С самого момента появления заводов и отходов от них человечество начало беспокоиться об экологии. Это послужило веткой для целой новой науки, которая искала аналоговые источники энергии. Таким источником стало электричество. Оно может быть добыто абсолютно экологичным путем – с помощью турбин, приводимых в движение водой, ветром и даже, солнечным светом.
В дополнение ко всем преимуществам, электромобили гораздо надежнее, долговечны и имеют низкие эксплуатационные расходы. Электрические автомобили: преимущества и недостатки. Электрические автомобили являются прекрасными кандидатами на замену обычных автомобилей в их наиболее частом использовании, которое ежедневно перевозится из дома на работу и обратно домой в конце дня.
Обследования, проведенные в Европе, показывают, что около 80% автомобильных поездок составляют менее 20 километров, а европейцы путешествуют в среднем менее 40 километров в день. Для этих расстояний электромобиль вполне применим, поскольку это маршрут, меньший, чем у батарей, которые имеют низкую автономность, одним из основных ограничений.
Такая же ситуация происходила и с авто. Люди уже давно пытаются сделать электрическое авто. Но всегда был какой-то сдерживающий фактор. Самым главным являлось отсутствие подходящего источника питания. Но не так давно мир увидел первую версию SMART – умного автомобиля, работающего на электричестве, которое распределялось по всей машине по определенной схеме.
В дополнение к более низкой эмиссии парниковых газов, которые могут быть до нуля, в зависимости от способа производства электроэнергии, электромобили не производят других загрязняющих веществ, таких как частицы, и намного тише, чем обычные автомобили, двигатели внутреннего сгорания внутренний.
Однако, что вы делаете в дни, когда вам нужно путешествовать дольше? Остановка каждые 200 миль для подзарядки батарей в течение двух-четырех часов не является правдоподобным вариантом. Другой вариант - гибридные транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания, связанными с батареями и электродвигателями, автономия которых превосходит автомобили обычных автомобилей.
Его характеристики могли поспорить с машинами на ДВС. В тот момент все сообщество разделилось на два лагеря – тех, кто пророчил Смарту великое будущее и тех, кто утверждал, что эту идею задавят на корню нефтяные магнаты. И действительно, развитие этой отрасли автомобилестроения продвигалось слишком медленно.
Подобная ситуация сохранялась до недавнего времени. Компания Tesla выпустила свою первую машину на электрической тяге, она была спортивной и не получила широкого распространения. И тогда они приняли решение сделать выброс на рынок массового авто на электрической тяге. И вот тогда-то их компания и начала процветать. А теперь после краткого курса истории, давайте разберемся, что же это за зверь такой – электромобиль, какое у него устройство, из чего он состоит, и на какие характеристики стоит обращать внимание.
Эта альтернатива, однако, предполагает более высокие затраты на одно транспортное средство, чем чисто электрическая модель. Еще одним препятствием для полного использования электромобилей является то, что для достижения большей автономности и использования меньших батарей, самый дорогостоящий компонент, электрические автомобили имеют тенденцию быть небольшими. Покупатели автомобилей часто ассоциируют небольшие автомобили с популярными автомобилями, не соглашаясь платить за такие автомобили премиум-класса, которые будут иметь более высокую стоимость производства, если бы они были электрическими.
Строение электромобиля
Электрический автомобиль имеет довольно простое строение:
- кузов;
- подвеска;
- электромоторы (про их типы мы поговорим позже);
- аккумулятор.
На этом конструкция авто на электрической тяге заканчивается. Да, в нем присутствует огромное количество электронных приборов, подключенных по определенной схеме, кондиционер и все прочее. Но основные части перечислены выше. По сути, это то же самое авто, из которой инженеры выкинули всю двигательную и топливную системы. То есть тут нет бензобака или баллонов с газом. Но самое главное другое – здесь нет воздушных фильтров, двигателя и выхлопной системы. Это значительно улучшает разгонные и некоторые другие характеристики машины. А что же есть? и как такое авто вообще едет?
Кроме того, автомобильный потребитель также предпочитает покупать транспортное средство, которое отвечает всем их потребностям, включая их отпускную поездку, когда им нужен большой и хорошо управляемый автомобиль, даже если их наиболее частое использование - ехать менее 40 километров ежедневно, и только с одним жильцом.
Существует также проблема электрической инфраструктуры как для генерации, так и для распространения. Будут необходимы различные пункты для подзарядки батарей, а также обменные пункты в модели лизинга батареи. Кроме того, необходимы интеллектуальные системы электроснабжения, чтобы избежать всплесков потребления электроэнергии и обеспечить производство из возобновляемых источников, таких как гидроэнергетика, ветер и солнечная энергия. Эти системы могут обеспечить подачу энергии для подзарядки каждой батареи, когда есть источник электроэнергии из этих источников или даже когда стоимость производства ниже, даже от ископаемого топлива.
Двигательная система
Для того, чтобы разобраться в том, как едет электрический автомобиль, нужно сперва разобраться в типах электродвигателей и их характеристиках:
- электромоторы переменного тока;
- электромоторы постоянного тока.
Как вы помните из школьного курса физики, переменный ток создается с помощью огромного магнитного сердечника, который вращается внутри ферромагнитного кожуха. Каждый раз, когда магнит совершает один полный оборот, направление электрического потока в схеме меняется. И это называется переменным током.
Наконец, следует упомянуть об утилизации батарей. В дополнение к высокой стоимости производства батареи не могут или, по крайней мере, не должны удаляться в обычном мусоре по истечении срока их службы. Батареи имеют в своем составе тяжелые металлы, которые являются токсичными, и могут наносить ущерб, если их выбросить неадекватно.
Электрические автомобили, экологически чистые, тихие и экономичные транспортные средства
Это увеличивает затраты на использование электромобилей. Тихий автомобиль, который не загрязняет окружающую среду и более экономичен, чем современные. Звучит как сон? Но это не так: электромобили уже реальны в нескольких странах мира и даже в Бразилии. В обращении по-прежнему мало копий, по сравнению с алкоголем или бензином, но тенденция заключается в том, что это число будет увеличиваться экспоненциально в ближайшие годы именно из-за преимуществ, упомянутых выше. Несколько автопроизводителей уже инвестируют в расширение и популяризацию этой технологии, и в недалеком будущем электромобили уже будут конкурировать с традиционными.
А если электричество по схеме течет в одном направлении, то такой ток называется постоянным. Самый наглядный пример таких схем – аккумуляторы и батарейки, которые установлены в будильниках, смартфонах, пультах управления и так далее.
Сперва были попытки сделать авто на электрическом моторе переменного тока. Но тогда потери электричества были просто катастрофическими. К тому же в авто нужно было вставить генератор изменения направления тока. А это потеря драгоценного места и увеличение веса автомобиля. Такие характеристики машины не устроили конструкторов. В итоге было решено исходить из использования постоянного тока.
Хотя звучит футуристически, чтобы говорить о электромобилях, правда, они до автомобилей с бензиновым двигателем. К концу 19-го века на улицах было больше электромобилей, чем бензиновых автомобилей. Электрические автомобили были практичными, спокойными и очаровательными, и они выигрывали в огне двигателя внутреннего сгорания. Несмотря на столь много качеств, в отрасли электромобилей были преодолены некоторые барьеры, такие как ограничения времени перезарядки и автономии.
Это была настоящая революция в автомобильной промышленности и сделала автомобиль жизнеспособным с бензином. Добавьте к этому запись крупных нефтяных компаний в этом сценарии, которые поняли, что это будет большой бизнес для инвестиций в автомобильный сектор и решил поощрять разработку технологий для двигателя с бензиновым двигателем.
В конечном счете под авто поставили огромный аккумулятор, выдающий постоянный ток, а к каждому из четырех колес подключили по электродвигателю, работающему на постоянном токе. Схема была предельно проста, и поэтому она сработала. Осталось решить пару вопросов: охлаждение, распределение тока и несколько других.
Одной из основных этапов перехода от электродвигателей к двигателям с бензином или дизельным двигателем была Первая мировая война. Во время конфликта двигатель внутреннего сгорания стал военизированным: он перевозил танки, самолеты и корабли. При военном использовании автомобилей для сжигания переход стал прочным и стал окончательным, что свидетельствует о сокращении электромобилей.
Электрические машины - эволюция отрасли. Несмотря на то, что в последние годы автомобили с двигателем внутреннего сгорания преобладали, это не означает, что электромобили были потушены. Электромоторная промышленность продолжала исследования в целях совершенствования своих технологий и продолжала разрабатывать модели автомобилей, хотя и в меньших масштабах и без значительных доказательств.
Все двигатели контролируются единым компьютером, который регулирует мощность электрического потока, а, соответственно, и скорость вращения колес. Причем раньше двигатель электрический был один и располагался под капотом. Но впоследствии было решено использовать четыре разных двигателя, закрепленных непосредственно на подвеске прямо возле колес.
Встреча проходила в то время, когда последствия загрязнения воздуха от транспортных средств для сжигания, особенно в крупных городских центрах, были уже чувствительными. Сегодня, в разгар дебатов по сохранению окружающей среды и спросу на альтернативные виды топлива, электромобили вновь становятся хорошим решением этих проблем. Даже крупные автопроизводители, производители автомобилей для горения, проводят исследования и разрабатывают модели электромобилей. Окончить прошлое, чтобы подпитывать автомобиль будущего.
В Соединенных Штатах продажа гибридных электромобилей уже превышает 400 000 марок, и это число растет с каждым годом. В Европе продажи также растут. И этот тип транспортных средств также присутствует в общественном транспорте. Например, только в Нью-Йорке насчитывается более 1000 гибридных электрических автобусов. В Большом Сан-Паулу более 50 еще малочисленных, но достаточно, чтобы значительно сократить выбросы загрязняющих газов.
Поэтому неподготовленный водитель с огромным стажем может испытать шок от созерцания отделения капота, здесь находится полноценное багажное отделение, а не привычные «потроха» автомобиля с ДВС.
Аккумуляторы
Кстати, еще один интересный момент – это аккумуляторы. Именно их характеристики и определяют, сколько машина сможет проехать на одном заряде. Они тут, как правило, состоят из набора обычных аккумуляторов, которые применяются в ноутбуках, электронных сигаретах и так далее. Схема их подключения такова, что на выходе мы получаем достаточную мощность для раскручивания двигателя и достаточную емкость для езды на максимальные расстояния. За то, чтобы аккумулятор не разряжался сразу же, отвечает специальное устройство – контроллер заряда и разряда.
Предсказывая увеличение циркуляции электромобилей, Европа инвестирует в смелый проект по разработке не транспортных средств, а скорее для станций пополнения запасов для них. Бразилия не из гонки на электромобили. Автомобили в Бразилию будут полностью завершены в первый момент, но позже подразделения будут изготовлены и собраны на национальном уровне. Электрические автомобили, которые уже продаются во всем мире, можно найти в моделях от спортивной до небольшой городской модели. Хотя крупные автомобильные отрасли все больше инвестируют в электромобили, те, которые уже находятся в обращении, поступают от небольших и все еще мало известных инновационных компаний.
Охлаждение
Еще одна проблема – это система охлаждения для аккумулятора. Как известно, при работе он, да и вся электронная схема, довольно сильно греется. А при нагревании литий-ионные аккумуляторы выделяют некоторое количество газа. Чем больше его выйдет, тем хуже характеристики устройства. Соответственно, нельзя допускать перегрева. Поэтому нужно использовать разумную систему охлаждения. Каждый поступает по-своему. Кто-то делает сложную масляную или водяную систему охлаждения, а кто-то просто располагает аккумулятор так, чтобы он постоянно обдувался воздухом. Последний ход позволяет отказаться от систем охлаждения в принципе.
Фетиш имеет диапазон 250 км и предназначен для эксклюзивной клиентуры. Рева имеет автономию в 80 километров и находится на рынке четыре года. Этот автомобиль уже имел более 500 единиц, продаваемых в таких странах, как Англия, Индия, Норвегия и Испания. Модель также оснащена дополнительной солнечной панелью для установки на потолке. Крупные автопроизводители и электромобиль.
В этой новой волне электромобилей ясно, что крупные автопроизводители не могут остаться позади. Хотя небольшие компании вышли вперед в разработке транспортных средств, использующих этот источник энергии, крупные автомобильные отрасли также вкладывают значительные средства в этот тип автомобилей.
К тому же нагреваются и провода, по которым проходит ток, а также и все прочие электрические и электронные части. Если не озаботиться качественным охлаждением, то летом в такой машине просто невозможно ездить. Поэтому охлаждение машины – еще один бич, который преследует электромобили.
Автомобили делают ставку на эффективность двигателя, чтобы обеспечить большую автономию около 400 километров. Полная зарядка аккумулятора занимает четыре часа, но с двумя часами перезарядки уже можно проехать 160 километров. Вместо того, чтобы согласовывать бензин и бензин для движения, Вольт использует только электрический в локомоции. Полная зарядка аккумулятора займет шесть часов и будет иметь автономность более 60 километров. Если расстояние дольше дольше, бензиновый двигатель с турбонаддувом будет работать, чтобы пополнить заряд батареи и позволить автомобилю продолжать работать.
Типы двигателей
Давайте разберемся, что еще нужно знать об устройстве и на электрических автомобилях. Итак, вот типы электродвигателей, которые ставятся на современные электромобили:
Тип напряжения
- Постоянное. Его использование более рационально, так как при постоянном токе его расходы впустую значительно уменьшаются.
- Переменное (все-таки, некоторые умудряются их ставить).
Количество фаз
- однофазные (одна обмотка вокруг сердечника);
- двухфазные (две обмотки: одна обхватывает сердечник снизу и сверху, вторая – слева и справа);
- трехфазные (тут используется три обмотки, которые расположены с отставанием в 120 градусов друг от друга).
Конструкция
- Коллекторные. С ними вы встречались в болгарках, дрелях и так далее. Они характеризуются наличием щеток. Довольно ненадежны.
- Бесколлекторные. Тут сердечник находится в постоянном магнитном поле и не касается стенок статора. Встречаются в аквариумных компрессорах и на системах индивидуального отопления. Они надежнее.
Это позволяет автомобилю с резервуаром 54, 5 л топлива иметь дальность 030 км. Но большой дифференциал автомобиля заключается в том, что его двигатель является гибким в топливе, имея возможность использовать бензин, спирт или даже дизельное топливо. Однако большая часть электромобилей на улицах сегодня является «самодельными» конверсионными автомобилями. То есть люди хотят иметь электрический автомобиль из-за его многочисленных преимуществ, превратить свои традиционные транспортные средства в бензин или алкоголь, адаптируя их, чтобы получить их на заднем дворе и в гаражах.
Принцип работы
Схема работы может быть следующей:
- Синхронный двигатель. Скорость бега магнитного потока в обмотке равняется скорости вращения ротора.
- Асинхронные. Тут ротор вращается с иной скоростью, чем течет магнитный поток.
Преимущества и недостатки электромобилей перед машинами с ДВС
Начнем с преимуществ:
Есть много сайтов, которые учат тому, как сделать преобразование, и указать, как и где получить необходимые части. Есть конверты на продажу в специализированных магазинах и даже на веб-сайтах. Домашнее преобразование осуществляется с использованием транспортных средств, которые будут платформой для изменений. Затем вы выбираете напряжение, при котором система будет работать, чтобы определить количество батарей, которые потребуются автомобилю, и какие двигатели и регуляторы будут использоваться. Затем вам нужно выбрать тип используемой батареи, который может быть глубоководными морскими свинцово-кислотными батареями, батареями для гольфа или высококачественными герметичными батареями.
- Экологичность (для многих возможность оставить своим детям чистую планету находится превыше всего).
- Долговечность.
- Простота в использовании.
Нет ограничения по крутящему моменту. Он достигает своего пика с первого же оборота. Поэтому разгонные характеристики тут просто бешеные.
- Отличный КПД.
- Не нужна коробка передач.
- Сами электродвигатели для электромобилей имеют весьма малые размеры. Некоторые экземпляры располагаются непосредственно в колесе. Такую систему называют мотор-колесо.
- Есть сложности в питающих элементах. До тех пор, пока ученые не изобретут инновационных банков энергии, машины с электрическим приводом будут много стоить и весить именно из-за аккумуляторов.
К примеру, он в авто от компании Tesla весит около 700 кг. И это при запасе хода в 350 км.
Чтобы внести необходимые корректировки, удаляются двигатель, топливный бак, выхлопная система, муфта и, иногда, радиатор платформы. Наконец, в транспортных средствах установлены пластина адаптера передачи, электродвигатель, регулятор, батареи и система подзарядки.
Эта адаптация довольно распространена и широко практикуется в Соединенных Штатах и Европе. То есть, стоимость одного километра электромобиля составляет всего 37, 5% от стоимости бензинового автомобиля. Не говоря уже о других преимуществах, таких как не загрязняющие окружающую среду и очень тихие транспортные средства.
- Этот недостаток касается именно России и близлежащих стран. Навряд ли в скором времени у нас появятся обширные сети заправочных станций для электрических машин, поэтому покупка данного авто оправдана лишь тогда, когда вы постоянно находитесь в мегаполисе.
- Охлаждение. Если оно недостаточное, то ресурс аккумулятора будет не слишком велик. Поэтому при выборе машины стоит уделить системе охлаждения особое внимание.
Заключение
Как мы видим, устройство электромобиля достаточно сложное. Инженеры стараются снабдить данные авто всевозможными новациями, а также продлить запас хода. Нам остается только ждать совершенных технологий и восхищаться ими.
Гибриды и автомобили на топливных элементах, главная движущая сила — это электрический двигатель. В основу работы современного электродвигателя
положен принцип электромагнитной индукции — явления, связанного с возникновением электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока.
Тесная взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями открыла перед учеными новые возможности. и всего электромашиностроения в целом начинается с закона электромагнитной индукции, открытого М. Фарадеем в 1831 году, и правила Э. Ленца, согласно которому индукционный ток всегда направлен таким образом, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Труды Фарадея и Ленца легли в основу Бориса Якоби.
Современные электродвигатели, хоть и основаны на одном и том же законе, что и электромеханический преобразователь Якоби, но существенно от него отличаются. Со временем электрические моторы стали мощнее, компактнее, кроме того, их КПД значительно вырос. Коэффициент полезного действия современного тягового электродвигателя может составлять 85-95 %. Для сравнения, максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания без вспомогательных систем едва ли дотягивает до 45 %.
Виды современных электродвигателей
Электрические двигатели различаются по роду питающего напряжения:
- Двигатель переменного тока
- Двигатель постоянного тока
по числу фаз питающей сети:
- Однофазный электродвигатель. С одной рабочей обмоткой, подключается к однофазной сети переменного тока;
- Двухфазный электродвигатель. Имеет две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 градусов;
- Трехфазный электродвигатель. Подключается к трехфазной сети переменного тока, имеет 3 обмотки, магнитные поля которых расположены через 120 градусов.
по конструктивному исполнению:
- Коллекторный. Переключателем тока в обмотках и датчиком положения ротора является тоже самое устройство — щёточноколлекторный узел. Работает преимущественно на постоянном токе, однако современные электродвигатели, так называемые универсальные коллекторные двигатели, могут одновременно работать на постоянном и переменном токе;
- Бесколлекторный. Вентильные двигатели постоянного тока выполнены в виде замкнутой системы с датчиком положения ротора, инвертором и преобразователем координат.
по принципу работы:
- Синхронный электродвигатель. Электромеханическая машина, в которой ротор вращается синхронно с магнитным полем переменного тока;
- Асинхронный электродвигатель. Частота вращения ротора асинхронного двигателя переменного тока не совпадает с частотой вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора.
и по способу возбуждения:
- с возбуждением от постоянных магнитов;
- с параллельным возбуждением;
- с последовательным возбуждением;
- с последовательно-параллельным.
Тяговый электродвигатель для электромобиля
Электрический двигатель для может быть как постоянного, так и переменного тока. Его основная задача — передача крутящего момента на движитель электромобиля. Основные отличия современного тягового электродвигателя от традиционной электромеханической машины являются большая мощность и компактные размеры, вызванные ограниченностью используемого пространства. В качестве характеристик тягового электромотора, кроме мощности и максимального крутящего момента, учитываются напряжение, ток, а также частота вращения.
Мотор-колесо
В последнее время в качестве двигателя для электромобиля инженеры используют систему мотор-колесо, правда, все чаще на концепт-карах. Исключением стал – спортивный электромобиль, построенный силами Venturi и Michelin, который скоро поступит в продажу. Технология Active Wheel имеет ряд преимуществ. Все активные системы безопасности, такие как ABS, ESP, Brake Assist и Traction Control можно прошить в управляющий софт, после чего они смогут воздействовать на каждое колесо в отдельности. Добавим к этому мобильность системы и способность регенерировать энергию торможения.
Конечно, есть и недостатки. Попробуйте впихнуть кучу механизмов внутрь маленького обода. Если это и получится, то вес колеса увеличится, а это плохо скажется на управляемости, повысится износ подвески, увеличится передача вибрации на кузов. Идеальный вес автомобильного колеса должен составлять 10-30 кг. Инженерам Michelin удалось вписаться в эти рамки – тяговый электродвигатель Active Wheel весит всего 7 кг, а остальная механика системы укладывается в 11 кг.
Преимущества и недостатки электродвигателя
Преимуществ перед ДВС у электродвигателя много:
- Малый вес и достаточно компактные размеры. К примеру инженеры весом 25 кг, который может выдавать до 650 Нм.
- Долговечность, простая эксплуатация.
- Экологичность.
- Максимальный крутящий момент доступен уже с 0 об/мин.
- Высокий КПД.
- Нет необходимости в коробки передач. Хотя, по мнению специалистов, .
- Возможность рекуперации.
Существенных недостатков у самого электродвигателя нет. Но есть большие сложности в его питании. Несовершенство источников тока не дают пока что массово использовать электродвигатели в автомобилестроении.
Видео : (Процесс сборки электромобиля ).