An електродвигун– це пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну, і з моменту винаходу Фарадеєм першого електродвигуна ми можемо жити без цього пристрою всюди.
Сьогодні автомобілі швидко переходять від переважно механічних до електричних пристроїв, і використання двигунів у них стає все більш поширеним. Багато людей можуть не здогадатися, скільки двигунів встановлено в їхньому автомобілі, і наступний вступ допоможе вам знайти двигуни у вашому автомобілі.
Застосування двигунів в автомобілях
Щоб дізнатися, де знаходиться двигун у вашому автомобілі, ідеальним місцем для його пошуку є електрорегулювання сидіння. В автомобілях економ-класу двигуни зазвичай забезпечують регулювання вперед і назад, а також нахил спинки. В автомобілях преміум-класу,електродвигуниможе керувати регулюванням висоти, наприклад, нахилом нижньої подушки сидіння, поперековою опорою, регулюванням підголівника та жорсткістю подушки, серед інших функцій, які можна використовувати без електродвигунів. Інші функції сидінь, що використовують електродвигуни, включають електропривод складання сидінь та електропривод навантаження задніх сидінь.
Склоочисники є найпоширенішим прикладомелектродвигунзастосування в сучасних автомобілях. Як правило, кожен автомобіль має принаймні один двигун склоочисника для передніх склоочисників. Задні склоочисники стають дедалі популярнішими серед позашляховиків та автомобілів із задніми дверима типу «амбар», а це означає, що задні склоочисники та відповідні двигуни присутні в більшості автомобілів. Інший двигун подає рідину для омивання лобового скла, а в деяких автомобілях – до фар, які можуть мати власний маленький склоочисник.
Майже в кожному автомобілі є вентилятор, який циркулює повітря через систему опалення та охолодження; багато автомобілів мають два або більше вентиляторів у салоні. Автомобілі вищого класу також мають вентилятори в сидіннях для вентиляції подушок та розподілу тепла.
У минулому вікна часто відкривалися та закривалися вручну, але зараз електричні склопідйомники є поширеним явищем. Приховані двигуни розміщені в кожному вікні, включаючи люки на даху та задні вікна. Приводи, що використовуються для цих вікон, можуть бути такими ж простими, як реле, але вимоги безпеки (такі як виявлення перешкод або затискання предметів) призводять до використання більш розумних приводів з моніторингом руху та обмеженням сили приводу.
Перехід від ручного до електричного блокування автомобілів робить замки більш зручними. Переваги моторизованого керування включають зручні функції, такі як дистанційне керування, а також підвищену безпеку та інтелект, наприклад, автоматичне розблокування після зіткнення. На відміну від електричних склопідйомників, електричні замки дверей повинні мати можливість ручного керування, тому це впливає на конструкцію двигуна та структуру електричного замка дверей.
Індикатори на приладових панелях або кластерах, можливо, еволюціонували у світлодіоди (LED) або інші типи дисплеїв, але зараз кожен циферблат та покажчик використовують невеликі електродвигуни. Інші двигуни в категорії забезпечення зручності включають такі поширені функції, як складання та регулювання положення бічних дзеркал, а також більш примхливі застосування, як-от складні дахи, висувні педалі та скляні перегородки між водієм і пасажиром.
Під капотом електродвигуни стають дедалі поширенішими в низці інших місць. У багатьох випадках електродвигуни замінюють механічні компоненти з ремінним приводом. Прикладами є вентилятори радіатора, паливні насоси, водяні насоси та компресори. Існує кілька переваг зміни цих функцій з ремінного приводу на електричний. Одна з них полягає в тому, що використання приводних двигунів у сучасному електронному обладнанні є більш енергоефективним, ніж використання ременів та шківів, що призводить до таких переваг, як покращена паливна ефективність, зменшення ваги та зниження викидів. Ще одна перевага полягає в тому, що використання електродвигунів замість ременів забезпечує більшу свободу в механічному проектуванні, оскільки місця кріплення насосів та вентиляторів не повинні бути обмежені звивистим ременем, який необхідно прикріпити до кожного шківа.
Тенденції в технології автомобільних двигунів
Електродвигуни незамінні в місцях, позначених на схемі вище, і, згодом, у міру того, як автомобіль стає більш електронним, а автономне водіння та інтелект досягаються прогреси, електродвигуни будуть використовуватися в автомобілі все частіше, а тип двигунів для приводу також змінюється.
У той час як раніше більшість двигунів в автомобілях використовували стандартні 12-вольтові автомобільні системи, зараз системи з подвійною напругою 12 В та 48 В стають поширеними, причому система з подвійною напругою дозволяє зняти деякі з навантажень з вищим струмом з 12-вольтового акумулятора. Перевагою використання джерела живлення 48 В є чотириразове зменшення струму за тієї ж потужності та супутнє зменшення ваги кабелів та обмоток двигуна. Пристрої з навантаженням з високим струмом, які можна оновити до живлення 48 В, включають стартери, турбокомпресори, паливні насоси, водяні насоси та вентилятори охолодження. Встановлення 48-вольтової електричної системи для цих компонентів може заощадити приблизно 10 відсотків палива.
Розуміння типів двигунів
Різні застосування вимагають різних двигунів, і двигуни можна класифікувати по-різному.
1. Класифікація за джерелом живлення - Залежно від джерела живлення двигуна, його можна класифікувати на двигуни постійного струму та двигуни змінного струму. Серед них двигуни змінного струму також поділяються на однофазні двигуни та трифазні двигуни.
2. За принципом роботи – залежно від структури та принципу роботи, двигуни можна розділити на двигуни постійного струму, асинхронні двигуни та синхронні двигуни. Синхронні двигуни також можна розділити на синхронні двигуни з постійними магнітами, реактивні синхронні двигуни та гістерезисні двигуни. Асинхронні двигуни можна розділити на асинхронні двигуни та колекторні двигуни змінного струму.
3. Класифікація за режимом пуску та роботи - двигуни за режимом пуску та роботи можна розділити на однофазний асинхронний двигун з конденсаторним пуском, однофазний асинхронний двигун з конденсаторним живленням, однофазний асинхронний двигун з конденсаторним пуском та однофазний асинхронний двигун з розщепленою фазою.
4. Класифікація за використанням - електродвигуни можна розділити на приводні двигуни та керуючі двигуни відповідно до використання. Приводні двигуни поділяються на електроінструменти (включаючи свердлильні, полірувальні, шліфувальні, довбальні, різальні, розсвердлювальні та інші інструменти) з електродвигунами, побутову техніку (включаючи пральні машини, електричні вентилятори, холодильники, кондиціонери, магнітофони, відеомагнітофони, відеомагнітофони, DVD-програвачі, пилососи, камери, фени, електробритви тощо) з електродвигунами та інші невеликі машини та обладнання загального призначення (включаючи різноманітні невеликі верстати, невелику техніку, медичне обладнання, електронні прилади тощо). Керуючі двигуни поділяються на крокові двигуни та серводвигуни.
5. Класифікація за структурою ротора - двигуни за структурою ротора можна розділити на асинхронний двигун з кліткоподібним ротором (за старим стандартом називається асинхронним двигуном з короткозамкненим ротором) та асинхронний двигун з дротяним ротором (за старим стандартом називається асинхронним двигуном з дротяною обмоткою).
6. Класифікація за робочою швидкістю - двигуни за робочою швидкістю можна розділити на високошвидкісні двигуни, низькошвидкісні двигуни, двигуни з постійною швидкістю та швидкісні двигуни.
Наразі більшість двигунів у кузовній техніці автомобілів використовують щіткові двигуни постійного струму, що є традиційним рішенням. Ці двигуни прості в управлінні та відносно недорогі завдяки функції комутації, яку забезпечують щітки. У деяких випадках безщіткові двигуни постійного струму (BLDC) пропонують значні переваги з точки зору щільності потужності, що зменшує вагу та забезпечує кращу економію палива та нижчі викиди, і виробники обирають використання BLDC-двигунів у склоочисниках, системах опалення салону, вентиляції та кондиціонування повітря (HVAC) та насосах. У цих випадках двигуни, як правило, працюють протягом тривалого часу, а не в перехідному режимі, як у електричних склопідйомниках або сидіннях з електроприводом, де простота та економічна ефективність щіткових двигунів залишаються перевагою.
Електродвигуни, придатні для електромобілів
Перехід від паливоекономічних транспортних засобів до повністю електричних транспортних засобів призведе до переходу до двигунів з моторним приводом в основу автомобіля.
Система приводу двигуна є серцем електромобіля, яке складається з двигуна, перетворювача потужності, різних датчиків виявлення та джерела живлення. До придатних двигунів для електромобілів належать: двигуни постійного струму, безщіткові двигуни постійного струму, асинхронні двигуни, синхронні двигуни з постійними магнітами та реактивні двигуни з перемиканням.
Двигун постійного струму – це двигун, який перетворює електричну енергію постійного струму на механічну, і широко використовується в електроприводах завдяки хорошим характеристикам регулювання швидкості. Він також має характеристики великого пускового моменту та відносно простого керування, тому будь-яка машина, яка запускається під великим навантаженням або потребує рівномірного регулювання швидкості, така як великі реверсивні прокатні стани, лебідки, електровози, трамваї тощо, підходить для використання двигунів постійного струму.
Безщітковий двигун постійного струму дуже добре відповідає характеристикам навантаження електромобілів, має високий крутний момент на низькій швидкості та може забезпечити великий пусковий момент для задоволення потреб розгону електромобілів. Водночас він може працювати в широкому діапазоні низьких, середніх та високих швидкостей, а також має високий ККД, а в умовах малого навантаження він має високий ККД. Недоліком є те, що сам двигун складніший, ніж двигун змінного струму, а контролер складніший, ніж у щіткового двигуна постійного струму.
Асинхронний двигун, тобто асинхронний двигун, – це пристрій, у якому ротор розміщено в обертовому магнітному полі, і під дією обертового магнітного поля виникає обертовий момент, в результаті чого ротор обертається. Конструкція асинхронного двигуна проста, легка у виготовленні та обслуговуванні, має характеристики навантаження, близькі до постійної швидкості, і може задовольнити вимоги більшості промислових та сільськогосподарських виробничих машин. Однак швидкість асинхронного двигуна та синхронна швидкість його обертового магнітного поля мають фіксовану швидкість обертання, тому регулювання швидкості є поганим, не таким економічним та гнучким, як у двигуна постійного струму. Крім того, у високопотужних та низькошвидкісних застосуваннях асинхронні двигуни не такі розумні, як синхронні двигуни.
Синхронний двигун з постійними магнітами – це синхронний двигун, який генерує синхронне обертове магнітне поле шляхом збудження постійних магнітів, які діють як ротор для створення обертового магнітного поля, а трифазні обмотки статора реагують через якір під дією обертового магнітного поля, індукуючи трифазні симетричні струми. Двигун з постійними магнітами має невеликі розміри, легку вагу, малу інерцію обертання та високу щільність потужності, що підходить для електромобілів з обмеженим простором. Крім того, він має велике співвідношення крутного моменту до інерції, високу перевантажувальну здатність та великий вихідний крутний момент, особливо на низьких швидкостях обертання, що підходить для прискорення запуску комп'ютеризованого транспортного засобу. Тому двигуни з постійними магнітами отримали загальное визнання на вітчизняних та зарубіжних виставках електромобілів та використовуються в багатьох електромобілях. Наприклад, більшість електромобілів у Японії приводяться в рух двигунами з постійними магнітами, які використовуються в гібридному автомобілі Toyota Prius.
Час публікації: 31 січня 2024 р.