Какой электродвигатель выбрать для электромобиля

Можно ли использовать промышленный электродвигатель в качестве тягового для электромобиля?

Дороговизна тяговых электродвигателей для электромобилей вынуждает некоторых электросамодельщиков задумываться о поиски более дешёвого б/у промышленного электродвигателя, чтобы использовать его в качестве тягового. На практике эта разница в стоимости между новым электромобильным мотором и промышленным будет не так уж и заметна, поскольку контроллер-инвертор для таких электродвигателей, а также аккумуляторные батареи тоже стоят весьма недёшево. Особенно остро этот вопрос стоит у тех, кто сумел достать такой электродвигатель по явно заниженной цене, в результате этот электромотор теперь лежит и прямо-таки просится в электромобиль.

При этом нужно отличать промышленные электродвигатели от общепромышленных. Общепромышленные электродвигатели асинхронные рассчитаны на частоту тока 50 Гц, при одной паре полюсов их скорость вращения чуть меньше 3 тыс. об/мин. Если вы подадите на него переменный трёхфазный ток от электромобильного инвертора в несколько сотен герц, то вне зависимости от числа пар полюсов статора потери в “железе” электродвигателя будут слишком велики. А всё из-за того, что сердечник статора в таких электродвигателях набран из толстых листов стали. Чтобы асинхронный электродвигатель хорошо держал высокие обороты и при этом не уходил в зону низкого КПД на высоких питающих частотах, его статор должен быть сделан из тонколистовой электротехнической стали.

Такие асинхронные электродвигатели поддерживают частотное регулирование от преобразователя и работают на частотах значительно больших чем 50 Гц. Наибольшую популярность получили асинхронные электродвигатели от компании Siemens серии 1PH7 с короткозамкнутым ротором. Так например модель 1PH7137-2NG23-OBBO очень часто встречается на вторичном рынке, стоит не более 100 тыс. руб., и имеет номинальную мощность 30 кВт при весе 130 кг. Максимальная скорость вращения не должна превышать 8 тыс. об/мин. Пиковые значения мощности могут доходить до 200 кВт, максимальная частота питающего трёхфазного тока не должна превышать 272 Гц.

Электродвигатель имеет воздушное принудительное охлаждение через воздушные каналы в его корпусе. А это в свою очередь означает, что эти каналы при должной гидроизоляции можно переколхозить на каналы для водяного охлаждения, чтобы электромотор не перегревался в режимах максимума мощности. Если электромобиль легковой, то такой электродвигатель достаточно просто подсоединить к карданному валу напрямую, или на раздаточную коробку. Если электромобиль грузовой, то лучше завести электромотор его на коробку передач. При этом номинальное напряжение электродвигателя составляет 450 В, однако в пиковых режимах максимальной мощности его можно поднять до 700 – 800 В. В таких режимах потребляемый ток может доходить до 300 А.

Однако это вовсе не означает, что только электродвигатели от Siemens годятся для электропривода электромобиля. Подойдёт любой высокоскоростной промышленный асинхронник с короткозамкнутым ротором от любого другого производителя. Такие электродвигатели чаще всего стоят на различных мощных металлообрабатывающих станках. Их полно на вторичном рынке любой мощности за любые деньги. Главная сложность – это подобрать к ним подходящий контроллер-инвертор. Если руководствоваться соображением экономии, то для таких электродвигателей лучше выбрать китайский контроллер-инвертор , потому что дешевле вы всё равно ничего не найдёте. По сути эти электродвигатели идентичны сименсовским электродвигателям серии 1PV5 , которые имеют жидкостное охлаждение и используются для привода электробусов. Только у промышленных охлаждение воздушное, и на этом отличия заканчиваются.

Вывод: подобного рода высокоскоростные частотоуправляемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором промышленного назначения в электромобилях использовать можно в качестве тяговых, но лучше сделать выбор в пользу электромобильных трёхфазных синхронных электродвигателей с ротором на неодимовых магнитах, т.к. у них выше КПД и нет проблем с рекуперацией в режиме торможения.

Двигатели для электромобилей: производители, устройство

Исчерпание углеводородного топлива, ухудшение экологической обстановки и ряд других причин рано или поздно заставят производителей разработать модели электромобилей, которые станут доступны для широких слоев населения. А пока остается только ждать или собственноручно разрабатывать варианты экологически чистой техники.

Тяговый двигатель

Если вы решите поставить обыкновенный электромотор под капот своего автомобиля, то, скорее всего, из этого ничего не выйдет. А все потому, что вам необходим тяговый электрический двигатель (ТЭД). От обычных электромоторов он отличается большей мощностью, способностью выдавать больший крутящий момент, небольшими габаритами и малой массой.

Для питания тягового электродвигателя используются батареи. Они могут подзаряжаться от внешних источников («от розетки»), от солнечных батарей, от генератора, установленного в авто, или в режиме рекуперации (самостоятельное восполнение заряда).

Двигатели для электромобилей чаще всего работают от литий-ионных батарей. ТЭД обычно функционирует в двух режимах – двигательном и генераторном. В последнем случае он восполняет потраченный запас электроэнергии при переходе на нейтральную скорость.

Принцип работы

Стандартный электродвигатель состоит из двух элементов – статора и ротора. Первый компонент является неподвижным, имеет несколько катушек, а второй совершает вращательные движения и передает усилие на вал. На катушки статора с определенной периодичностью подается переменный электрический ток, что вызывает появление магнитного поля, которое начинает вращать ротор.

• короткозамкнутый, на котором возникает магнитное поле, противоположное полю статора, за счет чего и происходит вращение;
• фазный – используется для уменьшения тока запуска и контроля скорости вращения вала, является наиболее распространенным.

Кроме того, в зависимости от скорости вращения магнитного поля и ротора двигатели могут быть асинхронными и синхронными. Тот или иной тип необходимо выбирать из имеющихся средств и поставленных задач.

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель – это ТЭД, у которого скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения магнитного поля. Такие двигатели для электромобилей целесообразно использовать только в тех случаях, когда имеется источник повышенной мощности – от 100 кВт.

Асинхронный электромотор

В асинхронном двигателе скорость вращения магнитного поля не совпадает со скоростью вращения ротора. Плюсом таких устройств является ремонтопригодность – запчасти для электромобилей, оснащенных этими установками, найти очень просто. К другим преимуществам относятся:

1. Простая конструкция.
2. Простота обслуживания и эксплуатации.
3. Низкая стоимость.
4. Высокая надежность.

В зависимости от наличия щеточно-коллекторного узла двигатели могут быть коллекторными и безколлекторными. Коллектор – устройство, служащее для преобразования переменного тока в постоянный. Щетки служат для передачи электроэнергии на ротор.

Производители электродвигателей

Большинство самодельных электромобилей сконструировано с применением коллекторного двигателя. Это объясняется доступностью, низкой ценой и простым обслуживанием.

Видным производителем линейки данных моторов является немецкая компания Perm-Motor. Ее продукция способна к рекуперативному торможению в генераторном режиме. Она активно используется для оснащения скутеров, моторных лодок, легковых автомобилей, электроподъёмных устройств. Если двигатели Perm-Motor устанавливали в каждый электромобиль, цена их была бы значительно ниже. Сейчас они стоят в пределах 5-7 тыс. евро.

• точность управления;
• легкость организации рекуперации;
• высокая надежность за счет простой конструкции.

Завершает список производителей завод из США Advanced DC Motors, выпускающий коллекторные электромоторы. Некоторые модели обладают исключительной особенностью – они имеют второй шпиндель, что можно использовать для подключения на автомобиль-электромобиль дополнительного электрооборудования.

Какой двигатель выбрать

Чтобы покупка вас не разочаровала, надо сравнить характеристики приобретаемой модели с предъявляемыми требованиями к автомобилю. При выборе электродвигателя в первую очередь ориентируются на его тип:

• Синхронные установки имеют сложное устройство и дорогостоящи, но обладают перегрузочной способностью, ими легче управлять, им не страшны перепады напряжения, используются при высоких нагрузках. Они устанавливаются на электромобиль Mercedes.
• Асинхронные модели отличаются низкой стоимостью, простым устройством. Они просты в обслуживании и эксплуатации, однако выделяемая ими мощность намного меньше, чем тот же показатель синхронной установки.

На электромобиль цена будет значительно ниже, если электромотор будет работать в паре с двигателем внутреннего сгорания. На рынке такие комбинированные установки обладают большей популярностью, так как их стоимость составляет около 4-4,5 тыс. евро.

Какой электродвигатель выбрать для электромобиля

Большинство известных нам самодельных электромобилей, – сконструированы с использованием коллекторных электродвигателей постоянного тока. Эта конструкция простая и потому относительно недорогая. Среди преимуществ – возможность форсировать максимальную мощность до троекратного размера; дешевизна и простота контроллеров для электродвигателей подобного типа.

Недостатки: более низкий кпд по сравнению с современными безколлекторными электродвигателями на постоянных магнитах, необходимость периодической замены щёток. По большому счёту, эти электродвигатели – вчерашний день и применяются они в самодельном электромобилестроении – исключительно из-за дешевизны. Б/ушный электродвигатель мощностью 3.8 квт от болгарского погрузчика, можно купить за 200 – 600 долларов в зависимости от его состояния.

Ни один современный электромобиль, – не использует подобные электромоторы. В электромобили повсеместно устанавливаются безщёточные электродвигатели на постоянных магнитах. Кстати, электродвигатели такого же типа, установлены во всех мотор колёсах для электровелосипедов, электроскутеров и электромобилей, которые с 2007 года продаёт ТМ Volta bikes.

У ТМ Volta bikes есть и коллекторные электродвигатели с постоянными магнитами – но только небольшой мощности – до 1 квт, для использования в электросамокатах, электроквадроциклах и другом лёгком электротранспорте, где не предъявляются высокие требования к техническим характеристикам электродвигателя, а на первый план выступает доступная цена.

Для электромобиля важна надёжность конструкции и ещё более – высокий кпд электродвигателя. От эффективности работы электродвигателя зависит величина расстояния пробега электромобиля от одной зарядки аккумуляторов, поэтому: чем выше кпд, – тем лучше.

КПД безколлекторных электродвигателей и мотор колёс на постоянных неодимовых магнитах достигает 90%. Это на 5-10% выше КПД большинства электродвигателей других типов. Другими словами: с помощью коллекторного электродвигателя, на одних и тех же аккумуляторах, можно проехать 90 км, а с помощью безколлекторного на постоянных магнитах – около 100 км. За счёт этого, для преодоления одинакового расстояния нужны менее ёмкие, а значит более лёгкие и дешёвые аккумуляторы. Нужно ли говорить, как это важно для электромобилей, аккумуляторы которых в большинстве случаев рассчитаны на пробег всего 100 – 200 км.

Исходя из этих соображений, мы рекомендуем трёхфазные безколлекторные электродвигатели постоянного тока с неодимовыми магнитами. Заплатив дороже за этот электродвигатель и контроллер к нему, по сравнению с более дешёвыми коллекторными двигателями, вы больше сэкономите на покупке менее мощного литиевого аккумулятора, или с помощью аккумулятора аналогичной ёмкости, увеличите максимальное расстояние пробега.

Компоненты, которые мы предлагаем для самостоятельного создания электромобилей – разработаны именно для этого вида транспорта и используются заводами для установки на серийные модели электромобилей. Такой подход позволит вам построить электромобиль с характеристиками, практически не уступающими серийным электромобилям, но за гораздо меньшие деньги.

У кого стоит вопрос жёсткой экономии бюджета, – помните, что скупой платит дважды: б/ушый электродвигатель с насоса погрузчика или другого оборудования, только для непосвящённых кажется выгоднее, – потому что стоит дешевле. При этом он может иметь гораздо больший вес на единицу мощности и гарантированно имеет более низкий кпд. То же самое с ресурсом: конструкция безколлекторных электродвигателей на постоянных магнитах – более проста и надёжна.

Поэтому мы сделали свой выбор в пользу самых современных и эффективных электродвигателей. Вам остаётся только правильно подобрать мощность электродвигателя для достижения заданных технических характеристик. Требуемая мощность, во многом зависит от типа трансмиссии. Если электродвигатель будет подключен к колёсам через коробку передач, – то достаточно относительно небольшой мощности, а если напрямую к дифференциалу, – тогда нужен двигатель помощнее. Но это тема отдельной статьи.

Allyur, ТМ Volta bikes

Фото автора и из интернета

Теги: электроавтомобили Винница, электромобиль своими руками Винница

Силовая установка электромобиля, электродвигатель

Мощность электродвигателя электромобиля, как и в других транспортных средствах, измеряется в киловаттах (кВт). 100 кВт примерно равно 134 лошадиным силам . Отличительная черта электродвигателя состоит в том, что в отличие от ДВС он может выдавать максимальный крутящий момент в более широком диапазоне оборотов. Это означает, что динамика электрокара с двигателем мощностью 100 кВт будет значительно лучше динамики транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания мощностью 100 кВт, который может обеспечивать максимальный крутящий момент в пределах ограниченного диапазона оборотов (бензиновый мотор обычно надо “раскручивать” до высоких оборотов, чтобы получить номинальный крутящий момент).

Энергия теряется в процессе преобразования электрической энергии в механическую. Приблизительно 90% энергии от батареи преобразуется в механическую энергию, остальные 10% – потери в двигателе и трансмиссии. Это означает, что КПД (коэффициент полезного действия) электродвигателя достигает 90%, тогда как КПД бензинового мотора – до 25%, а дизеля – до 50%.

Обычно электропитание в виде постоянного тока подается в преобразователь, где он становится переменным, а далее приходит в трехфазный двигатель переменного тока.

Для некоторых электромобилей используются двигатели постоянного тока. В некоторых случаях используются универсальные двигатели , на который можно подавать как переменный ток, так и постоянный.

В последнее время электродвигатели совершенствуются, в том числе были реализованы различные типы двигателей, например, асинхронные двигатели на автомобилях Tesla и двигатели с постоянными магнитами в Nissan Leaf и Chevrolet Bolt.

На изображении выше можно увидеть схему силовой установки Nissan Leaf второго поколения.

• Электродвигатель создает крутящий момент для перемещения автомобиля, а также генерирует зарядный ток во время рекуперативного торможения.
• Инвертор, используя двигатель, преобразует электричество постоянного тока в переменный ток для движения, а также преобразует переменный ток в постоянный во время торможения (рекуперации) для заряда батареи.
• Понижающий редуктор модулирует вращение двигателя и передает мощность на колеса (приводной вал), аналогично классической передаче.
• PDM (модуль подачи питания) представляет из себя интегрированный блок с зарядным устройством для зарядки переменным током высокого напряжения батареи, преобразователем постоянного тока, который преобразует высокое напряжение в низкое, и распределительную коробку, которая распределяет высокое напряжение на каждый блок, блокируя ток, как прерыватель, когда возникают перегрузки.

Подробно понять устройство электромобиля поможет это видео: