ДВС РОТОРНЫЙ EMDRIVE РАСКОКСОВКА HONDAВИДЫ
Главная Асинхронный двигатель Плюсы и минусы асинхронного двигателя

Гибридный Двигатель Плюсы И Минусы. Плюсы и минусы асинхронного двигателя


Асинхронный двигатель как генератор - суть процесса, его плюсы и минусы

Главная » Электрооборудование » Электродвигатели » Трёхфазные » Может ли работать асинхронный двигатель как генератор — как его использовать в домашних условиях?

Может ли работать асинхронный двигатель как генератор — как его использовать в домашних условиях?

В электротехнике существует так называемый принцип обратимости: любое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую, может делать и обратную работу. На нем основан принцип действия электрических генераторов, вращение роторов которых вызывает появление электрического тока в обмотках статора.

Теоретически можно переделать и использовать любой асинхронный двигатель в качестве генератора, но для этого надо, во-первых, понять физический принцип, а во-вторых, создать условия, обеспечивающие это превращение.

Вращающееся магнитное поле – основа схемы генератора из асинхронного двигателя

В электрической машине, изначально создающейся как генератор, существуют две активные обмотки: возбуждения, размещенная на якоре, и статорная, в которой и возникает электрический ток. Принцип её работы основан на эффекте электромагнитной индукции: вращающееся магнитное поле порождает в обмотке, которая находится под его воздействием, электрический ток.

Магнитное поле возникает в обмотке якоря от напряжения, обычно подаваемого с аккумулятора. ну а его вращение обеспечивает любое физическое устройство, хотя бы и ваша личная мускульная сила.

Конструкция электродвигателя с короткозамкнутым ротором (это 90 процентов всех исполнительных электрических машин) не предусматривает возможности подачи питающего напряжения на обмотку якоря.

Поэтому, сколько бы вы ни вращали вал двигателя, на его питающих клеммах электрического тока не возникнет.

Тем, кто хочет заняться переделкой асинхронного двигателя в генератор, надо создавать вращающееся магнитное поле самостоятельно.

Создаем предусловия для переделки

Двигатели, работающие от переменного тока, называют асинхронными. Все потому, что вращающееся магнитное поле статора чуть опережает скорость вращения ротора, оно как бы тянет его за собой.

Используя тот же принцип обратимости, приходим к выводу, что для начала генерации электрического тока вращающееся магнитное поле статора должно отставать от ротора или даже быть противоположным по направлению. Создать вращающееся магнитное поле, которое отстает от вращения ротора или противоположно ему, можно двумя способами.

Затормозить его реактивной нагрузкой. Для этого в цепь питания электродвигателя, работающего в обычном режиме (не генерации), надо включить, например, мощную конденсаторную батарею. Она способна накапливать реактивную составляющую электрического тока – магнитную энергию. Этим свойством в последнее время широко пользуются те, кто хочет сэкономить киловатт-часы.

Если быть точным, то фактической экономии электроэнергии не происходит, просто потребитель немного обманывает электросчетчик на законной основе.

Накопленный конденсаторной батареей заряд находится в противофазе с тем, что создается питающим напряжением и «подтормаживает» его. В результате электродвигатель начинает генерировать ток и отдавать его обратно в сеть.

Для одновременного подключения потребителей электроэнергии к трех фазам служит специальное электромеханическое устройство — магнитный пускатель, об особенностях правильной установки которых можно прочитать здесь.

На практике этот эффект применяется в транспорте на электрической тяге. Как только электровоз, трамвай или троллейбус идут под уклон, к цепи питания тягового электродвигателя подключается конденсаторная батарея и происходит отдача электрической энергии в сеть (не верьте тем, кто утверждает, что электротранспорт дорог, он почти на 25 процентов обеспечивает энергией сам себя).

Такой способ получения электрической энергии не есть чистая генерация. Чтобы перевести работу асинхронного двигателя в режим генератора, надо использовать метод самовозбуждения.

Самовозбуждение асинхронного двигателя и переход его в режим генерации может возникнуть из-за наличия в якоре (роторе) остаточного магнитного поля. Оно очень мало, но способно породить ЭДС, заряжающее конденсатор. После возникновения эффекта самовозбуждения конденсаторная батарея подпитывается от произведенного электрического тока и процесс генерации становится непрерывным.

Секреты изготовления генератора из асинхронного двигателя

Чтобы превратить электромотор в генератор надо использовать неполярные конденсаторные батареи. Электролитические конденсаторы для этого не годятся. В трехфазных двигателях конденсаторы включаются звездой или треугольником. Соединение «звездой» позволяет начать генерацию на меньших оборотах ротора, но величина напряжения на выходе будет несколько ниже, чем при соединении «треугольником».

Также можно сделать генератор из однофазного асинхронного двигателя. Но для этого годятся лишь те, которые имеют короткозамкнутый ротор, а для запуска используют фазосдвигающий конденсатор. Коллекторные однофазные двигатели для переделки в генератор не годятся.

Рассчитать в бытовых условиях величину потребной емкости конденсаторной батареи не представляется возможным.

Поэтому домашний мастер должен исходить из простого соображения: общий вес конденсаторной батареи должен быть равен или немного превышать вес самого электродвигателя.

На практике это приводит к тому, что создать достаточно мощный асинхронный генератор почти невозможно, поскольку чем меньше номинальные обороты двигателя, тем он больше весит.

Оцениваем уровень эффективности — выгодно ли это?

Как видите, заставить электродвигатель генерировать ток можно не только в теоретических измышлениях. Теперь надо разобраться, насколько оправданы усилия по «изменению пола» электрической машины.

Во многих теоретических изданиях главным преимуществом асинхронных генераторов представляют их простоту. Честно говоря, это лукавство. Устройство двигателя ничуть не проще устройства синхронного генератора. Конечно, в асинхронном генераторе нет электрической цепи возбуждения, но она заменена на конденсаторную батарею, которая сама по себе является сложным техническим устройством.

Зато конденсаторы не надо обслуживать, а энергию они получают как бы даром – сначала от остаточного магнитного поля ротора, а потом – от вырабатываемого электрического тока. Вот в этом и есть главный, да и практически единственный плюс асинхронных генераторных машин – их можно не обслуживать.

Такие источники электрической энергии применяются в домашних автономных электростанциях. приводимых в действие силой ветра или падающей воды.

Еще одним преимуществом таких электрических машин является то, что генерируемый ими ток почти лишен высших гармоник. Этот эффект называется «клирфактор». Для людей далеких от теории электротехники его можно объяснить так: чем ниже клирфактор, тем меньше тратится электроэнергии на бесполезный нагрев, магнитные поля и прочее электротехническое «безобразие».

У генераторов из трехфазного асинхронного двигателя клирфактор обычно находится в пределах 2%, когда традиционные синхронные машины выдают минимум 15. Однако учет клирфактора в бытовых условиях, когда к сети подключены разные типы электроприборов (стиральные машины имеют большую индуктивную нагрузку), практически невозможен.

Все остальные свойства асинхронных генераторов являются отрицательными. К ним относится, например, практическая невозможность обеспечить номинальную промышленную частоту вырабатываемого тока. Поэтому их почти всегда сопрягают с выпрямительными устройствами и используют для зарядки аккумуляторных батарей.

Кроме того, такие электрические машины очень чувствительны к перепадам нагрузки. Если в традиционных генераторах для возбуждения используется аккумулятор, имеющий большой запас электрической мощности, то конденсаторная батарея сама забирает из вырабатываемого тока часть энергии.

Если нагрузка на самодельный генератор из асинхронного двигателя превышает номинал, то ей не хватит электричества для подзарядки и генерация прекратится. Иногда используют емкостные батареи, объем которых динамически меняется в зависимости от величины нагрузки.

Однако при этом полностью теряется преимущество «простоты схемы».

Нестабильность частоты вырабатываемого тока, изменения которой почти всегда носят случайный характер, не поддаются научному объяснению, а потому не могут быть учтены и компенсированы, предопределило малую распространенность асинхронных генераторов в быту и народном хозяйстве.

Функционирование асинхронного двигателя как генератора на

http://elektrik24.net

legkoe-delo.ru

Плюсы и недочеты синхронных электродвигателей

Синхронные движки получили обширное распространение в индустрии для электроприводов, работающих с неизменной скоростью.

В качестве примера использования синхронных движков можно именовать очень всераспространенные на наших предприятиях высоковольтные (6-10 кВ) компрессоры с движками большой мощности. Когда-то у меня на одном из прошлых мест работы имелась компрессорная с 4-мя высоковольтными синхронным электродвигателями мощностью по 500 кВт каждый. Использовалась такая компрессорная (находилась в отдельном здании) для централизованного снабжения всего предприятия сжатым воздухом.

Можно повстречать синхронные электродвигатели также в качестве привода насосов большой мощности долгого режима работы. В ближайшее время, вследствие возникновения преобразовательной полупроводниковой техники, разрабатываются регулируемые синхронные электроприводы (с частотными преобразователями), уже есть сервоприводы с синхронными электродвигателями. Все это значительно расширяет сферу внедрения синхронных электродвигателей в наше время. Ну и не считая этого, очень всераспространены маломощные синхронные движки, которые употребляются в различной бытовой технике, часах и других устройствах.

Принцип деяния синхронного мотора основан на содействии вращающегося переменного магнитного поля якоря и неизменных магнитных полей полюсов индуктора. Обычно якорь размещен на статоре, а индуктор — на роторе. В массивных движках в качестве полюсов употребляются электромагниты (ток на ротор подаётся через скользящий контакт), в маломощных — неизменные магниты. Конкретно конструкция ротора и определяет более существенное отличие синхронных электродвигателей от асинхронных.

двигатель просит разгона до номинальной скорости вращения, до того как сумеет работать без помощи других. При таковой скорости крутящееся магнитное поле якоря сцепляется с магнитными полями полюсов индуктора — это именуется «вошёл в синхронизм».

Для разгона обычно употребляется асинхронный режим, когда обмотки индуктора замыкаются через реостат либо накоротко. После выхода на номинальную скорость индуктор запитывают неизменным током от выпрямителя.

В движках с неизменными магнитами применяется наружный разгонный двигатель (обычно асинхронный). Для асинхронного мотора применяется устройство плавного запуска.

Есть комбинированные варианты, в каких на роторе, совместно с неизменными либо электромагнитами, установлены короткозамкнутые обмотки. Время от времени на валу ставят маленькой генератор неизменного тока, который питает электромагниты.

Также употребляется частотный запуск, когда частоту тока якоря равномерно наращивают от очень малых до номинальных величин. Вероятен и оборотный вариант, когда частоту индуктора снижают от номинальной до 0, т.е. до неизменного тока.

Плюсы синхронных электродвигателей

Синхронный двигатель несколько труднее, чем асинхронный, но обладает рядом преимуществ, что позволяет использовать его в ряде всевозможных случаев заместо асинхронного.

1. Главным достоинством синхронного электродвигателя является возможность получения рационального режима по реактивной энергии, который осуществляется методом автоматического регулирования тока возбуждения мотора. Синхронный двигатель может работать, не потребляя и не отдавая реактивной энергии в сеть, при коэффициенте мощности (cos фи) равным единице. В этих критериях работающий синхронный двигатель нагружает сеть только активным током. По этой причине обмотка статора синхронного мотора рассчитывается на один активный ток (у асинхронного мотора эта обмотка рассчитывается на активный и реактивный токи). По этой причине при схожей номинальной мощности габариты синхронного мотора меньше, а его к.п.д. выше, чем асинхронного.

Если же для предприятия нужна выработка реактивной энергии, то синхронный электродвигатель, работая с перевозбуждением, может отдавать ее в сеть. Если ток возбуждения синхронного мотора значительно меньше номинального, то магнитный поток ротора индуктирует в обмотке статора э.д.с., наименьшую, чем напряжение сети – это условие, когда двигатель недовозбужден. Кроме активного тока, он нагружает сеть реактивным током, отстающим по фазе от напряжения на четверть периода, как намагничивающий ток асинхронного электродвигателя. Но если неизменный ток возбуждения больше номинального, то э.д.с. больше напряжения сети – двигатель перевозбужден. Он нагружает сеть, не считая активного тока, реактивным током, опережающим по фазе напряжение сети, совсем также как емкостной ток конденсатора. Как следует, перевозбужденный синхронный двигатель может подобно емкости облагораживать общий cos? промышленного предприятия, снижаемый индуктивными токами асинхронных движков.

2. Синхронные электродвигатели наименее чувствительны к колебаниям напряжения сети, чем асинхронные электродвигатели. Их наибольший момент пропорционален напряжению сети, в то время как критичный момент асинхронного электродвигателя пропорционален квадрату напряжения.

3. Синхронные электродвигатели имеют высшую перегрузочную способность. Не считая того, перегрузочная способность синхронного мотора может быть автоматом увеличена за счет увеличения тока возбуждения, к примеру, при резком краткосрочном повышении нагрузки на валу мотора.

4. Скорость вращения синхронного мотора остается постоянной при хоть какой нагрузке на валу в границах его перегрузочной возможности.

Слабеньким местом большинства электроприводов с синхронными движкам, существенно усложняющим эксплуатацию и повышающим издержки, многие годы являлся электромашинный возбудитель. В текущее время обширное распространение для возбуждения синхронных движков находят тиристорные возбудители. Они поставляются в комплектном виде.

Тиристорные коммутаторы возбудители синхронных электродвигателей более надежны и имеют более высочайший к.п.д. по сопоставлению с электромашинными возбудителями. С помощью их просто решаются вопросы рационального регулирования тока возбуждения для поддержания всепостоянства cos фи, напряжения на шинах, от которых питается синхронный двигатель, также ограничение токов ротора и статора синхронного мотора в аварийных режимах.

Тиристорными возбудителями оснащается большая часть выпускаемых больших синхронных электродвигателей. Они делают обычно последующие функции: запуск синхронного мотора с включенным в цепь обмотки возбуждения пусковым резистором, бесконтакное отключение пускового резистора после окончания запуска синхронного мотора и защиту его от перегрева, автоматическую подачу возбуждения в подходящий момент запуска синхронного электродвигателя, автоматическое и ручное регулирование тока возбуждения нужную форсировку возбуждения при глубочайших посадках напряжения на статоре и резких набросах нагрузки на валу синхронного мотора, резвое гашение поля синхронного мотора по мере надобности понижения тока возбуждения и отключениях электродвигателя, защиту ротора синхронного мотора от долговременной перегрузки по току и маленьких замыканий.

Если запуск синхронного электродвигателя делается на пониженное напряжение, то при «легком» пуске возбуждение подается до включения обмотки статора на полное напряжение, а при «тяжелом» пуске подача возбуждения происходит при полном напряжении в цепи статора. Может быть подключение обмотки возбуждения мотора к якорю возбудителя поочередно с разрядным сопротивлением.

Источник: www.electromost.by

Наша компания предлагает устройство плавного запуска асинхронных электродвигателей.

Информация по теме:

Сервоприводы с современными синхронными электродвигателями.

ctirling.ru

Гибридный Двигатель Плюсы И Минусы. Транспорт Будущего. 1km-auto

Автомобили с гибридным двигателем, плюсы и минусы, принцип работы

Подавляющее большинство современных автомобилей в качестве силового агрегата используют двигатель внутреннего сгорания. На фоне постепенного истощения запасов нефти, а также возрастающих требований к экологичности автоинженеры разрабатывают новые технологии, позволяющие отказаться от использования углеводородов в качестве топлива или, как минимум, снизить расход. Решить эту проблему можно двумя способами: установить вместо ДВС электромотор или гибридный двигатель. К последнему прибегают многие автомобильные марки.

Как видно из названия, подобный силовой агрегат представляет из себя классический двигатель внутреннего сгорания и одновременно электродвигатель, объединенные в одно целое. По многим причинам такое решение предпочтительнее одной только электрической тяги. На сегодняшний день электромобиль имеет серьезные минусы. Наиболее значимые из них – это отсутствие, на сегодняшний день, развитой сети электрозаправок, а также недостаточная дальность поездки без дозарядки (у разных моделей электромобилей она составляет от 80 до 160 км). К тому же на то, чтобы полностью зарядить батареи потребуется несколько часов, а значит, мобильность такого авто ограничивается поездками от дома до работы и обратно.

Тем не менее, нельзя забывать и про плюсы электромотора, среди которых более высокий КПД (у ДВС максимальный КПД достигается только на определенных оборотах), отсутствие каких-либо выбросов, большой крутящий момент. Электрический двигатель, в отличие от работающего на нефтепродуктах, не нуждается в постоянной подаче топлива. Он может находиться в выключенном состоянии сколь угодно долго, пока на него не будет подано напряжение. При подаче электричества он практически моментально передает колесам максимальную тягу.

Гибридный двигатель совместил преимущества обоих моторов, благодаря чему достигается экономичность, экологичность и неплохие динамические характеристики.

Принцип работы гибридных двигателей

Гибридный двигатель устроен таким образом, что оба мотора работают, условно говоря, друг на друга. Двигатель внутреннего сгорания крутит генератор и снабжает энергией электромотор, а тот позволяет «напарнику» работать в оптимальном режиме без резких колебаний и нагрузок. К тому же, гибриды обычно оснащаются системой рекуперации кинетической энергии KERS (аналогичную той, что применяется на болидах Формулы-1).

Эта система позволяет заряжать аккумуляторные батареи во время торможения и при движении машины накатом. Принцип ее работы в том, что при торможении колеса приводят в действие электромотор, который в этом случае сам играет роль генератора и заряжает аккумуляторы. Особенно полезна KERS при езде по городу в режиме «тронулся-остановился».

По степени гибридизации силовые агрегаты разделились три типа: «умеренные», «полные» и plug-in. В «умеренных» постоянно работает двигатель внутреннего сгорания, а электромотор включается только тогда, когда необходима дополнительная мощность. Автомобиль с «полным» гибридом способен двигаться на одной электротяге, не расходуя горючего. Plug-in, как и полный гибрид, может передвигаться только на электричестве, но имеет возможность заряжаться от розетки, совмещая таким образом все преимущества электромобиля, и избавляясь от его главного недостатка #8212 ограниченного пробега без подзарядки. Когда заряд батарей кончается, plug-in работает как обычный гибрид.

Схемы взаимодействия электромотора и ДВС

Инженеры разных компаний по-разному подходят к вопросу гибридного двигателестроения. Современные машины оснащаются гибридными двигателями, построенными по одной из трех схем взаимодействия топливной и электрической составляющей, которые будут рассмотрены ниже.

Последовательная схема

Это наиболее простой вариант гибридного двигателя. Принцип его работы заключается в следующем: крутящий момент от ДВС в данном случае передается исключительно генератору, который вырабатывает электричество и заряжает аккумуляторы. Автомобиль при этом движется только на электротяге. Также для зарядки аккумуляторной батареи применяется система рекуперации кинетической энергии. Своим названием данная схема обязана последовательным преобразованиям энергии: энергия сгорания топлива двигателем внутреннего сгорания превращается в механическую, затем в электрическую при помощи генератора и снова в механическую.

Плюсы такой конструкции заключаются в следующем:

Однако есть у последовательной схемы и свои минусы:

  1. потери энергии в процессе преобразований
  2. большой размер, вес и высокая стоимость аккумуляторных батарей.

Наибольшая эффективность такой схемы достигается при движении с частыми остановками, когда активно работает KERS. Поэтому она нашла применение в городском транспорте. Также гибридные двигатели с последовательной схемой применяются в карьерных самосвалах, которым для работы важен большой крутящий момент и не требуется высокая скорость.

Параллельная схема

Принцип работы «параллельного» гибридного двигателя полностью отличается от вышеописанного. Автомобили с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, ездят с использованием и ДВС, и электромотора. Электродвигатель в таком случае должен быть обратимым, т.е. способным работать в качестве генератора. Согласованная работа обоих моторов достигается посредством компьютерного управления.

В зависимости от режима езды блок управления распределяет крутящий момент, поступающий от обоих элементов гибрида. Основную работу выполняет двигатель внутреннего сгорания, электромотор же подключается когда нужна дополнительная мощность (при трогании, ускорении), при торможении и замедлении он работает как генератор.

Плюсы подобной компоновки в том, что нет необходимости устанавливать аккумуляторную батарею большой емкости, потери энергии намного меньше, чем при последовательной схеме, поскольку ДВС напрямую связан с ведущими колесами, а кроме того, сама по себе конструкция довольно проста, а значит, дешева.

Основные минусы схемы – меньшая топливная экономичность по сравнению с другими вариантами и низкая эффективность в городских условиях. Машины с гибридным двигателем, построенным по параллельной схеме, наиболее эффективны при движении по трассе.

По данной схеме построены гибридные автомобили марки Хонда. Главный принцип руководства компании: схема гибридного двигателя должна быть как можно более простой и дешевой, а функция электромотора заключается лишь в помощи ДВС сэкономить максимально возможное количество топлива. У этой марки существует две гибридных модели – Civic (снят с производства в 2010 году) и Insight.

Последовательно-параллельная схема

Последовательно-параллельная схема представляет собой совмещение первых двух. В параллельную схему добавлен дополнительный генератор и делитель мощности. Благодаря этому автомобиль при трогании и на малых скоростях движется только на электрической тяге, ДВС только обеспечивает работу генератора (как при последовательной схеме). На высоких скоростях крутящий момент на ведущие колеса передается и от двигателя внутреннего сгорания. При повышенных нагрузках (например, при подъеме в гору), когда генератор не в силах обеспечить требуемый ток, электромотор получает дополнительное питание от аккумулятора (параллельная схема).

Поскольку в системе имеется отдельный генератор, заряжающий аккумуляторную батарею, электромотор используется только для привода ведущих колес и во время рекуперативного торможения. Через планетарный механизм (он же делитель мощности), часть крутящего момента от ДВС частично передается на колеса и частично отбирается для работы генератора, который питает либо электромотор, либо аккумуляторную батарею. Электронный блок управления все время регулирует подачу мощности из обоих источников.

Плюсы последовательно-параллельного гибридного двигателя данной схемы, в максимальной топливной экономичности и высокой экологичности. Минусы системы – сложность конструкции и высокая стоимость, поскольку требуется дополнительный генератор, достаточно емкая аккумуляторная батарея и сложный электронный блок управления.

Применяется последовательно-параллельная схема на автомобилях марки Тойота (Prius, Camry, Highlander Hybrid, Harrier Hybrid), а также на некоторых моделях Лексус. Подобными гибридными двигателями оснащаются машины Ford Escape Hybrid и Nissan Altima Hybrid.

Как оцениваете статью?

Loading.

Гибридный автомобиль: плюсы и минусы эксплуатации

В условиях постоянно растущих цен на топливо и ухудшающейся экологической обстановки в мире, все большее количество автолюбителей и почитателей экологического образа жизни задумывается о приобретении автомобиля нового типа – гибридного. Считается, что гибридные автомобили меньше загрязняют окружающую среду, более функциональны и экономичны.

Что такое гибридный автомобиль?

Гибридные модели отличаются от обыкновенных автомобилей тем, что в их «внутренностях» находятся два двигателя: бензиновый двигатель (двигатель внутреннего сгорания) и электрический двигатель. Каждый двигатель имеет свою определенную функцию: когда машина едет медленно или стоит на холостом ходу, например, в пробке, работает электромотор. Как только машина набирает определенную скорость, включается бензиновый двигатель.

Плюсы гибридного автомобиля

Минусы гибридного автомобиля

07 февраля , 10:15:00 | Babygreen

Гибридные двигатели

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже.

Подобные работы

Понятие, виды, преимущества комбинированного двигателя. Ракетно-прямоточный двигатель, который представляет собой двигатель прямоточной схемы, в воздушном контуре которого установлены ракетные двигатели. Турбопрямоточный двигатель Pratt Whitney J58-P4.

реферат [3,4 M], добавлена 03.12.

Общие сведения о литейных кранах мостового типа. Проект механизма подъема груза выбор кинематической схемы, крановой подвески, каната. Расчет двигателя, передачи, муфты, тормоза. Проверка двигателя механизма передвижения тележки на разгон и торможение.

курсовая работа [1,6 M], добавлена 26.06.

Режимы резания. Траектория движения инструментов. Определение комплекта инструментов. Кинематическая схема коробки скоростей. График частот вращения. Выбор двигателя. Выбор технологического оборудования. Краткая техническая характеристика станка.

контрольная работа [33,7 K], добавлена 09.10.2008

Обобщенная функциональная схема привода, ее структура. Энергетический расчет. Расчет параметров передаточных функций элементов. Моделирование работы двигателя в различных режимах работы с учетом нелинейности при заданных технических требованиях.

контрольная работа [1,8 M], добавлена 12.03.

Изучение основных правил построения внешней скоростной характеристики двигателя. Расчет силового баланса автомобиля. Динамическая характеристика машины. Разгон автомобиля ускорение при разгоне. Динамическое преодоление подъема. Движение накатом.

курсовая работа [330,4 K], добавлена 13.12.

Тип станка (механизма), его основные технические данные. Циклограмма (последовательность операций), режимы работы главного привода. Выбор рода тока и напряжения и типа двигателя. Расчет механических характеристик выбранного двигателя, проверка двигателя.

курсовая работа [151,3 K], добавлена 09.12.2010

Выбор, расчёт размеров и параметров асинхронного двигателя с фазным ротором. Главные размеры асинхронной машины и их соотношения. Обмотка, паза и ярма статора. Параметры двигателя. Проверочный расчет магнитной цепи. Схема развёртки обмотки статора.

курсовая работа [361,2 K], добавлена 20.11.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания: общие сведения и классификация. Двигатель (дизель) Д-240, его устройство и характеристики. Кривошипно-шатунный механизм двигателя Д-240. Основные возможные неисправности коленчатых валов и способы их устранения.

реферат [1,5 M], добавлена 06.10.

Общие сведения об устройстве двигателя внутреннего сгорания, понятие обратных термодинамических циклов. Рабочие процессы в поршневых и комбинированных двигателях. Параметры, характеризующие поршневые и дизельные двигатели. Состав и расчет горения топлива.

курсовая работа [4,2 M], добавлена 22.12.2010

Универсальные характеристики двигателя тока смешанного возбуждения. Определение скорости и режима его работы при заданных нагрузках. Механические характеристики двигателя постоянного тока последовательного возбуждения при торможении противовключением.

контрольная работа [167,7 K], добавлена 09.04.2009

Гибридные двигатели

Гибриды вчера

В недалеком прошлом гибридными называли агрегаты, способные работать на нескольких видах горючего топлива, и двигатели с так называемым послойным смесеобразованием.

Многотопливные моторы обладают достаточно сложной конструкцией и работают на чрезвычайно высоких степенях сжатия. Так, например, в двигателе MTU (Mercedes-Benz) последняя составляет 25 единиц. В то время как у современных массовых агрегатов, потребляющих высокооктановый бензин, степень сжатия колеблется от 9 до 10 единиц, а у дизелей лежит в пределах 16-17.

Одним из простейших и ярких примеров подобных силовых установок можно считать мотор, работающий на бензине и газе (природном или полученном из нефти). Такие двигатели пользуются популярностью в странах с высокими ценами на бензин (Италия, государства Южной Америки).

Послойное смесеобразование применяется в бензиновых агрегатах для снижения расхода топлива и вредных выбросов на средних нагрузках.

Кроме двух вышеназванных типов существовал и еще один - гибридный, представляющий собой работающие в паре ДВС и электродвигатель. Почему-то в большинстве справочников он не указан, и создается ощущение, что данная технология родилась совсем недавно. Тем не менее известная поговорка все новое - это хорошо забытое старое и в этот раз сработала на 100%.

Как оказалось, первые ласточки появились на рубеже XIX-XX-го веков. Более того, некоторым разработчикам удалось перейти от проектов к мелкосерийному производству. Начиная с 1897 года и на протяжении 10 последующих лет, французская Compagnie Parisienne des Voitures Electriques выпустила партию электромобилей и машин с гибридными двигателями. В 1900 году General Electric сконструировала гибридный автомобиль с 4-цилиндровым бензиновым мотором. А с конвейера Walker Vehicle Company of Chicago гибридные грузовики сходили до 1940 года.

Почему же тогда идея электродвигателей и гибридов не прижилась?

На первую часть этого вопроса еще в 30-х годах прошлого века ответил академик Е. А. Чудаков. Проведенное им сопоставление характеристик моторов различных типов выглядит так: бензиновый занял первое место по скорости и намного превзошел электрический по запасу хода, зато по надежности и КПД бензиновый ДВС проиграл. Стоит заметить, что ресурсные и экологические проблемы в те времена еще не рассматривались. Продвижению же гибрида в массы тогда помешала высокая цена комплектующих электроустановок, а также малые мощности и непомерный вес элементов питания (аккумуляторных батарей).

Гибриды сегодня

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания едва-едва поспевает за предъявляемыми к ним требованиями. С одной стороны, потребители с мечтами об одновременно мощном и экономичном моторе, с другой - экологи, ужесточающие нормы токсичности. А в завершение - геологи, все настойчивее напоминающие об истощении запасов черного золота .

Сегодня смело можно сказать: эпоха ДВС как основного источника энергии на автомобиле подходит к логическому завершению. Подтверждение этому уже не опытные, а серийные модели с гибридными силовыми установками.

Спустя ровно 110 лет (в 1997 году) после появления первого гибридного автомобиля компания Toyota представила массовую модель Prius. Изюминка Prius - электромотор, батарею которого не надо заряжать от внешней сети. Энергия для заряда аккумулятора вырабатывается прямо на борту автомобиля. Мощность 1,5-литрового бензинового двигателя этой модели - 53 кВт (57 кВт - Prius 2-го поколения), тягового электромотора - 33 кВт (50 кВт - Prius 2-го поколения).

Максимальная скорость составляет 160 км/ч, а расход топлива 4,6 л (4 л - Prius 2-го поколения) на 100 км. В 2004 году на Международном конкурсе в Германии силовой агрегат Toyota Prius занял первые места сразу в четырех (!) номинациях, в том числе и в самой престижной - Лучший двигатель 2004 года .

Toyota Motor Corp приступила к продаже первого седана с гибридным электро-бензиновым двигателем марки Lexus в Японии. В апреле японский автопроизводитель начнет продавать автомобиль Lexus GS450h на зарубежных рынках.

Второй по величине в мире автопроизводитель заявил, что стремится вдвое сократить расходы на производство гибридных двигателей и цену на них. Сейчас цены на GS450h начинаются с 6,8 миллиона иен (57950 долларов), тогда как на версии с бензиновым двигателем объемом 3,5 литра они составляют 5,2 миллиона иен (44310 долларов), а на версии с двигателем 4,3 литра - 6,3 миллиона иен (53690 долларов), сообщает Reuters.

В 2005 корпорация Toyota Motor разработала гибридный двигатель третьего поколения, совмещающий в себе бензин и электроэнергию. Этот двигатель меньшего размера, который позволит сократить затраты как на топливо, так и на производство, будет применяться на практике в 2008 году.

Французский концерн PSA Peugeot/Citroen представил первый дизельный гибридный двигатель, состоящий из гибридного приводного узла и двигателя HDi. то есть объединяет в себе традиционный дизель и электромотор. По словам французов, новый силовой агрегат будет отличаться очень низким расходом топлива (ниже на 20 % по сравнению с бензиновым двигателем = 3,4 л на 100 км и выбросу CO2 (90 г/км)), ведь дизельный мотор потребляет меньше горючего, чем его бензиновый аналог. При этом полностью сохраняя высокие динамические характеристики, присущие семейству дизельных двигателей типа Hdi + преимущества, свойственные гибридному приводному узлу (например, движение в режиме электромобиля на невысокой скорости). Однако появление гибридного дизеля на серийных машинах придется подождать - представители PSA заявили, что он пойдет в производство примерно в 2010 году.

Компания Ford выпустила второй в 2005 году автомобиль, работающий на гибридном двигателе. Модель Mercury Mariner Hybrid поступила в продажу 11 июля. Этот автомобиль стоит $29,840, что на $4,190 дороже варианта с обычным двигателем. Вместе с тем, Mercury Mariner Hybrid позволяет сэкономить до 50% топлива по сравнению с традиционной машиной. В 2006 году планируется выпустить 2 тыс. экземпляров Mercury Mariner Hybrid.

Volvo Group в марте 2006 года объявила о создание гибридного двигателя для тяжёлых машин, таких, как тягачи полуприцепов и автобусы. Компания заявляет, что их разработка позволяет получить 35% экономию топлива в условиях города с интенсивным движением. Важная часть новой гибридной технологии, получившая название I-SAM.

Из чего состоит гибридный автомобиль?

Любое транспортное средство, которое имеет два или более источников энергии, достаточной для движения можно назвать гибридным.

- Бензиновый двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - Гибридная машина имеет привычный бензиновый двигатель. Хотя современные высокие технологии позволяют делать его меньшим по габаритам, более экологичным и экономичным.

- Топливный бак - Здесь хранится топливо для двигателя. Бензин обладает большим энергетическим запасом, нежели электрические батареи. Для примера, батареи весом 450 кг отдадут столько же энергии, сколько и 3,5 кг бензина.

- Электромотор - Очень продвинутый элемент. Современная электроника делает его и мотором и генератором одновременно. Например, когда это необходимо, энергия берется из электрических батарей и ускоряет автомобиль. Но тормозя машину, двигатель переходит в режим генератора и восстанавливает энергию.

- Генератор - Схож с электромотором, но работает только в режиме запасания энергии (используется, главным образом, в серийных гибридных автомобилях).

- Батареи - Источник энергии для электромотора, в отличии бензинового ДВС, электромотор может не только брать энергию, но и запасать её в батареях.

- Трансмиссия - Функции те же, что и у трансмиссии на традиционных автомобилях с ДВС. Некоторые гибридные машины (Honda, например) имеют стандартную трансмиссию, другие же ( Toyota Prius) оснащаются радикально новой.

Схема работы гибридного двигателя

Последовательная схема. В данном случае ДВС приводит в движение генератор, а вырабатываемая последним электроэнергия питает электродвигатель, вращающий ведущие колеса. Последовательной установку называют потому, что поток мощности поступает на ведущие колеса, проходя ряд преобразований. От механической энергии, вырабатываемой ДВС в электрическую, вырабатываемую генератором, и опять в механическую. Данная схема позволяет использовать ДВС малой мощности, с условием его постоянной работы в диапазоне максимального КПД.

Это позволит стабильно генерировать достаточное количество энергии для питания электродвигателя и заряда аккумуляторной батареи.

Параллельная схема. Здесь ведущие колеса приводятся в движение и ДВС, и электродвигателем (обратимой машиной). Момент, поступающий от двух источников, распределяется в соответствии с условиями движения. Аккумулятор заряжается при переключении электродвигателя в режим генератора (например, при торможении), а запасенная батареей энергия питает обратимую машину, переключившуюся в режим электродвигателя, которая, в свою очередь, вращает ведущие колеса.

Подобная конструкция достаточно проста, но имеет ряд недостатков, так как обратимая машина гибридной силовой установки не может одновременно приводить в движение колеса и заряжать батарею.

Последовательно - параллельная схема. Уже по названию можно догадаться, что эта схема объединяет в себе две предыдущие. Здесь, в зависимости от условий движения, используется тяга электродвигателя или одновременно ДВС и электродвигателя. Помимо этого, в случае необходимости, система способна приводить колеса в движение и одновременно вырабатывать электроэнергию, используя генератор. Таким образом достигается максимальная эффективность силовой установки.

От схем к Новым измерениям

По словам создателей Lexus RX400h, именно в другое измерение они перенесли езду на полноприводном автомобиле. Дабы разбавить сухие схемы практическими примерами, поговорим о новинке компании Toyota - Lexus RX400h, оснащенной последовательно-параллельной гибридной силовой установкой Hybrid Synergy Drive.

Гибридная установка Lexus RX400h сочетает в себе бензиновый V-образный шестицилиндровый двигатель объемом 3,3 л, мощностью 150 кВт, 2 электромотора мощностью 200 кВт, с рабочим напряжением 650 В и высоковольтную аккумуляторную батарею напряжением 288 В.

Это всего лишь надводная часть айсберга, соединить напрямую ДВС, электромоторы и аккумулятор и добиться при этом согласованной работы невозможно. Поэтому немного углубимся во внутреннее строение Lexus RX400h.

Бензиновый двигатель нам не столь интересен, но из песни слов не выкинешь . V-образная шестерка оснащена сложной компьютерной системой, осуществляющей непрерывную корректировку количества воздуха, поступающего в цилиндры. Благодаря этому удалось добиться соблюдения норм Евро-4.

Высоковольтные моторы по сути являются обратимыми машинами, т.е. могут работать как в двигательном, так и в генераторном режиме. Располагаются в передней и задней частях автомобиля и приводят в движение соответственно колеса переднего и заднего мостов.

Устройство распределения энергии - это связующее звено между ДВС, электромоторами и генератором. Сердце устройства распределения энергии - компактная планетарная передача. Она обладает малой массой и меньшим количеством движущихся частей, в сравнении с 5- или 6-ступенчатыми АКПП автомобилей класса люкс . Применение планетарной передачи позволило снизить потери на трение и шум при работе и в то же время повысить надежность и срок службы узла.

Энергетический центр - уникальная система, управляющая созданием и распределением запасов электрической энергии, хранящейся в батарее. Основные компоненты энергетического центра: мощная высоковольтная батарея (NiMH), блок управления энергией, полупроводниковое коммутационное устройство, рекуперативная (регенеративная) тормозная система.

Блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения управляют потоком энергии между генератором, батареей и электромоторами. Данные устройства осуществляют преобразование электроэнергии в соответствии с потребностями системы. Потребность в преобразовании продиктована следующими причинами: генератор и электромоторы - машины переменного тока, в то время как аккумуляторная батарея оперирует постоянным, кроме того, выходное напряжение батареи не соответствует выходному напряжению генератора, а также входному напряжению электромоторов.

Инвертор - блок, преобразующий постоянный ток, поступающий от аккумуляторной батареи, в переменный, используемый для питания электромоторов. В гибридной силовой установке Lexus RX400h предусмотрена высоковольтная схема преобразования одного постоянного тока в другой, тоже постоянный. Но поскольку она повышает напряжение, то происходит равномерный рост электрической мощности при той же величине значения тока. В результате получают более высокую производительность и повышенный крутящий момент привода электромоторов.

Рекуперативная (регенеративная) тормозная система - при торможении система переводит моторы в генераторный режим. Вырабатываемая при этом электроэнергия поступает на вход аккумуляторной батареи. Особо эффективную работу система показала в городских условиях, при чередовании режимов стоп - старт. Заметим, что в традиционных тормозных системах энергия, полученная при замедлении, теряется полностью.

Система интегрированного управления динамикой автомобиля (VDIM) объединяет воедино системы активной безопасности, такие как антиблокировочная система тормозов (ABS), антипробуксовочная система (TRC), система курсовой устойчивости (VCS) и электроусилитель руля (EPS).

VDIM не столь навязчива , как обычные системы управления, но намного более эффективна. При помощи высокоскоростной технологии управления двигателем, тормозами и трансмиссией VDIM контролирует и сопоставляет все параметры, одновременно управляя крутящим моментом переднего и заднего электромоторов в соответствии с условиями движения.

Режимы движения

В этом разделе мы рассмотрим особенности работы системы при выполнении различных маневров.

Начало движения

Для начала движения и на малых скоростях используется только электромотор. При плавном наборе скорости энергия, запасенная в батарее, поступает на блок управления электропитанием. Последний, в свою очередь, направляет энергию на электромоторы, что позволяет автомобилю плавно трогаться с места.

Движение в нормальном режиме

В этом случае момент на ведущие колеса поступает с ДВС и электромоторов энергия бензинового двигателя распределяется между колесами и электрическим генератором, приводящим в движение электромоторы. При необходимости генератор осуществляет заряд батареи, отдавая ей излишки энергии.

В целях обеспечения максимальной эффективности распределение энергии контролируется электронным блоком управления.

Стоит упомянуть, что при движении в нормальном режиме система автоматически переходит на передний привод, в то время как на всех остальных сохраняется полный.

Разгон

Бензиновый двигатель разгоняет машину, работая в нормальном режиме, при необходимости и для улучшения динамики дополнительная энергия поступает от электромоторов.

Это создает ощущение, что ДВС гораздо мощнее, чем есть на самом деле. Интересно сравнить эту систему с турбированным двигателем. В то время как работа последнего может сопровождаться турбозадержками , гибридный вариант обеспечивает практически мгновенную подачу дополнительной энергии, что позволяет получить плоскую характеристику крутящего момента.

Торможение

Для оптимизации количества сохраняемой энергии управляемая электроникой тормозная система принимает решение о том, когда следует использовать гидравлическую систему, а когда - рекуперативное (регенеративное) торможение (оно и является приоритетным). При рекуперативном торможении передний и задний электродвигатели работают в генераторном режиме, создавая тормозной момент на передней и задней осях. Вырабатываемая энергия поступает на блок управления электропитанием, а оттуда на высоковольтную аккумуляторную батарею.

Плюсы и минусы гибрида

К достоинствам гибридного автомобиля можно отнести то, что ДВС гораздо меньше, по сравнению с обычным автомобилем, и при этом более эффективен. Но как же может такой малыш уживаться на дороге со своими более мощными собратьями?

Давайте сравним Chevrolet Camaro с его огромной V-образной восьмеркой с нашей гибридной машиной, с её маленьким ДВС и электромотором. Мощности движка Camaro вполне достаточно (и даже более чем достаточно!), для того, чтобы справиться с любой дорожной ситуацией. Мотора же нашего гибрида достаточно для движения по ровной дороге, но как только нужно въехать на склон или просто проехаться с ветерком ему требуется помощь. Руку помощи он получает от электромотора с его батареями. Эта система и предоставляет необходимую добавку энергии.

Недостатки. Чтобы машина стала привлекательной для человека, она должна удовлетворять определенным минимальным требованиям. Автомобиль должен:

- Ехать по крайней мере 400 км. без дозаправки.

- Заправка не должна быть сложной и долгой.

- Подходить для езды при плотном дорожном движении.

Обычные автомашины с ДВС удовлетворяют всем трех правилам, но вредны для окружающей среды и обладают большим расходом топлива. С другой стороны, электромобиль не ухудшает экологическую обстановку, но путь между дозаправками составляет всего 80-150 км. Причем процедура заправки сложна и довольно длительна.

Желание автомобилиста нажать газ в пол является причиной пониженной эффективности наших автомобилей. Наверное, все замечали, что чем меньше мощность двигателя, тем он экономичнее.

Примечательно то, что большинству из нас нужна лишь малая часть многочисленных лошадей нашей машины. Допустим, вы несетесь по трассе со скоростью 100км/ч. При этом энергия, вырабатываемая двигателем, тратится на:

- Преодоление аэродинамического сопротивления.

- Преодоление сил трения (колес о дорогу, трансмиссии, валов, тормозов и т.п.)

- Дополнительное электрооборудование (фары, кондиционер, подсветка и т.п.)

Большинству машин для выполнение этих действий достаточно 20(!) л.с. Так зачем же тогда вам нужен двигатель мощностью 200 (300) л.с? Газ в пол - единственный случай, когда машине нужны все лошадиные силы её мотора.

Источники: http://znanieavto.ru/dvs/gibridnyj-dvigatel.html, http://www.babygreen.ru/auto//02/07/133/, http://otherreferats.allbest.ru/manufacture/00057344_0.html

Комментариев пока нет!

www.1km-auto.ru

Смотрите также