Принцип работы электромобиля и особенности его устройства

В мире автотехники электрокары явление уже не новое, но всё ещё неустоявшееся. Учёные постоянно работают над концепцией усовершенствования электромобилей, чтобы расширить и упростить их функционал. Современные модели называют идеальным транспортом будущего, ведь подобные средства передвижения не требуют стандартного горючего, а также намного меньше вредят окружающей среде.

Что такое электромобиль и как он работает

Двигатель электрокара состоит из статора и ротора. Под влиянием магнитного поля, которое возникает в статоре, приводится в движение ротор, где проходит индукционный ток. После этого электрическая энергия, попадая на обмотку самого мотора, видоизменяется в энергию вращения.

В последнее время сфера применения электрических двигателей значительно расширилась. Интересно, что использовать их можно как самостоятельно, так и вместе с ДВС (двигателями внутреннего сгорания). Авто, в котором соединены обе эти технологии (электро и ДВС), называют гибридным.

Стоит отметить, что существует значительное различие между электрическими двигателями, используемыми на производствах, и теми, которые устанавливают непосредственно в электрокарах. В последнем случае они имеют значительно большую мощность. По новым разработкам учёные разделяют понятия электрокаров и других электрических устройств всё больше.

Кроме того, к основным показателям электромобиля относят не только тип двигателя, но и мощность, крутящий момент, показатели напряжения, вращения и тока. Именно эти факторы определяют порядок обслуживания транспортного средства. Существуют различные виды двигателей для электрокаров, согласно чему их делят на группы.

Видео: Как работает электромобиль?

В зависимости от типа тока устройства могут быть:

• постоянного тока;
• переменного тока (синхронные или асинхронные);
• универсальные (могут переключаться с одной фазы на другую).

Двигатели также можно классифицировать в зависимости от количества фаз: они могут быть одно-, двух- и трёхфазными. Неплохим примером трёхфазного образца называют Chevrolet Volt, который является универсальным «гибридом». Вторая модель — i-MiEV, чисто электрический вариант, также трёхфазный. Нередко при классификации электромобилей обращают внимание на щёточно-коллекторный узел.

В зависимости от этого показателя авто может быть:

• бесколлекторным (замкнутая круговая система, в которую входят инвентор, извещатель и преобразователь);
• коллекторным (система с током постоянной частоты, где узел является одновременно и извещателем, и переключателем тока).

Чаще всего в современных электрокарах используются моторы коллекторного типа, хотя не исключено внедрение бесколлекторного варианта. Примером последнего является известное авто «Sunrace» от корпорации GM. Двигатель весит всего 3,6 кг, а его коэффициент полезного действия достигает 92%.

Не стоит забывать про систему «мотор-колесо», которая также нередко устанавливается на современных электромобилях. Главной особенностью электрокаров является наличие функции возобновления энергии торможения. Одним из популярных примеров авто, где установлена такая система, является спортивная машина Volage.

Наибольшую популярность в современном мире имеют модели автомобилей с питанием от аккумулятора. Заряжать батарею необходимо регулярно, при этом в качестве источников зарядки могут выступать: генератор, внешние источники и даже рекуперация энергии торможения. При этом вариант генератора доступен только для гибридных авто.

Особенности устройства электромобиля

Отличия между автомобилем с ДВС и электрокаром достаточно существенные: схема последнего значительно проще, уменьшено количество движущихся деталей. По этой причине электромобили часто называют безопасными средствами передвижения.

Любой электрокар состоит из таких комплектующих:

• двигатель (электрический);
• батарея питания (её ёмкость может существенно отличаться, она напрямую зависит от мощности двигателя);
• инвертор;
• система электроники для управления авто;
• трансмиссия упрощённого вида;
• преобразователь.

Питание двигателя происходит за счёт аккумулятора. В современных электрокарах преимущественно используются литий-ионные батареи. Они состоят из пары модулей с последовательным соединением. За счёт этого в конце получается напряжение величиной 300 В. Более новые модели могут иметь напряжение 700 В. В основном, это гоночные автомобили, например, Lola-Drayson.

Электромобиль имеет упрощённую трансмиссию. При этом преимущественное количество моделей электрокаров имеет редуктор одноступенчатого типа. Заряжать автомобиль можно даже от обычной бытовой электросети, что становится возможным благодаря строению зарядного устройства.

Также электрокар имеет дополнительный аккумулятор на 12 В, основная цель которого — обеспечение работы таких опций машины:

• системы освещения;
• климат-контроля, а также системы обогрева;
• аудиосистемы;
• электроники.

Электрокары имеют встроенную систему контроля и управления процессами, которая отвечает за напряжение и расходуемую энергию авто, за оценку заряда, выбор режима движения и т. д. В этой системе успешно объединены основные датчики, отображающие состояние систем авто (положение педалей тормоза и газа, уровень давления в тормозной системе).

Анализ этих показателей помогает просто выбрать оптимальный режим для передвижения в текущих условиях. Сама панель приборов электрокара практически не отличается от аналогичной конструкции в авто с ДВС. Разница между средствами передвижения заключается главным образом не в оформлении авто, а в функционале, скорости хода, стоимости и мощности транспорта.

Какое напряжение в электромобиле

В аккумуляторах электрокаров, состоящих из большого количества цилиндрических или пакетных батареек, блок напряжения достигает примерно 250–300 В. Такой показатель является оптимальным: это значение является достаточным для двигателей небольшой мощности, а также не требует значительных расходов на преодоление сопротивления.

Стоит отметить, что стандартные литиевые батарейки имеют показатель напряжения 4В, поэтому добиться цифры 400 В можно, соединив между собой последовательно 100 батареек. Интересно, что разные производители электромобилей используют разные же методы составления батареек. Компания Тесла применяет цилиндрические батарейки, соединённые между собой в виде блоков.

Если один элемент перестанет работать, на функциональности авто это особенно не отразится, так как аккумулятор продолжит вырабатывать энергию. В то же время GM выпустили модель «Volt», где все ячейки соединены между собой последовательно, как лампочки на новогодней гирлянде. Если одно звено выйдет из строя, батарея откажет, то машина не заведётся. Проблемой таких батарей является высокая сложность обнаружения нерабочего элемента.

Преимущества и недостатки электромобилей

Большинство автолюбителей сделали свой выбор в пользу электрокаров из-за их высокой экономичности. Стоимость качественного бензина — это не всегда доступный показатель для большинства автомобилистов. Отдавать немалую часть бюджета на топливо нелогично, но электрокар позволяет платить исключительно за электроэнергию, которая тратится на подзарядку транспортного средства. Расходы уменьшаются в несколько раз.

Приобретая электрокар, каждый водитель делает шаг навстречу чистой окружающей среде. В процессе работы двигатель такого авто не выбрасывает в нижние слои атмосферы вредные газы. За счёт этого не происходит усиление парникового эффекта и ухудшение экологической ситуации. Существует лишь один нюанс: как именно производится электроэнергия, используемая авто.

Чтобы минимизировать негативное влияние на экосистему, стоит использовать в этих целях исключительно чистые источники энергии (лучше — возобновляемые). На сегодняшний день учёные ещё занимаются разработками, поэтому вредные вещества при производстве электроэнергии никуда не исчезли. Электрокары также являются оптимальным выбором для уменьшения фонового шума на улицах. Это становится возможно, потому что их двигатели обеспечивают тихий и более плавный разгон, чем у авто с ДВС.

Главным козырем электромобилей является их повышенная безопасность по сравнению с моделями с двигателем внутреннего сгорания. Во время возможного ДТП у электрокара срабатывают подушки безопасности и сразу же отключается аккумулятор. Это приводит к остановке авто и снижает вероятность получения тяжёлых травм не только у пассажиров и водителя, но и у тех, кто находился в транспортном средстве, с которым произошло столкновение.

Траты на содержание электромобиля значительно меньше. Такой двигатель не требует смазки, не нужно постоянно посещать станции технического обслуживания. Кроме того, себестоимость батарей в условиях массового производства значительно снизилась. Достоинств у таких автомобилей действительно много, но не избежать и некоторых недостатков. Только с учётом всех за и против можно принять решение о целесообразности покупки электрокара.

Первая проблема заключается в отдалённости станций подзарядки друг от друга. Если в Америке и Европе заправочные станции для электромобилей — это достаточно распространённое явление, проблем с подзарядкой у водителей просто не возникает. В России сеть станций по всей стране пока что остаётся лишь проектом, поэтому существует большой риск остаться с посаженным аккумулятором посреди трассы.

Автомобили с электрическим двигателем не могут проходить без подзарядки неограниченное расстояние: в основном этот показатель колеблется в диапазоне от 150 до 240 км. В странах, где заправочные станции можно найти в каждом городке, это не проблема, но в РФ использовать электрокары для поездок на дальние дистанции крайне рискованно. Обещается, что эта проблема будет решена в ближайшие несколько лет. Уже сейчас некоторые модели способны проходить расстояние до 500 км без подзарядки аккумулятора.

Модели электрокаров по не слишком высокой цене доступны среднестатистическому водителю и имеют достаточно длительное время зарядки (8–10 часов). В идеале электрокар нужно заряжать дома с вечера до утра, но если такая необходимость возникла в пути, то водителю и пассажирам нужно где-то провести всё это время.

Отсутствие шума в электромобилях для иных водителей может превратиться из преимущества в большой недостаток. В некоторых случаях полностью бесшумная езда может спровоцировать возникновение аварийных ситуаций на дороге: например, на хорошей трассе водитель может потерять бдительность, а пешеход не услышит приближающееся авто.

Небольшой проблемой являются также габариты электрокаров. Многие модели рассчитаны на двоих. Поездка семьёй в таком авто — это уже проблема. Но производители уже начали устранять этот недостаток, постепенно запуская в производство стандартные авто на 4-5 мест. Аккумулятор питания в электромобилях нужно время от времени заменять (как минимум, раз в 3–7 лет). Это создаёт дополнительные затраты на содержание авто.

Устройство и принцип работы электротележки

В комплектации стандартной электротележки выделяют часть, отвечающую за подъём и опускание груза, каркас из стали, отдел для аккумулятора, электродвигатель, ручку управления, гидросистему, которая регулирует подъём груза, и аппаратную часть. В некоторые входят встроенные зарядки. На сегодняшний день выбор электротележек достаточно широк.

Выделяют следующие типы конструкций:

• поводковые устройства — предназначены для транспортации грузов, вес которых не превышает 3,5 т;
• устройства с отдельной платформой для оператора — предназначены для транспортировки грузов на большие дистанции;
• устройства, в которых сидение для оператора размещено сбоку: подходят для перевозки грузов, состоящих из большого количества палет (иногда выпускаются с кабиной закрытого типа, чтобы оператор мог работать в морозильных отделениях и складских помещениях).

Если условия работы оператора тележки специфические, то производители предлагают остановить свой выбор на моделях с дополнительными функциями. Так, модель Jungheinrich имеет функцию изменения размеров траектории движения, что позволяет оператору работать на уклонах даже до 15%. Существует также вариант с вилами, которые поднимаются дополнительно на 54 см, благодаря чему можно использовать конструкцию в качестве рабочей поверхности или стола.

Более подробное описание конструкции электротележки:

1. Рама — это элемент общей конструкции, на которых приходятся максимальные весовые нагрузки. Именно поэтому крайне важно, чтобы рама была выполнена из металла высокого качества. Стоит отметить, что, в зависимости от грузоподъёмности электротележки, толщина рамочной конструкции может варьироваться. Это помогает сэкономить на металле в процессе конструирования, если тележка предусматривается только для использования на лёгких грузах. При расчёте этого параметра инженеры обращают внимание в первую очередь на устойчивость конструкции к изгибу и кручению.
2. Колёса. При их изготовлении чаще всего используют полиуретан, благодаря чему повышается срок службы устройства, улучшается плавность хода и снижается уровень шума. Если электротележка будет использоваться в пищевой промышленности, то оптимальным вариантом станут нейлоновые колёса. Их плавность немного ниже из-за повышенной твёрдости материала, но такая конструкция максимально соответствует гигиеническим стандартам. При выборе материала колёс также стоит учитывать, не будут ли перевозиться на электротележке электрические компоненты: в таком случае предпочтение стоит отдать варианту с антистатическими характеристиками.
3. Система торможения. В этом плане у разных производителей разные подходы к воплощению основных принципов. На недорогих тележках преимущественно устанавливаются механические тормоза (они также могут полностью отсутствовать). Популярные производители используют электромагнитные тормозные системы в своих конструкциях. Они являются высокоэффективными и очень надёжными. В больших электротележках (погрузчики или ричтраки) такие тормоза дополнительно помогают рекуперировать энергию торможения.
4. Электродвигатель: практически на всех моделях используется технология трёхфазного переменного тока. Производительность стремительно увеличивается в несколько раз (благодаря улучшенной скорости передвижения, ускорению и режиму экономии аккумулятора).
5. Аккумуляторная батарея. Так как можно выбирать модель с подходящим зарядом батареи, появляется возможность сэкономить внушительную сумму при покупке складской техники. В основном ёмкость батареи варьируется в диапазоне от 130 Ah (если электротележка приобретается для транспортировки лёгких грузов) до 375 Ah (при необходимости выполнения интенсивных работ). Существуют также модели с ёмкостью аккумулятора до 1000 Ah, но это в основном большие промышленные электропогрузчики.
6. Элементы управления. Очень важно, чтобы все переключатели и рычаги были выполнены из высококачественных материалов, а также грамотно установлены для исключения неполадок в управлении. В большинстве конструкций сама рукоятка зафиксирована в верхней части корпуса в небольшом углублении. Основные переключатели, регулирующие траекторию движения, находятся под большими пальцами оператора с обеих сторон от рычага. Остальные кнопки размещены в произвольном порядке (в зависимости от компании-производителя).

1 - рулевое управление; 2 - сиденье; 3 - грузовая платформа; 4 - шасси; 5 - ведущий мост; 6 - тяговый электродвигатель; 7 - электрооборудование; 8 - ведущие колеса; 9 - управляемый мост; 11 - тормозная система; 12 - система управления.

Очень важно, чтобы все функциональные элементы электротележки были защищены от влияния внешних факторов. К таким составляющим частям относят гидросистему, аккумулятор и электронику. Для покрытия чаще всего используются пластиковые или стальные конструкции (иногда встречаются комбинированные).

При выборе тележки стоит уделить особое внимание тому, насколько плотно и прочно защищена батарея, ведь при столкновении тележки с препятствием эта часть — самое уязвимое место. К выбору электромобиля стоит подходить достаточно серьёзно, чтобы учесть все важные аспекты: параметры электрооборудования, комплектующие, мощность и ёмкость аккумулятора.

На первый взгляд кажется, что любой вид электрокара — удовольствие не из дешёвых, но его приобретение окупается достаточно быстро.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.