Синхронный мотор с постоянным возбуждением

Электрические автомобили

Электрическая тяга

Введение

Давление общества, направленное на создание транспортных средств, не использующих ископаемое топливо, постоянно увеличивается. Действительно, последние законодательные акты установили необходимость производства транспортных средств с нулевой эмиссией выбросов (zero emis­ sion vehicle — ZEV). Развитие концепций электрического автомобиля все еще находится в состоянии «свободного парения», но некоторые из основных авто производителей уже сегодня имеют в наличии электрические автомобили для продажи широкой публике, В 1990 г. компания General Motors объявила, что ее электромобиль (electric vehicle — EV) Impact может ускоряться до 10ft км/ч всего за 8 с, имеет максимальную скорость 160 км/ч (100 миль/ч) и пробег 240 км между заправками Эксплуатационные расходы были вдвое больше, чем у эквивалентного по характеристикам автомобиля на ископаемом топливе, но эти расходы постепенно снижались. Автомобиль имел снижающие сопротивление шины абсолютно новой конструкции и тормоза, которые при включении действовали как генераторы (регенеративное торможение). Автомобиль снабжался энергией от 397-килограммого набора усовершенствованных свинцово-кислотных батарей с гелевым электролитом (32 штуки по 10 В), и имел два небольших электрических мотора переменного тока для привода передних колес, Время перезарядки составляло около 2 часов, но оно могло быть сокращено до I часа в случае крайней необходимости. Это было очень впечатляюще, но на этом развитие не остановилось. В последующих разделах некоторые из проблем будут рассмотрены более подробно, но самой теме «электрические автомобили» посвящено и продолжает посвящаться множество книг. Эта глава служит введением в технологию, которая определенно станет когда-нибудь ведущей в индустрии автомобильного моторостроения. В разделе «Примеры для изучения» среди прочего рассмотрены два электромобиля, находящихся в настоящий момент в эксплуатации.

Представление об автомобиле с электрическим приводом

Па рис. 17.1 показана общая блок-схема электрического автомобиля. Отметим, что батареи для питания двигателя часто имеют напряжение несколько сотен вольт, тогда как для системы «нормального» освещения и других систем все еще требуется источник с более низким питанием 12/24 В. Некоторые из показанных компонентов являются необязательными.

Батареи электромобиля

При конструировании электрического автомобиля возможен выбор из множества вариантов, но, рискуя чрезмерно упростит!» суть проблемы, скажем. что самым важным выбором пишется тип батарей. В табл. 17.I представлен выбор батарей (на момент написания книги), и он позволяет оделять некоторые сравнении. Более подробная информации о некоторых батареях и тенденциях ах развития представлена в гл. 5. В настоящее время главное преимущество свинцово-кислотных батарей - зрелая технология их изготовления, используемая в автомобильной промышленности. Недостатком таких батарей является их сравнительно низкая номинальная мощность, Натрий- серная батарея представляется хорошим конкурентом, но она имеет намного большую стоимость и тре6ует применения новых технологий, чтобы справиться с иными эксплуатационными режимами типа высоких температур. Существенные разработки ведутся и в отношении батарей на основе лития. Однако на сегодня большинство батареи в широкой эксплуатации — это батареи свинцово - кислотные или на основе никеля.

Приводные моторы

Существует выбор между несколькими вариантами приводного мотора. Основной выбор - между моторами переменного и постоянного тока. Электромотор переменного тока предоставляет массу преимуществ с T04tci зрения управления, но требует применения инвертора для преобразования постоянного тока батарей. Электромотор постоянного тока номинальной мощностью 50 кВт с шунтирующей обмоткой возбуждения— распространенный выбор для малых транспортных средств, но моторы перемет ого тока, вероятно, станут со временем наиболее популярными. Приводные моторы могут быть классифицированы как моторы переменного или постоянного тока, но трудно описать различия между мотором переменного тока и бесщеточным моторам постоянного тока.

Моторы переменного тока

Вообще говоря, все моторы переменного тока ус­ троены по одному и тому же принципу. Трехфазная обмотка распределяется по контуру статора из ламинированного железа и образует вращающееся магнитное поле, за которым «следует» ротор. Скорость вращения этого поля и, следовательно, ротора может быть вычислены по формуле:

Асинхронный мотор

Асинхронный мотор обычно используется с ротором типа «беличья клетка», составленным из множества пар полюсов. Трехфазный статор мотора может иметь обмотку «треугольник» или «звезда» (рис. 17.2). Вращающееся магнитное поле в статоре вызывает э.д,с. «роторе, который представляет из себя замкнутую цепь, таким образом в цепи ротора индуцируется электрический ток. Этот ток создает магнитное поле, которое взаимодействует с первоначальным полем статора, что приводит к вращению ротора. Степень проскальзывания (различие в скорости ротора и поля) примерно 5%, когда мотор работает в оптимальном режиме.

Синхронный мотор с постоянным возбуждением

Этот мотор имеет роторную обмотку, называемую индуктором, которая представляет собой катушку, намагничиваемую источником постоянного тока через два контактных кольца. Магнитное поле «цепляется» к вращающемуся магнитному полю и создает постоянный крутящий момент. Если скорость вращения меньше, чем в (см. выше), возни­ кают колебания крутящего момента, и через мотор может начать течь сильный ток. Этот мотор нуждается в специальных мерах для первоначального запуска. Его преимущество, однако, состоит в том, что он работает как идеальный генератор (на него очень похож обычный генератор переменного тока автомобиля). Схема синхронного мотора приведена на рис. 17.3.