Автономные системы электроснабжения. Комплект электрооборудования для электромобилей Аккумуляторная батарея электромобиля

Последнее десятилетие электромобили уверенно завоевывают рынок автотранспортных средств.

Этому способствует множество факторов:

Массовый переход к электротранспорту тормозят следующие не полностью решенные проблемы и недостатки электромобилей:

низкая емкость аккумуляторных батарей, соответственно, небольшой пробег авто без подзарядки;
высокая стоимость блока аккумуляторов, недолговечность;
неразвитая сеть подзарядочных станций, большое время обслуживания (заряда) аккумуляторов даже в скоростном режиме;
наличие в электрических блоках управления и электропроводке высоких, опасных для водителя и пассажиров, напряжений;
утилизация аккумуляторных батарей электромобилей наносит вред окружающей среде;
большинство электронных блоков автомобилей, в том числе и аккумуляторная батарея, ремонтируются агрегатным методом, то есть заменяются полностью на исправные;
ресурс работы современных электродвигателей недостаточно большой;
работа системы отопления салона авто в холодное время года значительно увеличивает энергопотребление электромобиля;
остаются нерешенными проблемы использования электромобилей в грузоперевозках на дальние расстояния.

Очевидно, этот список значительно длиннее.

Разработчики ведущих автопроизводителей совершенствуют устройство электромобиля (электродвигатели, аккумуляторные батареи, зарядные станции и др.), приближая эру электротранспортных средств индивидуального пользования.

В терминологии автомобилестроения дается четкое понятие, что такое электромобиль: «Транспортное средство, основным движителем которого является электропривод».

Одним из основных преимуществ электродвигателя по сравнению с ДВС является высокий коэффициент полезного действия – до 95%. Считается, что электромобиль абсолютно экологичен. Это не совсем так. Производство электроэнергии в большинстве стран базируется на теплоэлектростанциях, которые сжигают топливо, нанося вред окружающей среде. Не менее опасны АЭС. Развитие рынка электромобилей рационально рассматривать с увеличением доли «зеленой» электроэнергии: солнечные батареи, энергия ветра и другие.

В системах авто с ДВС применяются в основном электродвигатели постоянного тока: стартеры, приводы щеток, вентиляторов, бензонасоса, различных регуляторов. Эти электродвигатели для передачи тока к вращающемуся ротору используют систему «щетки-коллектор», поэтому называются коллекторные. В электромобилях для обеспечения высокого вращающего момента необходимо протекание больших токов. Искрение щеток во время движения по ламелям коллектора приводят к преждевременному износу этой зоны. Поэтому в электромобилях обычно применяют бесколлекторные двигатели.

Для того чтобы уменьшить величину тока, протекающего через обмотки электродвигателя, согласно закону Ома, необходимо увеличивать питающее напряжение. В этом смысле наиболее эффективны трехфазные электродвигатели переменного тока: синхронные (например, на Mitsubishi i-MiEV) или асинхронные (на Chevrolet Volt).

Сейчас ведутся разработки высокоэффективных электродвигателей с минимальными размерами и массой. Привод от производителя Yasa Motors имеет массу 25 кг, достигая крутящего момента 650 Нм. Самый мощный электромобиль Venturi VBB-3 имеет электродвигатель 3 тыс. л. с.

Аккумуляторная батарея электромобиля

Тяговая аккумуляторная батарея электромобиля имеет существенные отличия от АКБ автомобилей с ДВС.
Прежде всего, выходное напряжение аккумуляторных батарей электромобилей с целью уменьшения токов, соответственно тепловых и энергопотерь, значительно выше, чем традиционные 12 вольт. Например, в первые автомобили марки Lola-Drayson разработчики выбирали аккумуляторные батареи емкостью 60 кВт*час номинальным напряжением 700 В. Нетрудно подсчитать, что при мощности электродвигателя 200 кВт такой автомобиль может проехать без подзаряда не более 15 минут. В условиях кольцевых автогонок на спортивных электрокарах необходимо производить замену аккумулятора чаще, чем колес. Гоночный электромобиль ближайшего будущего способен разогнаться до 100 км/час за одну секунду.

Большинство аккумуляторных батарей для электромобилей имеет встроенный контроллер процесса заряда батареи по аналогии с аккумуляторами для ноутбуков, только на более высоком уровне. Кроме этого, в мощные аккумуляторные блоки устанавливают встроенную систему жидкостного охлаждения, которая также увеличивает их массу.

Трансмиссия электромобилей

Один из положительных технических моментов при проектировании электромобилей – возможность упрощенной трансмиссии. Некоторые модели имеют одноступенчатый редуктор. В электромобилях с двигателями, вмонтированными в колеса (Active Wheel), трансмиссионная функция выполняется электронным методом. Это позволяет применить еще одну важную опцию: восполнение заряда аккумуляторной батареи в момент торможения «электродвигателем». Такой метод уже давно применяется в электротранспорте.

Особенность блоков управления электромобилей

Электрическая схема электромобиля имеет свои особенности в схемотехнике узлов контроля и управления. Большинство электрических систем в электромобилях строятся по традиционным схемам, рассчитанным на напряжение бортовой сети 12 В. Поэтому необходима установка в электромобиль дополнительной схемы инверторного преобразователя напряжения высокого напряжение аккумулятора в напряжение бортовой сети 12 В. В большинство моделей устанавливается дополнительная 12-вольтная аккумуляторная батарея небольшой емкости. Принцип работы основных систем электромобиля (ABS, ESP, кондиционера и других) не меняется.

Для обеспечения максимальной эффективности использования емкости аккумуляторной батареи климат-контроль автомобиля в холодное время года использует предподогрев от стационарных источников перед поездкой, затем энергия батареи расходуется только на поддержание температуры в салоне машины. Поэтому особое внимание конструкторы уделяют применению современных теплоизоляционных материалов в отделке салона. Актуально в этом смысле использование нанотехнологичных материалов.

Системы световых излучателей машины (повороты, ближний/дальний, габариты, салонные и другие) используются, в основном, светодиодного энергосберегающего типа. Принцип работы электрооборудования автомобиля основан на бесконтактных электронных системах управления.

Блок управления электродвигателем (двигателями) представляет, по сравнению с аналогичными блоками для ДВС, высокопроизводительный вычислительный комплекс, который контролирует работу большинства энергозначимых узлов с точки зрения достижения максимальной эффективности использования емкости аккумуляторной батареи. Он производит:

распределение энергии между электроприводами;
регулирование тяги;
мониторинг узлов и систем электромобиля;
управление динамикой авто;
контроль напряжений питания бортовых систем;
использование дистанционного мониторинга.

Электромобиль не роскошь

Перспективы электромобилей ближайшего будущего:

пробег без подзаряда до 500 км;
динамика разгона – менее 3 секунд до 100 км/час (легковые электромобили);
стоимость аккумуляторной батареи средней мощности – менее 7 тыс. USD;
время быстрого заряда – менее 15 минут.

Электромобиль ближайшего будущего будет оснащен беспилотными системами управления и навигации.

Если вы решили присоединиться к пока немногочисленной армии электромобилистов, прежде всего необходимо изучить, как работает электромобиль и его основные системы.

Несколько советов при решении задачи, какой электромобиль выбрать:

без пробега или с небольшим сроком эксплуатации, но с новой аккумуляторной батареей;
с опцией быстрого заряда аккумулятора;
со стажем выпуска модели не менее 2-х лет (за это время проблемы электромобилей данного модельного ряда успеют проявить себя).

Будущее – за электромобилями!

0 Бюл. У 1 научно-исследоваут электромашиностронаправлени я вычислит осцепления на т го используют ройства, с по ью которых ые усо сигозбужд а якоря, оложения алам датчиков т ения и углового еско еобх регулирительных о потокосцепления и и возбуждения допол ольных обмоток возб уждения, испо тегральныезуя пропорционально- регуляторы и усилите и токов в тромеханиче з.п. ф-лы,дения генератора икого преобразовател7 ил. СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ения(56) Вентилъные двигатели и их применение на электроподвижном составе,/ 11 од ред, Б.Н.Тихменева. - М,:Транспорт, 1976, 10-13 с,Авторское свидетельство СССР11 1356134, кл. Н 02 К 29/06, 1985.(54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ С ВЕНТИЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ(57) Изобретение относится к электротехнике, конкретно к регулируемым электрическим машинам переменного Тока при работе их от преобразователей частот, и может быть использовано в системах электропривода и электроснабжения транспортныхсредств, Цель изобретения - уменьшение пульсаций вращающего моментавентнльного электродвигателя, улучшение энергетических, динамических,массогабаритных показателей и расширение диапазона регулирования частоты вращения. Индукторы генератораи электромеханического преобразователя вентильного электродвигателяснабжаются дополнительными продольными обмотками возбуждения, токкоторых регулируется так, чтобы проекция регулируемой части векторапотокосцепления возбуждения по продольной оси на направление, ортогональное вектору тока якоря, былапропорциональна проекции асинхронносоставляющей вектора основного пото енератора и электромеханипреобразователя вычисляютмый заноя изменения основн1534662 Составитель А. Санталов Редактор В. Петраш Техред И.Ходанич Корректор И. Кучерява одписн ул. Гагарина Производственно-издательский комбин тент, г, Уж Заказ 52 Тираж 435 ВНИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Раетениям и открытиям при ГКНТ СССушская наб д. 4/5нальны тригонометрическим функциямположения их роторов, Каждая фазакольцевой обмотки 19 якоря генератора 1 выполнена из двух ветвей,расположенных одна относительно другой на угол 6 /р, и соединенных междусобой дополнительной обмоткой 21 возбуждения, ось которой совпадает сосью полюсов индуктора 20 генератора 1, Дополнительная обмотка 21возбуждения подключена к выходу первого усилителя 13 тока через первыйдополнительный датчик 15 тока, Входпервого усилителя 13 подключен квыходу первого пропорционально-интегрального регулятора 11, первыйвход которого подключен к выходу первого вычислительного устройства 9,а второй вход объединен с первымвходом первого вычислительного устройства 9 и подключен к выходу первого дополнительного датчика 15 тока. Второй двухканальный вход первого вычислительного устройства 9подключен к первому дополнительномувыходу системы 4 управления, а ш -фазный вход этого вычислительногоустройства 9 подключен к выходу шфазиого датчика 17 тока якоря гене. -ратора 1,Каждая фаза кольцевой обмотки 22якоря ЭМП 2 выполнена из двух вет"вей, расположенных одна относительнодругой на угол /р и соединенныхмежду собой своими разноименнымивыводами. Индуктор 23 ЭМП 2 снабжендополнительной обмоткой 24 возбуждения, ось которой совпадает с осьюполюсов индуктора 23 ЭМП 2. Дополнительная обмотка 24 возбужденияЭМП 2 подключена к выходу второгоусилителя 14 тока через второй дополнительный датчик 16 тока. Входвторого усилителя 14 подключен квыходу второго пропорцнонально-.интегрального регулятора 12 тока, первый вход которого подключен к выходу второго вычислительного устройства 10, а второй вход объединен спервым входом второго вычислительного устройства 10 и подключен квыходу второго дополнительного датчика 16 тока. Второй двухканальныйвход второго вычислительного устройства 10 подключен к второму дополнительному выходу системы 4 управле"ния, а ш -фаэный вход.этого вычислительного устройства 10 подключен 3 1534662Изобретение относится к электротехнике, а именно.к регулируемым машинам переменного тока различногоназначения при работе их от преоб 5разователя частоты, и может бытьиспользовано в автономной системеэлектрооборудования (АСЭ) транспортных средств с вентильными электродвигателями. 10Цель изобретения - уменьшениепульсаций вращающего момента, улучшение энергетических, динамическихи массогабаритных показателей и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя (ВД),На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема АСЭ с ВД;на фиг, 2 и 3 - векторные диаграммы 20изображающих векторов генератора иэлектромеханического преоьразователя (ЭМП); на фиг, 4 - функциональная схема вычислительного устройства; на фиг, 5 - функциональная схема блока моделирования потокосцеплений якоря; на фиг, 6 - конструктивная схема ЭМП и генератора с дат"чиками углового положения ротора;на фиг. 7 - конструктивная схема ЗОдиска ротора ЭМП и генератора.АСЭ (фиг. 1) содержит 2 р -полюсный ш,-фазный генератор 1 переменного тока и вентильный электродвигатель, включающий в себя 2 р -полюсныйш -фазный ЭМП 2, обмотки якорей которых связаны через преобразователь3 частоты, управляющий вход которого подключен к выходу системы 4 уп"равления (СУ), датчик 5 углового по" 40ложения ротора генератора 1, установленный на оси 6, датчик 7 углового положения ротора ЭМП 2, уста"новленный на оси 8, первое 9 и второе 10 вычислительное устройства, 5два пропорционально-интегральных ре"гулятора 11 и 12 тока, два усилителя 13 и 14 тока, два дополнительныхдатчика 15 и 16 тока, ш -фазныйдатчик 17 тока якоря генератора 1, 5 Ош -фаэный датчик 18 тока якоря ЭМП 2,СУ 4 снабжена двумя дополнительными выходами, входами для регулирования угла запаздывания и угла опе"режения и информационными входами,подключенными соответственно к выходам датчиков 5 и 7 углового положения роторов генератора 1 и ЭМП 2,выходные сигналы которых пропорцио(2) 50где 6,55"с 1 д фХ 5 1к выходу щ, -фазного датчика 18 токаякоря ЭМП 2,Каждое вычислительное устройство9 и 1 О (фиг, 4) включает в себя двакоординатных преобразователя 25 и26, блок 27 моделирования потокосцеплений якоря, блок 28 выделениясреднего значения, блок 29 суммирования, блок 30 деления, выход которого является выходом вычислительныхустройств 9 и 10, а вход делимогоподключен к выходу блока 29 суммирования, первым входом соединенногос выходом блока 28 выделения среднего значения. Вход блока 28 соединенс вторым входом блока 29 суммирования и с выходом второго координатного преобразователя 26, первый ивторой входы которого соединены сопервым и вторым выходами блока 27моделирования потокосцеплений якоря,первым и вторым входами соединенногос первым и вторым выходами первогокоординатного преобразователя 25,третьим входом - с источником эквивалентного сигнала, а четвертый входблока 27 моделирования является первым входом вычислительного устройства 9 и 1 О. Вход делителя блока 30деления, третий вход второго координатного преобразователя 26, первыйвход первого координатного преобразователя 25 объединены и представляют собой первый канал второго двухканального входа вычислительногоустройства 9 и 10, Четвертый входвторого координатного преобразователя, 26, второй вход первого координатного преобразователя 25 объединены и представляют собой второй канал второго двухканального входа вычислительных устройств 9 и 1 О, а щ 1 фаэный или щ -фазный вход первогокоординатного преобразователя 25 является щ-фазным или щ -фазным входами вычислительных устройств 9 и 10.В АСЭ при фазовом регулировании напряжения генератора 1 и напряженияЭМП 2 эквивалентный выпрямленный ток(модуль вектора тока якоря) ЭМП 2содержит, кроме постоянной составляющей, переменные составляющие тока, которые и являются причинойпульсации вращающего момента и ухудшения энергетических показателей ВД.Кроме того, вращающий момент ВД является пульсирующим даже при идеально сглаженном эквивалентном выпрям 534662 Ьленном токе ЭМП 2 ввиду дискретногохарактера изменения положения векто".ра тока якоря ЭМП 2, что приводитпри низких частотах вращения к явлению шагания ВД, ограничивая теми 1самым диапазон регулирования частотывращения АСЭ с ВД, Дискретный характер изменения положения вектора тока якоря генератора 1 вызывает пульсации электромагнитного момента генератора 1 и приводит к ухудшениюего энергетических показателей,Пульсации эквивалентного выпрямленного тока и момента, обусловленные фазовым регулированием напряжения ЭМП 2 и дискретным характеромизменения вектора тока якоря ЭМП 2,можно устранить, если проекцию век тора основного потокосцепления якоря ЭМП 2 на направление.д, ортогональное вектору току якоря ЭМП 2поддерживать равной ее среднему значению путем регулирования тока возбуждения ЭМП 2 по продольной оси Йд для чего необходимо компенсировать переменную составляющую проекции вектора основного потокосцепления й(3 рд в выражении, электромагнит ного момента (фиг. 2) Мд = (С 1 р д + Ь(ф бд) хд где(б - среднее значение проек ции вектора основногопотокосцепления на направление Ед, ортогональное вектору тока якоряЭМП 2 д,40 Из диаграммы изображающих векторов(фиг, 2) необходимая величина потокосцепления дополнительной обмотки24 возбуждения ЭМН 2 по продольнойоси й определяетсяЧ,1 Д =ЦУ д/совъ+ 12нп6 оугол опережения включения при холостом ходе, определяемый установкой датчика 7 углового положения ротораЭМП 2;ток возбуждения и индуктивное сопротивление рассеяния дополнительной продольной обмотки 24 возбуядения ЭМП 2.где и - среднее значение проек обгции вектора основного потокосцепления на направление Гг, ортогональноевектору тока якоря генератора 1Из диаграммы изображающих векторов (Фиг. 3) необходимая величина потокосцепления дополнительной обмотки 21 возбуждения генератора 1 по продольной оси й определяется так: 30 3569,1,= Й(/сов С, + 61(4) Гф.где сг оЫ - угол запаздывания включенияпри холостом ходе, определяемый установкой датчика5 углового положения роторагенератора 1; 11 йгХ - ток возбуждения и индуктиво 1 гное сопротивление рассеяниядополнительной продольнойобмотки 21 возбуждения генератора 1,Диаграммы изображающих векторов(Фиг. 2 и 3) для простоты рассмотрения построеныдля углов коммутациитока в Фазах ЗМП 2 и генератора 1,равных Фг1 = 0 (принудительнаякоммутация), При наличии углов коммутации вычислительные устройства 9и 10 определяют проекции переменных 50 Аналогично можно устранить пульсации эквивалентного выпрямленного. тока и момента, обусловленные Фазовым регулированием напряжения генератора 1 и дискретным характером5 изменения вектора тока якоря генератора 1. Для этого проекцию вектора основного потокосцеппения якоря генератора 1 на направление Е, ортого нальное вектору. тока якоря генератора 1 1 , необходимо поддерживать равной ее среднему значению путем регулирования тока возбуждения генератора 1 по продольной оси й, для 15 чего необходимо компенсировать переменную составляющую проекции вектора основного потокосцепления Ь 55 г в выражении электромагнитного момента (Фиг, 3): составляющих основного потокосцепления Ь, 6 (1с учетом их амплитуд и Фаз на коммутационном интервале, При этом регуляторы 11 и 12 тока позволяют с достаточной для практики точностью поддерживать как в статике, так и в динамике проекции векторов основного потокосцепления р о4 на уровне, соответствующем их средним значениям, включая и коммутационные интервалы, Первые слагаемые в выражениях (2) и (4) Формируются с помощью вычислительных устройств 9 и 10, выходные сигналы которых подаются на первые входы пропорционально-интегральных регуляторов 11 и 12 тока, на вторые входы которых подаются сигналы, пропорциональные токам возбуждения дополнительных продольных обмоток 21 и 24 возбуждения генератора 1 и ЭМП 2, Масштабные козФФициенты на входах регуляторов 11 и 12 выбираются так, что суммарный сигнал определяется выражениями (2) и (4),За счет интегральных составляющих на выходах регуляторов 1 и 12 вырабатывается сигнал, обеспечивающий после усиления усилителями 13 и 14 необходимое напряжение на дополнительных обмотках 21 и 24 возбуждения генератораи ЭМП 2, требуемое для поддержания проекции вектора основного потокосцепления якоря генератоРа 1 и ЭМП 2 (1 г и(1) на УРовне, равном их средним значениям, Выбор соответствующих передаточных Функций регуляторов 11 и 12 тока дополнительных обмоток 21 и 24 возбуждения обеспечивает динамику процесса регулирования возбуждения.Вычислительные устройства 9 и 10 предназначены для определения переменных составляющих проекций векторов основного потокосцепления генератора 1 и ЗМП 1 на оси, ортогональные векторам токов обмоток якоря генератора 1 и ЭМП 2, и моделирования части потокосцеплений дополнительных обмоток 21 и 24 возбуждения генератора 1 и ЭМП 2 согласно выражениям (2) и (4), Для этого применяется первый координатный преобразователь 25, который состоит из типовых множительных и суммирующих элементов и реализует преобразование тока от Фазовых составляющих к продольной и поперечной составляющим по сигналам6210 9 .1 5346 датчиков 17 н 18 и по сигналам датчиков 5 или 7 углового положения роторов генератора 1 или ЭИП 2. Моделирование основных потокосцеплений якоря по осям 6, с 1 осуществляется в блоке 27 моделирования продольной и поперечной составляющих потокосцеплений (Фиг. 5). Нелинейные элементы 31 и 32 имеют одинаковые характеристики и определяют зависимость основного потока у от результирующей намагиичивающей силы 1, т.е. (= = Г, Намагничивающие силы 1, одной половины полюса определяются суммой намагиичивающих сил по продольной и поперечной осям (фиг. 5)МВ 0,5(В + Ю),111 0,5(У, + 11),% адругой половини полюса х - разностью Этим намагиичивакнщим силам соответствуют потокосценления), и ц, т.е.выходы нелинейных элементов 31 и 32 Масштабные коэициенты усилителей33 и 34 выби.аагая так, что суммарные сигнал на выходах этих усилителей определяются выражениями Далее составляющие основного потокосцепления по осям 4, 9 поступают вовторой координатныйпреобразователь26, состоящий иэ типовых множительных и суммирующих элементов и осуществляющий переход из продольной ипоперечной составляющих основногопотокосцепления к составляющей основного потокосцепления(р, ортогональйой вектору тока якоря, по следующему соотношению:В 6 Ч" соз -1 здпС,ь" 1Составляющая основного потокосцепленияподается на вход блока 28выделения среднего значения, на выходе которого получают среднее значение основного потокосцепления о,Блок 28 может быть выполнен в виде 25 за 35 40 4 50 55 интегратора. Переменную составляющую основного потокосцепления А бполучают на выходе блока 29 суммирования как разность составляющихиподаваемых на вход блока 29 суммирования. На выходе блока 30 деления получают сигнал, необходимый для моделирования потокосцепления продольной дополнительной обмотки 2 или 24 возбуждения Генератор 1 и ЭИП 2 (Лиг. 6 и 7) выполнены скомбинированным возбужде" кием, при этом якори генератора 1 и ЭИП 2 содержат ш,-фаэную генератора 1 и т -разную ЭИП 2 кольцевые обмотки 19 и 22, жестко закрепленные на тороидальном магнитопроводе 35, зафиксированном неподвижно относительно корпуса 36 с помощью наружной немагнитной втулки 37, а индукторы 20 и 23 генератора 1 и ЭИП 2 расположены с двух торцовых сторон якоря и состоят из магнитопроводящих секторов 38, образующих многополюсную систему, жестко закрепленных на внутренней и внешней магнитопроводящих втулках 39 и 40, разделенных между собой немагнитной втулкой 41 индукторов 20 и 23 генератора 1 и ЭМП 2.Число магнитопроводащих секторов 38 равно числу полюсов, оси секторов 38, примыкающих к одной стороне якоря, совпадают с осью секторов 38, примыкающих к другой стороне якоря. Внутренняя магеитопроводящая втулка 39 жестко закреплена на валу 42, внешняя магнитопроводящая втулка 40 жестко прикреплена к внутренней магнитопроводящей втулке 39 через не- магнитную втулку 41 индукторов 20 и 23 генератора 1 и ЭИП 2. Нри этом на магнитопроводящих секторах 38 внутренней магнитопроводящей втулки 39, примыкающих к одной стороне якоря, закреплены полюсы 43 из магнито-. твердого материала одной полярности, а примыкающих к другой стороне яко- ря - полюсы 43 из магнитотвердого материала другой полярности, на магнитонроводящих секторах 38 внешней магнитопроводящей втулки 40 закреплены полосы 44 из магнитомягкого материала.Дополнительные обмотки 21 и 24 генератора 1 и ЭИП 2 выполнены в ви 1534662 12де цилиндрической катушки 45, закрепленной неподвижно относительно сектора через внутреннюю немагнитную втулку 46 и расположенной в пространстве, ограниченном внутренним диамет" ром кольцевых обмоток 19 и 22 генератора и ЭИП 2 и наружным диаметром внешней магнитопроводящей втулки 40, с торцов обмотки 21 и 24 возбуждения генератора 1 и ЭМП 2 примыкают через рабочий зазор к внутренним торцовымповерхностям магнитопроводящих секторов 38. К наружной торцовой поверхности магнитопроводящих секторов 38одной активной стороны индукторов 20и 23 генератора 1 и ЭМП 2, напримерправой, прикреплен ротор 47 датчикауглового положения, выполненного ввиде бесконтактного синусно-косинусного вращающегося трансформатора дискового типа с кольцевыми высокочастотными трансформаторами 48, статор 49 которого закреплен на внутренней торцовой поверхности подшипникового щита 50.Принцип действия электрических манин синхронного типа с комбинированным возбуждением известен, Лучшееиспользование активного объема машины достигается в машинах за счет второй активной стороны катушки статора. При этом улучшается тепловое состояние машины, так как увеличивается теплоохлаждающая поверхность обмоток статора. Дополнительная обмотка возбуждения машины, почти не увеличивая занимаемого машиной объема, приводит к образованию дополнительного электромагнитного момента, причем этот момент изменяется по величине в соответствии с сигналом управления. Наличие двух магнитопроводящих контуров (контура магнитоэлектрического типа и контура электромагнитного типа) позволяет осуществлять независимое электромеханическоп преобразование с суммированием электромагнитных моментов на общем валу. Расширение функциональных возможностей в электрических машинах такого типа позволяет использовать их как в качестве генераторов с регулируемым напряжением, так и в качестве двигателей, управляемых по моменту и частоте вращения,Формула изобретения1, Автономная система электрооборудования с вентильным электродвигателем, содержащая 2 р -полюсныйш,-фазный генератор переменного токаи вентильный электродвигатель, включающий в себя 2 р -полюсный ш -фазный 5электромеханический преобразователь,обмотки якорей которых выполнены покольцевой схеме и связаны через преобразователь частоты, управляющийвход которого подключен к выходу системы управления, снабженной входамидля регулирования угла запаздыванияи угла опережения и информационными входами, подключенными соответственно к выходам датчиков угловогоположения ротора электромеханического преобразователя и генератора,п 1,-фазный датчик тока якоря генератора и ш-фазный датчик тока якоряэлектромеханического преобразователя, отличающаяся тем,что, с целью уменьшения пульсацийвращающего. момента, улучшения энергетических, динамических, массогаба ритных показателей и расширения диапазона регулирования частоты вращения, в нее дополнительно введеныпервое и второе вычислительные устройства, два пропорционально-интегральных регулятора тока, два усилителя тока и два дополнительных датчика тока, система управления снабжена двумя дополнительными выходами,а индуктор электромеханического пре"образователя и индуктор генератораснабжены дополнительной обмоткой возбуждения, каждая ось которой совпадает с осью полюсов соответствующегоиндуктора, обмотки якоря генератора 40 и электромеханического преобразователя выполнены кольцевыми, каждаяфаза обмоток якоря электромеханичес"кого преобразователя и генераторавыполнена из двух ветвей, располо"женных одна относительно другой наугол й/р у генератора и Ф/р уэлектромеханического преобразователяи соединенных между собой своими1разноименными выводами, дополнитель"ная обмотка возбуждения генератораподключена к выходу первого усилителя тока через первый дополнительный датчик тока, вход первого усилителя подключен к выходу первого пропорционально-интегрального регулятора, первый вход которого подключенк выходу первого вычислительногоустройства, а второй вход объединенс первым входом первого вычислитель 13141534 ЬЬ 2ного устройства и подключен к выходу первого дополнительного датчика тока, второй двухканальный вход первого вычислительного устройства под 5 ключен к первому дополнительному выходу системы управления, а ш 1-фазный вход этого вычислительного устройства подключен к выходу ш,-фазного датчика тока якоря генератора, дополнительная обмотка возбуждения электромеханического преобразователя подключена к выходу второго усилителя тока через второй дополнительный датчик тока, вход второго усилителя подключен к выходу второго пропорционально-интегрального регулятора, первый вход которого подключен к выходу второго вычислительного устройства, а второй вход объединен с первым входом второго вычислительного устройства и подключен к выходу второго дополнительного датчика тока, второй двухканальный вход второго вычислительного устройства подклю чен к второму дополнительному выходу системы управления, а ш -фазный вход этого вычислительного устройства подключен к выходу ш -фазнЬго датчика тока якоря электромеханического преобразователя, причем каждое вычислительное устройство включает в себя два координатных преобразователя, блок моделирования потокосцеплений якоря блок выделения среднего знаЭ35 чения, блок суммирования, блок деления, выход которого является выходом вычислительного устройства, а вход делимого подключен к выходу блока суммирования, первым входом соединенного с выходом блока выделения среднего значения, вход которо,го соединен с вторым входом блока суммирования и выходом второго координатного преобразователя, первый н второй входы которого соединены с первым и вторым выходами блока моделирования потокосцеплений якоря, первым и вторым входами соединенного с первым и вторым выходами первого координатного преобразователя, тре 50 тьим входом - с ис точником зкв ив алентного сигнала, а четвертый вход блока моделирования является первым входом вычислительного устройства, вход делителя блока деления, третий вход второго координатного преобразователя и первый вход первого координатного преобразователя объедине" ны и представляют собой первый каналвторого двухканального входа вычислительного устройства, четвертыйвход второго координатного преобразователя, второй вход первого координатного преобразователя объединены и представляют собой второй каналвторого двухканального входа вычислительного устройства, а ш -фазныйвход первого координатного преобразователя является ш -фазным входомвычислительного устройства. 2. Система по и. 1, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что генератор и электромеханический преобразователь выполнены с комбинированным возбуждением, при этом кольцевые обмотки якоря генератора и электромеханического преобразователя, жестко закреплены на тороидальном магнитопроводе, зафиксированном неподвижно относительно корпуса с помощью наружной немагнитной втулки, а индуктор расположен с двух торцовых сторон якоря и состоит из магнитопроводящих секторов, образующих многополюсную систему, жестко закрепленных на внутренней и внешней магнитопроводящих втулках, разделенных между собой немагнитной втулкой индуктора, число магнитопроводящих секторов равно числу полюсов, оси секторов, примыкающих к одной стороне якоря, совпадают с осью секторов, примыкающих к другой стороне якоря, внутренняя магнитопроводящая втулка жестко эак" реплена на валу, внешняя магнитопроводящая втулка жестко прикреплена к внутренней маГнитопроводящей втулке через немагнитную втулку индуктора, на магнитопроводящих секторах внутренней магнитопроводящей втулки, примыкающих к одной стороне якоря, закреплены полюсы из магнитотвердого материала одной полярности, а примыкающих к другой стороне якоряполюсы из магнитотвердого материала другой полярности, на магнитопроводящих секторах внешней магнитопроводящей втулки закреплены полюсы из магнитных материалов, дополнительная обмотка возбуждения выполнена в виде цилиндрической катушки и расположена в пространстве, ограниченном внутренним диаметром кольцевой обмотки ста" тора и наружным диаметром внешней магнитопроводящей втулки индуктора, 15. 1534662а с торпов обмотка возбуждения примькает через рабочий зазор к ннутренним торцовым поверхностям магнитопроводящих секторов.

Заявка

4275862, 18.05.1987

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОМАШИНОСТРОЕНИЯ

ЕВСЕЕВ РУДОЛЬФ КИРИЛЛОВИЧ, САЗОНОВ АРЕФИЙ СЕМЕНОВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Автономная система электрооборудования с вентильным электродвигателем

Похожие патенты

К рангов приоритетов 4 р содержит третью группу элементов И, группу элементов НЕ и третью группу элементов ИЛИ, причем старший по рангу К -вход узла соединен с его К-выходом,(К)-вход связан с первым входом элемента И третьей группы, выход которого подсоединен к (К) - выходу узла, а второй вход этого элемента И связанс выходом элемента НЕ, вход которого соединен с К входом узла, последующие (К)-входы узла связаны с соответствующими первьми входами элементов И третьей группы, выходы которых являются выходами (К) рангов приоритета узла, а вторые входы этих элементов И третьей 55 группы соединены с выходами элементов НЕ, входы которых связаны с соответствующими выходами элементов ИЛИ третьей группы, входы последних связа" ны с предыдущими...

В недалеком будущем электромобили смогут полностью заменить автомобили с ДВС. Множество компаний по всему миру сосредоточили все усилия, чтобы разработать электромобиль, а способствует этому рост цен на нефтепродукты. Кроме того, актуальность электромобилей состоит еще и в том, что атмосфера становится все более загрязненной, поэтому нужно бороться с вредными выбросами двигателей внутреннего сгорания.

На данный момент самыми крупными рынками электромобилей являются такие ведущие страны как США, Япония, а также ряд европейских стран. Если говорить о компаниях-производителях, то лидирующие места занимают такие акулы автомобилестроения как Nissan, Toyota, Ford и др. К сожалению, наша родина еще не может похвастаться выпуском электромобилей, если не учитывать модель Lada Ellada, которая была создана энтузиастами, причем на импортных деталях.

Если говорить о том, что же такое электрический автомобиль, то под этими словами стоит понимать транспортное средство, приводимое в движение специальными электрическими двигателями. Питание электродвигателя осуществляется от солнечной батареи, специализированных топливных элементов или аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея требует подзарядки через определенное время работы, которая осуществляется как от различных источников извне, так и от генератора, который устанавливается на борту автомобиля. Последний способ имеет особенность – генератор приводится в движение простым двигателем, так что такое авто стоит считать не электромобилем, а разновидностью гибридных автомобилей.

Некоторые компании ведут работы по направлениям – разработки новейших моделей, и адаптации серийных автомобилей. Если говорить о предпочтении, то оно отдается последнему, потому как требует меньших затрат.

Электромобили разделяют на 3 условные группы:

— городские, с максимальной скоростью до 100 км/ч;

— шоссейные, максимальная скорость которых более 100 км/ч;

— спортивные. Их максимальная скорость более 200 км/ч.

Конструкция электромобиля, в отличие от авто с двигателями внутреннего сгорания, немного проще, но она более надежна, ведь в ней минимальное количество подвижных деталей и узлов. В электромобиле главными конструктивными составляющими являются: трансмиссия, качественный аккумулятор, специальное бортовое зарядное устройство, электронная система управления и т. д. Для того чтобы обеспечить питание главного тягового электродвигателя, в автомобиле установлена мощная тяговая аккумуляторная батарея. На электромобили устанавливают литий-ионную батарею, которая состоит из нескольких модулей, соединенных между собой. Выдаваемый ток такой батареи составляет порядка 300 Вт постоянного тока, а ее емкость полностью соответствует мощности электродвигателя.

Тяговый двигатель – это несколько трехфазных асинхронных либо синхронных электрических машин, работающих от переменного тока. Их мощность начинается от 15 кВт. Максимальная мощность может быть более 200 кВт. Если сравнивать электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), то эффективность первого по отношению к последнему составляет 90%:25%. Кроме того, у электродвигателя существует ряд других преимуществ, которые также очень важны и востребованы, а именно:

— максимального крутящего момента можно добиться при любой скорости;

— конструкция достаточно проста и нет необходимости в дополнительном охлаждении;

— может работать и в режиме генератора.

Существует определенный ряд моделей электрокаров, которые собраны с применением двух и более электродвигателей. Это необходимо для того, чтобы привести каждое отдельное колесо в движение или сразу несколько, добиваясь повышения тяговой мощности. Для сокращения трансмиссии, производители зачастую встраивают электродвигатели непосредственно в колеса. Такой подход имеет существенный минус – автомобилем становится трудно управлять. Это обусловлено тем, что увеличиваются неподрессоренные массы.

У автомобиля простая трансмиссия, поэтому на подавляющем количестве моделей она представлена простым одноступенчатым редуктором. Имеется очень полезная вещь – бортовое зарядное устройство. Оно дает вам возможность зарядить ваш электрокар от обычной розетки. Чтобы преобразовать постоянное высокое напряжение, выдаваемое аккумуляторной батареей в трехфазное — переменное, производители используют специализированный инвертор. Кроме того, такой преобразователь также предназначен для того, чтобы заряжать дополнительную 12 Вт батарею. Она нужна для питания других узлов и приспособлений. К ним относятся кондиционер, электрический усилитель руля, аудиосистема и др.

Интересные и полезные функции берет на себя электронная система управления. Она ответственна за безопасность, энергосбережение и за комфорт пассажиров. Если углубиться, то система управления необходима еще и для того, чтобы:

— управлять высоким напряжением;

— производить регулирование тяги;

— обеспечивать оптимальное движение;

— оценивать насколько хватит заряда батареи;

— управлять тормозной системой и контролировать расход энергии от аккумулятора.

Эта система объединяет в себе определенные входные датчики, блок управления и другие устройства, которые имеются в электромобиле.

Хотя автомобили с ДВС и электродвигателем похожи, их эксплуатация значительно различается. Именно она препятствует полномасштабному выпуску таких автомобилей. Главное, что оттолкнет потенциальных покупателей – цена. Еще отталкивает длительное время зарядки аккумулятора и не самая лучшая автономность. Их высокая цена объясняется тем, что производство литий-ионных аккумуляторов дорогостоящее, а срок их службы не превышает 7 лет. Плюсом электрического автомобиля является более низкая стоимость его содержания. Если говорить об эксплуатации, то наиболее выгодно она в странах, где процесс производства электроэнергии мало зависит от топлива.

В настоящее время электрокары характеризуют как транспорт для города. Почему? Дело в том, что автономность автомобиля невысока, а величина пробега до потребности в зарядке зависит от множества факторов. Характер вождения, покрытие трассы и многое другое влияет на показатель автономности. Сейчас производители добились пробега в 150 км без необходимости зарядки, но это при скорости 70 км/ч. Если скорость вашего движения будет около 130 км/ч, то вы проедите не более 70 км. Сейчас имеются специальные технологии, которые могут позволить увеличить автономность где-то до 300 км. Одной из таких технологий является рекуперативное торможение, которое способно возвратить до 30% затраченной энергии. Еще на такие авто устанавливают аккумуляторные батареи с повышенной емкостью и электронные системы, отвечающие за оптимизацию всех происходящих процессов.

Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.

Принцип работы и устройство

Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с (ДВС). Последний вариант – гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.

Виды

Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.

Их можно условно классифицировать по типу тока:

устройства переменного тока;
конструкции постоянного тока;
решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).

" статьёй Автономное энергоснабжение: вечный двигатель . Где расскажем вам о том, что такое вечный двигатель — и каким он может стать в домашних условиях. А также предложим небольшую видео-демонстрацию одного из примеров.

Автономное энергоснабжение и вечный двигатель — это как два сапога пара. Только не реальные, а идеальные. Ведь, представьте себе, если бы существовали вечные двигатели, то автономное энергоснабжение дома было бы элементарным делом! Однако, существует ряд нюансов, которые препятствуют осуществлению этой мечты. Однако, с другой стороны, существуют и , как-таки решить этот вопрос.

Итак, начнём по порядку. Автономное энергоснабжение (система автономного электропитания, САП, САЭП) — это совокупность источников и систем преобразования электрической энергии, которые существуют автономно, независимо от центрального энергоснабжения, и питают отдельный небольшой обЪект, например, .

Система автономного электроснабжения (САЭ) может включать в себя:

источник электроэнергии; например: газо-, бензо- дизельную электростанцию или генератор, обязательно с электростартером, а также автономные источники питания от солнца или ветра
систему преобразования электроэнергии; — инвертор (обычно двунаправленный), служит для преобразования постоянного тока в переменный (220/380 В), а также для подзарядки батарей
систему автоматического пуска генератора (САП); (также называется: „устройство автоматического пуска“, „система автозапуска генератора“) — прибор для запуска генератора при пропадании внешней сети, либо по команде;
блок коммутации; — автоматика управления и слежения за системой;
аккумуляторные батареи; — для накопления электрической энергии
подвод внешней электроэнергии из сети;
стабилизатор напряжения

Другая часть темы статьи — вечный двигатель. Вечный двигатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое устройство, позволяющее получать полезную работу, большую, чем количество сообщённой ему энергии (КПД больше 100 %). Вечные двигатели бывают разными. Так, известны:

Вечный двигатель первого рода — устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
Вечный двигатель второго рода — машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.

Соответственно, если бы и существовали вечные двигатели, то они бы очень хорошо подошли бы для освещения и обогрева вашего дома. Однако, ни первый, ни второй род без вмешательства инопланетян пока не реализуемы 🙂

Тем не менее, успешно существуют вечные двигатели третьего рода . Которые как раз и могут быть установлены практически в любом жилище. И которые используются уже много тысяч лет посвящёнными.

Вечные двигатели третьего рода не претендуют на то, чтобы их коэффициент полезного действия был больше 100 %. И не претендуют на то, чтобы тепло от более холодных тел переходило к более горячим телам. Они претендуют лишь на потенциальную вечность — то есть, если энергию будет кому вырабатывать, то это будет происходить вечно. Ну, или, по крайней мере, достаточно долго.

Вы можете сказать: "Но, позвольте, таких вечных двигателей третьего рода вокруг полным полно!" И будете совершенно правы. Далее, вы можете сказать, что любой двигатель, допустим, внутреннего сгорания — это и есть вечный двигатель третьего рода. И здесь вы ошибётесь. Потому что двигатели, подобные двигателю внутреннего сгорания, изнашиваются намного быстрее, чем проходит вечность. Иногда даже быстрее, чем хорошие ботинки.

Тогда как мы ведём речь о вечных двигателях третьего рода, которые могут работать очень и очень долго. Конечно, "вечный" — это, собственно, перебор. Но "долгоиграющий" — это самое оно. Итак,

вечный двигатель третьего рода — это двигатель, который вырабатывает энергию усилиями человека (или нескольких людей).

Обратите внимание — не усилиями машин, воды, турбин, ветра. А именно человека. То есть, пока человек крутит, энергия вырабатывается. Перестали крутить, ушли покурить — и энергии нет.

Может возникнуть вопрос: "А в чём тут вечность?" Вечность в том, что из-за незначительности усилий, которые прикладывает человек, двигатель не будет быстро изнашиваться. И правильно построенный вечный двигатель третьего рода исправно послужит и вам, и вашим детям, и вашим внукам.

Вечный двигатель третьего рода имеет множество вариантов. Мы нашли один, наиболее реализуемый практически. О чём и предлагаем посмотреть небольшой видео-ролик:

umryyZQtFfw

Вот и вечный двигатель 🙂

Конечно, путём рассуждений и усовершенствований можно повысить КПД данной модели. Можно придумать более совершенную модель — ведь человек ходит по комнатам своего жилища целыми днями! Стоит как-то превратить это бесцельное хождение в выработку энергии — и вечный двигатель третьего рода реализован.

Итак, вечный двигатель третьего рода в перспективе организации автономного энергоснабжения дома — это очень полезная и легко реализуемая вещь.

И, кстати, по слухам, она уже давно используется на практике в промышленных масштабах: