КНИГА (ГОТОВА(2 семестр))ТОА ЕОА 2009р

утилізація відпрацьованих газів) може спроститися, тому що кількість робочих режимів ДВЗ буде обмеженою. Що стосується навігаційного і комфортного устаткування, воно може і не змінитися. Можливо, матимуть більше значення електросистеми внутрі-салонної вентиляції, зміниться конструкція самого кондиціонера, будуть встановлені аварійні засоби пожежної безпеки і захисту від короткого замикання в електричних колах з великими струмами.

19.3 Електродвигуни для електромобілів і гібридних автомобілів

Виробництво електромобілів, очевидно, зростатиме впродовж наступних років. Сьогодні для електромобілів використовуються електродвигуни постійного струму, однак впровадження двигунів змінного струму призведе до покращання масо-габаритних показників та характеристик електроприводу.

Особливо це стосується асинхронних двигунів, які мають велику перспективу щодо використання їх в нових генераціях електромобілів, однак і високоефективні безщіткові двигуни постійного струму теж застосовуватимуться впродовж найближчих років.

Конструктивні особливості різних типів електродвигунів для електромобілів проілюстровано на рис. 19.4.

Двигуни постійного струму (рис. 19.4, а) мають 2, 4 або 6 полюсів залежно від вихідної потужності і напруги. Використовують двигуни з послідовним або паралельним збудженням, які живляться від широтно-імпульсного перетворювача для отримання регулювання з постійною потужністю з ослабленням поля до швидкості 4000 об/хв. Постійні магніти для збудження використовуються в машинах малої потужності.

Рис. 19.4 – Типи електродвигунів

Двигуни постійного струму вимагають застосування механічної передачі з двома - трьома передатними числами, що обумовлено їх обмеженою швидкістю, мають значну вагу і габарити.

161

Вентильні реактивні двигуни (ВРД) мають давач положення ротора. У функції сигналу цього давача подається живлення у фазні обмотки двигуна. ВРД можуть мати трифазні обмотки в поєднанні з 6-полюсним статором і 4-полюсним ротором, як це показано на рис. 19.4, б, або чотирифазні обмотки в поєднанні з 8-полюсним статором і 6-полюсним ротором для зменшення пульсацій моменту (рис. 19.5), які на низьких швидкостях можуть призвести до виникнення механічного резонансу.

Вентильні реактивні двигуни забезпечують високі швидкості, широкий діапазон регулювання швидкості і можуть використовуватись із застосуванням механічної передачі з фіксованим передатним числом. Вони забезпечують також потрібний момент на низьких швидкостях. Однак у таких двигунах пульсації моменту на низьких швидкостях у разі фіксованого передатного числа є значними, що є недоліком.

Безщіткові двигуни постійного струму з постійними магнітами (рис. 19.4, в) теж використовують давач положення ротора для перемикання фаз обмотки. Збільшення кількості фаз обмотки зменшує пульсації електромагнітного моменту, однак простота трифазної схеми дає перевагу над багатофазними схемами з кращою формою моменту. Використання постійних магнітів дає змогу збільшити кількість пар полюсів без значного зростання потоку розсіяння, а також вартості. Використання поверхневих магнітів на роторі з великим магнітним опором зберігає потік відносно постійним, однак фазове зміщення призводить до деякого послаблення потоку. Останній можна штучно збільшити використанням додаткових магнітів або встановленням сталевих полюсів між полюсами постійних магнітів для отримання реактивні складової моменту.

Рис. 19.5 – Пульсації моменту вентильного реактивного двигуна

Двигуни з постійними висококоерцетивними магнітами дають можливість збільшити швидкість до трьох номінальних значень (з забезпеченням максимальної швидкості до 12000 об/хв), а, отже, обійтися без застосування механічної передачі зі змінним передатним числом. Двигуни постійного струму з низькокоерцетивними магнітами (наприклад, феритами) мають більші габарити і працюють ефективно тільки в поєднанні з механічною передачею із змінним передатним числом.

162

Асинхронні двигуни (рис. 19.4, г) живляться від інвертора і бувають, як правило, 2- або 4- полюсні. Максимальна частота їх обертання досягає 12000 об/хв. Це значення швидкості обмежується можливостями інвертора (частотою перемикання силових ключів).

Який тип двигуна кращий? Вибір електродвигуна для приводу електромобілів та гібридних автомобілів визначається трьома чинниками: вагою, енергетичними показниками (ККД) і вартістю. Для більшості електромобілів середнього класу використовуються приводи потужністю 40-50 кВт, силова електроніка яких базується на IGBT-транзисторах з використанням водяного охолодження для забезпечення компактності і зменшення ваги.

В табл. 19.2 показано значення ККД приводів з різними типами електродвигунів.

Асинхронний двигун АД живиться від інвертора. Він виготовляється з низьким опором ротора, його робота проходить з оптимальною величиною ковзання (близькою до 3 Гц) на кожній робочій точці механічної характеристики, що досягається регулюванням величини напруги і частоти.

Порівнюючи асинхронний та вентильний реактивний двигуни, можна стверджувати, що АД має нижчий ККД за рахунок втрат в роторі, в той час, як ВРД має більші втрати в електронній системі живлення, за рахунок вищих пікових струмів і вищої частоти. Сумарний ККД впливає на вагу акумуляторної батареї: зменшення на 1 % ККД вимагає збільшення на 1 % потужності батареї. Порівняно з безщітковими двигунами з постійними магнітами, в електромобілях з колекторними двигунами постійного струму вага акумуляторної батареї збільшиться на 12 %.

В табл. 19.3 зведено вартісні показники приводу з використанням різних типів електродвигунів (включаючи вартість джерел живлення з апаратурою керування). Вартість наведена у відносних одиницях, де цифра 100 - це вартість двигуна постійного струму.

Аналізуючи дані, можна зробити висновок про зростаючу вартість електроприводу з колекторним двигуном постійного струму і водночас зменшення вартості асинхронного

163

електроприводу, що обумовлено зменшенням вартості керованих джерел живлення та електронних пристроїв керування. Ця обставина обумовила також здешевлення приводів з ВРД та безщітковими двигунами з постійними магнітами. Зменшення вартості останніх пояснюється також зменшенням вартості постійних магнітів. Крім того, варто нагадати про необхідність застосування давача положення ротора для ВРД та безниткового двигуна.

Таблиця 19.3 - Вартісні показники приводу

На сьогодні випускаються такі марки електромобілів з колекторними двигунами постійного струму: Chrysler TEvan (48.5 кВт), Fiat 500 Elettra (9.2 кВт), Iveco Daily Bus Hibrid (22/45 кВт), VW Jetta City Stromer (двигун виробництва Bosh, 15 кВт), Peugeot J5 Van

(двигун виробництва Leroy Sommer, 25/43 кВт), Citroen CI5 Van (двигун виробництва Leroy Sommer, 15/18 кВт), Renaut Mastervan (двигун виробництва Nelco, 45 кВт).

Можна говорити про подальше застосування двигунів постійного струму з потужністю до 20 кВт для малих міських електромобілів, зважаючи на простоту системи керування. Для регулювання струму якоря та струму збудження використовується широтно-імпульсний перетворювач, який забезпечує відносно малу вартість приводу і високий ККД. Масогабаритні показники не є визначальними для приводів малої потужності.

Серед електромобілів і гібридних автомобілів з асинхронними двигунами можна виділити такі: Ford Ecostar (двигун виробництва АО Smith, 56 кВт), GM Impact (дзигун виробництва

Hughes/Delco, 2x43 кВт), GM Impact (двигун виробництва Delco, 75 кВт), GM Opel Impuls 2

(двигун виробництва Delco, 2x43 кВт), Ісесо 100 Seat (автобус, двигун виробництва Ansaldo,

128/143 кВт), VW Chico Hibrid (двигун виробництва Bosh, 6 кВт), VW Golf Hibrid (двигун виробництва Bosh, 7 кВт).

Перші розробки щодо застосування ВРД для електромобілів проводились університетами Лідса та Ноттінгема, а перші прототипи таких автомобілів з'явились в кінці 70-х на початку 80-х років XX ст.

Двигуни змінного струму з постійними магнітами застосовуються в таких марках:

Renault Clio Car (двигун виробництва Siemens, 26 кВт), Audi Duo Hibrid Car (двигун виробництва Siemens, 27/36 кВт), BMW El Car (двигун виробництва Unique, 32 кВт), Magnet Motor Hibrid Bus (двигун виробництва Magnet Motor, 2x80 кВт), Eaton (Chrysler) Minivan

(двигун виробництва Eaton, 47 кВт). ЦІ двигуни, як правило, мають водяне охолодження, що

164

Лекція 19 – Перспективи розвитку автотранспортних засобів _

зменшує їх вагу і габарити. Зауважимо, що перегрівання постійних магнітів може призвести до їх пошкодження.

Контрольні питання:

1.З яких основних вузлів складається класична схема електромобіля?

2.Які основні технічні характеристики електромобілів?

3.З яких основних вузлів складається класична схема гібридних автомобіля?

4.Які типи гібридних автомобілів існують на даний час?

5.Які типи двигунів використовуються для побудови електромобілів?

6.Які типи двигунів використовуються для побудови гібридних автомобілів?

7.Який принцип роботи вентильного двигуна?

8.Який принцип роботи колекторного двигуна?

9.Який принцип роботи асинхронного двигуна?

10.Від яких факторів залежить ККД електродвигунів?

165