Электропривод автомобильный. Электропривод вспомогательного электрооборудования автомобиля

НАМИ-0189Э показана на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Схема электропривода с переключением секций батареи и регулированием по возбуждению

Тяговый двигатель М питается от двух блоков тяговой батареи GB1 и GB2, которые включаются в его цепь либо параллельно, либо последовательно с помощью контакторов КБ. В якорной цепи двигателя, кроме того, находятся пусковые резисторы R1 и R2, шунтируемые контактором КШ. Ток возбуждения двигателя регулируется тиристорным импульсным преобразователем, содержащим основной тиристор V2 и коммутирующий - V3. Реверс двигателя производится контактором КР, переключающим полярность напряжения на обмотке возбуждения ОВ. Режимы работы электропривода задаются специальным командоконтроллером. Этот аппарат, управляемый водителем, содержит переключатели режимов, а также индуктивный задатчик, положение которого определяет с помощью блока управления Б У величину тока возбуждения. В свою очередь, ток возбуждения двигателя определяет величину тока якоря

(3.3)

а также динамический момент на валу двигателя

В установившихся режимах работы двигателя Мдин = 0 и из выражения (3.4) следует, что ток возбуждения определяет частоту вращения согласно формуле

(3.5)

где UП - напряжение питания цепи якоря двигателя; причем

№1 - когда КБ выключен

№2 - когда КБ включен

С помощью блока управления БУ отрицательными обратными связями по току батареи и направлению на обмотке возбуждения двигателя осуществляется стабилизация заданных значений тока возбуждения и тока батареи, а тем самым и режимов движения согласно выражениям (3.4) и (3.5).

При трогании электромобиля блоки батареи соединены параллельно, включением контактора К начинается пуск двигателя на первой реостатной ступени через резистор RI. Возбуждение двигателя устанавливается при этом близким к максимальному. Дальнейшее нажатие на педаль хода и воздействие тем самым на командоконтроллер при разгоне вызывает включение второй реостатной ступени путем подключения параллельно резисторы RI резистора #2 через тиристор VI. При снижении пускового тока включается контактор КШ и закорачивает пусковые реостаты. Тиристор VI при этом возвращается в отключенное состояние. Дальнейшее управление производится изменением тока возбуждения. При достижении скорости 30 км/ч командо-контроллером осуществляется переключение блоков батареи на последовательное соединение и продолжается управление посредством изменения тока возбуждения.

Рекуперативное торможение наступает при увеличении тока возбуждения и возрастании из-за этого ЭДС двигателя. Через диод V начинает протекать ток заряда батареи как при последовательном соединении блоков, так и при параллельном. Диапазон возможного рекуперативного генераторного торможения Др зависит от используемого ослабления потока возбуждения двигателя и может быть определен из следующей зависимости.

Прогресс не стоит на месте и все движется вперед и развивается. Это относится и к системам электроприводов. Появление частотно-регулируемых электроприводов и различных способов управления ими вносит свои коррективы в степень развития этих устройств. И это привело к тому, что асинхронный электропривод постепенно начинает заменять машины постоянного тока в тяговых системах – электропоездах, троллейбусах, магистральных электровозах. Не исключения и автомобильная техника.

Современные реалии таковы, что эксплуатация и обслуживание приводов постоянного тока в экскаваторах и большегрузных самосвалах сопряжено с целым рядом неудобств, но современное развитие науки, а также наличие необходимой элементной базы значительно облегчило решение этой задачи. Именно поэтому в 2005 году конструкторы «Силовых машин» приступили к созданию новой линейки электроприводов – асинхронных (частотных). Они разрабатываются специально для производимых ОАО «БЕЛАЗ» погрузчиков и карьерных самосвалов, а также мощных экскаваторов, выпускаемых заводами «Уралмаш» и «Ижорские заводы».

Тяговый асинхронный электропривод

Система асинхронный двигатель – преобразователь частоты на сегодняшний день, пожалуй, самая сложная из систем электроприводов. В основе тягового асинхронного привода лежит векторное управление. Также необходимо обеспечить многоуровневую систему защит и сигнализаций для безопасной работы систем, и, соответственно системы программного обеспечения и визуализации для обеспечения возможности мониторинга и настроек системы.

Но помимо значительного усложнения системы управления тяговым асинхронным электроприводом он обладает значительными преимуществами, по сравнению со старыми системами постоянного тока, которые использовались в карьерных самосвалах ОАО «БЕЛАЗ»:

• Отсутствие коллекторно-щеточного узла, присущего системе , что уменьшает затраты на эксплуатацию значительно.
• Кроме того, тяговый электродвигатель расположен так, что электрику необходимо буквально протискиваться к нему, что тоже предъявляет особые требования к обслуживающему персоналу.
• При неудовлетворительном состоянии коллектора могут понадобится более сложные ремонтные работы – а это простой и убытки. В асинхронной машине коллектора просто нет.
• При работе на постоянном токе переключения между тяговым и тормозным режимом производилось механически – с помощью контакторов. В системе с АД переключения производятся силовыми вентилями, с помощью алгоритмов управления ПЧ.

Стоимость. За и против

Стоимость тягового асинхронного электропривода довольно высока и это отпугивает. Но помимо затрат на приобретение, монтаж и пуско-наладку существуют затраты и на эксплуатацию. За счет того, что щеточно-коллекторный узел в АД с КЗ ротором

отсутствует, то значительно снижаются затраты на эксплуатацию. Ведь основным слабым местом машин постоянного тока является именно коллекторный узел, который необходимо периодически чистить, менять щетки, а иногда и сам коллектор. Также асинхронники меньше по габаритным размерам, чем ДПТ. Преобразователи частоты оборудованы устройствами диагностики и сигнализации, что помогает находить и устранять неисправности. Также при выходе из строя какого-то элемента достаточно заменить ячейку или силовой модуль устройства, и оно готово к работе.

Вспомогательным электрооборудованием называют группу вспо­могательных приборов и аппаратов, обеспечивающих отопление и вентиляцию кабины и кузова, очистку стекол кабины и фар, звуковую сигнализацию, радиоприем и другие вспомогательные функции.

Тенденции развития различных систем автомобиля, связанные с повышением экономичности, надежности, комфорта и безопасно­сти движения, приводят к тому, что роль электрооборудования, в частности электропривода вспомогательных систем, неуклонно возрастает. Если 25...30 лет назад на серийных автомобилях прак­тически не встречалось механизмов с электроприводом, то в на­стоящее время даже на грузовых автомобилях устанавливается минимум 3...4 электродвигателя, а на легковых - 5...8 и более, в зависимости от класса.

Электроприводом называется электромеханическая система, состоящая из электродвигателя (или нескольких электродвигате­лей), передаточного механизма к рабочей машине и всей аппарату­ры для управления электродвигателем. Основными устройствами автомобиля, где находит применение электропривод, являются отопители и вентиляторы салона, предпусковые подогреватели, стекло- и фароочистители, механизмы подъема стекал, антенн, пе­ремещения сидений и др.

Длительность работы и ее характер определяют рабочий режим привода. Для электропривода принято различать три основных ре­жима работы: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Продолжительный режим характеризуется такой длительно­стью, при которой за время работы электродвигателя его темпера­тура достигает установившегося значения. В качестве примера ме­ханизмов с длительным режимом работы можно назвать отопители и вентиляторы салона автомобиля.

Кратковременный режим имеет относительно краткий рабочий период и температура двигателя не успевает достигнуть устано­вившегося значения. Перерыв же в работе исполнительного меха­низма достаточен для того, чтобы двигатель успевал охладиться до температуры окружающей среды. Такой режим работы характерен на самых различных устройств кратковременного действия: подъ­ема стекол, привода антенн, перемещения сидений и др.

Повторно-кратковременный режим характеризуется рабочим периодом, который чередуется с паузами (остановка или холостой ход), причем ни в один из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагруз­ки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Примером устройств автомобиля, работающих в таком ре­жиме, могут служить стеклоочистители (на соответствующих режи­мах), стеклоомыватели и др.

Характерной чертой для повторно-кратковременного режима яв­ляется отношение рабочей части периода Т" к всему периоду Т. Этот показатель именуется относительной продолжительностью работы ПР или относительной продолжительностью включения ПВ, измеряемыми в процентах.

Требования, предъявляемые к электродвигателям, устанавли­ваемым в том или ином узле автомобиля, отличаются особой спе­цификой и обусловлены режимами работы этого узла. При выборе типа двигателя необходимо сопоставить условия работы привода с особенностями механических характеристик различных видов электродвигателей. Принято различать естественную и искусствен­ную механические характеристики двигателя. Первая соответствует номинальным условиям его включения, нормальной схеме соеди­нений и отсутствию каких-либо добавочных элементов в цепях дви­гателя. Искусственные характеристики получаются при изменении напряжения на двигателе, включении добавочных элементов в це­пи двигателя и соединении этих цепей по специальным схемам.

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии элек­тропривода вспомогательных систем автомобиля является создание электродвигателей мощностью до 100 Вт с возбуждением от посто­янных магнитов.

Применение постоянных магнитов позволяет в значительной мере повысить технико-экономические показатели электродвигате­лей: уменьшить массу, габаритные размеры, повысить КПД. К пре­имуществам следует отнести отсутствие обмоток возбуждения, что упрощает внутренние соединения, повышает надежность электро­двигателей. Кроме того, благодаря независимому возбуждению все электродвигатели с постоянными магнитами могут быть реверсив­ными.

Типичная конструкция электродвигателя с постоянными магни­тами, применяемого в отопителях, показана на рис.7.1.

Постоянные магниты 4 закреплены в корпусе 3 с помощью двух стальных пло­ских пружин 6 , прикрепленных к корпусу. Якорь 7 электродвигателя вращается в двух самоустанавливающихся подшипниках скольже­ния 5 . Графитные щетки 2 прижимаются пружинами к коллектору 1, выполненному из полосы меди и профрезерованному на отдельные ламели.

Принцип действия электрических машин с постоянными магни­тами аналогичен общеизвестному принципу действия машин с электромагнитным возбуждением - в электродвигателе взаимодей­ствие полей якоря и статора создает вращающий момент. Источник магнитного потока в таких электродвигателях - постоянный магнит. Характеристикой магнита является кривая его размагничивания (часть петли гистерезиса, лежащая во II квадранте), представлен­ная на рис. 7.2. Свойства материала определяются значениями ос­таточной индукции В r и коэрцитивной силы H с. Полезный поток, от­даваемый магнитом во внешнюю цепь, не является постоянным, а зависит от суммарного воздействия внешних размагничивающих факторов.

Как видно из рис. 7.2, рабочая точка магнита вне системы элек­тродвигателя N , рабочая точка в сборе с корпусом М и рабочая точка магнита в электродвигателе в сборе К различны. Причем для большинства магнитных материалов процесс размагничивания магнита необратим, так как возврат из точки с меньшей индукцией в точку с большей индукцией (например, при разборке и сборке элек­тродвигателя) происходит по кривым возврата, не совпадающим с кривой размагничивания.

В связи с этим важным преимуществом используемых в автотракторной промышленности оксидно-бариевых магнитов является не только их относительная дешевизна, но и совпадение в определенных пределах (до точки перегиба) кривых возврата и размагничивания. Если воздействие внешних размагничивающих факторов таково, что рабочая точка магнита перемещается за колено, то возврат в точку К уже невозможен и рабочей точкой в собранной системе будет уже точка К 1 с меньшей индукцией. Поэтому при расчете электродвигателей с постоянными магнитами очень важен правильный выбор объема магнита, обеспечивающий не только рабочий режим работы электродвигателя, но и стабильность рабочей точки при воздействии максимально возможных размагничивающих факторов.

Электродвигатели предпусковых подогревателей. Предпусковые нагреватели используются для обеспечения надежного пуска ДВС при низких температурах. Назначение электродвигателей этого типа - подача воздуха для поддержания горения в бензиновых подогревателях, подача воздуха, топлива и обеспечение циркуляции жидкости в дизелях.

Особенностью режима работы является то, что при таких температурах необходимо развивать большой пусковой момент и функционировать непродолжительное время. Для обеспечения этих требований электродвигатели предпусковых подогревателей выполняются с последовательной обмоткой и работают в кратковременном и повторно-кратковременном режимах. В зависимости от температурных условий электродвигатели имеют различную продолжительность включения: -5...-10 0 С не более 20 мин; -10...-25 0 С не более 30 мин; -25...-50 0 С не более 50 мин.

Нашедшие широкое применение в предпусковых подогревателях электродвигатели МЭ252 (24В) и 32.3730 (12В) имеют номинальную мощность 180 Вт и частоту вращения 6500 мин -1 .

Электродвигатели для привода вентиляционных и отопительных установок. Венти­ляционные и отопительные ус­тановки предназначены для обогрева и вентиляции салонов легковых автомобилей, автобу­сов, кабин грузовых автомобилей и тракторов. Действие их осно­вано на использовании тепла двигателя внутреннего сгорания, а производительность в значи­тельной степени зависит от ха­рактеристик электропривода. Все электродвигатели такого назна­чения представляют собой двигатели длительного режима работы, эксплуатируемые при температуре окружающей среды -40...+70°С. В зависимости от компоновки на автомобиле отопительной и вен­тиляционной установки электродвигатели имеют разное направле­ние вращения. Эти электродвигатели одно- или двухскоростные в основном с возбуждением от постоянных магнитов. Двухскорост­ные электродвигатели обеспечивают два режима работы отопи­тельной установки. Частичный режим работы (режим низшей ско­рости, а следовательно, и низшей производительности) обеспечивается за счет дополнительной обмотки возбуждения.

На рис. 7.3 показано устройство электродвигателя с возбужде­нием от постоянных магнитов для отопителей. Он состоит: 1 и 5 – подшипник скольжения; 2 – постоянный магнит; 3 – щеткодержатель; 4 – щетка; 6 – коллектор; 7 – траверса; 8 – крышка; 9 – крепежная пластина; 10 – пружина; 11 – якорь; 12 – корпус. Постоянные магни­ты 2 закреплены на корпусе 12 пружинами 10. Крышка 8 прикре­плена к корпусу винтами, которые вворачиваются в крепежные пластины 9, расположенные в пазах корпуса. В корпусе и крыш­ке установлены подшипники 7 и 5 в которых вращается вал якоря 11. Все щеткодержатели 3 находятся на траверсе 7 из изоля­ционного материала.

Траверса закреплена на крышке 8. Щетки 4, по которым ток подводится к коллектору6, размещены в щеткодержателях 3 коробчатого типа. Коллекторы, так же, как и в электродвигателях с электромагнитным возбуждением штампуются из медной ленты с последующей опрессовкой пластмассой или из трубы с про­дольными пазами на внутренней поверхности.

Крышки и корпус изготовлены из листовой стали. У электро­двигателей стеклоомывателей крышка и корпус могут быть выпол­нены из пластмассы.

Кроме отопительных установок, использующих тепло ДВС, на­ходят применение отопительные установки независимого действия. В этих установках электродвигатель, имеющий два выхода вала, приводит во вращение два вентилятора, один направляет холод­ный воздух в теплообменник, а затем в отапливаемое помещение, другой подает воздух в камеру горения.

Применяемые на целом ряде моделей легковых и грузовых авто­мобилей электродвигатели отопителей имеют номинальную мощ­ность 25...35 Вт и номинальную частоту вращения 2500...3000 мин -1 .

Электродвигатели для привода стеклоочистительных устано­вок. К электродвигателям, используемым для привода стеклоочи­стителей, предъявляются требования обеспечения жесткой меха­нической характеристики, возможности регулирования частоты вращения при различных нагрузках, повышенного пускового момен­та. Это связано со спецификой работы стеклоочистителей - надеж­ной и качественной очистки поверхности ветрового стекла в раз­личных климатических условиях.

Для обеспечения необходимой жесткости механической харак­теристики используются двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, с параллельным и смешанным возбуждением, а для уве­личения момента и снижения частоты вращения используется спе­циальный редуктор. В некоторых электродвигателях редуктор вы­полнен как составная часть электродвигателя. В этом случае элек­тродвигатель называют моторедуктором. Изменение скорости элек­тродвигателей с электромагнитным возбуждением достигается из­менением тока возбуждения в параллельной обмотке. В электро­двигателях с возбуждением от постоянных магнитов изменение частоты вращения якоря достигается установкой дополнительной щетки и организацией прерывистого режима работы.

На рис. 7.4 приведена принципиальная схема электропривода стеклоочистителя СЛ136 с электродвигателем на постоянных маг­нитах. Режим прерывистой работы стеклоочистителя осуществляет­ся включением переключателя 1 в положение III . В этом случае в цепь якоря 4 электродвигателя включается реле 7. Реле имеет нагревательную спираль 8, которая нагревает биметаллическую пла­стину 9. По мере нагрева биметаллическая пластина изгибается и контакты 10 размыкаются, отключая питание реле 11, контакты 12 которого прерывают питание якорной цепи электродвигателя. По­сле того, как пластина 9 остынет и замкнутся контакты 10, реле 11 сработает и на электродвигатель вновь будет подаваться питание. Цикл работы стеклоочистителя повторяется 7-19 раз в минуту.

Режим малой скорости осуществляется путем включения пере­ключателя 1 в положение II . При этом питание на якорь 4 электро­двигателя подается через дополнительную щетку 3, установленную под углом к основным щеткам. В этом режиме ток проходит только по части обмотки якоря 4, что является причиной уменьшения час­тоты вращения якоря и вращающего момента. Режим большой ско­рости стеклоочистителя происходит при установке переключателя 1 в положение I . При этом питание электродвигателя осуществляется через основные щетки и ток проходит по всей обмотке якоря. При установке переключателя 1 в положение IV питание подается на якоря 4 и 2 электродвигателей стеклоочистителя и омывателя вет­рового стекла и происходит их одновременная работа. После вы­ключения стеклоочистителя (положение переключателя 0) электро­двигатель остается включенным под напряжение до момента под­хода кулачка б к подвижному контакту 5. В этот момент кулачок ра­зомкнет цепь и двигатель остановится. Выключение электродвигателя в строго определенный момент необходимо для укладки щеток стеклоочистителя в первоначальное положение. В цепь якоря 4 электродвигателя включен термобиметаллический предохранитель 13, который предназначен для ограничения силы тока в цепи при перегрузке.

Работа стеклоочистителя при моросящем дожде или слабом снеге осложняется тем, что на ветровое стекло попадает мало вла­ги. По этой причине увеличиваются трение и износ щеток, а также расход энергии на очистку стекла, что может вызвать перегрев при­водного двигателя. Периодичность включения на один-два такта и выключение, осуществляемое водителем вручную, неудобно, да и небезопасно, так как внимание водителя на короткое время отвле­кается от управления автомобилем.

Для организации кратковременного включения стеклоочистителя система управления электродвигателем может дополняться элек­тронным регулятором тактов, который через определенные проме­жутки времени автоматически выключает электродвигатель стекло­очистителя на один-два такта. Интервал между остановками стек­лоочистителя может изменяться в пределах 2...30 с. Большинство моделей электродвигателей стеклоочистителей имеют номиналь­ную мощность 12...15 Вт и номинальную частоту вращения 2000...3000 мин -1 .

В современных автомобилях получили распространение стекло-омыватели переднего стекла и фароочистители с электрическим приводом. Электродвигатели смывателей и фароочистителей ра­ботают в повторно-кратковременном режиме и выполняются с воз­буждением от постоянных магнитов, имеют небольшую номиналь­ную мощность (2,5...10 Вт).

Помимо перечисленных назначений, электродвигатели исполь­зуются для привода различных механизмов: подъема стекол две­рей и перегородок, перемещения сидений, привода антенн и др. Для обеспечения большого пускового момента эти электродвигате­ли имеют последовательное возбуждение, используются в кратко­временном и повторно-кратковременном режимах работы.

В процессе работы электродвигатели должны обеспечивать из­менение направления вращения, т. е. быть реверсивными. Для это­го в них имеются две обмотки возбуждения, попеременное включе­ние которых обеспечивает разные направления вращения. Конст­руктивно электродвигатели этого назначения выполнены в одной геометрической базе и по магнитной системе унифицированы с электродвигателями отопителей мощностью 25 Вт.

Электропривод с каждым годом находит все большее примене­ние на автомобилях. Требования к электродвигателям постоянно возрастают, и это связано с повышением качества различных сис­тем автомобиля, безопасности движения, снижением уровня ра­диопомех, токсичности, повышением технологичности изготовле­ния. Выполнение этих требований обусловило переход от электро­двигателей с электромагнитным возбуждением к электродвигате­лям с возбуждением от постоянных магнитов. При этом масса элек­тродвигателей снизилась, а КПД увеличился примерно в 1,5 раза. Их срок службы достигает 250...300 тыс. км пробега.

Электродвигатели отопительных, вентиляционных и стеклоочистительных устройств разрабатываются на базе четырех типораз­меров анизотропных магнитов. Это позволяет сократить число вы­пускаемых типов электродвигателей и провести их унификацию.

Другим направлением является применение в конструкциях электродвигателей эффективных фильтров радиопомех. Для элек­тродвигателей мощностью до 100 Вт фильтры будут унифициро­ваться применительно к каждой базе электродвигателя и выпол­няться встроенными. Для перспективных электродвигателей мощ­ностью 100...300 Вт разрабатываются фильтры с применением конденсаторов - проходных или блокировочных больших емкостей. В случае невозможности обеспечения требований по уровню ра­диопомех за счет встроенных фильтров намечаются применение выносных фильтров и экранирование электродвигателей.

В более отдаленной перспективе предполагается использовать бесконтактные двигатели постоянного тока. Эти двигатели снабжа­ются статическими полупроводниковыми коммутаторами, заме­щающими механический коммутатор-коллектор, и встроенными датчиками положения ротора. Отсутствие щеточно-коллекторного узла позволяет увеличить ресурс электродвигателя до 5 тыс. ч и более, значительно повысить его надежность и снизить уровень радиопомех.

Проводятся работы по созданию электродвигателей с ограни­ченными осевыми размерами, что необходимо, например, для при­вода вентилятора охлаждения ДВС. В этом направлении поиск ве­дется по пути создания двигателей с торцовым коллектором, кото­рый располагают совместно со щетками внутри полого якоря, или с дисковыми якорями, выполненными со штампованной или печатной обмоткой.

Имеют свое продолжение разработки специальных электродви­гателей, в частности герметизированных электродвигателей предпусковых подогревателей, что необходимо для повышения надеж­ности и применения на специальных автомобилях.

Тенденции развития различных систем автомобиля, связанные с повышением экономичности, надежности, комфорта и безопасности движения, приводят к тому, что роль электрооборудования, в част­ности электропривода вспомогательных систем, неуклонно возрас­тает. В настоящее время даже на грузовых автомобилях устанав­ливается минимум 3-4 электродвигателя, а на легковых - 5 и более, в зависимости от класса.

Электроприводом называется электромеханическая система, со­стоящая из электродвигателя (или нескольких электродвигателей), передаточного механизма к рабочей машине и всей аппаратуры для управления электродвигателем. Основными устройствами автомобиля, где находит применение электропривод, являются отопители и вентиляторы салона, предпусковые подогреватели, стекло- и фаро­очистители, механизмы подъема стекол, антенн, перемещения сиде­ний и др.

Требования, предъявляемые к электродвигателям, устанавливае­мым в том или ином узле автомобиля, обусловлены режимами рабо­ты этого узла. При выборе типа двигателя необходимо сопоставить условия работы привода с особенностями механических характеристик различных видов электродвигателей. Принято различать естественную и искусственную механические характеристики двигателя. Первая соответствует номинальным условиям его включения, нормальной схеме соединений и отсутствию каких-либо добавочных элементов в цепях двигателя. Искусственные характеристики получаются при изменении напряжения на двигателе, включении добавочных элементов в цепи двигателя и соединении этих цепей по специальным схемам.

Структурная схема электронной системы управления подвеской

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии электропривода вспомогательных систем автомобиля является со­здание электродвигателей мощностью до 100Вт с возбуждением от
постоянных магнитов. Применение постоянных магнитов позволяет в значительной мере повысить технико-экономические показатели электродвигателей: уменьшить массу, габаритные размеры повысить КПД. К преимуществам следует отнести отсутствие обмотки возбуждения, что упрощает внутренние соединения, повышает надежность электродвигателей. Кроме того, благодаря независимомувозбуждению все электродвигатели с постоянными магнитами могут быть реверсивными.

Принцип действия электрических машин с постоянными магнитами аналогичен общеизвестному принципу действия машин с электромагнитным возбуждением - в электродвигателе взаимодейст­вие полей якоря и статора создает вращающий момент. Источник магнитного потока в таких электродвигателях - постоянный магнит. Полезный поток, отдаваемый магнитом во внешнюю цепь, не явля­ется постоянным, а зависит от суммарного воздействия внешних размагничивающих факторов. Магнитные потоки магнита вне сис­темы электродвигателя и в электродвигателе в сборе различны. Причем для большинства магнитных материалов процесс размаг­ничивания магнита необратим, так как возврат из точки с меньшей индукцией в точку с большей индукцией (например при разборке и сборке электродвигателя) происходит по кривым возврата, не сов­падающим с кривой размагничивания (явление гистерезиса). По­этому при сборке электродвигателя магнитный поток магнита стано­вится меньше, чем он был перед разборкой электродвигателя.

В связи с этим важным преимуществом используемых в авто­тракторной промышленности оксидно-бариевых магнитов является не только их относительная дешевизна, но и совпадение в определенных пределах кривых возврата и размагничивания. Но даже в них при сильном размагничивающем воздействии магнитный по­ток магнита после снятия размагничивающих воздействий стано­вится меньше. Поэтому при расчете электродвигателей с постоян­ными магнитами очень важен правильный выбор объема магнита, обеспечивающего не только рабочий режим электродвигателя, но и стабильность рабочей точки при воздействии максимально возмож­ных размагничивающих факторов.

Электродвигатели предпусковых подогревателей. Предпуско­вые подогреватели используются для обеспечения надежного пуска ДВС при низких температурах.. Назначение электродвигателей это­го типа - подача воздуха для поддержания горения в бензиновых подогревателях, подача воздуха, топлива и" обеспечение циркуляции жидкости в дизелях.

Особенностью режима работы является то, что при таких тем­пературах необходимо развивать большой пусковой момент и функ­ционировать непродолжительное время. Для обеспечения этих тре­бований электродвигатели предпусковых подогревателей выполня­ются с последовательной обмоткой и работают в кратковременном и повторно-кратковременном режимах. В зависимости от температур­ных условий электродвигатели имеют различную продолжитель­ность включения: при минус 5...минус 10 "С не более 20 мин; при минус 10...минус 2.5 °С не более 30 мин; при минус 25...минус 50 °С не более 50 мин.

Номинальная мощность большинства электродвигателей в пред­пусковых подогревателях составляет 180 Вт, частота их вращения равна 6500 мин" 1 .

Электродвигатели для привода вентиляционных и отопитель­ных установок. Вентиляционные и отопительные установки предна­значены для обогрева и вентиляции салонов легковых автомобилей, автобусов, кабин грузовых автомобилей и тракторов. Действие их основано на использовании тепла двигателя внутреннего сгорания, а производительность в значительной степени зависит от характерис­тик электропривода. Все электродвигатели такого назначения пред­ставляют собой двигатели длительного режима работы, эксплуа­тируемые при температуре окружающей среды минус 40...+70 °С. В зависимости от компоновки на автомобиле отопитель­ной и вентиляционной установок электродвигатели имеют разное направление вращения. Эти электродвигатели одно- или двухскоростные в основном, с возбуждением от постоянных магнитов. Двухскоростные электродвигатели обеспечивают два режима работы отопительной установки. Частичный режим работы (режим низшей скорости, а следовательно, и низшей производительности) обеспечи­вается за счет дополнительной обмотки возбуждения.

Кроме отопительных установок, использующих тепло ДВС, на­ходят применение отопительные установки независимого действия. В этих установках электродвигатель, имеющий два выходных вала, приводит во вращение два вентилятора, один направляет холодный воздух в теплообменник, а затем в отапливаемое помещение, другой подает воздух в камеру горения.

Применяемые на целом ряде моделей легковых и грузовых ав­томобилей электродвигатели отопителей имеют номинальную мощ­ность 25-35 Вт и номинальную частоту вращения 2500-3000 мин 1 .

Электродвигатели для привода стеклоочистителъных устано­вок. К электродвигателям, используемым для привода стеклоочис­тителей, предъявляются требования обеспечения жесткой механи­ческой характеристики, возможности регулирования частоты вра­щения при различных нагрузках, повышенного пускового момента. Это связано со спецификой работы стеклоочистителей - надежной и качественной очистки поверхности ветрового стекла в различных климатических условиях.

Для обеспечения необходимой жесткости механической харак­теристики используются двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, двигатели с параллельным и смешанным возбуждением, а для увеличения момента и снижения частоты вращения использу­ется специальный редуктор. В некоторых электродвигателях ре­дуктор выполнен как составная часть электродвигателя. В этом слу­чае электродвигатель называют моторедуктором. Изменение скорос­ти электродвигателей с электромагнитным возбуждением дости­гается изменением тока возбуждения в параллельной обмотке. В электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов измене­ние частоты вращения якоря достигается установкой дополни­тельной щетки.

На рис. 8.2 приведена принципиальная схема электропривода стеклоочистителя СЛ136 с электродвигателем на постоянных маг­нитах. Режим прерывистой работы стеклоочистителя осуществля­ется включением переключателя 5А в положение III. В этом случае цепь якоря 3 электродвигателя стеклоочистителя является следующей: «+» аккумуляторной батареи GВ - термобиметаллический преобразователь 6 - переключатель SА (конт. 5, 6) - контакты K1:1 - SА (конт. 1, 2) - якорь - «масса». Параллельно якорю че­рез контакты К1:1 к аккумуляторной батарее подключается чувст­вительный элемент (нагревательная спираль) электротеплового реле КК1. Через определенное время нагрев чувствительного элемента приводит к размыканию контактов электротеплового реле КК1:1. Это вызывает размыкание цепи питания обмотки реле К1. Это реле отключается. Его контакты К1:1 размыкаются, а контакты К1:2 становятся замкнутыми. Благодаря контактам реле К1:2 и контак­там конечного выключателя 80 электродвигатель остается подклю­ченным к аккумуляторной батарее до тех пор, пока щетки стекло­очистителя не займут исходное положение. В момент укладки щеток кулачок 4 размыкает контакты 80, в результате чего электро­двигатель останавливается. Очередное включение электродвигателя произойдет, когда чувствительный элемент электротеплового реле КК1 остынет и это реле вновь отключится. Цикл работы стеклоочи­стителя повторяется 7-19 раз в минуту. Режим малой скорости обеспечивается путем включения пере­ключателя в положение И. При этом питание якоря 3 электродвига­теля осуществляется через дополнительную щетку 2, установленную под углом к основным щеткам. В этом режиме ток проходит только по части обмотки якоря 3. что является причиной уменьшения частоты вращения якоря. Режим большой скорости стеклоочистителя происходит при установке переключателя ЗА в положение I. При этом питание электродвигателя осуществляется через основные щет­ки и ток проходит по всей обмотке якоря. При установке переклю­чателя ЗА в положение IV напряжение подается на якори 3 и 1 электродвигателей стеклоочистителя и омывателя ветрового стекла и происходит их одновременная работа.

Рис. 8.2. Принципиальная схема электропривода стеклоочистителя:

1 - якорь электродвигателя омывателя; 2 - дополнительная щетка;

3 - якорь электродвигателя стеклоочистителя; 4 - кулачок;

5 - реле времени; б - термобиметаллический предохранитель

После выключения стекло­очистителя (положение переключателя «О»-) благодаря конечному вы­ключателю 50 электродвигатель остается включенным до момента ук­ладки щеток в исходное положение. В этот момент кулачок 4 разомк­нет цепь и двигатель остановится. В цепь якоря 3 электродвигателя включен термобиметаллический предохранитель 6, который предна­значен для ограничения силы тока в цепи при перегрузке.

Работа стеклоочистителя при моросящем дожде или слабом снеге осложняется тем, что на ветровое стекло попадает мало влаги. По этой причине увеличиваются трение и износ щеток, а также расход энергии на очистку стекла, что может вызвать перегрев приводного двигателя. Периодичность включения на один - два такта и выключение, осуществляемое водителем вручную, неудобны, да и небезопасны, так как внимание водителя на короткое время отвлекается I от управления автомобилем. Поэтому для организации кратковре­менного включения стеклоочистителя система управления электро­двигателем дополняется электронным регулятором тактов, который через определенные промежутки времени автоматически выключает электродвигатель стеклоочистителя на один - два такта. Интервал между остановками стеклоочистителя может изменяться в пределах 2-30 с. Большинство моделей электродвигателей стеклоочистителей имеет номинальную мощность 12-15 Вт и номинальную частоту вращения 2000-3000 мин" 1 .

В современных автомобилях получили распространение стеклоомыватели переднего стекла и фароочистители с электрическим приводом. Электродвигатели омывателей и фароочистителей рабо­тают в повторно-кратковременном режиме и выполняются с воз­буждением от постоянных магнитов, имеют небольшую номиналь­ную мощность (2,5-10 Вт).

Помимо перечисленных назначений, электродвигатели исполь­зуются для привода различных механизмов: подъема стекол дверей и перегородок, перемещения сидений, привода антенн и др. Для обеспечения большого пускового момента эти электродвигатели

В двадцать первом веке, похоже, сбудется мечта человечества. Электрические автомобили еще не вытеснили технику на углеводородных видах топлива, но постепенно появляются более совершенные модели. За последние годы многие автопроизводители предложили на суд экспертного сообщества свои разработки электрокаров.

Некоторые пошли в серийное производство и успели завоевать признание у любителей и профессионалов. В топ-10 лучших электрокаров современности вошли следующие модели.

Chevy Volt

Достаточно известным автомобилем, в котором используется электропривод, является Chevy Volt. Это не чистый электрокар, в нем наряду с электромотором имеется газовый силовой агрегат. Автомобиль предназначен для передвижения по городским улицам. Емкость аккумуляторной батареи позволяет проехать без остановок 61 км. Volt ОБЗОР Chevrolet ОБЗОР:

Chevrolet Spark EV

Не так давно на автомобильном рынке появился доступный по цене и простой по конструкции электрокар Chevrolet Spark EV. Модель производится в двух исполнениях: с электромотором и гибридная версия. Стоимость данной модели составляет 26 тыс. долларов. Длительность поездки на электроприводе ограничивается отметкой 132 км. Chevrolet Spark EV 2016 - Full review:

Ford Fusion Energi

Уже около пяти лет колесит по дорогам разных стран гибридный автомобиль Ford Fusion Energi. Он стал результатом тесного сотрудничества автопроизводителя и разработчика электрокаров. В качестве источников питания выступают литий-ионные батареи и газовые баллоны. Запаса емкости аккумулятора хватает на пробег всего 33 км. Ford Fusion Energi Plug In Hybrid:

Ford Focus Electric

Результатом программы электризации компании Ford стал автомобиль Focus Electric. Машина стала модернизацией популярного авто, в который была внедрена аккумуляторная батарея и гибридный силовой агрегат. Электромобиль прекрасно подходит для езды по городу. На электротяге машина может пройти 121 км. Тест-драйв Форд Фокус Електра:

Fiat 500e

Особое место среди электрических автомобилей занимает новинка из Италии Fiat 500e. Малолитражка превосходно чувствует себя в условиях ограниченного городского пространства. Она укомплектована новейшим электромотором, имеет элегантный внешний вид. Салон автомобиля не только комфортный для езды, но и безопасный. Fiat 500e Test Drive Review:

Honda Accord Plug-In

Признанным лидером среди автомобилей с гибридным силовым агрегатом является Honda Accord Plug-In. Достаточно немного покататься на этой машине, чтобы ощутить все прелести автомобилей с электроприводом. Honda Accord Plug-In хорошо зарекомендовала себя не только в мегаполисах, но и на загородных автотрассах. Honda Accord Plug In Hybrid видеопрезентация:

Porsche Panamera S Hybrid E

Разработкой гибридных автомобилей занимается и знаменитая компания Porsche. Представленная автомобилистам версия Panamera S Hybrid E обладает отличными техническими характеристиками, хотя электрическая часть считается слабым местом в машине. В отличие от многих электрических конкурентов у Panamera S Hybrid E исключительно привлекательный дизайн. Porsche Panamera S e-Hybrid: Green Speed - XCAR:

BMW i3

Успешной баварской разработкой стал электромобиль BMW i3. Автомобиль получился настолько современным, что напоминает болид из фантастического фильма. У машины запоминающийся дизайн, а пробег на электрическом приводе составляет 160 км. BMW i3 - Большой тест-драйв (видеоверсия):

Tesla Model S

Самых больших достижений в области изготовления электрических автомобилей достигла компания Tesla. Разработка Model S представляет собой экологически чистую модель в кузове седан. Несколько отпугивает потенциальных покупателей стоимость электрокара, которая достигает 70 тыс. долларов. Зато Tesla Model S может пройти без дополнительной зарядки аккумулятора 426 км. Tesla Model S - Большой тест-драйв (видеоверсия):

Tesla Model X

Самым роскошным электромобилем в настоящее время считается Tesla Model X. Благодаря инновационным разработкам изобретателем из Tesla Motors удалось получить чистый автомобиль, который способен преодолеть 414 км. Однако приобрести это чудо инженерной мысли могут только богатые люди. Есть несколько модификаций, которые отличаются комплектацией.

1. Комплектация 70D обойдется покупателю в 80 тыс. долларов. Благодаря мощному аккумулятору (70 кВт⋅ч) Тесла может проехать 345 км.
2. Комплектация 90D оценивается в 132 тыс. долларов. Машина оснащается аккумулятором 90 кВт⋅ч, он обеспечивает пробег 414 км.
3. Приобрести Tesla Model X в комплектации P90D можно за 140 тыс. долларов. Мощность аккумулятора (90 кВт⋅ч) распределяется на две оси, обеспечивая великолепную динамику разгона (3,8 с до 96 км/ч). Без подзарядки машина может преодолеть 402 км.

Приобретая электромобиль, автомобилисту следует знать о следующих недостатках:

• габаритный аккумулятор занимает много места в авто;
• зимой ухудшаются свойства батареи;
• срок службы аккумуляторов ограничивается 2-3 годами;
• для обогрева салона требуется дополнительная энергия.

TESLA MODEL X - Большой тест-драйв: