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.