их на электродвижок. С помощью двух потенциометров (переменных резисторов), которые находятся на педали акселератора, формируется сигнал, который «говорит» контроллеру, о количестве энергии, которую он должен транспортировать. Когда автомобиль находится в состоянии спокойствия, импульсы не передаются.
Как уже сообщалось, от бензинового автомобиля, электрический отличается бесшумной ездой. А все дело в частоте посылаемых контроллером импульсов - 15 тыс. раз в секунду. Человеческий слух почти не может уловить такой диапазон пульсации, поэтому движение автомобиля почти не сопровождается какими-либо звуками.
2. Электрические двигатели и аккумуляторные батареи
После того как мы рассмотрели дополнительные детали в конструкции автомобиля и более-менее поняли принцип его работы, мы переходим, непосредственно, к раскрытию темы нашей статьи, а именно к электродвигателю и работающей с ним в паре энергетической батареи.
Электрический двигатель – это своеобразное «сердце» автомобиля и он также, как и другие «ипостаси» имеет ряд особенностей. Во первых, главной его функцией является создание , он способен пределать электрическую энергию в механическую.
Работа движка осуществляется по принципу электромагнитной индукции (возникновение электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока). В целом, электродвигатель представляет собой несколько трехфазных асинхронных либо синхронных электромашин, работа которых зависит от переменного тока. Стартовая составляет 15 кВт. Максималка способна достигнуть и 200 кВт. Эффективность электрической силовой установки и ДВС сопоставляется как 90% до 25%. Помимо этого, электрический агрегат имеет множество плюсов, среди которых возможность достижения максимального крутящего момента, двигаясь на любой скорости, а также простота конструкции, выгодное воздушное охлаждение и возможность эксплуатации без использования генератора..
На сегодня, популярностью пользуется эксплуатация мотор-колес. И не мудрено, ведь объединение обычного колеса и электродвижка в один агрегат повышает комфорт и легкость в управлении.
Плюсом движков переменного тока является способность к работе в режиме генератора на момент торможения транспорта, что способствует выработку энергии и сохранении ее в аккумуляторных батареях.
Потом она может быть использована во время движения электромобиля и поспособствует повышению запаса хода на 15%.
Много производителей используют в сборке некоторых моделей два и более электродвигателей. Таким образом конструкторы повышают силовую тягу, ведь в этом случае в движение приводится каждое колесо отдельно или несколько сразу. За таким ходом последует и сокращение трансмиссии, которое достигается встраиванием электродвигателей в колеса. Но, что бы не говорили, такой ход обусловит увеличение неподрессоренных масс и усложнит управление автомобилем.
«Подругой» электрического двигателя является аккумуляторная батарея. Ему без нее, как говорится, «ни туда и ни сюда». Она используется для обеспечения питания «сердца» автомобиля. В общем, разновидностей батарей очень много. Приобретение некоторых из них может влететь клиенту, как говорится, «в копеечку», ведь они отличаются завышенной ценой. Самый дешевый и, в следствии, самый популярный вариант - свинцово-кислотные батареи, которые на 97% поддаются повторной переработке. На ступеньку выше находятся никель-металлгибридные батареи, производительность и цена которых выше чем у свинцово-кислотных.
Идеальными для электромобилей являются литий-ионные батареи, так как в плане компактности, легкости и энергосбережении они способны превзойти первые два вида. Та же ситуация и с ценовой политикой, ведь данный вид батарей является наиболее дорогостоящим. Она представляет собой соединение нескольких модулей, которые вместе выдают 300 Вт систематического тока. Емкость батареи, как правило, прямопропорциональна к мощности двигателя. Срок действия батареи ограничивается на 7 лет.
Зачастую, многие автопроизводители оснащивают свои электромобили ещё одним небольшим дополнительным аккумулятором, который «оживляет» работу автомобильных аксессуаров: приборной панели, фар, автомагнитолы, подушек безопасности, электрических стеклоподъемников, стеклоочистителей и др.
В основном, в конструкции автомобилей на электрической тяге инженеры известных автопроизводств используют литий-ионные батареи. Именно в этом факте кроется главная причина высокой стоимости такого рода авто.
Большинство клиентов, как ни странно, предпочитают бензиновые автомобили, которые обойдутся им дешевле. Отталкивающее действие производит и длительное ожидание зарядки аккумулятора и не очень хорошая автономность. На сегодня, электромобили, в основном, эксплуатируются как транспорт для города. Стиль вождения, покрытие трассы оказывают сильное влияние на показатель автономности. Многие производители смогли добиться пробега в 150 км без дополнительной зарядки, но это при 70 км/ч. Если вы решили разогнаться до 130 км/ч, то вы проедете не более 70 км. В помощь водителю многие компании разработали специальные технологии, которые позволяют повысить автономность где-то до 300 км. Ранее упомянутое рекуперативное торможение, является одной из этих технологий и способно возвратить до 30% затраченной энергии.
3. Зарядка электрического автомобиля
Но все же, если вы уже решились на покупку электромобиля, первой хорошей новостью для вас станет тот факт, что на содержание такого автомобиля у вас уйдет в 3-4 раза меньше расходов, ведь они, в целом, зависят от стоимости электроэнергии. Всем же известно, что цена на нефтепродукты постоянно возрастает.
Сама зарядка включает в себя две цепи:
цепь зарядки и цепь контроля зарядки.
Вышеупомянутый контроллер способен отследить ток и температуру батареи, дабы
свести время зарядки к минимуму. Это происходит во время сложной системы зарядки. Если брать зарядку ту что попроще, в таком случае напряжение или ток регулируются на основе предположений о характеристике батареи отслеживаются на основе регулируют их. К примеру, устройство для зарядки «втискивая» из себя максимальный показатель тока для зарядки электромобиля до 80%, вскоре по достижению этой отметки резко снижает поступление тока к концу зарядки. Все это хитромудро придумано для избежания перегрева батареи. Зарядка может «жить отдельной жизнью» и быть независимым от конструкции электромобиля блоком, или же быть всецело интегрированной в электрический транспорт.
Сразу после ценовой политики, многих покупателей волнует система зарядки автомобиля, ведь пробег транспортного средства на одном заряде батарей «затиснут» в определенные рамки. Как известно, неотъемлемой частью использования электромобиля является нужда в систематической зарядке аккумуляторной батареи, которая, в свою очередь, занимает не мало времени.
На деле, если диапазон пробега вашего «электромобильчика» не будет превышать 50-60 км ежедневно, вам нечего боятся. Но что, если вы любители дальних и длительных поездок? Не отчаивайтесь! Решений проблемы есть много. Во первых, электромобиль требует добротной зарядки аккумуляторной батареи, которую вы сможете осуществить с помощью бытовой электрической сети мощностью 3-3,5 кВт. Запомните, что нормальный заряд достигается только спустя восемь часов! Если вы не любите, или не можете ждать, то альтернативой для вас станет ускоренная зарядка, которая доступна на специальных станциях мощностью до 50 кВт. Так вы сможете зарядить своего «рысака» до 80% всего за 30 минут.
Еще одним способом станет элементарная замена разряженной аккумуляторной батареи на заряженную, которая может осуществиться на специальных станциях по обмену.
Особой популярностью в развитых в этом плане странах пользуется система зарядки Magna-Charge.
Она состоит из двух ипостасей: зарядной станции, установленной на стене дома и системы зарядки, которая находится в багажнике электромобиля. Первая подключается к сети 240 вольт используя 40-ка амперный автомат. Другая использует для этого индуктивную панель (половинка трансформатора). Другая половина находится в отсеке за номером электромобиля. Таким образом данная система позволяет сделать заряд автомобиля более комфортным и быстрым.
Но опять же, все эти решения имеют место в том городе или стране, где прослеживается развитие инфраструктуры, а именно, тех самых зарядных и обменных станций и мест парковки.
В недалеком будущем электромобили смогут полностью заменить автомобили с ДВС. Множество компаний по всему миру сосредоточили все усилия, чтобы разработать электромобиль, а способствует этому рост цен на нефтепродукты. Кроме того, актуальность электромобилей состоит еще и в том, что атмосфера становится все более загрязненной, поэтому нужно бороться с вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания.
На данный момент самыми крупными рынками электромобилей являются такие ведущие страны как США, Япония, а также ряд европейских стран. Если говорить о компаниях-производителях, то лидирующие места занимают такие акулы автомобилестроения как Nissan, Toyota, Ford и др. К сожалению, наша родина еще не может похвастаться выпуском электромобилей, если не учитывать модель Lada Ellada, которая была создана энтузиастами, причем на импортных деталях.
Если говорить о том, что же такое электрический автомобиль, то под этими словами стоит понимать транспортное средство, приводимое в движение специальными электрическими двигателями. Питание электродвигателя осуществляется от солнечной батареи, специализированных топливных элементов или аккумуляторной батареи.
Аккумуляторная батарея требует подзарядки через определенное время работы, которая осуществляется как от различных источников извне, так и от генератора, который устанавливается на борту автомобиля. Последний способ имеет особенность – генератор приводится в движение простым двигателем, так что такое авто стоит считать не электромобилем, а разновидностью гибридных автомобилей.
Некоторые компании ведут работы по направлениям – разработки новейших моделей, и адаптации серийных автомобилей. Если говорить о предпочтении, то оно отдается последнему, потому как требует меньших затрат.
Электромобили разделяют на 3 условные группы:
— городские, с максимальной скоростью до 100 км/ч;
— шоссейные, максимальная скорость которых более 100 км/ч;
— спортивные. Их максимальная скорость более 200 км/ч.
Конструкция электромобиля, в отличие от авто с двигателями внутреннего сгорания, немного проще, но она более надежна, ведь в ней минимальное количество подвижных деталей и узлов. В электромобиле главными конструктивными составляющими являются: трансмиссия, качественный аккумулятор, специальное бортовое зарядное устройство, электронная система управления и т. д. Для того чтобы обеспечить питание главного тягового электродвигателя, в автомобиле установлена мощная тяговая аккумуляторная батарея. На электромобили устанавливают литий-ионную батарею, которая состоит из нескольких модулей, соединенных между собой. Выдаваемый ток такой батареи составляет порядка 300 Вт постоянного тока, а ее емкость полностью соответствует мощности электродвигателя.
Тяговый двигатель – это несколько трехфазных асинхронных либо синхронных электрических машин, работающих от переменного тока. Их мощность начинается от 15 кВт. Максимальная мощность может быть более 200 кВт. Если сравнивать электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), то эффективность первого по отношению к последнему составляет 90%:25%. Кроме того, у электродвигателя существует ряд других преимуществ, которые также очень важны и востребованы, а именно:
— максимального крутящего момента можно добиться при любой скорости;
— конструкция достаточно проста и нет необходимости в дополнительном охлаждении;
— может работать и в режиме генератора.
Существует определенный ряд моделей электрокаров, которые собраны с применением двух и более электродвигателей. Это необходимо для того, чтобы привести каждое отдельное колесо в движение или сразу несколько, добиваясь повышения тяговой мощности. Для сокращения трансмиссии, производители зачастую встраивают электродвигатели непосредственно в колеса. Такой подход имеет существенный минус – автомобилем становится трудно управлять. Это обусловлено тем, что увеличиваются неподрессоренные массы.
У автомобиля простая трансмиссия, поэтому на подавляющем количестве моделей она представлена простым одноступенчатым редуктором. Имеется очень полезная вещь – бортовое зарядное устройство. Оно дает вам возможность зарядить ваш электрокар от обычной розетки. Чтобы преобразовать постоянное высокое напряжение, выдаваемое аккумуляторной батареей в трехфазное — переменное, производители используют специализированный инвертор. Кроме того, такой преобразователь также предназначен для того, чтобы заряжать дополнительную 12 Вт батарею. Она нужна для питания других узлов и приспособлений. К ним относятся кондиционер, электрический усилитель руля, аудиосистема и др.
Интересные и полезные функции берет на себя электронная система управления. Она ответственна за безопасность, энергосбережение и за комфорт пассажиров. Если углубиться, то система управления необходима еще и для того, чтобы:
— управлять высоким напряжением;
— производить регулирование тяги;
— обеспечивать оптимальное движение;
— оценивать насколько хватит заряда батареи;
— управлять тормозной системой и контролировать расход энергии от аккумулятора.
Эта система объединяет в себе определенные входные датчики, блок управления и другие устройства, которые имеются в электромобиле.
Хотя автомобили с ДВС и электродвигателем похожи, их эксплуатация значительно различается. Именно она препятствует полномасштабному выпуску таких автомобилей. Главное, что оттолкнет потенциальных покупателей – цена. Еще отталкивает длительное время зарядки аккумулятора и не самая лучшая автономность. Их высокая цена объясняется тем, что производство литий-ионных аккумуляторов дорогостоящее, а срок их службы не превышает 7 лет. Плюсом электрического автомобиля является более низкая стоимость его содержания. Если говорить об эксплуатации, то наиболее выгодно она в странах, где процесс производства электроэнергии мало зависит от топлива.
В настоящее время электрокары характеризуют как транспорт для города. Почему? Дело в том, что автономность автомобиля невысока, а величина пробега до потребности в зарядке зависит от множества факторов. Характер вождения, покрытие трассы и многое другое влияет на показатель автономности. Сейчас производители добились пробега в 150 км без необходимости зарядки, но это при скорости 70 км/ч. Если скорость вашего движения будет около 130 км/ч, то вы проедите не более 70 км. Сейчас имеются специальные технологии, которые могут позволить увеличить автономность где-то до 300 км. Одной из таких технологий является рекуперативное торможение, которое способно возвратить до 30% затраченной энергии. Еще на такие авто устанавливают аккумуляторные батареи с повышенной емкостью и электронные системы, отвечающие за оптимизацию всех происходящих процессов.
Электромобиль это автомобиль, который приходит в движение от одного или нескольких электродвигателей за счет автономного источника энергии (аккумулятора).
История:
Когда появился первый автомобиль с электромотором сейчас установить уже практически невозможно, в XIX веке достаточно много изобретателей конструировали различные модификации автомобилей, которые приводились в действие электродвижущей силой.
Но все же первое упоминание о появление такой конструкции есть, и оно приходится на 1828 г. тогда выходец из Венгрии Аньос Джедлик сконструировал маленький, примитивный электромобиль который больше напоминал современную доску для скейтборда, на которую установили электромотор.
К сожалению или нет, но тогдашнему буму развития автомобилей на электрической тяге мешала сложная система преобразования тока для подзарядки аккумуляторов, да и сами аккумуляторы были очень громоздкими, имели низкую плотность заряда и множество других несовершенств. К тому же электродвигатели сначала вступили в конкуренцию с паровыми двигателями, а в дальнейшем и с двигателями внутреннего сгорания. Устройство автомобиля с ДВС, после ряда доработок, стало в не конкуренции, почитайте об этом тут http://cars-repaer.ru . Только сейчас стало всё по серьёзному меняться.
Электрический аккумулятор:
Это источник электрического тока многоразового действия, в котором за счет обратимых химических процессов обеспечивается многократная зарядка и разрядка батареи.
Одной из главных проблем для современных электрических аккумуляторов и аккумуляторов для электромобилей, особенно это их, достаточно низкая емкость заряда. Для такого автономного устройства как электромобиль, которое должно передвигаться на большие расстояния и при этом должно обеспечивать такой же уровень комфорта, как и обычный автомобиль, емкость электрической батареи является критически важной.
Недостаточная емкость аккумулятора, не единственный существенный недостаток для электромобилей, так же существенным недостатком, мешающим массовому внедрению электромобилей является отсутствие необходимой инфраструктуры, в которую должны входить авто зарядные станции, и отдельные электрические сети так как обычные сети будут сильно перегружены при одновременной зарядке множества автомобилей.
Электродвигатель:
Электродвигатель это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую движущую силу.
Работа электродвигателя состоит в принципе электромагнитной индукции, это появление электрического тока при изменении магнитного поля в замкнутом контуре обмотки. Современные электродвигатели используются в самых разных отраслях промышленности и в быту, а также на электромобилях. В автомобилях на электрическом приводе чаще всего используются трехфазные двигатели переменного тока повышенной компактности и мощности. Электродвигатели обладают огромными преимуществами по сравнению с двигателями внутреннего сгорания это:
Экологически безопасный в эксплуатации
Малый вес и компактность
Простота в обслуживании и долговечность
Возможность перевода в режим генератора
Серьезных недостатков у автомобильных электродвигателей нет.
В последнее время крупные фирмы производящие электромобили стали использовать систему мотор-колесо. В это системе электродвигатель с различными агрегатами устанавливается непосредственно в колесо, которое отличается от обычного автомобильного колеса и имеет свою собственную конструкцию. Благодаря такому решению в конструкции автомобиля можно отказаться от трансмиссии как таковой, что приводит к упрощению строения электромобиля, его обслуживанию и снижению веса.
Недостатки и преимущества электромобилей:
Преимущества:
Простота технического обслуживания
Низкая пожаропасность при авариях
Более высокая экологичность при эксплуатации
Простота конструкции и долговечность работы деталей
Меньший шум и отсутствие вибраций
Высокая плавность хода и динамика
Недостатки:
Не достаточно высокая емкость современных электрических аккумуляторов и долгое время их заряда
Отсутствие соответствующей инфраструктуры
Высокая стоимость литиевых батарей
Большой вес свинцовых батарей и сложность их утилизации
Современные электромобили далеко ушли от своих предшественников, и ничем по комфортабельности не уступают автомобилям с двигателями внутреннего сгорания и гибридными двигателями, а по некоторым техническим и эксплуатационным характеристикам даже превосходят их. И уже не остается никаких сомнений, что электромобиль это автомобиль будущего причем не далекого, а самого ближайшего.
________________________________________________________________________Появление силовых транзисторов на токи порядка десятков и сотен ампер способствовало разработке ряда вариантов тяговых электроприводов с транзисторными силовыми преобразователями в цепи якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Типичными для этого направления являются работы французской фирмы «Рагоно» и американских - «Дженерал Электрик» и «Крайслер».
Фирмой «Рагоно» создан электропривод для й полной массой около 1200 кг, причем в качестве опытных образцов использовались конвертированные автомобили «Рено 5Л (Reno-ult 5L»). Привод осуществляется от двигателя номинальной мощностью 6 кВт при номинальной частоте вращения 5000 мин-1 и напряжении 96 В. В схеме электропривода предусмотрено два транзисторных импульсных преобразователя. Силовой преобразователь в цепи якоря состоит из параллельного соединения 11 групп по три транзистора в каждой. При номинальном токе якоря двигателя 75 А и кратности максимального тока около 4 А максимальная токовая нагрузка на транзистор не превышает 10 А. Каждая группа транзисторов снабжена защитной индуктивностью и обратным диодом. Силовой преобразователь работает с постоянной частотой коммутации 700 Гц и обеспечивает изменение относительной длительности импульсов выходного напряжения от 0,05 до 1. Регулирование скорости по возбуждению осуществляется до максимальной частоты вращения 7000 мин-1 с помощью транзисторного преобразователя, рассчитанного на изменение тока возбуждения от 2 до 8 А при постоянной частоте коммутации 1000 Гц.
Рис. 3.5. Схема электропривода электромобиля ETV-1 с транзисторным преобразователем фирмы «Дженерал электрик»
Принципиальная схема электропривода, разработанного фирмой «Дженерал Электрик» для экспериментального электромобиля ETV-1 фирмы «Крайслер», показана на рис. 3.5. По общей структуре этот электропривод близок к варианту двухзонного регулирования, приведенному на рис. 3.3. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения М питается от тяговой батареи GB через силовой преобразователь цепи якоря. Обмотка возбуждения ОВ получает питание через преобразователь возбуждения ПВ.
Главной отличительной особенностью является использование мощных силовых транзисторов. Фирмой было предварительно проведено исследование ряда вариантов транзисторных преобразователей с использованием силовых транзисторов различных фирм 2SD648 фирмы «Тосиба» (Toshiba) на 200 А, 300 В; RSD-751 фирмы EVC на 100 А, 450 В и ряда других; после этого был разработан собственный силовой модуль (Ml-МЗ на рис. 3.5). Этот модуль представляет сборку из двух транзисторов по схеме Дарлингтона и шунтирующего обратного диода.
Параметры силового транзистора по схеме Дарлингтона:
Напряжение коллектор-эмиттер 350В
Напряжение насыщения при токе 200 А 1.6В
Номинальный ток 200 А
Коэффициент усиления по постоянному току при номинальном токе коллектора 250
Время спада тока коллектора 1,2 мкс
Время задержки 2,6 мкс
Два модуля Ml и М2 (рис. 3.5) соединены параллельно, и через них осуществляется импульсное питание якоря двигателя в режиме тяги. При этом в режиме разгона с максимальным ускорением ток достигает 400 А, причем допускаемая силовым преобразователем длительность такого тока составляет 1 мин. Для длительного режима номинальный ток преобразователя составляет 200 А, что согласовано с характеристиками применяемого электродвигателя, имеющего номинальный длительный ток 175 А.
В режиме электрического импульсного торможения якорь двигателя М замыкается транзисторным модулем МЗ, что позволяет иметь максимальный ток якоря при торможении 200 А в течение 1 мин и 100 А длительно. При периодическом замыкании цепи якоря происходит накопление электромагнитной энергии в индуктивностях якоря и добавочных полюсов двигателя, которая затем сбрасывается в аккумуляторную батарею GB по цепям обратных диодов силового преобразователя.
Индуктивность LI предназначена для защиты транзисторных модулей от перенапряжений при коммутации аппаратов в электроприводе. Сброс накопленной в этой индуктивности энергии при отключении цепи под током обеспечивает параллельная защитная цепь из вентиля VI и.резистора. Защита транзисторных модулей от недопустимых режимов при включении и выключении транзисторов производится специальными защитными цепями из конденсаторов CI, С2, вентиля V2 и резисторов Rl, R2. Кроме того, от перенапряжений цепи коллектор-эмиттер защищены диодами Зенера Z1 и Z2.
Транзисторный силовой преобразователь работает при сравнительно высокой частоте переключений. Эта частота непостоянная, а изменяется при изменении скважности, достигая максимальной величины 2000 Гц. Для компенсации индуктивного сопротивления аккумуляторной батареи и проводов монтажа вход силового преобразователя шунтирован батареей конденсаторов Ф суммарной емкостью 1200 мкФ.
Преобразователь возбуждения ПВ осуществляет регулирование тока возбуждения в пределах от 2,0 до 10,6 А при постоянной частоте коммутации выходного транзистора, равной 9500 Гц. Вентили КЗ-V5 служат для защиты выходного транзистора. Вместе с тем некоторые схемные особенности преобразователя ПВ определяются тем, что в электромобиле ETV-1 этот преобразователь выполняет вторую функцию - бортового зарядного выпрямителя. В этом режиме напряжение однофазной сети 115 В подается через мостовой однофазный выпрямитель (на схеме рис. 3.5 не показан) в точки а - плюсом и b - минусом. В цепи заряда тяговой батареи оказывается при этом включенной индуктивность L2, сглаживающая ток заряда батареи. В этом режиме преобразователь ПВ работает с переменной частотой коммутации 5-15 кГц и при регулируемом токе заряда от 2 до 24 А.
Реверсирование электродвигателя производится переключением полярности обмотки возбуждения ОВ с помощью контакторов ВиН.
Управление электроприводом предусматривается с помощью микропроцессора МП по структуре, показанной на рис. 3.5. Педали хода и торможения связаны с задающими потенциометрами, которые определяют сигналы управления тяговым и тормозным моментом. Магнитные датчики тока якоря двигателя ТЯ, тока возбуждения ТВ и тока батареи ТБ совместно с сигналами по напряжению батареи и частоте вращения двигателя ДС участвуют в процессе вычисления момента на валу. Через устройства интерфейса УВ и УТ микропроцессор управляет работой преобразователей питания якоря и возбуждения ПВ в соответствии с заданным тяговым или тормозным моментом. Так как при форсировке тока возбуждения двигателя до 10,6 А частота вращения двигателя составляет 1800 мин-1, то работа преобразователя питания якоря происходит в зоне от этой скорости и почти до нуля. При частоте вращения от 1800 до 5000 мин-1 силовой преобразователь питания якоря находится в режиме насыщения и, кроме того, шунтируется контактором КШ. По этой шунтирующей преобразователь цепи осуществляется и режим генераторного торможения на больших частотах вращения.
Современные конструкции электродвигателей постоянного тока с независимым возбуждением, регулируемым в достаточно широких пределах, создают основу для построения тяговых электроприводов, не имеющих импульсных преобразователей со сложными устройствами принудительной коммутации тиристоров в якорной цепи двигателя. Такие электроприводы разработаны в СССР лабораторией НАМИ, а за рубежом - рядом японских фирм.
" статьёй Автономное энергоснабжение: вечный двигатель . Где расскажем вам о том, что такое вечный двигатель — и каким он может стать в домашних условиях. А также предложим небольшую видео-демонстрацию одного из примеров.
Автономное энергоснабжение и вечный двигатель — это как два сапога пара. Только не реальные, а идеальные. Ведь, представьте себе, если бы существовали вечные двигатели, то автономное энергоснабжение дома было бы элементарным делом! Однако, существует ряд нюансов, которые препятствуют осуществлению этой мечты. Однако, с другой стороны, существуют и , как-таки решить этот вопрос.
Итак, начнём по порядку. Автономное энергоснабжение (система автономного электропитания, САП, САЭП) — это совокупность источников и систем преобразования электрической энергии, которые существуют автономно, независимо от центрального энергоснабжения, и питают отдельный небольшой обЪект, например, .
Система автономного электроснабжения (САЭ) может включать в себя:
- источник электроэнергии; например: газо-, бензо- дизельную электростанцию или генератор, обязательно с электростартером, а также автономные источники питания от солнца или ветра
- систему преобразования электроэнергии; — инвертор (обычно двунаправленный), служит для преобразования постоянного тока в переменный (220/380 В), а также для подзарядки батарей
- систему автоматического пуска генератора (САП); (также называется: „устройство автоматического пуска“, „система автозапуска генератора“) — прибор для запуска генератора при пропадании внешней сети, либо по команде;
- блок коммутации; — автоматика управления и слежения за системой;
- аккумуляторные батареи; — для накопления электрической энергии
- подвод внешней электроэнергии из сети;
- стабилизатор напряжения
Другая часть темы статьи — вечный двигатель. Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). Вечные двигатели бывают разными. Так, известны:
- Вечный двигатель первого рода — устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
- Вечный двигатель второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.
Соответственно, если бы и существовали вечные двигатели, то они бы очень хорошо подошли бы для освещения и обогрева вашего дома. Однако, ни первый, ни второй род без вмешательства инопланетян пока не реализуемы 🙂
Тем не менее, успешно существуют вечные двигатели третьего рода . Которые как раз и могут быть установлены практически в любом жилище. И которые используются уже много тысяч лет посвящёнными.
Вечные двигатели третьего рода не претендуют на то, чтобы их коэффициент полезного действия был больше 100 %. И не претендуют на то, чтобы тепло от более холодных тел переходило к более горячим телам. Они претендуют лишь на потенциальную вечность — то есть, если энергию будет кому вырабатывать, то это будет происходить вечно. Ну, или, по крайней мере, достаточно долго.
Вы можете сказать: "Но, позвольте, таких вечных двигателей третьего рода вокруг полным полно!" И будете совершенно правы. Далее, вы можете сказать, что любой двигатель, допустим, внутреннего сгорания — это и есть вечный двигатель третьего рода. И здесь вы ошибётесь. Потому что двигатели, подобные двигателю внутреннего сгорания, изнашиваются намного быстрее, чем проходит вечность. Иногда даже быстрее, чем хорошие ботинки.
Тогда как мы ведём речь о вечных двигателях третьего рода, которые могут работать очень и очень долго. Конечно, "вечный" — это, собственно, перебор. Но "долгоиграющий" — это самое оно. Итак,
вечный двигатель третьего рода — это двигатель, который вырабатывает энергию усилиями человека (или нескольких людей).
Обратите внимание — не усилиями машин, воды, турбин, ветра. А именно человека. То есть, пока человек крутит, энергия вырабатывается. Перестали крутить, ушли покурить — и энергии нет.
Может возникнуть вопрос: "А в чём тут вечность?" Вечность в том, что из-за незначительности усилий, которые прикладывает человек, двигатель не будет быстро изнашиваться. И правильно построенный вечный двигатель третьего рода исправно послужит и вам, и вашим детям, и вашим внукам.
Вечный двигатель третьего рода имеет множество вариантов. Мы нашли один, наиболее реализуемый практически. О чём и предлагаем посмотреть небольшой видео-ролик:
umryyZQtFfw
Вот и вечный двигатель 🙂
Конечно, путём рассуждений и усовершенствований можно повысить КПД данной модели. Можно придумать более совершенную модель — ведь человек ходит по комнатам своего жилища целыми днями! Стоит как-то превратить это бесцельное хождение в выработку энергии — и вечный двигатель третьего рода реализован.
Итак, вечный двигатель третьего рода в перспективе организации автономного энергоснабжения дома — это очень полезная и легко реализуемая вещь.
И, кстати, по слухам, она уже давно используется на практике в промышленных масштабах:
