Виды электродвигателей: принцип работы, преимущества и недостатки, перспективы

В последнее время наблюдается взрывной рост популярности электрокаров. Параллельно с этим расширяется и ассортимент электродвигателей, градация которых выполняется по таким характеристикам, как:

• принцип работы;
• число фаз;
• тип питания привода;
• место монтажа;
• конструкция щеточно-коллекторного узла и т. д.

Синхронные электромоторы

Двигатели данного типа работают на переменном токе, а их частота вращения совпадает с частотой магнитного поля. Сегодня в сфере машиностроения подобные конструктивные решения встречаются не часто. Они более актуальны в климатических установках, насосных системах и т. п. Но некоторые производители электрокаров, вроде компании Renault, отдают предпочтение именно синхронным электромоторам, которые устанавливаются на машины этого бренда, к примеру, Renault Zoe.

Конструкция статичных электродвигателей включает неподвижную и подвижную части, выполняющие конкретные задачи, и коллекторный узел, который предлагается в качестве дополнительной опции.

1. Корпус агрегата обеспечивает защиту от различных внешних воздействий. Помимо того, герметичный корпус гарантирует электродвигателю определенную прочность и надежность в процессе эксплуатации.
2. Якорь, или иначе статор - это конструктивный элемент, формируемый из шихтованного железа или особой стали. На нем размещается рабочая обмотка, необходимая для силовых линий электромагнитного поля.
3. Ротор с обмоткой возбуждения служит для эффективного взаимодействия с магнитным полем статора. При подаче напряжения на обмотку в роторе электродвигателя возникает собственное магнитное поле, которое воздействует на вращающий элемент.
4. Обмотка якоря изготавливается из меди. Она необходима для того, чтобы обеспечить подачу напряжения, которое требуется для формирования рабочего магнитного потока.
5. Вал необходим для передачи усилия вращения от двигателя к подключаемой нагрузке. Обычно он представляет собой остов, имеющий шихтовку или полюса ротора, пластины, подшипники, кольца и другие вспомогательные конструктивные элементы.
6. Контактные кольца отвечают за подачу электропитания на обмотки ротора. Они монтируются опционально, что определяется конструкцией определенной модели электромотора.

Функционирование электромоторов синхронного типа, используемых в транспортных средствах, основывается на принципах взаимодействия магнитного потока, генерируемого обмотками.

Самыми популярными и распространенными являются рассматриваемые электромоторы, у которых на роторе имеется обмотка возбуждения, а на статоре - рабочая обмотка. На электромагниты такого узла подается постоянный ток. Магниты статора в этом случае характеризуются переменной полярностью, тогда как роторы магнитов отличаются стабильной полярностью. Именно за счет этого обеспечивается бесперебойное вращение вала.

Асинхронные электромоторы

Двигатели данного типа являются электромоторами переменного тока. Они отличаются от синхронных аналогов большей сферой применения и популярностью. Главное отличие этих моторов заключается в том, что в асинхронных моторах частота вращения ротора не совпадает с магнитным полем. Схема такой силовой установки используется в автомобилях TeslaS и TeslaХ.

Конструкция асинхронных электродвигателей включает определенный перечень основных деталей.

1. Статор. Формируется из стальных листов и имеет цилиндрическую форму. В основе статора находится сердечник с пазами, куда монтируются обмотки, оси которых позиционируются по отношению друг к другу под углом в 120 градусов.
2. Ротор. В асинхронных электромоторах используют как короткозамкнутые, так и фазные разновидности.
3. Вспомогательные конструктивные элементы. В этот перечень входят подшипники, валы и лапы, а также выводы, крыльчатка и подшипниковые щиты. Данные детали двигателя отвечают как за защиту, так и за бесперебойное вращение механизма.

Асинхронные электродвигатели получили свое имя в силу различной скорости магнитных полей ротора и статора. При нажатии педали газа в электрокаре поле статора опережает поле ротора, увлекая его за собой. Когда же такая машина замедляется, электромотор выполняет функции генератора, где магнитное поле статора отстает от поля ротора, а расхождение в скоростях вращения этих элементов называют скольжением.

Сравнение электромоторов

Асинхронные и синхронные двигатели характеризуются своими достоинствами и недостатками.

К сильным сторонам синхронных моторов относят:

• большую эффективность;
• высокую мощность;
• небольшую требовательность к системе охлаждения.

Недостатками в этом случае называют:

• высокую стоимость;
• теоретическую вероятность размагничивания.

​

Плюсы моторов асинхронного типа заключаются в:

• большом ресурсе и надежности;
• простой конструкции;
• доступной стоимости;
• ремонтопригодности;
• универсальности в плане сфер применения.

Минусами таких электромоторов считают:

• необходимость высокоэффективной системы охлаждения;
• относительно небольшую мощность;
• малую эффективность в сравнении с прочими электромоторами.

Электромоторы в колесах

Недавно электромоторы начали ставить в колеса транспортных средств. Спецификой такого конструктивного решения стало то, что крутящий момент и силы напряжения адресно ориентированы на определенное колесо машины. Обычно такие конструкции применяют в так называемых план-гибридных автомобилях с параллельной схемой. Это справедливо как для легкового автотранспорта, так и для коммерческих грузовиков.

Функционируют мотор-колеса в тандеме с обычным ДВС. В первых машинах с подобной компоновкой электродвигатели монтировались в колесные ступицы. Работали они только совместно с внутренним редуктором зубчатого типа. Сегодня же конструкция таких гибридных авто существенно отличается.

Ярким примером применения мотор-колеса можно назвать транспортное средство модели БелАЗ-75131. У этой техники каждое колесо снабжено персональным электродвигателем, обеспечивающим ему вращение. Мощность каждого такого электромоторчика достигает 1630 л. с. В сумме же все 4 узла и 2 генератора формируют единый полноценный электродвигатель.

В ТС БелАЗ модели 75131 мотор-колеса функционируют в связке с парой поршневых дизельных двигателей. По этой причине огромный карьерный самосвал является не столько электрокаром, сколько настоящим гибридом, хотя именуется именно электромобилем.

Детали и устройства электромобиля

Существенным отличием электрокаров от авто с ДВС называют отсутствие генератора. Если бы в конструкции электромобиля такой агрегат имелся, то электромотору нужно было бы тратить много энергии на его вращение, тогда как сам автомобиль демонстрировал бы сниженную динамику разгона. Именно по этой причине в большинстве электромобилей используется принцип рекуперации. Он предполагает, что при замедлении авто электродвигатель переходит в режим генератора, вырабатывая электроэнергию, которая накапливается в АКБ.

​

Отдельного нужно сказать об электромоторе вентилятора авто. Данный узел с простой конструкцией и электрическим приводом запитывается от штатной электросети машины, а также снабжается электронной системой управления. Активируется такой агрегат автоматически в зависимости от температурных показателей охлаждающей жидкости. Так удается поддерживать оптимальные параметры функционирования силового агрегата машины.

Свои характерные особенности имеет и стартер электромобилей. Это ключевой конструктивный элемент, который отвечает за быстрый пуск силовой установки и её бесперебойное функционирование. Работа стартера в электрокарах происходит в двух режимах - пуска и отключения. Сначала мотор приводит в действие цепь питания, после чего происходит подача электротока к прочим узлам. И только на следующем этапе активируется зажигание и система охлаждения.

Электромоторы авто-гибрида

Сегодня гибридами называют транспортные средства, снабженные силовыми установками разного типа. Наиболее распространены гибридные машины с электродвигателями и классическими ДВС. Электромоторы в этом случае функционируют в тандеме с блоком особых АКБ. Подобные гибридные авто очень популярны в силу великолепной разгонной динамики, топливной экономичности и экологичности.

Имеются и другие гибриды. В некоторых из них основная роль отводится ДВС, в прочих - электромоторам. Сегодня на рынке можно найти и приобрести следующие разновидности гибридов.

• Последовательно-параллельные.
• Электро-полноприводные.
• Мягкие.
• Подзаряжаемые или подключаемые.
• Микрогибриды.

В последнее время стремительно растет спрос на электромобили. Их популярность будет продолжать расти во всем мире, где уже сейчас активно расширяют инфраструктуру под такой транспорт и совершенствуют электромоторы. Такие машины постоянно модифицируют и улучшают, повышая их эффективность и надежность . Новые модели уже могут похвастаться внушительным ресурсом и автономностью при минимальном количестве недостатков, присущих их предшественникам.

В статье использованы фотоматериалы с сайта perevozka24.ru.