Що Вам потрібно знати про двигун електромобілів - Les Numériques
До побачення турбо, циліндри, форсунки. Привіт синхронні, асинхронні електродвигуни, котушки, статори, котушки індуктивності. ви не розумієте жодного з цих термінів? Однак вам доведеться звикнути, щоб за кілька років мати можливість розшифрувати жаргон вашого механіка. Тим часом, ось кілька пояснень, які повинні дозволити вам бачити чіткіше.
Електродвигун Opel Ampera-e.
Наприкінці 19 століття, у перші дні автомобілів, моторизація була розділена на три категорії: термічне згоряння, електричне та парне. На відміну від того, що можна подумати сьогодні, саме електрика панувала на ринку протягом тривалого часу, до завоювання бензинового двигуна завдяки Fort T, що продавався за низькою ціною.
Саме з 2000-х років електричний автомобіль повернув свої знаті благородства з технічним прогресом та екологічною свідомістю. Сьогодні ніхто не здивований, коли натрапляє на Nissan Leaf, Renault Zoe чи простий Autolib.
Електричний автомобіль приводиться в рух одним або декількома електродвигунами, що живляться від акумулятора. Немає зчеплення або коробки передач, а лише педаль акселератора, яку потрібно лише натиснути, щоб акумулятор подав струм, який через перетворювач перетвориться на змінний струм. Цей процес генерує електромагнітне поле, в якому мідна котушка починає обертатися, як у будь-якому маленькому іграшковому електродвигуні.
На відміну від теплового двигуна внутрішнього згоряння, механічний коефіцієнт корисної дії якого становить від 35% (бензин) до 40% (дизель), решта розсіюється у формі тепла, ефективність електродвигуна досягає 90%. Під час використання єдині втрати пов’язані з тертям. Тим не менше, доцільно довести мінус до цієї чудодійності. Фактично необхідно враховувати втрати, пов'язані з підзарядкою акумулятора. Отже, під час тестування Renault Zoe ZE40 ми виміряли споживання електроенергії 57,3 кВт-год, щоб повністю зарядити акумулятор потужністю 41 кВт-год. Це втрата 16,3 кВт-год, що все ще становить 37% споживаної енергії. Таким чином, кінцевий урожай встановлюється між 55 і 60%.
Однак електродвигун поєднує в собі інші переваги, крім ефективності, такі як тиша, крутний момент, доступний постійно, відсутність змін швидкості та, насамперед, забруднення. Єдиний недолік, і не менш важливий: якщо електромобіль виходить з ладу, буксирувати його неможливо через блокування коліс мотором, якщо ви не піднімаєте передні колеса, щоб його буксирувати. Очевидно, це передбачає, що задня вісь не має другого двигуна, що, наприклад, часто зустрічається у Tesla.
Подібно до того, як ми можемо розділити двигуни внутрішнього згоряння на різні категорії, ми можемо розрізнити різні типи електродвигунів: двигуни змінного струму (асинхронні та синхронні), найбільш використовувані, та двигуни постійного струму, сьогодні практично зникли з автомобільного сектору.
Асинхронний двигун
Асинхронний двигун є одним із найбільш використовуваних у важкій промисловості (підйомники, ліфти.), Але він також використовувався в автомобілях, наприклад, у першому електричному родстері, підписаному Tesla (отриманий від Lotus). З тих пір виробники автомобілів віддавали перевагу синхронному двигуну перед ним. Цей асинхронний двигун складається із статора та ротора. Перший - це феромагнітний циліндр, вирізи якого вміщують котушки. Що стосується другого, то він складається з двох кілець (так званих кліток-білок), прикріплених провідниками. Його також можна намотати (наявність трьох котушок, з'єднаних з кільцем).
Статор виконує роль індуктора, оскільки саме він генерує магнітне поле під час проходження електричного струму. Що стосується ротора, розташованого в центрі котушок, то на нього діє магнітне поле статора. Він є арматурою. Трифазний струм, що протікає через котушки, генерує обертове магнітне поле, швидкість обертання якого називається швидкістю синхронізму (виражається в обертах/секунду). Швидкість синхронізму отримують діленням частоти (50 Гц в Європі) на кількість пар полюсів.
Ротор намагається слідувати за цим магнітним полем, яке також називають полем статора, ніколи не досягаючи своєї швидкості. Цей зсув називається ковзанням. Саме це дозволяє мати крутний момент двигуна. Тому ковзання - це різниця між синхронною швидкістю та швидкістю ротора. Його відсоткове значення дорівнює різниці між швидкістю синхронізму та швидкістю ротора, поділеною на швидкість синхронізму. Ковзання має бути низьким: від 2% для великих двигунів до приблизно 7% для невеликих. Чим нижче ковзання, тим краще двигун.
З іншого боку, показники залишаються посередніми, продуктивність яких перевищує 75-80%, за винятком Tesla, який досягає 88% завдяки використанню міді для виготовлення клітини; що не позбавлене певних додаткових витрат на виготовлення.
Для стандартного асинхронного двигуна його низька вартість і його міцність роблять його ідеальним кандидатом для гібридних автомобілів, де електродвигун працює лише зрідка (джерело промисловості та технологій). Серед користувачів синхронних двигунів процитуємо Tesla, Renault Twizy, Mia Electric виробництва Heuliez або Courb C-Zen, електрокар Франції, виробництво якого припинилося в 2015 році для примусової ліквідації.
Синхронний двигун
Синхронний двигун досить схожий на асинхронний двигун. Тому ми знаходимо намотаний статор і ротор з постійними або намотаними магнітами (електромагнітами). З іншого боку, синхронний двигун не може запускатися самостійно. Для досягнення синхронної швидкості їй потрібен допоміжний двигун або електронний перетворювач потужності для живлення статора. Останній створить обертальне поле, що приводить в рух ротор.
Синхронний двигун пропонує краще співвідношення крутний момент/вага та кращу щільність потужності. Його ефективність також вища, ніж у асинхронного двигуна, через відсутність ковзання. Тим не менше, синхронний двигун має два недоліки, залежно від того, чи обирається постійний магніт або котушка. Перші, звичайно, легші, але виготовлені з рідкісних земель. Тому виробники шукають альтернативи цим надто дорогим матеріалам - через фактичну монополію Китаю на продаж рідкісних земель. Що стосується рани, то вона громіздка і крихка. Незважаючи на все, два варіанти цього двигуна користуються великою популярністю у виробників автомобілів (Renault із ZOE, Fluence та Kangoo, Nissan Leaf, Toyota Prius, Peugeot Ion, Bolloré Autoli'b).
Основна перевага асинхронних та синхронних двигунів полягає у можливості використання їх як генераторів під час гальмування та уповільнення завдяки установці трифазного реверсивного інвертора. Відновлена таким чином енергія дозволяє зарядити акумулятор.
Для інформації існує третій тип двигуна змінного струму: універсальний двигун, який широко використовується в побутовій техніці та портативних інструментах малої потужності (до 1,2 кВт). Останній дуже схожий на двигун постійного струму. Крутний момент такого двигуна не залежить від напрямку потоку струму і пропорційний квадрату його інтенсивності. Таким чином, він може подаватися постійним або змінним струмом. Якщо його ефективність досить низька (від 20 до 40%), вона має перевагу в тому, що вона дешева і пропонує високу швидкість обертання.
Двигун постійного струму
Двигун постійного струму, який також називають двигуном постійного струму, добре відомий, оскільки саме його можна знайти, зокрема, у радіокерованих іграшках. Перші TGV були оснащені двигунами постійного струму перед переходом на синхронні двигуни.
Двигун постійного струму складається із статора (індуктора), ротора (якоря), щіток (їх ще називають вуглецевими) та колектора. Коли двигун подається, генеруване магнітне поле дає можливість змусити його обертатися (напрямок визначається напрямком струму). Швидкість обертання безпосередньо пов'язана з певними параметрами, такими як кількість витків обмотки (складової ротора), площа її поверхні, струм, що протікає в котушці, і сила магнітного струму.
Перевага двигуна постійного струму полягає в тому, що він не вимагає керування електронікою. Він може бути безпосередньо підключений до джерела живлення, з приводом зі змінною швидкістю або без нього. Він також має сильну здатність керувати великими навантаженнями.
Двигун постійного струму в основному страждає від делікатного обслуговування на рівні колектора (крихка і дорога деталь). Що стосується щіток, їх потрібно регулярно міняти, оскільки чим вище швидкість обертання, тим більше щітки повинні натискати, щоб підтримувати контакт.
У 1995 році група PSA продала електричні Peugeot 106, Citroën AX та Saxo, оснащені двигунами постійного струму виробництва Leroy-Somer, виробництво яких було доручено Heuliez; ці машини зберігали тепловий двигун, єдиною роллю якого було керування опаленням. Хоча вони перевищували тонну в масштабі та демонстрували потужність лише 27 к.с. (90 км/год на максимальній швидкості), ці машини мали значний крутний момент двигуна на низькій швидкості. Проте радіус дії був обмежений 80 кілометрами.
Peugeot 106, Citroën AX та Saxo були першим досвідом спільного використання автомобілів у місті Ла-Рошель. Але їх закупівельна ціна в 14000 євро (на 50% більше, ніж у теплової версії), ціна оренди акумулятора (120 євро/місяць) і ціна барелю нафти, що падали в 1990-х, передчасно поклали край електричній авантюрі група ПСА на той час. Крім того, цей тип двигуна мав деякі недоліки, такі як обмежена ефективність, висока швидкість обертання, теплові втрати, що впливають на ефективність та знос щіток. Ці двигуни поступово відмовляються від автомобільних двигунів на користь синхронних та асинхронних двигунів.
Огляд архітектури автомобіля
Спочатку розроблені для промислових верстатів, сучасні електродвигуни знайшли нову нішу в електромобілі. Завдяки технологічним досягненням вони втратили вагу та розміри. Настільки, що їх мініатюризація дозволяє розташовувати їх безпосередньо біля коліс автомобіля. Особливо це стосується спортивних автомобілів. Таким чином, моторний відсік виграє від нового простору, який доведеться переставити. Цілу архітектуру для перегляду.