Реклама

Електричні двигуни в автомобілях

Електричний двигун в автомобілі

Про сучасні електричні двигуни

В більшості екологічних автомобілів, таких як електромобілі, гібриди і автомобілі на паливних елементах, головною руховою силою є електричні двигуни. В основі роботи сучасного електричного двигуна лежить принцип електромагнітної індукції — явище, пов’язане з виникненням електрорушійної сили в замкнутому контурі при зміні магнітного потоку.

Наявність тісного зв’язку між магнітними і електричними явищами відкрила перед вченими нові можливості. Історія електричного транспорту і всіх електродвигунів починається з закону електромагнітної індукції, відкритого М. Фарадеєм в 1831 році, і правила Е. Ленца, згідно якого індукційний струм завжди направлений таким чином, щоб протидіяти причині, яка його викликає. Саме праці цих двох вчених лягли в основу першого електричного двигуна Бориса Якобі.

Хоча сучасні електричні двигуни і засновані на тому ж законі, що і електромеханічний перетворювач Якобі, суттєві відмінності в них наявні. З часом електродвигуни стали більш потужними, компактними та суттєво збільшили свій ККД. Коефіцієнт корисної дії сучасного електричного двигуна досягає 85-95%. Для порівняння, максимальний КПД бензинового чи дизельного двигуна (та і двигунів внутрішнього згорання в цілому) без допоміжних систем ледь досягає 45%.

Види сучасних електричних двигунів

Електричні двигуни поділяються за родом напруги, яка їх живить:

  • Двигун змінного струму;
  • Двигун постійного струму.

По числу фаз мережі, яка їх живить:

  • Однофазний електричний двигун. З однією робочою обмоткою, підключається до однофазної мережі змінного струму;
  • Двофазний електричний двигун. Має дві обмотки, зрушені в просторі на 90 градусів;
  • Трифазний електричний двигун. Підключається до трифазної мережі змінного струму, має 3 обмотки, магнітні поля яких розташовані через 120 градусів.

По конструктивному виконанню:

  • Колекторний. Перемикачем струму в обмотках і датчиком положення ротора є той же самий пристрій — електротехнічний комутатор. Працює переважно на постійному струмі, проте сучасні електродвигуни, так звані універсальні колекторні двигуни, можуть одночасно працювати на постійному і змінному струмі;
  • Безколекторний. Вентильні двигуни постійного струму виконані у вигляді замкнутої системи з датчиком положення ротора, інвертором і перетворювачем координат.

За принципом роботи:

  • Синхронний електричний двигун. Електромеханічна машина, в якій ротор обертається синхронно з магнітним полем змінного струму;
  • Асинхронний електричний двигун. Частота обертання ротора асинхронного двигуна змінного струму не співпадає з частотою обертання магнітного поля, яке створюється струмом обмотки статора.

За способом збудження :

  • зі збудженням від постійних магнітів;
  • з паралельним збудженням;
  • з послідовним збудженням;
  • з послідовно-паралельним.

Електричний двигун для електромобіля

В сучасних електромобілях може використовуватися як електродвигун постійного, так і змінного струму. Його основним завданням ж передача обертового моменту на рушій електромобіля. Основними відмінностями сучасного електричного двигуна для автомобіля від традиційного електромеханічної машини є велика потужність і компактні розміри, викликані обмеженістю доступного простору. Характеризуються сучасні електричні двигуни потужністю, максимальним обертовим моментом, напругою, струмом, а також частотою обертання.

Переваги і недоліки електричного двигуна

Переваг перед двигунами внутрішнього згорання у електродвигуна багато:

  • Мала вага і досить компактні розміри;
  • Довговічність, проста експлуатація;
  • Екологічність;
  • Максимальний обертовий момент доступний вже з 0 об/хв;
  • Високий ККД;
  • Немає необхідності в коробках передач;
  • Можливість рекуперації.

Суттєвих недоліків у самого електричного двигуна немає. Однак, поки що, в електромобілях є складності із живлення електродвигуна. Через недосконалість джерел струму електричні двигуни досі не набули масовості в автомобільному будівництві. Однак розробки вчених у сфері акумулювання енергії обіцяють вже найближчим часом виправити ситуацію.

Сучасні автомобілі з електричними двигунами

За останні кілька років на ринок вийшло не так багато електромобілів, однак використання в них сучасних електричних двигунів і акумуляторних батарей дозволило їм повноцінно конкурувати з автомобілями, в яких силовою установкою є двигун внутрішнього згорання. Наведемо для прикладу два повністю електричних автомобіля: BMW i3 та Tesla Model S.

BMW i3

BMW i3 — компактний міський електричний автомобіль. В рух приводиться розташованим в задній частині електричним двигуном, який важить всього 50 кілограм, має потужність 170 кінських сил, а обертовий момент становить 250 Нм. Цей двигун забезпечує електромобілю розгін з 0 до 100 км/год за 7.2 секунди та максимальну швидкість в 150 км/год. За живлення електродвигуна й інших систем автомобіля відповідає літій-іонний акумулятор ємністю 22 кВт*год. На одному заряді цього акумулятора BMW i3 може проїхати від 130 до 150 кілометрів, чого середньостатистичному міському жителю вистачить на три дні використання авто.

Електричний автомобіль BMW i3

Tesla Model S

Tesla Model S — один з найпопулярніших електромобілів, з найкращими технічними показниками в своєму класі. Силова установка — електричний двигун змінного струму індукційного типу. Найпотужніша версія розвиває потужність в 416 сил і 440 Нм обертового моменту. Акумуляторна батарея ємністю 85 кВт·год забезпечує дальність ходу на одній зарядці в 426 кілометрів. Розгін з 0 до 100 км/год — 4.7 секунди. Model S є найбезпечнішим та найефективнішим авто у світі (якщо перевести витрати електроенергії у порівнянні на бензин, виходить близько 3 літрів на 100 кілометрів).

Автомобіль Tesla Model S з електричним двигуном

Реклама