Двигателят, както подсказва името, е устройство, което преобразува електрическа и механична енергия. Всеки двигател може да работи като двигател или като генератор. Самият той не генерира енергия, а само реализира преобразуването на електромеханична енергия, но загубата в процеса на преобразуване ще се преобразува в топлина, така че всеки дизайн на двигателя включва електромагнитен дизайн, механичен дизайн и термичен дизайн. Ние обръщаме повече внимание на електрическата мощност, механичната мощност, загубите и ефективността, температурата и други параметри на ефективността.
В зависимост от структурата и приложението има много видове двигатели. Въпреки това, основните, използвани в сегашното автомобилно задвижване, са синхронни двигатели с постоянен магнит, асинхронни двигатели (индукционни двигатели), двигатели с превключвателно съпротивление, двигатели с електрическо възбуждане и двигатели с постоянен ток. В този момент всеки не може да не обърне внимание на това какви са разликите между тези двигатели и какви са предимствата и недостатъците на всеки от тях? Нека направим една проста научно-популярна тук.
DC
DC моторът е най-старото изобретение в семейството на двигателите. Неговият изобретател е добре познатият Фарадей. Традиционният постояннотоков двигател се състои главно от намотката на котвата на ротора, намотката на възбуждане на статора, сърцевините на статора и ротора, рамката и четката - Оформя се комутаторът, намотката на възбуждане осигурява магнитното поле на възбуждане и котвата намотката осигурява тока, който произвежда въртящия момент.
Както бе споменато по-рано, DC двигател има намотка за възбуждане и намотка на котвата. Размерът на магнитното поле може да се контролира чрез контролиране на тока на възбуждащата намотка, а въртящият момент може да се регулира чрез контролиране на тока на намотката на котвата. Следователно, най-голямото предимство на постояннотоковия двигател е, че има добро управление. Изходната скорост и въртящият момент на двигателя могат да се регулират почти линейно само чрез външен променлив резистор.
Въпреки това, поради съществуването на четката, надеждността е ниска, разходите за поддръжка са високи и допълнителната загуба, причинена от контактното съпротивление на четката и външното съпротивление, е голяма, а ефективността на двигателя е относително ниска. Понастоящем новоразработените електрически превозни средства основно вече не използват четкови DC двигатели, които обикновено се използват само на места като повдигане на прозорци, задвижващи чистачки и т.н., и има тенденция да се използват електронни комутатори за замяна на четкови комутатори.
асинхронен двигател
Изобретателят на асинхронния двигател е друг технологичен гигант Tesla. Обикновено ядрото на статора е вградено с трифазни променливотокови намотки, а роторът се състои от желязното ядро и намотките на клетката с късо съединение. Когато трифазният променлив ток е свързан към намотките на статора, ще генерира синтетично пространствено синхронно въртящо се магнитно поле, ще пререже намотката на ротора, като по този начин ще генерира ток в намотката на клетката на ротора и токът ще бъде подложен на действието на магнитното поле за генериране на електромагнитна сила, която да кара ротора да се върти.
Тъй като няма нужда от четки на ротора, структурата е проста, надеждността е добра, а производствената технология е сравнително зряла, така че се използва широко в промишленото производство. Сега се използва в някои пътнически автомобили, но поради ниската си мощност и сложно управление рядко се използва в леки автомобили. За да отбележи тази велика фигура, Tesla Motor използва индукция на медна прътова клетка в ранните си продукти. Въпреки това, поради цялостната си ефективност, плътност на мощността и други характеристики, той все още не може да се сравни с двигатели с постоянен магнит от редкоземни елементи. Най-новият модел 3 премина към синхронни двигатели с постоянни магнити като задвижващи двигатели.
Конвенционални синхронни двигатели и синхронни двигатели с постоянен магнит
Структурата на статора на синхронния двигател е същата като тази на предишния асинхронен двигател. Принадлежи към AC мотора. Само намотката на статора преминава през симетричния променлив ток, който ще генерира определена въртяща се магнитодвижеща сила във въздушната междина. Разликата от асинхронния двигател е, че неговата скорост на ротора е съобразена със скоростта на въртящото се магнитно поле.
Това е традиционен синхронен двигател с електрическо възбуждане и неговите изпъкнали полюси на ротора са навити с намотка за възбуждане и се изтеглят през контактни пръстени и четки на вала. Тоест неговата магнитодвижеща сила на възбуждане се осигурява от външен постоянен ток. Следователно неговата производителност на управление е относително добра, а факторът на мощността и ефективността могат да бъдат относително високи. Въпреки това, тъй като е необходим външен възбудител, размерът е голям и плъзгащият пръстен на четката се нуждае от редовна поддръжка, така че този тип двигател се използва най-вече в генераторите на електроцентрали и е относително рядък в автомобилите.
Най-използваният в превозните средства с нова енергия е синхронният двигател с постоянен магнит. Разликата от предишния е, че сърцевината на ротора няма намотки, а само повърхностно монтирани или вградени постоянни магнити. Електромеханичното преобразуване на енергия възниква поради действието на въртящо се магнитно поле.
Тъй като скоростта на автомобила трябва да се регулира често, скоростта на двигателя е проектирана да бъде относително висока, така че синхронният двигател с постоянен магнит с вградена магнитна стомана отдясно е по-изгоден поради добрата си механична якост и има сравнително висока магнитна сила за този вид мотор с вградена магнитна стомана. Въртящият момент на съпротивление е по-благоприятен за спестяване на количеството магнитна стомана и подобряване на ефективността на отслабване на полето.
Реактивен двигател с превключване
Реактивният двигател е двигател с нова конструкция. Върху ротора няма нито намотка, нито постоянен магнит, а солидна структура от изпъкнали полюси, подредени от листове от силициева стомана. Основава се на принципа на минимално нежелание (магнитният поток винаги трябва да бъде затворен по пътя с най-малкото нежелание). Чрез превключване на последователността на захранване на намотките на изпъкналите полюси на статора, роторът непрекъснато се движи до позиция с най-малко нежелание, като по този начин кара ротора да се върти.
Магниторезистивната структура е проста, здрава, надеждна, ниска цена и има голям потенциал за развитие. Поради това той се разви бързо в областта на регулирането на скоростта на сцепление през последните години. Въпреки това, поради присъщите му колебания на въртящия момент и очевидни вибрации и шум, в момента се използва само в някои леки автомобили.
Понастоящем има и някои нови реактивни двигатели с хибридно възбуждане. Обикновено определен феритен постоянен магнитен материал се вкарва в слота за съпротивление на ротора, така че производителността на двигателя е по-висока от тази на двигателя с нежелание поради въвеждането на част от въртящия момент на постоянния магнит. , а цената не е толкова висока, колкото двигателите с постоянен магнит с редкоземни елементи.
Епилог
Тази статия представя няколко двигателя, с които сме запознати. Като цяло постояннотоковите двигатели постепенно се елиминират поради слабата им надеждност и средна производителност; технологията за управление на реактивните двигатели с превключване все още не е развита и шумът и вибрациите са очевидни при ниски скорости, а ефективността също е ниска. Той принадлежи към бъдещата алтернатива; роторът на асинхронния двигател има консумация на мед от вторичната страна, сериозно генериране на топлина, ниска ефективност и голям обем и често е подходящ за използване в леки автомобили, които не изискват строги изисквания за обем; синхронната двигателна система с електрическо възбуждане е голяма по размер, а електрическите плъзгащи пръстени с четка изискват поддръжка и имат проблеми с надеждността и в момента са рядкост, освен като генератори.
Картината по-горе е сравнение на структурата и производителността на няколко двигателя, направено от Министерството на енергетиката на САЩ и Националната лаборатория в Оук Ридж за справка. За по-малките пътнически автомобили синхронните двигатели с постоянен магнит все още са основните, а в моята страна запасите от редкоземни постоянни магнитни материали имат уникални предимства в ресурсите. Но с експлозивния растеж на новите енергийни превозни средства нараства и изследователският ентусиазъм за нови високоефективни, евтини, безопасни и надеждни двигатели.
