Електродвигун - класифікація і принцип роботи двигуна електромобіля

Електродвигун в сучасному світі сам по собі давно не є чимось новим. Однак зараз цей агрегат став дуже популярним. І в першу чергу завдяки активному розвитку електромобілів. Все частіше виникають дискусії на тему переваг і недоліків електродвигунів, варто брати чи ні електрокар і т.п. У даній статті будуть розглянуті особливості електродвигунів, їх різновиди, переваги і недоліки, а також перспективи подальшого поширення.

Особливості конструкції і принцип роботи

В основі дії будь-якого електродвигуна закладений принцип електромагнітної індукції. Основне призначення електродвигуна полягає в перетворенні електричної енергії в механічну. Таке перетворення здійснюється за допомогою взаємодії двох головних частин електромотора - статора (нерухомої частини) і ротора (рухома частина). Після подачі живлення утворюється в статорі магнітне поле впливає на ротор, в результаті чого останній починає обертатися, звідки і створюється крутний момент.

Різновиди і класифікація

Існує досить багато різних електродвигунів, що відрізняються по конструкції, принципу дії, характеристикам. Всі їх можна класифікувати наступним чином:

Двигун постійного струму (ДПТ):

• колекторний (наявність щітково-колекторного вузла):
  • з постійними магнітами;
  • з послідовним збудженням (послідовна обмотка статора);
  • з паралельним збудженням (обмотка статора і якоря з'єднується паралельно);
  • з незалежним збудженням (обмотка статора харчується з незалежного джерела струму);
  • зі змішаним збудженням (використовується паралельне і змішане підключення).
• безколекторний або безщітковий.

Двигун змінного струму:

• синхронний (ротор і статор обертаються синхронно);
• асинхронний (ротор і статор обертаються асинхронно):
  • однофазний;
  • двофазний;
  • трифазний;
  • багатофазних
• універсальний.

Двигун постійного струму для електромобіля - перший і самий бюджетний варіант електродвигуна. При цьому, як правило, використовується безколекторний двигун для електромобіля. Більш сучасні і дорогі - асинхронні двигуни.

Додаткова інформація. Використовувати асинхронний двигун для електромобіля - одне з ключових рішень інженерів Tesla. В результаті потужний двигун електромобіля Тесла став запорукою динамічності цих електрокарів, що, багато в чому, і забезпечило вибір споживачів.

Особливості синхронних і асинхронних двигунів

Синхронні двигуни характеризуються такими особливостями.

Переваги:

• постійна швидкість обертання;
• високий ККД;
• невелика реактивна складова;
• можливість працювати з перевантаженням.

Недоліки:

• висока ціна;
• складна конструкція;
• складна система запуску;
• потреба в наявності джерела постійної напруги;
• складність регулювання.

Асинхронні двигуни характеризуються такими моментами.

Переваги:

• проста схема пуску (безпосередньо до електромережі);
• допустимість перевантажень (але короткочасних);
• можливість отримувати високу потужність двигуна;
• нескладна конструкція;
• досить просте технічне обслуговування;
• невисока вартість.

Недоліки:

• обмеження граничної швидкості обертання (не може перевищувати 3000 об / хв);
• високі пускові струми;
• складність регулювання частоти обертання.

Класифікація електромобілів на кшталт використання електродвигуна

Гібриди (Hybrids Electric Vehicle або HEV) - це перші кроки в побудові електромобіля. Таку машину складно назвати електрокаром в повному розумінні цього слова, оскільки ДВС (бензиновий або дизельний двигун) в них як і раніше виступав в якості основного агрегату. Тоді як електродвигун грав другорядну роль і заряджався від енергії ДВС. Відповідно і запас ходу такого електродвигуна був зовсім невеликий. Хоча на пізні моделі гібридів встановлювалася вже більш ємна батарея, продаж таких машин не відрізнялася великим попитом. Причиною була складна і досить дорога в обслуговуванні система.

Плагін-гібриди (Plug-in Hybrid Electric Vehicle або PHEV) також мали одночасно ДВС і електромотор, проте в них вже передбачалася можливість заряджати батарею від звичайної побутової розетки. Завдяки збільшеній потужності батареї, запас ходу плагін-гібрида на електродвигуні міг досягати 80 км.

«Гібрид навпаки» (Range-Extended Electric Vehicle або REEV) - електрокар, в якому також використовується два двигуна, однак електрична установка є головною, а ДВС - другорядним. У таких машинах ДВС використовується тільки для вироблення енергії для електродвигуна. Така конструкція, з одного боку, економить паливо при використанні електродвигуна, а з іншого легко вирішує проблему обмеженості пробігу, оскільки АЗС можна знайти практично скрізь.

Класичний електромобіль (Battery Electric Vehicle або BEV) - авто, яке пересувається виключно за рахунок енергії, що виробляється електричною силовою установкою. Екологічно (або майже екологічно) чистий транспорт, який в даний час набирає свою популярність. Зарядка електродвигуна можлива на спеціалізованих електрозаправках, від побутової розетки або мобільних станцій.

Електромобіль на паливних елементах (Fuel Cell Electric Vehicle або FCEV). Як видно з назви, джерелом енергії для електродвигуна тут виступає не батарея, а паливний елемент (стиснений водень).

Двигун-колесо

Двигун-колесо або по-іншому мотор-колесо - комплексна система, яка складається з наступних агрегатів: колесо, електродвигун, силова передача. Також може додатково використовуватися гальмівна система. Вперше концепція такого пристрою з'явилася ще в 1884 році. Така система отримує харчування від акумулятора (на гібридах - від ДВС). При цьому електричний двигун має два режими роботи - тяговий (приведення колеса в рух) і генераторний (фактично є системою рекуперації, при якій енергія гальмування застосовується для зарядки акумуляторної батареї).

Така система досить часто використовується на електровелосипед, гіроскутерах, електросамокатах і т.п. Останнім часом на неї звернули увагу і в автомобілебудуванні, завдяки наступним його переваг:

• відсутність великої кількості обладнання;
• відмінна динаміка;
• спрощення системи рекуперації;
• можливість використовувати як в двигунах з ДВС, так і в електрокарах.

Переваги та недоліки електродвигунів

До числа переваг електродвигунів відносяться наступні:

• високий ККД (приблизно 90-95%);
• відсутність втрат на тертя трансмісії;
• максимальний крутний момент відразу при запуску;
• низькі експлуатаційні витрати;
• екологічність;
• простота конструкції;
• можливість гальмування двигуном;
• відсутність коробки передач;
• низький рівень шуму.

До числа недоліків таких двигунів відносяться:

• обмежена за часом робота в автономному режимі;
• необхідність наявності джерела живлення (акумулятори, зарядні станції);
• тривалий час зарядки.

Зверніть увагу. Саме зазначені проблеми поки що стримують широке поширення електромобілів. І якщо питання з часом зарядки вже частково вирішено (з'явилися станції, що підтримують стандарт швидкої зарядки), то проблема з обмеженим ресурсом пробігу на одній зарядці залишається актуальною.

Перспективи розвитку електродвигунів

Розмірковуючи про перспективи електродвигунів, варто відзначити той факт, що сьогодні дуже багато пристроїв, як побутових, так і промислових, мають електродвигун. Поява електромобілів дало новий поштовх розвитку електродвигуна.

Важливо. Зараз постійно проводяться дослідження, метою яких є зробити двигун на електромобіль краще: підвищити показники потужності та експлуатаційні характеристики, поліпшити ККД, продовжити термін служби, оптимізувати пристрій двигуна електромобіля. Популярне і вкрай важливу справу - поліпшення екологічної ситуації в світі - також буде сприяти тому, що двигун для електромобіля буде розвиватися і далі, адже він набагато екологічніше, ніж автомобіль з ДВЗ.

Таким чином, можна з упевненістю стверджувати, що електродвигун, був, є і буде. Принаймні до тих пір, поки не винайдуть якийсь скоєно новий тип двигуна.