Допоміжним електроустаткуваннямназивають групу допоміжних приладів та апаратів, що забезпечують опалення та вентиляцію кабіни та кузова, очищення скла кабіни та фар, звукову сигналізацію, радіоприйом та інші допоміжні функції.
Тенденції розвитку різних системавтомобіля, пов'язані з підвищенням економічності, надійності, комфорту та безпеки руху, призводять до того, що роль електрообладнання, зокрема електроприводу допоміжних систем, неухильно зростає. Якщо 25...30 років тому на серійних автомобілівпрактично не зустрічалося механізмів з електроприводом, нині навіть на вантажних автомобілях встановлюється мінімум 3...4 електродвигуна, але в легкових - 5...8 і більше, залежно від класу.
Електроприводомназивається електромеханічна система, що складається з електродвигуна (або декількох електродвигунів), передавального механізму до робочій машиніта всієї апаратури для керування електродвигуном. Основними пристроями автомобіля, де знаходить застосування електропривод, є опалювачі та вентилятори салону, передпускові підігрівачі, скло- та фароочисники, механізми підйому стекал, антен, переміщення сидінь та ін.
Тривалість роботи та її характер визначають робочий режим приводу. Для електроприводу прийнято розрізняти три основні режими роботи: тривалий, короткочасний та повторно-короткочасний.
Тривалий режимхарактеризується такою тривалістю, при якій за час роботи електродвигуна його температура досягає значення, що встановилося. Як приклад механізмів із тривалим режимом роботи можна назвати опалювачі та вентилятори салону автомобіля.
Короткочасний режиммає відносно короткий робочий період і температура двигуна не встигає досягти встановленого значення. А перерва в роботі виконавчого механізму достатня для того, щоб двигун встигав охолонути до температури довкілля. Такий режим роботи характерний на самих різних пристроївкороткочасної дії: підйому скла, приводу антен, переміщення сидінь та ін.
Повторно-короткочасний режимхарактеризується робочим періодом, який чергується з паузами (зупинка або холостий хід), причому в жодний з періодів роботи температура двигуна не досягає встановленого значення, а під час зняття навантаження двигун не встигає охолонути до температури навколишнього середовища. Прикладом пристроїв автомобіля, що працюють в такому режимі, можуть бути склоочисники (на відповідних режимах), склоомивачі та ін.
Характерною рисоюдля повторно-короткочасного режиму є відношення робочої частини періоду Т"до всього періоду Т. Цей показник називається відносною тривалістю роботи ПРабо відносною тривалістю включення ПВ,вимірюваними у відсотках.
Вимоги до електродвигунів, що встановлюються в тому чи іншому вузлі автомобіля, відрізняються особливою специфікою і обумовлені режимами роботи цього вузла. При виборі типу двигуна необхідно зіставити умови роботи приводу з особливостями механічних характеристик різних видівелектродвигунів. Прийнято розрізняти природну та штучну механічні характеристики двигуна. Перша відповідає номінальним умовам його включення, нормальній схемі з'єднань та відсутності будь-яких додаткових елементів у ланцюгах двигуна. Штучні характеристики виходять при зміні напруги на двигуні, включенні додаткових елементів ланцюга двигуна і з'єднанні цих ланцюгів за спеціальними схемами.
Одним із найбільш перспективних напрямків у розвитку електроприводу допоміжних систем автомобіля є створення електродвигунів потужністю до 100 Вт із збудженням від постійних магнітів.
Застосування постійних магнітів дозволяє значно підвищити техніко-економічні показники електродвигунів: зменшити масу, габаритні розміри, підвищити ККД До переваг слід віднести відсутність обмоток збудження, що полегшує внутрішні з'єднання, підвищує надійність електродвигунів. Крім того, завдяки незалежному збудженню, всі електродвигуни з постійними магнітами можуть бути реверсивними.
Типова конструкція електродвигуна з постійними магнітами, що застосовується в обігрівачах, показано на рис.7.1 .
Постійні магніти 4 закріплені в корпусі 3 за допомогою двох сталевих плоских пружин 6 , прикріплені до корпусу. Якір 7 електродвигуна обертається у двох самовстановлюваних підшипниках ковзання 5 . Графітні щітки 2 притискаються пружинами до колектора 1, виконаному зі смуги міді та профрезерованому на окремі ламелі.
Принцип дії електричних машин із постійними магнітами аналогічний загальновідомому принципу дії машин з електромагнітним збудженням- В електродвигуні взаємодія полів якоря і статора створює крутний момент. Джерело магнітного потоку в таких електродвигунах – постійний магніт. Характеристикою магніту є крива його розмагнічування (частина петлі гістерези, що лежить у II квадранті), представлена на рис. 7.2. Властивості матеріалу визначаються значеннями залишкової індукції У rта коерцитивної сили Hс. Корисний потік, що віддається магнітом у зовнішній ланцюг, не є постійним, а залежить від сумарного впливу зовнішніх факторів, що розмагнічують.
Як видно із рис. 7.2, робоча точка магніту поза системою електродвигуна N, робоча точка у зборі з корпусом Мта робоча точка магніту в електродвигуні у зборі Дорізні. Причому для більшості магнітних матеріалів процес розмагнічування магніту незворотний, тому що повернення з точки з меншою індукцією в точку з більшою індукцією (наприклад, при розбиранні та збиранні електродвигуна) відбувається по кривим повернення, що не збігається з кривою розмагнічування.
У зв'язку з цим важливою перевагоюоксидно-барієвих магнітів, що використовуються в автотракторній промисловості, є не тільки їх відносна дешевизна, але й збіг у певних межах (до точки перегину) кривих повернення і розмагнічування. Якщо вплив зовнішніх факторів, що розмагнічують, таке, що робоча точка магніту переміщається за коліно, то повернення в точку Довже неможливий і робочою точкою у зібраній системі буде вже точка До 1 з меншою індукцією. Тому при розрахунку електродвигунів із постійними магнітами дуже важливий правильний вибіробсягу магніту, що забезпечує не тільки робочий режим роботи електродвигуна, але і стабільність робочої точки при впливі максимально можливих факторів, що розмагнічують.
Електродвигуни передпускових підігрівачів. Передпускові нагрівачі використовуються для забезпечення надійного пуску ДВЗ при низьких температурах. Призначення електродвигунів цього типу - подача повітря підтримки горіння в бензинових підігрівачах, подача повітря, палива і забезпечення циркуляції рідини в дизелях.
Особливістю режиму роботи є те, що за таких температур необхідно розвивати великий пусковий момент і функціонувати нетривалий час. Для забезпечення цих вимог електродвигуни передпускових підігрівачів виконуються з послідовною обмоткою та працюють у короткочасному та повторно-короткочасному режимах. Залежно від температурних умов електродвигуни мають різну тривалість включення: -5...-10 0 З трохи більше 20 хв; -10...-25 0 З трохи більше 30 хв; -25...-50 0 З трохи більше 50 хв.
Знайдені широке застосуванняу передпускових підігрівачах електродвигуни МЕ252 (24В) та 32.3730 (12В) мають номінальну потужність 180 Вт та частоту обертання 6500 хв -1 .
Електродвигуни для приводу вентиляційних та опалювальних установок.Вентиляційні та опалювальні установки призначені для обігріву та вентиляції салонів легкових автомобілів, автобусів, кабін вантажних автомобілівта тракторів. Дія їх заснована на використанні тепла двигуна внутрішнього згоряння, А продуктивність значною мірою залежить від характеристик електроприводу. Всі електродвигуни такого призначення є двигунами тривалого режиму роботи, що експлуатуються при температурі навколишнього середовища -40...+70°С. Залежно від компонування на автомобілі опалювальної та вентиляційної установки електродвигуни мають різний напрямок обертання. Ці електродвигуни одно- або двошвидкісні в основному із збудженням від постійних магнітів. Двошвидкісні електродвигуни забезпечують два режими роботи опалювальної установки. Частковий режим роботи (режим нижчої швидкості, а отже, і нижчої продуктивності) забезпечується за рахунок додаткової обмотки збудження.
На рис. 7.3 показано пристрій електродвигуна із збудженням від постійних магнітів для обігрівачів. Він складається: 1 та 5 – підшипник ковзання; 2 – постійний магніт; 3 – щіткотримач; 4 – щітка; 6 – колектор; 7 – траверса; 8 – кришка; 9 – кріпильна пластина; 10 – пружина; 11 - якір; 12 – корпус. Постійні магніти 2 закріплені на корпусі 12 пружинами 10. Кришка 8 прикріплена до корпусу гвинтами, які повертаються до кріпильних пластин. 9, розташовані у пазах корпусу. У корпусі та кришці встановлені підшипники 7 і 5 в яких обертається вал якоря 11. Усі щіткотримачі 3 знаходяться на траверсі 7 із ізоляційного матеріалу.
Траверса закріплена на кришці 8. Щітки 4, по яких струм підводиться до колектора 6, розміщені у щіткотримачах 3 коробчастого типу. Колектори, так само, як і в електродвигунах з електромагнітним збудженням штампуються з мідної стрічки з подальшим опресуванням пластмасою або з труби з поздовжніми пазами на внутрішній поверхні.
Кришки та корпус виготовлені з листової сталі. У електродвигунів склоомивача кришка і корпус можуть бути виконані з пластмаси.
Крім опалювальних установок, що використовують тепло ДВЗ, знаходять застосування опалювальні установкинезалежної дії. У цих установках електродвигун, що має два виходи валу, обертає два вентилятори, один направляє холодне повітря в теплообмінник, а потім в опалювальне приміщення, інший подає повітря в камеру горіння.
Електродвигуни обігрівачів, що застосовуються на ряді моделей легкових і вантажних автомобілів, мають номінальну потужність 25...35 Вт і номінальну частоту обертання 2500...3000 хв -1 .
Електродвигуни для приводу склоочисних установок.До електродвигунів, що використовуються для приводу склоочисників, висуваються вимоги забезпечення жорсткої механічної характеристики, можливості регулювання частоти обертання при різних навантаженнях, підвищеного пускового моменту. Це пов'язано зі специфікою роботи склоочисників - надійного та якісного очищення поверхні вітрового скла у різних кліматичних умовах.
Для забезпечення необхідної жорсткості механічної характеристики використовуються двигуни з збудженням від постійних магнітів, з паралельним і змішаним збудженням, а збільшення моменту і зниження частоти обертання використовується спеціальний редуктор. У деяких електродвигунах редуктор виконаний як складова частинаелектродвигуна. У цьому випадку електродвигун називають моторедуктором. Зміна швидкості електродвигунів з електромагнітним збудженням досягається зміною струму збудження паралельної обмотці. В електродвигунах із збудженням від постійних магнітів зміна частоти обертання якоря досягається встановленням додаткової щітки та організацією переривчастого режимуроботи.
На рис. 7.4 наведено принципова схемаелектроприводу склоочисника СЛ136 із електродвигуном на постійних магнітах. Режим переривчастої роботи склоочисника здійснюється включенням перемикача 1 встановище III. В цьому випадку в ланцюг якоря 4 електродвигуна включається реле 7. Реле має нагрівальну спіраль. 8, яка нагріває біметалічну пластину 9. У міру нагрівання біметалічна пластина згинається і контакти 10 розмикаються, відключаючи живлення реле 11, контакти 12 якого переривають харчування якірного ланцюга електродвигуна. Після того, як пластина 9 охолоне і замкнуться контакти 10, реле 11 спрацює і на електродвигун знову подаватиметься харчування. Цикл роботи склоочисника повторюється 7-19 разів на хвилину.
Режим малої швидкостіздійснюється шляхом увімкнення перемикача 1 встановище II. При цьому харчування на якір 4 електродвигуна подається через додаткову щітку 3, встановлену під кутом до основних щіток. У цьому режимі струм проходить тільки в частині обмотки якоря 4, що є причиною зменшення частоти обертання якоря і моменту, що обертає. Режим великої швидкості склоочисника відбувається при встановленні перемикача 1 встановище I. При цьому живлення електродвигуна здійснюється через основні щітки і струм проходить по всій обмотці якоря. При встановленні перемикача 1 у становище IVхарчування подається на якорі 4 і 2 електродвигунів склоочисника та омивача вітрового скла та відбувається їх одночасна робота. Після вимкнення склоочисника (положення перемикача 0) електродвигун залишається включеним під напругу до моменту підходу кулачка б до рухомого контакту 5. У цей момент кулачок розімкне ланцюг і двигун зупиниться. Вимкнення електродвигуна в певний момент необхідне для укладання щіток склоочисника в початкове положення. У ланцюг якоря 4 електродвигуна включений термобіметалічний запобіжник 13, який призначений для обмеження сили струму в ланцюзі при перевантаженні.
Робота склоочисника при дощі, що мчить, або слабкому снігу ускладнюється тим, що на вітрове склопотрапляє мало вологи. З цієї причини збільшуються тертя та знос щіток, а також витрата енергії на очищення скла, що може спричинити перегрів приводного двигуна. Періодичність включення на один-два такти і вимкнення, що здійснюється водієм вручну, незручно, та й небезпечно, оскільки увага водія на короткий час відволікається від керування автомобілем.
Для організації короткочасного включення склоочисника система управління електродвигуном може доповнюватися електронним регулятором тактів, який через певні проміжки часу автоматично вимикає електродвигун склоочисника на один-два такти. Інтервал між зупинками склоочисника може змінюватись у межах 2...30 с. Більшість моделей електродвигунів склоочисників мають номінальну потужність 12...15 Вт та номінальну частоту обертання 2000...3000 хв-1.
У сучасних автомобілях набули поширення скло-омивачі переднього склата фароочисники з електричним приводом. Електродвигуни змивачів та фароочисників працюють у повторно-короткочасному режимі та виконуються із збудженням від постійних магнітів, мають невелику номінальну потужність (2,5...10 Вт).
Крім перерахованих призначень, електродвигуни використовуються для приводу різних механізмів: підйому скла дверей і перегородок, переміщення сидінь, приводу антен та ін. Для забезпечення великого пускового моменту ці електродвигуни мають послідовне збудження, використовуються в короткочасному та повторно короткочасному режимах роботи.
У процесі роботи електродвигуни повинні забезпечувати зміну напрямку обертання, тобто бути реверсивними. Для цього в них є дві обмотки збудження, поперемінне включення яких забезпечує різні напрямки обертання. Конструктивно електродвигуни цього призначення виконані в одній геометричній базі та за магнітною системою уніфіковані з електродвигунами обігрівачів потужністю 25 Вт.
Електропривод з кожним роком знаходить дедалі більше застосування на автомобілях. Вимоги до електродвигунів постійно зростають, і це пов'язано з підвищенням якості різних систем автомобіля, безпеки руху, зниженням рівня радіоперешкод, токсичністю, підвищенням технологічності виготовлення. Виконання цих вимог зумовило перехід від електродвигунів із електромагнітним збудженням до електродвигунів із збудженням від постійних магнітів. У цьому маса електродвигунів знизилася, а ККД збільшився приблизно 1,5 разу. Їхній термін служби досягає 250...300 тис. км пробігу.
Електродвигуни опалювальних, вентиляційних та склоочисних пристроїв розробляються на базі чотирьох типорозмірів анізотропних магнітів. Це дозволяє скоротити кількість типів електродвигунів, що випускаються, і провести їх уніфікацію.
Іншим напрямком є застосування у конструкціях електродвигунів ефективних фільтрів радіоперешкод. Для електродвигунів потужністю до 100 Вт фільтри уніфікуватимуться стосовно кожної бази електродвигуна і виконуватимуться вбудованими. Для перспективних електродвигунів потужністю 100...300 Вт розробляються фільтри із застосуванням конденсаторів - прохідних чи блокувальних великих ємностей. У разі неможливості забезпечення вимог щодо рівня радіоперешкод за рахунок вбудованих фільтрів намічаються застосування виносних фільтрів та екранування електродвигунів.
У більш віддаленій перспективі передбачається використовувати безконтактні двигунипостійного струму. Ці двигуни постачаються статичними напівпровідниковими комутаторами, що заміщають механічний комутатор-колектор, і вбудованими датчиками положення ротора. Відсутність щітково-колекторного вузла дозволяє збільшити ресурс електродвигуна до 5 тис. год і більше, значно підвищити його надійність та знизити рівень радіоперешкод.
Проводяться роботи зі створення електродвигунів з обмеженими осьовими розмірами, що необхідно, наприклад, для приводу вентилятора охолодження ДВЗ. У цьому напрямку пошук ведеться шляхом створення двигунів з торцевим колектором, який розташовують спільно зі щітками всередині порожнього якоря, або з дисковими якорями, виконаними зі штампованою або друкованою обмоткою.
Мають своє продовження розробки спеціальних електродвигунів, зокрема герметизованих електродвигунів передпускових підігрівачів, що необхідно для підвищення надійності та застосування на спеціальних автомобілях.
на сучасному автомобілівстановлено велику кількість агрегатів, що вимагають приведення в дію витрат механічної енергії. Цю енергію вони отримують здебільшого від електродвигунів.
Електродвигун з механізмом передачі механічної енергії та схемою управління електродвигуном утворюють систему електроприводу автомобіля. Для передачі енергії в автомобільному електроприводі використовуються зубчасті та черв'якові передачі, кривошипно-шатунні механізми. Часто електродвигун і механізм передачі механічної енергії об'єднують у моторедуктор або електродвигун поєднують з виконавчим елементом.
Електроприводи автомобіля приводять в дію вентилятори обігрівачів та системи охолодження двигуна, склопідйомники, пристрої висування антен, склоочисники, насоси омивачів, фароочищувачі, підігрівачі, паливні насосиі т.п. Розглянемо вимоги до електродвигунів і типи електричних двигуніввикористовуються у системах електроприводу агрегатів автомобіля.
Електродвигуни приводів агрегатів автомобіля
Вимоги до електродвигунів дуже різноманітні. Електродвигуни обігрівачів та вентиляторів автомобілямають тривалий режим роботи та малий пусковий момент; електродвигуни склопідйомникамають великий пусковий момент, але працюють короткочасно; електродвигуни склоочисниківсприймають змінні навантаження і, отже, повинні мати жорстку вихідну характеристику, частота обертання валу не повинна суттєво змінюватися при зміні навантаження; електродвигуни передпускових підігрівачів повинні нормально працювати за дуже низьких температур навколишнього повітря.
У приводах агрегатів автомобіля застосовують електродвигуни лише постійного струму.. Їх номінальні потужності повинні відповідати ряду 6, 10, 16, 25, 40, 60, 90, 120, 150, 180, 250, 370 Вт, а номінальні частоти обертання валів ряду 2000, 3000, 80 0 та 10 000 об/хв.
Електродвигуни з електромагнітним збудженням у системі електроприводу агрегатів автомобіля мають послідовне, паралельне або змішане збудження. Реверсивні електродвигунизабезпечені двома обмотками збудження. Проте застосування електродвигунів з електромагнітним збудженням нині скорочується. Найбільш поширені електродвигуни з збудженням від постійних магнітів.
Конструкції електродвигунів надзвичайно різноманітні.
Мал. 2. Електродвигун обігрівача
На рис. 2 показано пристрій електродвигуна обігрівача. Постійні магніти 2 закріплені на корпусі 12 електродвигуна пружинами 10. Вал якоря 11 встановлений в металокерамічних підшипниках 1 і 5, розташованих в корпусі і в кришці 8. Кришка кріпиться до корпусу гвинтами, вгорнутими в пластини 9. Струм до колектора 6 під 4 поміщені в щіткотримач 3. Траверса 7 з ізоляційного матеріалу, що об'єднує всі щіткотримач у загальний вузол, прикріплена до кришки 8.
На електродвигунах потужністю до 100 Вт загальним є застосування підшипників ковзання з металокерамічними вкладишами, щіткотримачів коробчатого типу та колекторів, штампованих з мідної стрічки з опресуванням пластмасою. Застосовують і колектори, виготовлені з труби, що має на внутрішній поверхні поздовжні пази.
Кришки та корпус виготовляють цільнотягнутими з листової сталі. В електродвигунах склоомивачів кришки та корпус – пластмасові. Статор електродвигунів електромагнітного збудження набирають із пластин; причому обидва полюси та ярмо штампують як одне ціле з листової сталі.
Постійні магніти типів 1 і 2 (див. табл. нижче) встановлюють у магнітопровід, залитий у пластмасовий корпус. Магніти типів 3, 4 та 5 прикріплюють до корпусу плоскими сталевими пружинами або приклеюють. Магніт типу 6 встановлюють і приклеюють у магнітопровід, який розміщується у кришці електродвигуна. Якір набирають із пластин електротехнічної сталі товщиною 1-1,5 мм.
Технічні дані основних типів електродвигунів із збудженням від постійних магнітів
Таблиця 1. Основні типи електродвигунів у електроприводах вітчизняних автомобілів.
| Електродвигун | Тип магніту | Призначення | Напруга, В | Корисна потужність, Вт | маса, кг | |
| МЕ268 | 1 | Привід омивачів | 12 | 10 | 9000 | 0,14 |
| МЕ268Б | 1 | Те саме | 24 | 10 | 9000 | 0,15 |
| 45.3730 | 4 | Привід обігрівачів | 12 | 90 | 4100 | 1 |
| МЕІ | 3 | Те саме | 12 | 5 | 2500 | 0,5 |
| МЕ237 | 4 | » | 24 | 25 | 3000 | 0,9 |
| МЕ236 | 4 | » | 12 | 25 | 3000 | 1 |
| МЕ255 | 4 | » | 12 | 20 | 3000 | 0,8 |
| 19.3730 | 5 | » | 12 | 40 | 2500 | 1,3 |
| МЕ250 | 5 | » | 24 | 40 | 3000 | 1,3 |
| МЕ237Б | 4 | Привід скло- очищувачів |
12 | 12 | 2000 | 0,9 |
| МЕ237Е | 4 | Те саме | 24 | 12 | 2000 | 0,9 |
| МЕ251 | 2 | Привід вентиляра | 24 | 5 | 2500 | 0,5 |
| МЕ272 | 6 | Те саме | 12 | 100 | 2600 | 2,25 |
Технічні дані основних типів електродвигунів з електромагнітним збудженням
таблиця 2. Основні типи електродвигунів у електроприводах вітчизняних автомобілів.
| Електродвигун | Призначення | Напруга, В | Корисна потужність, Вт | Частота обертання валу, об/хв | маса, кг |
| МЕ201 | Привід обігрівачів | 12 | 11 | 5500 | 0,5 |
| МЕ208 | Те саме | 24 | 11 | 5500 | 0,5 |
| МЕНА | Привід склоочисників |
12 | 15 | 1500 | 1,3 |
| МЕ202 | Привід передпускового |
12 | 11 | 4500 | 0,5 |
| МЕ202Б | Те саме | 24 | 11 | 4500 | 0,5 |
| МЕ252 | » | 24 | 180 | 6500 | 4,7 |
| 32.3730 | » | 12 | 180 | 6500 | 4,7 |
| МЕ228А | Привід антени | 12 | 12 | 4000 | 0,8 |
Електродвигуни потужністю понад 100 Втблизькі за конструкцією до генераторам постійного струму. Вони мають корпус, виготовлений з маловуглецевої смугової сталі або з труби, на якому гвинтами закріплені полюси з обмоткою збудження. Кришки стягнуті між собою болтами. У кришках розташовані кулькові підшипники. Реактивні щіткотримачі забезпечують стабільну роботущіток на колекторі.
Двошвидкісні двигуни з електромагнітним збудженням мають висновки кожної котушки збудження, електродвигуни з постійними магнітами обладнані третьою додатковою щіткою, при подачі живлення на яку частота обертання валу збільшується.
Технічні дані основних типів електродвигунів із збудженням від постійних магнітів представлені у табл. 1, а з електромагнітним збудженням у табл. 2.
Винахід відноситься до галузі електротехніки і може бути використане при створенні гібридних автомобілівта електромобілів. Пристрій містить джерело електроенергії, підключений до накопичувального конденсатора. Привідний двигун змінного струмускладається з ротора з постійними магнітами та статора з трифазними обмотками. Послідовно з кожною з обмоток статора включена додаткова обмотка, а точки з'єднання зазначених обмоток підключені до висновків випрямляча, який спільно з інвертором входить до складу керованого перетворювача. При включенні джерела живлення починають комутувати силові ключі інвертора відповідно до вихідних сигналів блоку управління. Автомобіль здійснює поступальний рух із регульованою швидкістю, що задається блоком управління інвертором. При подачі команди «гальмування» контролер забезпечує надходження сигналів, що управляють, на випрямляч. У накопичувальний конденсатор надходить струм рекуперації. При протіканні струму по обмотках розвивається момент, що гальмує, а енергія гальмування передається в накопичувальний конденсатор, який заряджається до напруги більшого, ніж напруга джерела електроживлення. Після закінчення гальмування накопичена енергія конденсатора використовується для поступального рухуавтомобіля. Технічний результат полягає у підвищенні енергетичної ефективності електромобіля та забезпеченні його простої та технологічної конструкції з оптимальними масогабаритними показниками. 1 іл.
Винахід відноситься до галузі електротехніки і може бути використане при проектуванні гібридних автомобілів та електромобілів.
Відомі гібридні автомобілі на паливних елементах, що містять акумуляторну батарею, приєднану через керований перетворювач до приводного двигуна коліс (1). У пристрої передбачено організацію ланцюгів для використання енергії гальмування коліс. Однак установка має низьку енергетичну ефективність. Це пояснюється тим, що при рекупераційному гальмуванні напруга, що генерується падає, а накопичений заряд в батареї зростає, в результаті чого в міру вирівнювання потенціалів батареї і генератора темп зарядки батареї сповільнюється, а потім і зовсім припиняється.
Найбільш близьким до винаходу пристроєм є електропривод коліс автомобіля (2), що містить акумуляторну батарею, яка підключена до приводного двигуна через керований перетворювач напруги. Для підвищення ефективності силової установкита поліпшення її енергетичних характеристик керований перетворювач виконаний з можливістю передачі електроенергії на приводний двигун з понижувальним коефіцієнтом перетворення напруги, а рекуперацію електроенергії з приводного двигуна при його гальмуванні - з коефіцієнтом підвищення напруги. У відомому пристрої роль накопичувального елемента, що «приймає» енергію рекуперації, виконує акумуляторна батареяОднак її функцію може виконувати і інший енергонакопичувальний блок, наприклад блок молекулярних конденсаторів. У відомій схемі може бути задіяний двигун постійного струму, так і змінного струму. При використанні як приводного двигуна електричної машини змінного струму необхідно введення у відому схему (2) перетворювача постійної напругив змінне (дотримуючись традиційної методики перетворення сигналів). Однак це веде до ускладнення конструкції перетворювального блоку і, отже, ускладнення конструкції всього пристрою, збільшення його вартості та габаритів.
Технічним результатом, якого можна досягти при використанні винаходу, є спрощення конструкції, зниження вартості та покращення масогабаритних показників.
Технічний результат досягається за рахунок того, що в електроприводі коліс автомобіля, що містить джерело електроживлення, трифазний електродвигунзмінного струму з ротором на постійних магнітахі керований перетворювач, регулюючий режим роботи електродвигуна (2), керований перетворювач складається з мостових трифазних інвертора та випрямляча, висновки постійного струму яких підключені до накопичувального конденсатора, приєднаного до джерела електроживлення, а фазні висновки обмоток статора електродвигуна змінного струму приєднані до вхідних висновків інвертора, при цьому згідно - послідовно з кожною з обмоток статора включена додаткова обмотка, причому точки з'єднання зазначених обмоток підключені відповідно до висновків змінного струму випрямляча, полярність висновків постійного струму якого зустрічна по відношенню до полярності підключеного до них джерела електроживлення, при цьому керуючі входи блоків управління інвертора і випрямляча з'єднані відповідно з виходами керованого контролера, виконаного що забезпечує при подачі на його керуючий вхід команди «швидкість» або «гальмування» дозвіл надходження сигналів керуючих на інвертор або випрямляч з одночасним блокуванням надходження керуючих імпульсів на випрямляч або інвертор відповідно.
На кресленні представлена конструктивна схемапристрої.
Пристрій містить джерело електроенергії 1, наприклад акумуляторну батарею, яка підключена до накопичувального конденсатора 2, приєднаного до висновків живлення керованого перетворювача напруги, регулюючого режимом роботи приводного двигуна змінного струму 3. У схемі електроприводу реалізована можливість передачі електроенергії на приводний двигун 3 електроенергії з приводного двигуна 3 при гальмуванні його з підвищеною напругою. Привідний двигун 3 змінного струму складається з ротора 4 з постійними магнітами і статора з трифазними обмотками 5. Згідно - послідовно з кожною з трьохфазних обмоток W 1 статора включена додаткова обмотка W 2 а точки з'єднання зазначених обмоток підключені відповідно до висновків змінного струму випрямляча 6 який разом із інвертором 7 входить до складу керованого перетворювача. Керуючі входи інвертора 7 і випрямляча 6 приєднані відповідно до виходів блоків керування 8 і 9, керуючі входи яких з'єднані з виходами керованого контролера 10, виконаного забезпечує дозвіл надходження керуючих сигналів на схему інвертора або випрямляча з одночасним блокуванням надходження керуючих імпульсів подачі команди "швидкість" або "гальмування" відповідно.
Пристрій працює наступним чином.
При включенні джерела живлення та подачі команди «Швидкість» контролер 10 формує вихідний сигнал, який дозволяє надходження керуючих сигналів з блоку керування 8 на інвертор 7 і одночасно блокує роботу блоку керування 9, в результаті чого силові ключі інвертора 7 починають комутуватися відповідно до вихідних сигналів блоку управління 8. За рахунок протікання струмів в обмотках W 1 статора 5 електродвигуна виникає магнітне поле, що обертається, під дією якого починає обертатися ротор 4 на постійних магнітах. Блок управління 8 здійснює високочастотну модуляцію основної гармоніки і регулює величину напруги та її частоту, використовуючи, наприклад, управління вектором поля. Обертання ротора 4 безпосередньо або через редуктор передається на колеса. Автомобіль здійснює поступальний рух з регульованою швидкістю, що задається блоком 8 управління, при цьому йде пряма передача енергії на приводний двигун.
По приходу сигналу «Гальмування» контролер 10 блокує роботу блоку управління 8 і включає блок 9. При гальмуванні під дією сил інерції колеса продовжують свій рух, обертаючи ротор електричної 4 машини 3, яка переходить в режим генерування енергії. На вхід випрямляча 6 надходить сумарна напруга обмоток W 1 W 2 статора, а накопичувальний конденсатор 2 надходить струм рекуперації. Напруга на конденсаторі 2 зростає до величини наведеної сумарної напруги на обмотках W 1 W 2 . При протіканні струму по обмотках W 1 W 2 розвивається гальмуючий момент, а енергія гальмування форсовано передається в накопичувальний конденсатор 2, який заряджається до напруги більшого, ніж напруга джерела електроживлення 1. При цьому частка енергії, що рекуперується, значно збільшується, т.к. величина енергії, накопиченої в конденсаторі 2, знаходиться у квадратичній залежності від його напруги.
Після закінчення гальмування накопичена енергія конденсатора 2 використовується для поступального руху автомобіля.
Таким чином, керований перетворювач спільно з трифазними обмотками W 1 W 1 забезпечує передачу електроенергії на приводний двигун 3 з пониженою напругою і рекуперацію електроенергії з приводного двигуна 3 при його гальмуванні з підвищеною напругою. Пристрій має високий ккд, т.к. дозволяє рекуперувати щонайменше 70% енергії гальмування.
Високі енергетичні показники пристрою досягнуті при одночасному спрощенні конструкції, зниженні її собівартості та покращенні масогабаритних показників.
Високий ккд, простота конструкції та хороші масогабаритні показники даного пристроюдозволяють йому бути найкращим при проектуванні гібридних автомобілів і електромобілів.
Джерела інформації, прийняті до уваги
1. Ж. «АвтоСвіт» №1, 2007 р., с.9.
2. Ж. «АвтоСвіт» №48, 2007 р., с.8.
Електропривод коліс автомобіля, що містить джерело електроживлення, трифазний електродвигун змінного струму з ротором на постійних магнітах і керований перетворювач, регулюючий режим роботи електродвигуна, який відрізняється тим, що керований перетворювач складається з мостових трифазних інвертора і випрямляча, висновки постійного струму яких підключені до накопичувального до джерела електроживлення, а фазні висновки обмоток статора електродвигуна змінного струму приєднані до вхідних висновків змінного струму інвертора, при цьому згідно з кожною з обмоток статора включена додаткова обмотка, причому точки з'єднання зазначених обмоток підключені відповідно до висновків змінного струму випрямляча, полярність струму якого зустрічна по відношенню до полярності приєднаного до них джерела електроживлення, при цьому керуючі входи блоків управління інвертора і випрямляча з'єднані відповідно з виходами контролера, що керується, виконаного забезпечує при подачі на його керуючий вхід команди «швидкість» або «гальмування» дозвіл надходження керуючих сигналів на інвертор чи випрямляч з одночасним блокуванням надходження управляючих імпульсів на випрямляч чи інвертор відповідно.
У двадцять першому столітті, схоже, здійсниться мрія людства. Електричні автомобілі ще не витіснили техніку на вуглеводневих видах палива, але поступово з'являються досконаліші моделі. За Останніми рокамибагато автовиробників запропонували на суд експертної спільноти свої розробки електрокарів.
Дехто пішов у серійне виробництвоі встигли завоювати визнання у аматорів та професіоналів. У топ-10 найкращих електрокарів сучасності увійшли такі моделі.
Chevy Volt
Достатньо відомим автомобілем, В якому використовується електропривод, є Chevy Volt. Це не чистий електрокар, у ньому поряд із електромотором є газовий силовий агрегат. Автомобіль призначений для пересування міськими вулицями. Місткість акумуляторної батареї дозволяє проїхати без зупинок 61 км. Volt ОГЛЯД Chevrolet ОГЛЯД:Chevrolet Spark EV
Нещодавно на автомобільному ринкуз'явився доступний за ціною і простий за конструкцією електрокар Chevrolet Spark EV. Модель виробляється у двох виконаннях: з електромотором та гібридна версія. Вартість цієї моделі становить 26 тис. доларів. Тривалість поїздки електроприводом обмежується відміткою 132 км. Chevrolet Spark EV 2016 - Full review:Ford Fusion Energi
Вже близько п'яти років їздить дорогами різних країнгібридний автомобіль Ford Fusion Energi. Він став результатом тісної співпраці автовиробника та розробника електрокарів. Як джерела живлення виступають літій-іонні батареї та газові балони. Запасу ємності акумулятора вистачає на пробіг лише 33 км. Ford Fusion Energi Plug In Hybrid:Ford Focus Electric
Результатом програми електризації компанії Fordстав автомобіль Focus Electric. Машина стала модернізацією популярного авто, в який було впроваджено акумуляторну батарею та гібридний силовий агрегат. Електромобіль чудово підходить для їзди містом. На електротязі машина може пройти 121 км. Тест-драйв Форд Фокус Електра:Fiat 500e
Особливе місце серед електричних автомобілівзаймає новинка із Італії Fiat 500e. Малолітражка чудово почувається за умов обмеженого міського простору. Вона укомплектована найновішим електромотором, має елегантний зовнішній вигляд. Салон автомобіля не лише комфортний для їзди, а й безпечний. Fiat 500e Test Drive Review:Honda Accord Plug-In
Визнаним лідером серед автомобілів із гібридним силовим агрегатомє Honda Accord Plug-In. Достатньо трохи покататися на цій машині, щоб відчути всю красу автомобілів з електроприводом. Honda Accord Plug-In добре зарекомендувала себе не лише у мегаполісах, а й на заміських автотрасах. Honda Accord Plug In Hybrid відеопрезентація:Porsche Panamera S Hybrid E
Розробкою гібридних автомобілів займається і знаменита компанія Porsche. Представлена автомобілістам версія Panamera S Hybrid E має відмінні технічними характеристиками, хоча електрична частина вважається слабким місцемв машині. На відміну від багатьох електричних конкурентів Panamera S Hybrid E має виключно привабливий дизайн. Porsche Panamera S e-Hybrid: Green Speed - XCAR:BMW i3
Успішною баварською розробкою став електромобіль BMW i3. Автомобіль вийшов настільки сучасним, що нагадує болід з фантастичного фільму. У машини дизайн, що запам'ятовується, а пробіг на електричному приводіскладає 160 км. BMW i3 - Великий тест-драйв(відеоверсія):Tesla Model S
Найбільших досягнень у галузі виготовлення електричних автомобілів досягла компанія Tesla. Розробка Model S є екологічно чистою моделлю в кузові седан. Дещо відлякує потенційних покупців вартість електрокара, яка досягає 70 тис. доларів. Зате Tesla Model S може пройти без додаткового заряджання акумулятора 426 км. Tesla Model S - Великий тест-драйв (відеоверсія):Tesla Model X
Найрозкішнішим електромобілем в даний час вважається Tesla Model X. Завдяки інноваційним розробкам винахідником з Tesla Motorsвдалося отримати чистий автомобіль, що здатний подолати 414 км. Однак придбати це диво інженерної думки можуть лише багаті люди. Є кілька модифікацій, що відрізняються комплектацією.- Комплектація 70D коштуватиме покупцю 80 тис. доларів. Завдяки потужному акумулятору (70 кВт·год) Тесла може проїхати 345 км.
- Комплектація 90D оцінюється у 132 тис. доларів. Машина оснащується акумулятором 90 кВт·год, він забезпечує пробіг 414 км.
- Придбати Tesla Model X у комплектації P90D можна за 140 тисяч доларів. Потужність акумулятора (90 кВт·год) розподіляється на дві осі, забезпечуючи чудову динаміку розгону (3,8 с до 96 км/год). Без заряджання машина може подолати 402 км.
- габаритний акумулятор займає багато місця в авто;
- взимку погіршуються властивості батареї;
- термін служби акумуляторів обмежується 2-3 роками;
- для обігріву салону потрібна додаткова енергія.
НАМІ-0189Е показано на рис. 3.6.
Мал. 3.6. Схема електроприводу з перемиканням секцій батареї та регулюванням по збудженню
Тяговий двигун М живиться від двох блоків тягової батареї GB1 і GB2, які включаються до його ланцюга або паралельно, або послідовно за допомогою контакторів КБ. У якірному ланцюзі двигуна, крім того, знаходяться пускові резистори R1 і R2, контактором КШ, що шунтуються. Струм збудження двигуна регулюється тиристорним імпульсним перетворювачем, що містить основний тиристор V2 і комутуючий - V3. Реверс двигуна здійснюється контактором КР, що перемикає полярність напруги на обмотці збудження ВВ. Режими роботи електроприводу задаються спеціальним командоконтролером. Цей апарат, керований водієм, містить перемикачі режимів, а також індуктивний задатчик, положення якого визначає за допомогою блоку управління Б величину струму збудження. У свою чергу, струм збудження двигуна визначає величину струму якоря
(3.3)
а також динамічний момент на валу двигуна
У режимах роботи двигуна Мдин = 0 і з виразу (3.4) випливає, що струм збудження визначає частоту обертання згідно з формулою
(3.5)
де UП - напруга живлення ланцюга якоря двигуна; причому
№1 - коли КБ вимкнено
№2 - коли КБ увімкнено
За допомогою блоку керування БО негативними зворотними зв'язкамипо струму батареї та напрямку на обмотці збудження двигуна здійснюється стабілізація заданих значень струму збудження та струму батареї, а тим самим і режимів руху відповідно до виразів (3.4) та (3.5).
При торканні електромобіля блоки батареї з'єднані паралельно, включенням контактора починається пуск двигуна на першій реостатній ступені через резистор RI. Порушення двигуна встановлюється при цьому близьким до максимального. Подальше натискання на педаль ходу і вплив цим на командоконтроллер при розгоні викликає включення другого реостатного ступеня шляхом підключення паралельно резистори RI резистора #2 через тиристор VI. При зниженні пускового струму включається контактор КШ та закорочує пускові реостати. Тиристор VI при цьому повертається у відключений стан. Подальше управління здійснюється зміною струму збудження. При досягненні швидкості 30 км/год командо-контролер здійснюється перемикання блоків батареї на послідовне з'єднання і продовжується управління за допомогою зміни струму збудження.
Рекуперативне гальмування настає зі збільшенням струму збудження та зростання через це ЕРС двигуна. Через діод V починає протікати струм заряду батареї при послідовному з'єднанні блоків, так і при паралельному. Діапазон можливого генераторного рекуперативного гальмування Др залежить від використовуваного ослаблення потоку збудження двигуна і може бути визначений з наступної залежності.
