Сегодня в большинстве автомобилей используются двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине, дизельном топливе или природном газе. Указанный источник представляет собой невозобновляемую энергию, потребление которой вызывает тревогу. Уровни загрязнения, особенно в городах, постоянно растут, поэтому электромобили могут быть жизнеспособным решением.
Теоретическая основа простыми словами
Автомобиль электромобиль — это транспортное средство, которое приводится в движение комплектом электродвигателей. В этих автомобилях используемая энергия хранится в перезаряжаемых батареях.
Электродвигатели более эффективны, чем двигатель внутреннего сгорания, поскольку они обеспечивают электромобилям мгновенный крутящий момент, создавая сильное ускорение и разгон.
Детали электродвигателя
Электродвигатели автомобилей состоят из двух частей: статора и ротора. Статор, как следует из названия, неподвижен и окружает вращающийся ротор (это единственная движущаяся часть двигателя). Электромобили могут оснащаться двумя двигателями, в которых задние колеса или на передних, или с четырьмя двигателями, по одному на каждом колесе.
Вот почему говорят, что в электромобиле не нужна коробка передач, незаменимая в бензиновых или дизельных автомобилях. Двумя другими фундаментальными элементами электродвигателя являются батареи, которые обеспечивают питание, и электрическое управление, которое отвечает за движение.
Очень интересной концепцией являются тормоза, еще одно качество электромобиля, которое делает его еще более эффективным. Вместо того, чтобы рассеивать энергию торможения в тепло, которое рассеивается в атмосфере, такая энергия может быть использована для подзарядки аккумуляторов. Это связано с тем, что двигатели могут работать как генераторы во время торможения.
Работа каждой части электродвигателя
Система регулирования
Эта система отвечает за регулирование потоков тока между аккумуляторами и двигателем в обоих направлениях: когда двигатель толкает транспортное средство и когда двигатель перезаряжает аккумуляторы. Система регулирования состоит из всех элементов, которые направляют, преобразуют и регулируют электрический ток, с элементами , составляющими регулирующую систему.
Эти элементы неизбежно выделяют тепло, что приводит к определенным потерям энергии. Чтобы предотвратить перегрев этих элементов, необходима система вентиляции и охлаждения, поддерживающая приемлемую температуру
Рекуперативный тормоз
Электродвигатель отвечает за преобразование электрической энергии в механическую. То есть это место, где магнитные поля выполняют свою работу, создавая вращательные силы, которые приводят в движение транспортное средство. Чтобы это произошло в неподвижной части, называемой статором, индуцируются магнитные поля, которые придают вращательный импульс ротору, создавая таким образом движущую силу, передавая ее на внешнюю сторону двигателя.
Силовой электрический блок
Также называемый приводом, который можно идентифицировать по тому, что из него выходят три толстых электрических провода, соединяющихся с двигателем. Он способен постоянно контролировать скорость вращения двигателя, посылая на статор электрические импульсы, которые создают переменное вращающееся магнитное поле , которое приводит в движение вращающийся внутри него ротор.
Инвертор
Инвертор — это устройство, которое преобразует электричество поступающее от источника постоянного тока в переменный ток, необходимый для приведения в движение электродвигателя автомобиля. Это достигается с помощью системы электронного переключателя. Ток, потребляемый от батарей, регулярно и циклически меняет свою полярность. Эти резкие колебания вызывают переменный ток в трансформаторе с частотой и напряжением, требуемыми в каждый момент двигателем, в зависимости от мощности, запрашиваемой водителем и оборотов, на которых вращается двигатель.
Трансформатор
Трансформатор это то, что отвечает за согласование напряжений, которые находятся между аккумуляторами и двигателем. Таким образом, тяговые двигатели электромобилей обычно работают при напряжении около 600 В, в то время как аккумуляторы работают при напряжении около 200 В, поэтому необходима система, которая корректирует и изменяет частоты.
Контроллер
Это компьютеризированная система , которая получает команды от водителя (пользователя) при ускорении или торможении и вместе с информацией от других датчиков контролирует и координирует все описанные элементы системы регулирования.
Шасси или корпус электромобиля
На электромобиле необходимо поместить следующее:
Батарея
Удельная энергия и мощность электрохимических батарей намного меньше, чем у источника энергии на ископаемом топливе. По этой причине для обеспечения приемлемого уровня мощности требуется большое количество батарей.
Тем не менее, работа со многими аккумуляторами имеет несколько недостатков: сокращение доступного пространства внутри, увеличение веса и стоимости автомобиля, а также ухудшение качества характеристики транспортного средства.
Таким образом, развитие технологий производства аккумуляторов ускорилось в следующих аспектах: эффективность, коэффициент заряда, жизненный цикл, условия эксплуатации, вес, безопасность, стоимость.
Электрический привод
Электрический привод — это интерфейс между батареями и колесами транспортного средства, передавая энергию в требуемом направлении, с высокой эффективностью и с постоянным контролем мощности.
С функциональной точки зрения электрическую силовую установку можно разделить на 2 части: электрическую и механическую. Электрическая часть включает в себя двигатель, преобразователь мощности и электронный контроллер. Механическая часть образована приводным устройством и колесами. Границей между электрической и механической частями является сердечник двигателя, где происходит преобразование электромеханической энергии.
Электрическая тяга, в основном это силовая электроника играет важную роль в электромобилях.
Привод электромобилей
Благодаря возможности рекуперативного торможения поток мощности является обратимым. В зависимости от стратегии управления двигателем и данных, полученных с датчиков, они передают контроллеру электронные сигналы, которые подаются на преобразователь мощности. Эти сигналы усиливаются для активации силовых устройств.
Наконец, двигатель соединяется с колесами через систему трансмиссии.
Двигатели
Электродвигатели доступны уже более века. Эволюция двигателей была медленной и длительной, в отличие от электроники и компьютерных наук. Однако разработка двигателей постоянно стимулируется изобретением постоянных магнитов высокой энергии со сложной топологией и мощными методами проектирования.
Последние технологические разработки позволили лучше позиционировать двигатели переменного тока по сравнению с двигателями постоянного тока и обладают следующими преимуществами:
- высокая эффективность,
- высокая плотность мощности,
- низкая стоимость,
- более высокая надежность,
- не требуют технического обслуживания.
Поскольку высокая надежность и необслуживаемая эксплуатация являются основными факторами при приводе в движение электромобилей, двигатели переменного тока более привлекательны.
Система управления
Принимая во внимание вышеуказанные соображения для обеспечения работы транспортного средства должна быть установлена система управления. Для управления направлением и частотой вращения двигателя в электромобилях реализован преобразователь, который управляет как токами, так и напряжениями нагрузки.
Силовой каскад
Система управления посылает силовому каскаду сигнал, который заключается в использовании высоких уровней тока и напряжения имеющих возможность посылать сигнал, определяющий скорость и направление электродвигателя.
Воздействие на окружающую среду
В настоящее время электромобили все еще не полностью являются обычным явлением в нашей повседневной жизни. Однако они способствуют деуглероживанию экономики, иными словами, сокращают выбросы парниковых газов, образующихся в результате использования ископаемого топлива.
Среди основных недостатков этой новой линейки автомобилей – добыча полезных ископаемых и переработка материалов, необходимых для их двигателей и аккумуляторов.
