Что такое электрический двигатель. Как устроен и работает электродвигатель. Какие бывают виды электродвигателей. Где применяются электрические двигатели. История создания и развития электромоторов.
Что такое электрический двигатель
Электрический двигатель (электродвигатель) — это электрическая машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Основной принцип работы электродвигателя заключается в преобразовании энергии электромагнитного поля во вращательное движение ротора.
Электродвигатели широко применяются во всех отраслях промышленности, на транспорте и в быту. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами двигателей:
- Высокий КПД (до 95% и выше)
- Экологичность (отсутствие вредных выбросов)
- Простота конструкции и надежность
- Легкость управления и регулировки
- Компактные размеры и малый вес
Устройство и принцип работы электродвигателя
Основными частями любого электродвигателя являются:
- Статор — неподвижная часть
- Ротор — вращающаяся часть
- Подшипники
- Корпус
В основе работы электродвигателя лежит явление электромагнитной индукции. При подаче электрического тока на обмотки статора создается вращающееся магнитное поле. Оно взаимодействует с магнитным полем ротора, заставляя его вращаться.
Существует множество конструктивных вариантов электродвигателей, но принцип их действия остается неизменным — преобразование энергии электромагнитного поля в механическую энергию вращения вала.
Основные виды электродвигателей
По типу питающего тока электродвигатели делятся на:
Двигатели постоянного тока
Работают от источника постоянного напряжения. Подразделяются на:
- Коллекторные
- Бесколлекторные (вентильные)
Двигатели переменного тока
Питаются от сети переменного напряжения. Основные виды:
- Асинхронные (наиболее распространены)
- Синхронные
- Универсальные коллекторные
Также двигатели различаются по мощности, частоте вращения, конструкции и другим параметрам.
Где применяются электродвигатели
Области применения электрических двигателей чрезвычайно широки:
- Промышленные станки и оборудование
- Транспорт (электромобили, электропоезда)
- Бытовая техника (пылесосы, стиральные машины и др.)
- Вентиляционные системы
- Лифты и эскалаторы
- Насосы и компрессоры
- Роботы и автоматизированные системы
Практически в любой сфере, где требуется преобразование электрической энергии в механическое движение, используются электродвигатели различных типов.
История создания и развития электродвигателей
Ключевые этапы в истории электродвигателей:
- 1834 г. — Б.С. Якоби создает первый практически применимый электродвигатель
- 1886 г. — Никола Тесла изобретает асинхронный двигатель переменного тока
- 1889 г. — М.О. Доливо-Добровольский разрабатывает трехфазный асинхронный двигатель
- 1969 г. — Создан первый бесколлекторный двигатель постоянного тока
Сегодня продолжается совершенствование конструкции и характеристик электродвигателей, расширяются области их применения.
Преимущества и недостатки электродвигателей
Электрические двигатели имеют ряд достоинств по сравнению с другими типами двигателей:
- Высокий КПД (до 95% и выше)
- Экологичность — отсутствие вредных выбросов
- Низкий уровень шума и вибраций
- Простота конструкции и надежность
- Легкость управления и регулировки скорости вращения
- Возможность создания больших крутящих моментов
- Компактные размеры и малый вес
К недостаткам можно отнести:
- Зависимость от источника электроэнергии
- Сложность применения на автономных объектах
- Относительно высокая стоимость мощных двигателей
Однако преимущества электродвигателей значительно перевешивают их недостатки, что обусловливает их широчайшее распространение.
Как выбрать электродвигатель
При выборе электродвигателя следует учитывать следующие основные параметры:
- Мощность
- Напряжение питания
- Частота вращения
- Режим работы (продолжительный, повторно-кратковременный и т.д.)
- Условия эксплуатации (температура, влажность, запыленность)
- Способ монтажа
- Габаритные размеры
Важно правильно определить требуемые характеристики двигателя для конкретного применения. При необходимости следует проконсультироваться со специалистами.
Техническое обслуживание электродвигателей
Для обеспечения длительной и надежной работы электродвигателей необходимо проводить их регулярное техническое обслуживание, которое включает:
- Визуальный осмотр
- Проверку крепления и центровки
- Контроль состояния подшипников
- Измерение сопротивления изоляции обмоток
- Очистку от пыли и грязи
- Смазку подшипников (при необходимости)
Периодичность и объем работ зависят от типа двигателя, условий эксплуатации и рекомендаций производителя. Правильное обслуживание позволяет существенно продлить срок службы электродвигателей.
Электрический двигатель | это… Что такое Электрический двигатель?
Основная статья: Электрическая машина
Электродвигатели разной мощности (750 Вт, 25 Вт, к CD-плееру, к игрушке, к дисководу). Батарейка «Крона» дана для сравнения
Электрический двигатель — электрическая машина (электромеханический преобразователь), в которой электрическая энергия преобразуется в механическую, побочным эффектом является выделение тепла.
Содержание
|
Принцип действия
В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции.
Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.
Ротор может быть:
- короткозамкнутым;
- фазным (с обмоткой) — используются там, где необходимо уменьшить пусковой ток и регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Сейчас эти двигатели редкость, так как на рынке появились преобразователи частоты, ранее же они очень часто использовались в крановых установках.
Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно).
Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая болгарка, если выкинуть электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.
Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя
При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора.
Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.
Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.
Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка.
Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.
На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.
Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f: nc=f/p
При частоте 50 Гц получаем для р = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести полюсных машин) синхронные частоты вращения поля nc = 3000, 1500 и 1000 об/мин.
Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с беличьей клеткой) или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).
В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из металлических стержней (медь, бронза или алюминий), которые расположены в пазах и соединяются на концах закорачивающими кольцами (рис.
1). Соединение осуществляется методом пайки твердым припоем или сваркой. В случае применения алюминия или алюминиевых сплавов стержни ротора и заколачивающие кольца, включая лопасти вентилятора, расположенные на них, изготавливаются методом литья под давлением.
У ротора электродвигателя с контактными кольцами в пазах находится трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора, включенную, например, звездой; начала фаз соединяются с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу. При пуске двигателя и для регулировки частоты вращения можно подключить к фазам обмотки ротора реостаты (через контактные кольца и щетки). После успешного разбега контактные кольца замыкаются накоротко, так что обмотка ротора двигателя выполняет те же самые функции, что и в случае короткозамкнутого ротора.
Источник
Устройство асинхронного двигателя http://techno.x51.ru/index.php?mod=text&uitxt=905
Классификация электродвигателей
По принципу возникновения вращающего момента электродвигатели можно разделить на гистерезисные и магнитоэлектрические.
У двигателей первой группы вращающий момент создается вследствие гистерезиса при перемагничивании ротора. Данные двигатели не являются традиционными и не широко распространены в промышленности.
Наиболее распространены магнитоэлектрические двигатели, которые по типу потребляемой энергии подразделяется на две большие группы — на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока (также существуют универсальные двигатели, которые могут питаться обоими видами тока).
Двигатели постоянного тока
Двигатель постоянного тока в разрезе. Справа расположен коллектор с щётками
Двигатель постоянного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется постоянным током. Данная группа двигателей в свою очередь по наличию щёточно-коллекторного узла подразделяется на:
- коллекторные двигатели;
- бесколлекторные двигатели.
Щёточно-коллекторный узел обеспечивает электрическое соединение цепей вращающейся и неподвижной части машины и является наиболее ненадежным и сложным в обслуживании конструктивным элементом.:quality(80)/images.vogel.de/vogelonline/bdb/600400/600461/original.jpg)
По типу возбуждения коллекторные двигатели можно разделить на:
- двигатели с независимым возбуждением от электромагнитов и постоянных магнитов;
- двигатели с самовозбуждением .
Двигатели с самовозбуждением делятся на:
- Двигатели с параллельным возбуждением;(обмотка якоря включается параллельно обмотке возбуждения)
- Двигатели последовательного возбуждения;(обмотка якоря включается последовательно обмотке возбуждения)
- Двигатели смешанного возбуждения.(обмотка возбуждения включается частично последовательно частично параллельно обмотке якоря)
Бесколлекторные двигатели (вентильные двигатели) — электродвигатели, выполненные в виде замкнутой системы с использованием датчика положения ротора, системы управления (преобразователя координат) и силового полупроводникового преобразователя (инвертора). Принцип работы данных двигателей аналогичен принципу работы синхронных двигателей. [2]
Двигатели переменного тока
Трехфазные асинхронные двигатели
Двигатель переменного тока — электрический двигатель, питание которого осуществляется переменным током.
По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели. Принципиальное различие состоит в том, что в синхронных машинах первая гармоника магнитодвижущей силы статора движется со скоростью вращения ротора (благодаря чему сам ротор вращается со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — всегда есть разница между скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле вращается быстрее ротора).
Синхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, ротор которого вращается синхронно с магнитным полем питающего напряжения. Данные двигатели обычно используются при больших мощностях (от сотен киловатт и выше).
Существуют синхронные двигатели с дискретным угловым перемещением ротора — шаговые двигатели. У них заданное положение ротора фиксируется подачей питания на соответствующие обмотки. Переход в другое положение осуществляется путём снятия напряжения питания с одних обмоток и передачи его на другие.
Ещё один вид синхронных двигателей — вентильный реактивный электродвигатель, питание обмоток которого формируется при помощи полупроводниковых элементов.
Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.
По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:
- однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь;
- двухфазные — в том числе конденсаторные;
- трёхфазные;
- многофазные;
Универсальный коллекторный электродвигатель
Основная статья: Коллекторный электродвигатель
Универсальный коллекторный электродвигатель — коллекторный электродвигатель, который может работать и на постоянном токе и на переменном токе. Изготавливается только с последовательной обмоткой возбуждения на мощности до 200 Вт.
Статор выполняется шихтованным из специальной электротехнической стали. Обмотка возбуждения включается частично при переменном токе и полностью при постоянном. Для переменного тока номинальные напряжения 127,220., для постоянного 110.220. Применяется в бытовых аппаратах, электроинструментах. Двигатели переменного тока с питанием от промышленной сети 50 гц не позволяют получить частоту вращения выше 3000 об/мин. Поэтому для получения высоких частот применяют коллекторный электродвигатель, который к тому же получается легче и меньше двигателя переменного тока той же мощности или применяют специальные передаточные механизмы, изменяющие кинематические параметры механизма до необходимых нам (мультипликаторы). При применении преобразователей частоты или наличии сети повышенной частоты (100, 200, 400 Гц) двигатели переменного тока оказываются легче и меньше коллекторных двигателей (коллекторный узел иногда занимает половину пространства). Ресурс асинхронных двигателей переменного тока гораздо выше, чем у коллекторных, и определяется состоянием подшипников и изоляции обмоток.
Синхронный двигатель с датчиком положения ротора и инвертором является электронным аналогом коллекторного двигателя постоянного тока.
История
Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является Колесо Барлоу. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности. Изобретатели стремились создать электродвигатель для производственных нужд. Они пытались заставить железный сердечник двигаться в поле электромагнита возвратно-поступательно, то есть так, как движется поршень в цилиндре паровой машины.
Русский ученый Б. С. Якоби пошел иным путем. В 1834 г. он создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу «О применении электромагнетизма для приведения в движение машины». Б. С. Якоби писал, что его двигатель несложен и «дает непосредственно круговое движение, которого гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное».
Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться.
Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби довел мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе.
13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.
Примечания
- ↑ Белов и др., 2007, с. 27
- ↑ 1 2 Белов и др., 2007, с. 28
Литература
- Белов М. П., Новиков В. А., Рассудов Л. Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. — 3-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 575 с. — (Высшие профессиональное образование). — 1000 экз. — ISBN 978-5-7695-4497-2
Ссылки
- Защита асинхронных двигателей
- Схема подключения электродвигателя
- Потери энергии и КПД асинхронных двигателей
- Рабочие характеристики асинхронного двигателя
- Пуск электродвигателя с фазным ротором
- Строение асинхронного электродвигателя — видео, 3D
- Конструкции электрических машин
- Подключение электродвигателя
Audi усовершенствовала электрический прототип для Дакара
Автоспорт
- Главная / Автоспорт
Александр Ефимкин
01.
09.2022
Электрический прототип Audi RS Q e-tron доработан по всем ключевым пунктам – и вновь готов дать бой Нассеру Аль-Аттие и Toyota на ралли-марафоне «Дакар».
С момента премьеры первого электропрототипа RS Q e-tron прошло чуть больше года. За это время заводская команда успела выиграть четыре спецучастка в Дакаре и гонку Abu Dhabi Racing Challenge. Летом прошлого года немцы осторожничали с прогнозами: мол, на необкатанной машине на главном ралли-рейде планеты будет успехом уже доехать до финиша. Но быстро вошли во вкус – и сегодня представлен прототип RS Q e-tron E2.
Новая машина – слева
Силовая установка, состоящая из двух тяговых электромоторовов суммарной отдачей 500 кВт (680 л. с.), осталась без существенных изменений. Как и прежде, электродвигатели получают питание от аккумулятора емкостью 50 кВт·ч, а тот в свою очередь подзаряжается от мотора 2.0 TFSI, который прежде устанавливали на машины серии DTM. На Дакаре иногда возникала ситуация, когда при прыжках или езде на неровном покрытии на колеса приходилось больше мощности, чем позволяет регламент FIA.
Чтобы избежать штрафов, инженеры увеличили частоту опроса датчиков отдачи обоих электромоторов.
Версия E2 – та, что с красными вставками и без «плавника»
Первый RS Q e-tron был слишком тяжелый: даже несмотря на то, что максимальная разрешенная масса машин класса T1U со следующего года вырастет с 2000 до 2100 кг, инженеры все равно были вынуждены работать над снижением веса. Заявлено, что у нового и старого RS Q e-tron нет ни одного общего элемента кузова. Также было необходимо облегчить процесс вынужденной замены колес, ради чего некоторые элементы кузова конструктивно упрощены и сделаны быстросъемными. 10-спицевые колеса компании Rotiform также разрабатывались с учетом возможности их быстрой замены в полевых условях.
Вместо аэротрубы инженеры Audi значительную часть времени занимались вычислительной гидродинамикой: кузов прототипа разрабатывался с помощью компьютерной программы, моделирующей потоки встречного воздуха. Ради снижения площади фронтальной проекции была спроектирована оригинальная форма кузова, которая анфас напоминает лодку.
Существенные изменения также коснулись крышки моторного отсека (за крупным воздухозаборником на крыше больше нет «плавника») и передних колесных арок, а кокпит в задней части стал шире.
В результате коэффициент лобового сопротивления снизился на 15%. На максимальную скорость это не повлияет (она как и прежде ограничена на отметке 170 км/ч), но точно поможет снизить расход электричества.
Автоспорт / Статьи
Дакар-2022: возвращение «Нивы» и доминирование «КАМАЗов»
Год назад немцы охотно рассказывали о системах охлаждения исходного прототипа, но в боевых условиях оказалось, что салонный кондиционер даже слишком мощный: при постоянной работе он может попросту заморозить хладагент! Поэтому на новой машине система будет работать с перерывами, что, впрочем, не должно сказаться на комфорте пилотов.
На передней панели по-прежнему россыпь из 24 кнопок, но их назначение теперь можно выбрать тумблером: заводские пилоты жаловались на перегруженный лишними кнопками блок.
В гоночном режиме «Stage» доступными останутся только необходимые для соревнований функции (например, ограничение скорости либо надувной домкрат). «Дорожный» пресет вернет на переднюю панель кнопки индикаторов поворота и активации камеры заднего вида, а режимы «Error» и «Settings» предназначены исключительно для механиков.
Первой гонкой для нового электропрототипа станет ралли-рейд «Ралли Морокко», который пройдет с 1 по 6 октября. А в начале следующего года Audi RS Q e-tron E2 вновь поборются за победу в «Дакаре» с Нассером Аль-Аттия и его бензиновой Toyota.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен
«Движок» теперь в Telegram! Подписывайтесь и узнавайте первыми о новинках и результатах тестов!
348
Новости по теме
Автоспорт / Новости
Баха «Холмы России – 2022»: не рыцарское дело
25 сентября в Ульяновской области завершился финальный день этапа чемпионата России по ралли-рейдам и внедорожной серии «Холмы России».
В этом году статус соревнования значительно вырос: среди участников – победители «Дакара» и чемпионы мира,…
Баха, Холмы России
Автоспорт / Новости
Hankook заменил Michelin в статусе поставщика шин для Formula E
Со сезона 2022-2023 болиды электрической серии Formula E будут оснащаться шинами Hankook iON. Michelin является одной из компаний, стоявшей у истоков «Формулы Е»: начиная с дебютного сезона 2014-2015 болиды оснащались резиной Pilot Sport EV.…
Hankook, Formula E, Шины
Автоспорт / Новости
Ирина Сидоркова выступит в гонках на выносливость
Российская автогонщица Ирина Сидоркова объявила о своем предстоящем дебюте в гонках на выносливость. Об этом Ирина написала в своем Telegram-канале, отметив, что ранее, до попадания в «формулы» (гоночные серии для машин с открытыми колесами),…
Кольцевые гонки, РСКГ, Ирина Сидоркова
Статьи по теме
Автоспорт / Статьи
Ключ на старт! Чего ждать от нового сезона в «Формуле-1»
Не успели утихнуть жаркие споры по поводу финиша самого зрелищного сезона «Формулы-1» за последнее десятилетие, как уже пора готовиться к новым заездам! Прошлый год, благодаря накалу страстей и эпичному финишу, значительно расширил аудиторию…
Формула-1
Автоспорт / Статьи
Дакар-2022: возвращение «Нивы» и доминирование «КАМАЗов»
Начало каждого календарного года всегда ожидаемо фанатами автоспорта по всему миру, ведь в первых числах января стартует «Дакар» – главный ралли-марафон планеты.
На этот раз гонка впервые за 44 года проходила в новом статусе – этапа чемпионата…
Дакар
Автоспорт / Статьи
Мировой автоспорт в 2021 году
В отличие от «карантинного» 2020 года, в сезоне-2021 практически все ведущие автоспортивные чемпионаты сумели начать гонки вовремя. Да и в целом сезон, в общем-то, не был омрачен переносами или отменой гонок, за исключением нескольких этапов…
Кольцевые гонки, Ралли
Тест-драйвы
Автомобили / Тесты
Тест-драйв обновленного Mitsubishi Pajero Sport: последний шанс остаться прежним
Несмотря на все конфликты, территориальные споры и попытки политиков вернуть нас во времена «права сильного», цивилизация все-таки движется по пути гуманизма, одним из краеугольных камней которого является комфорт и удобство жизни. Это же касается…
Mitsubishi Pajero Sport
Автомобили / Тесты
Тест-драйв Opel Combo Life: рабоче-семейные ценности
Текущее удручающее положение вещей на рынке новых автомобилей в России не оставляет выбора желающим приобщиться к передовым новинкам мирового автопрома.
Машины начинают выпускаться без части опций, которые еще недавно считались обязательными,…
Opel Combo Life
Автомобили / Тесты
Тест-драйв Geely Coolray: юношеский максимализм
Компактные переднеприводные кроссоверы – что может быть скучнее? Вылепленные из седанов обмылки, променявшие сбалансированную рулежку на несколько сантиметров клиренса и пару лишних литров в багажнике! Пресно, однообразно, но с голоду не помрешь:…
Geely Coolray
Электрический двигатель
- Статья опубликована 26.06.2014 06:06
- Последняя правка произведена 27.01.2016 18:29
Определение.
Электрический двигатель – механизм или специальная машина, предназначенная для преобразования электрической энергии в механическую, при котором так же выделяется тепло.
Предыстория.
Якоби Борис Семенович
Уже в 1821 году, знаменитый британский ученый Майкл Фарадей продемонстрировал принцип преобразования электромагнитным полем электрической энергии в механическую энергию.
Установка состояли из подвешенного провода, которых окунался в ртуть. Магнит устанавливался посередине колбы с ртутью. При замыкании цепи, провод начинал вращение вокруг магнита, демонстрируя то, что вокруг провода, эл. током, образовывалось электрическое поле.
Эту модель двигателя часто демонстрировали в школах и университетах. Данный двигатель считается самым простым видом из всего класса электродвигателей. Впоследствии он получил продолжение в виде Колеса Барлова. Однако новое устройство носило лишь демонстрационный характер, поскольку вырабатываемые им мощности были слишком малы.
Ученые и изобретатели работали над двигателем с целью использования его в производственных нуждах. Все они стремились к тому, чтобы сердечник двигателя двигался в магнитном поле вращательно-поступательно, на манер поршня в цилиндре паровой машины. Русский изобретатель Б.С. Якоби сделал все гораздо проще. Принцип работы его двигателя заключался в попеременном притяжении и отталкивании электромагнитов.
Часть электромагнитов были запитаны от гальванической батареи, и направление течения тока в них не менялась, а другая часть подключалась к батарее через коммутатор, благодаря которому изменялось направление течения тока через каждый оборот. Полярность электромагнитов менялась, и каждый из подвижных электромагнитов то притягивался, то отталкивался от соответствующего ему неподвижного электромагнита. Вал приходил в движение.
электродвигатель Бориса Якоби Изначально мощность двигателя была небольшой и составляла всего 15 Вт, после доработок, Якоби удалось довести мощность до 550 Вт.. 13 сентября 1838 году, лодка, оборудованная этим двигателем, плыла с 12 пассажирами по Неве, против течения, развивая при этом скорость в 3 км/ч. Двигатель был запитан от большой батареи, состоящей из 320 гальванических элементов. Мощность современных электрических двигателей превышает 55 кВт. По вопросом прибретения электрических двигателей смотрите здесь.
Принцип действия.
В основу работы электрической машины заложено явление электромагнитной индукции (ЭМИ).
Явление ЭМИ заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, в нем (контуре) образуется индукционный ток.
Сам двигатель состоит из ротора (подвижной части – магнита или катушки) и статора (неподвижной части – катушки). Чаще всего конструкция двигателя представляет собой две катушки. Статор обложен обмоткой, по которой, собственно, и течет ток. Ток порождает магнитное поле, которое воздействует на другую катушку. В ней, по причине ЭМИ, так же образуется ток, который порождает магнитное поле, действующее на первую катушку. И так все повторяется по замкнутому циклу. В итоге, взаимодействие полей ротора и статора создает вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя. Таким образом, происходит трансформация электрической энергии в механическую, которую можно использовать в различных приборах, механизмах и даже в автомобилях.
Вращающееся магнитное поле
Вращение электромотора
Классификация электрических двигателей.
По способу питания:
• двигатели постоянного тока – запитываются от источников постоянного тока.
• двигатели переменного тока — запитываются от источников переменного тока.
• универсальные двигатели – запитываются как от постоянного, так и переменного тока.
По конструкции:
Коллекторный электродвигатель — электродвигатель, в котором в качестве датчика положения ротора и переключателя тока используется щеточноколлекторный узел.
Бесколлекторый электродвигатель – электродвигатель, состоящий из замкнутой системы, в которой используются: системы управления (преобразователь координат), силовой полупроводниковый преобразователь (инвертор), датчик положения ротора (ДПР).
• С приведением в действие постоянными магнитами;
• С параллельным соединением якоря и обмоток возбуждения;
• С последовательным соединением якоря и обмоток возбуждения;
• Со смешанным соединением якоря и обмоток возбуждения;
трехфазные асинхронные двигатели
По количеству фаз:
• Однофазные – запускаются вручную, либо же имеют пусковую обмотка или фазосдвигающую цепь.
• Двухфазные
• Трехфазные
• Многофазные
По синхронизации:
• Синхронный электродвигатель – электрический двигатель переменного тока с синхронным движением магнитного поля питающего напряжения и ротора.
• Асинхронный электродвигатель – электрический двигатель переменного тока с отличающейся частотой движения ротора и магнитного поля, порождаемого питающим напряжением.
General Atomics разрабатывает гибридный электрический двигатель для малозаметного беспилотника MQ-Next. (General Atomics)
ВАШИНГТОН — Когда в прошлом месяце компания General Atomics представила новый концепт модульного беспилотника, она также намекнула на новую концепцию двигательной технологии, которая, по мнению пары высших руководителей компании, может «изменить правила игры».
Продукт компании, представленный на конференции Ассоциации Воздушно-космических сил, был беспилотным летательным аппаратом Gambit, который имеет общую основу, из которой можно изготовить четыре различных конструкции.
База составляет около 70 процентов конструкций самолетов, по словам Дэйва Александра, президента GA по авиационным системам, и Майка Этвуда, старшего директора фирмы по передовым программам, которые беседовали с Breaking Defense 21 сентября.0003
Но на стене стенда компании концепт-арт демонстрировал форму летающего крыла, которая чаще всего ассоциируется с бомбардировщиками-невидимками B-2 или B-21. Этот дизайн является не частью Gambit, а частью того, что компания называет MQ-Next, что может в конечном итоге включать в себя новый двигатель для GA, который Этвуд рекламировал как «полностью прорывную технологию».
«Мы работаем над гибридной электрической силовой установкой», — сказал Этвуд. «Мы верим, что GA станет пионером в совершенно новом способе приведения в движение воздушно-реактивных [транспортных средств]. Это будет представлено в ближайшие годы, но это полностью прорывная технология. В нем используется гибридная электрическая система, в которой, по сути, собраны Tesla Model S и RQ-170, и у вас есть полностью электрический самолет, способный преодолевать большие расстояния.
СВЯЗАННЫЕ: Секретный бомбардировщик B-21 будет представлен публике в декабре
Александр показал графику, изображающую двигатель для малозаметного проекта следующего поколения. Внутри фюзеляжа спрятаны воздуховоды с тем, что он назвал «змеевидными» впускными и выпускными отверстиями — по сути, воздуховоды скручены внутри самолета, чтобы вентиляторы двигателя не были видны и не поднимали воздух. подпись РФ. «Если бы вы пытались заглянуть в выхлопную трубу, [вы] не смогли бы ее увидеть», — сказал он.
«Ключом к этой конструкции является [] двигатель на тяжелом топливе, приводящий в движение очень эффективные генераторы и двигатели. И таким образом мы можем получить довольно низкую скорость [вентилятора], получить действительно хорошую эффективность», — сказал Александр. «Итак, это меняет правила игры прямо здесь. Это вентилятор с низким коэффициентом давления, так что это немного сложно, и мы должны быть осторожны с ним. Но мы верим, что как только мы добьемся этого, получим тягу и установленный вес, тогда это выведет этот самолет на новый уровень.
В частности, сказал Александр, компания ожидает, что малозаметная конструкция MQ-Next будет иметь 60-часовую автономность без необходимости дозаправки — возможность дальнего действия на станции, которая, как он особо отметил, «поможет вам покрыть Юг». Китайское море». Кроме того, проект должен иметь возможность взлетать с неровной взлетно-посадочной полосы высотой 3000 футов, а это означает, что, если ему потребуется дозаправка, он может сделать это на небольших базах, рассматриваемых в рамках концепции гибкого боевого применения ВВС.
Поставленная задача, подытожил Александер, «в оспариваемой, скрытной среде, не зависящей от дозаправки в полете, при решении проблемы тирании расстояния в Южно-Китайском море».
Обратная связь с Gambit
Хотя технология двигателя все еще находится в стадии разработки, цель состоит в том, чтобы в конечном итоге передать то, что было разработано для MQ-Next, обратно в серию Gambit, особенно в четвертую модель Gambit, которая использует летающее крыло.
, скрытый дизайн графики MQ-Next.
Во время интервью Александр и Этвуд несколько раз настаивали на том, что весь пакет Gambit уже находится в той или иной форме. Они также выразили уверенность в том, что, если ВВС захотят продолжить реализацию проекта, у компании будет достаточно производственных площадей, указав на объявление от 20 сентября об открытии нового объекта в городе Пауэй, штат Калифорния.
«У нас есть возможность работать в две-три смены. У нас есть площадь, чтобы обеспечить все, что нужно ВВС. И у нас есть возможность расширения там, где мы находимся», — сказал Александр.
Стоимость моделей — вариант ISR, один вооруженный оружием класса «воздух-воздух», третий для роли противника в воздухе и четвертый с возможностями скрытности и большой выносливости — будет «значительно меньше», чем MQ GA -9, сказал Александр, оценивая, что это будет «подростки» миллионов. Учитывая, что истощение является частью концепции, «вы не хотите, чтобы это было настолько дорого, что вы боитесь его использовать», — сказал он.
Центральное ядро Gambit, которое Этвуд назвал «скейтбордом», поставляется с предустановленным задним крюком. Тем не менее, оба мужчины настаивали на том, что они не собираются запускать и запускать военно-морской вариант Gambit в ближайшей перспективе.
«Я думаю, даже если эти штуки отлично работают с самолета, на авианосце нет места для этих [конструкций]», — сказал Этвуд. «И культурно флот к этому не готов. … У вас есть другие конкуренты, которые пытаются пойти по этому пути и в значительной степени потерпели неудачу. И поэтому мы бы предпочли сделать что-то более прямолинейное».
Так зачем вообще включать задний крюк в этот ранний дизайн?
— На будущее, — сказал Этвуд. «Мы хотели бы быть терпимыми к будущему, [так] почему бы вам не соединить эту структуру через общую структуру киля и не иметь возможности сделать это? если это нужно миру, мы хотим быть готовыми проецировать мощность с носителя. Мы не думаем, что это первый шаг».
Этот 17-летний парень разработал двигатель, который потенциально может изменить индустрию электромобилей | Инновация
Роберт Сансоне со своим новым синхронным реактивным двигателем.
Общество наукиРоберт Сансоне — прирожденный инженер. От аниматронных рук до скоростных беговых ботинок и картинга, который может развивать скорость более 70 миль в час, изобретатель из Форт-Пирса, Флорида, считает, что в свободное время он выполнил не менее 60 инженерных проектов. А ему всего 17 лет.
Пару лет назад Sansone наткнулся на видео о преимуществах и недостатках электромобилей. В видео объясняется, что для большинства двигателей электромобилей требуются магниты, изготовленные из редкоземельных элементов, извлечение которых может быть дорогостоящим как с финансовой, так и с экологической точки зрения. Необходимые редкоземельные материалы могут стоить сотни долларов за килограмм. Для сравнения, медь стоит 7,83 доллара за килограмм.
«У меня есть естественный интерес к электродвигателям, — говорит Сансоне, который использовал их в различных проектах по робототехнике. «С этой проблемой устойчивости я хотел решить ее и попытаться разработать другой двигатель».
Старшеклассник слышал о типе электродвигателя — синхронном реактивном двигателе, — в котором не используются эти редкоземельные материалы. Этот тип двигателя в настоящее время используется для насосов и вентиляторов, но сам по себе он недостаточно мощный, чтобы его можно было использовать в электромобиле. Итак, Сансоне начал мозговой штурм, чтобы улучшить его производительность.
В течение года компания Sansone создала прототип нового синхронного реактивного двигателя, который обладал большей силой вращения (или крутящим моментом) и эффективностью, чем существующие. Прототип был изготовлен из напечатанного на 3D-принтере пластика, медных проводов и стального ротора и протестирован с использованием различных измерителей для измерения мощности и лазерного тахометра для определения скорости вращения двигателя. Его работа принесла ему первый приз и выигрыш в размере 75 000 долларов на Международной научно-технической ярмарке Regeneron (ISEF) в этом году, крупнейшем международном конкурсе STEM для старших классов.
В менее экологичных двигателях с постоянными магнитами используются такие материалы, как неодим, самарий и диспрозий, которые пользуются большим спросом, потому что они используются во многих различных продуктах, включая наушники и наушники-вкладыши, объясняет Хит Хофманн, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Университет Мичигана. Хофманн много работал над электромобилями, в том числе консультировал Tesla по разработке алгоритмов управления их силовым приводом.
«Кажется, что число приложений, использующих магниты, становится все больше и больше, — говорит он. «Многие материалы добываются в Китае, поэтому цена часто может зависеть от нашего торгового статуса с Китаем». Хофманн добавляет, что Tesla недавно начала использовать постоянные магниты в своих двигателях.
Электродвигатели используют вращающиеся электромагнитные поля для вращения ротора.
Катушки проволоки в неподвижной внешней части двигателя, называемой статором, создают эти электромагнитные поля. В двигателях с постоянными магнитами магниты, прикрепленные к краю вращающегося ротора, создают магнитное поле, которое притягивается к противоположным полюсам вращающегося поля. Это притяжение раскручивает ротор.
Синхронные реактивные двигатели не используют магниты. Вместо этого стальной ротор с прорезанными в нем воздушными зазорами выравнивается с вращающимся магнитным полем. Нежелание, или магнетизм материала, является ключом к этому процессу. Когда ротор вращается вместе с вращающимся магнитным полем, создается крутящий момент. Больший крутящий момент создается, когда коэффициент заметности или разница в магнетизме между материалами (в данном случае стальным и немагнитным воздушным зазором) больше.
Вместо того, чтобы использовать воздушные зазоры, Сансоне подумал, что может включить в двигатель другое магнитное поле. Это увеличило бы этот коэффициент заметности и, в свою очередь, произвело бы больший крутящий момент.
В его конструкции есть и другие компоненты, но он не может раскрыть больше деталей, так как надеется запатентовать технологию в будущем.
«После того, как у меня появилась эта первоначальная идея, мне пришлось сделать несколько прототипов, чтобы проверить, будет ли этот дизайн работать на самом деле», — говорит Сансоне. «У меня нет тонны ресурсов для создания очень продвинутых двигателей, поэтому мне пришлось сделать уменьшенную версию — масштабную модель — с помощью 3D-принтера».
Потребовалось несколько прототипов, прежде чем он смог протестировать свой дизайн.
«На самом деле у меня не было наставника, который мог бы мне помочь, поэтому каждый раз, когда двигатель выходил из строя, мне приходилось проводить массу исследований и пытаться устранять неполадки, — говорит он.
«Но в итоге на 15-м моторе я смог получить работающий прототип».
Сансон проверил свой двигатель на крутящий момент и КПД, а затем для сравнения перенастроил его для работы в качестве более традиционного синхронного реактивного двигателя. Он обнаружил, что его новая конструкция обеспечивает на 39 процентов больший крутящий момент и на 31 процент большую эффективность при 300 оборотах в минуту (об/мин). При 750 об/мин эффективность увеличилась на 37 процентов. Он не мог испытать свой прототип при более высоких оборотах в минуту, потому что пластиковые детали перегревались — урок, который он усвоил на собственном горьком опыте, когда один из прототипов расплавился на его столе, — рассказывает он 9.0013 Top of the Class , подкаст, созданный Crimson Education.
Для сравнения, двигатель Tesla Model S может развивать скорость до 18 000 об/мин, объяснил главный конструктор двигателей компании Константинос Ласкарис в интервью 2016 года Кристиану Руоффу для журнала об электромобилях Charged.
Сансоне подтвердил свои результаты во втором эксперименте, в котором он «изолировал теоретический принцип, согласно которому новый дизайн создает магнитную заметность», согласно презентации своего проекта. По сути, этот эксперимент исключил все другие переменные и подтвердил, что улучшения крутящего момента и эффективности коррелируют с большим коэффициентом значимости его конструкции.
«Он определенно правильно смотрит на вещи, — говорит Хофманн о Сансоне. «Есть потенциал, что это может стать следующей большой вещью». Однако он добавляет, что многие профессора работают над исследованиями всю свою жизнь, и «довольно редко они в конечном итоге захватывают мир».
Хофманн говорит, что материалы для синхронных реактивных двигателей дешевы, но машины сложны и, как известно, трудны в производстве. Таким образом, высокие производственные затраты являются препятствием для их широкого использования и основным ограничивающим фактором для изобретения Sansone.
Сансоне соглашается, но говорит, что «с новыми технологиями, такими как аддитивное производство [например, 3D-печать], построить его в будущем будет проще».
Сейчас Сансоне работает над расчетами и трехмерным моделированием 16-й версии своего мотора, которую он планирует построить из более прочных материалов, чтобы протестировать ее на более высоких оборотах в минуту. Если его двигатель продолжит работать с высокой скоростью и эффективностью, он говорит, что продолжит процесс патентования.
Вся экспериментальная установка Sansone. Роберт СансонеВ старших классах Центральной средней школы Форт-Пирса Сансоне мечтает поступить в Массачусетский технологический институт. Его выигрыш от ISEF пойдет на оплату обучения в колледже.
Сансон говорит, что изначально не планировал участвовать в конкурсе. Но когда он узнал, что один из его занятий позволил ему завершить годовой исследовательский проект и написать статью по выбранной им теме, он решил воспользоваться возможностью и продолжить работу над своим двигателем.
«Я подумал, что если я смогу вложить в это столько энергии, то смогу сделать это проектом научной выставки и конкурировать с ним», — объясняет он.
После хороших результатов на районных и государственных соревнованиях он перешел в ISEF.
Сансоне ждет следующего этапа испытаний, прежде чем обратиться к какой-либо автомобильной компании, но он надеется, что однажды его двигатель станет предпочтительным для электромобилей.
«Редкоземельные материалы в существующих электродвигателях являются основным фактором, подрывающим устойчивость электромобилей», — говорит он. «Увидеть день, когда электромобили станут полностью устойчивыми благодаря помощи моей новой конструкции двигателя, было бы мечтой».
Рекомендуемые видео
Electric Motor — Sailing Uma
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ:
Следующая информация относится к нашей первоначальной настройке. Прошло почти 5 лет с тех пор, как мы это написали. С тех пор было сделано много обновлений и улучшений. Все можно увидеть на нашем канале Youtube. Обновленные электрические схемы, характеристики и фотографии будут в ближайшее время.
Между тем, большая часть приведенной ниже информации по-прежнему актуальна, и я уверен, что вы найдете ее полезной. И ответ на наш самый часто задаваемый вопрос: ДА, мы все еще любим наш электродвигатель!
ПОЧЕМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ?
Электродвигатель . . .
ПОДХОДИТ НЕ ДЛЯ ВСЕХ.
Давайте сначала оглянемся в прошлое, когда «серийные» лодки стали популярны в конце 60-х начале 70-х годов. Цель состояла в том, чтобы сделать недорогую лодку, которую могла позволить себе средняя семья, с ограниченным опытом и знаниями в области парусного спорта. В результате одним из их требований была способность двигать лодку в сложных ситуациях. Вот где был придуман «вспомогательный двигатель». Но для многих он стал основным средством маневрирования на лодке. Да, в мире есть места, куда нельзя плыть, например Панамский канал. Но часто есть альтернативы, где вы МОЖЕТЕ плыть.
«Мы еще не использовали наш мотор более 30 минут подряд».
На сегодняшний день, ноябрь 2016 года, мы проплыли более 3000 миль вдоль восточного побережья США и через Багамы на Гаити.
Нам еще предстоит использовать наш двигатель более 30 минут за раз. Большая часть использования происходит, когда мы опускаем грот и снова опускаемся на якорь, чтобы установить его. Большая часть нашего плавания проходила в открытом море. Но мы также плавали на ICW и недавно прошли 25 миль вверх по реке Кейп-Фир в Уилмингтон, Северная Каролина. Мы проплыли под многими мостами, некоторые по установленному расписанию, другие открываются по требованию. Во всех случаях мы шли ко дну. Мы обнаружили, что ключом к успеху является наличие четкого плана и терпения, чтобы дождаться подходящей погоды и прилива. В конце концов, у нас есть парусная лодка. Они по своей природе медлительны. Мы не торопимся. Нам нравится идея быть самодостаточными. Но для тех, кто плавает по расписанию, у кого мало времени, кому не хватает терпения, чтобы переждать ветровую дыру, кто чувствует необходимость разогнать свою лодку до скорости корпуса, любит обслуживать дизельный двигатель или просто настроен по-своему, тогда электродвигатель, вероятно, не является правильным выбором.
Хотите узнать ЕЩЕ БОЛЬШЕ…?
Конечно, мы бы хотели, чтобы вы остались и прочитали эту страницу до конца, но по пути мы добавили много отвлекающих факторов (например, ссылок). Не расстраивайтесь, если вы отвлеклись, мы знаем, что вы вернетесь.
Если вы хотите просто прыгнуть ногами вперед во все, что связано с «электрическим парусником», Electric Seas — хорошее место для начала. Это отличное сообщество ресурсов, в котором есть несколько других историй об электрических парусных лодках, которыми вы можете наслаждаться.
ДРУГИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНО БОЛЬШИЕ РЕСУРСЫ….
«Мои электрические лодки» Чарльза Матиса.
Хотя эта книга в настоящее время находится в нашем списке пожеланий на Amazon, мы еще не читали ее. Но это единственное, что мы смогли найти на эту тему, и всего за 15 долларов оно выглядит многообещающе. Если вы прочтете его раньше нас, дайте нам знать, что вы думаете!
МОТОР
Дизель не нужен. . .
ДЛЯ МОРСКИХ ПЕРЕХОДОВ.
Многие люди писали и комментировали, что электродвигатель хорош только для дневных яхтсменов, которые не заходят слишком далеко каждый день, и что вам нужен надежный дизельный двигатель для дальних круизов. Но нам кажется, что все наоборот. Поскольку у нас нет причала, к которому мы могли бы причалить и заряжать наши батареи каждую ночь, мы полагаемся на плавание, чтобы перезарядить нашу систему. Чем дольше мы плывем и чем больше получаем солнца, тем больше энергии мы производим. Потому что у нас нет 9-5, чтобы вернуться в конце веселых выходных на лодке, у нас нет расписания, требующего, чтобы мы возвращались к пристани вовремя, независимо от ветра. Итак, мы считаем, что электродвигатель, в зависимости от вашего стиля плавания, можно адаптировать к любой лодке. Но вы должны быть готовы обойти один главный недостаток — диапазон.
«У нас нет расписания, требующего, чтобы мы возвращались в док вовремя».
Запас хода — главный недостаток электродвигателя.
Но с парусной лодкой и некоторыми адекватными навыками плавания мы обнаружили, что нам действительно не нужен мотор, как мы изначально думали. Для тех, у кого есть расписание, возможность гибридной системы может подойти. Он включает в себя все преимущества электрической системы с дополнительной резервной дизельной или газовой генераторной установкой, рассчитанной на обеспечение достаточной мощности для продолжительной работы на автомобиле. Некоторые компании даже предлагают электродвигатель, например этот, который можно установить параллельно существующему дизельному двигателю. Таким образом, большая часть движения осуществляется с использованием традиционного дизеля, однако в течение коротких периодов времени, например, при перемещении по пристани, вместо него можно использовать электрический привод. Это также включает в себя дополнительное преимущество захвата мощности от вращающегося винта во время плавания, что часто называют «регенерацией» или «регенерацией».
Наш переход на электричество.
. .завелся с нашим мотором.
Этикетка двигателя (Нажмите, чтобы увеличить)Мы нашли двигатель на ebay.com, знали, что он работает, и на этом все. Мы выбрали именно этот двигатель по трем причинам:
- Его мощность составляла 4,8 кВт при 36 В, что соответствовало нашим потребностям.
- Он был перестроен для промышленного применения. Это означало, что у него были прочные детали и легкодоступные сменные щетки.
- Мотор стоил нам 125 долларов! Поскольку весь этот проект «Электро-Беке» — это всего лишь один большой эксперимент, мы на каждом шагу старались минимизировать свои расходы.
Наш мотор весит 110 фунтов, что немного больше, чем у его бесщеточных братьев и сестер постоянного тока, которые используются на существующем рынке электрических лодок. Хотя он, вероятно, немного менее эффективен, его компоненты гораздо более надежны и долговечны. Он предназначен для тяжелых условий эксплуатации, имеет низкую стоимость и обеспечивает достаточную мощность, а дополнительным преимуществом является простота и легкость поиска запчастей.
Единственные детали, которые нам, вероятно, когда-либо придется заменить, — это 8 угольных щеток, которые передают электричество на якорь двигателя (часть, которая вращается внутри). В зависимости от использования они могут прослужить много лет, не изнашиваясь, и примерно за 80 долларов мы можем купить полный запасной комплект, чтобы иметь его на борту. Вот и все, практически не требующий обслуживания, всего с 1 движущейся частью, сам двигатель относительно прост. На нашей лодке простота часто является определяющим фактором при выборе оборудования.
Этот двигатель имеет проводку с раздельным возбуждением поля и якоря (или SEPEX). Это просто означает, что у нас гораздо больше контроля над выходной мощностью двигателей. Мы можем настроить его вниз, чтобы получить более низкий крутящий момент, или увеличить, чтобы получить высокую конечную скорость. Это позволит нам настроить выходную мощность, необходимую для нашей конкретной лодки. Несколько других типов двигателей включают в себя серийные двигатели и двигатели с постоянными магнитами, которые имеют только один набор катушек.
Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки. Но мы не будем вдаваться в это здесь. Если вы хотите узнать больше о двигателях постоянного тока, нажмите ЗДЕСЬ.
мы не покупали новые. . .
, потому что мы получили предложения от трех разных компаний:
- Вот наше предложение от OceanVolt для их двигателя AX8.
- Вот наше предложение от Annapolis Hybrid Marine для двигателя Thoosa 7000HT.
Прочтите их прогноз по энергопотреблению и разрядке батареи. - Нажмите здесь, чтобы увидеть некоторые данные и прогнозы от Electric Yacht для их двигателя Quite Torque 20.
Вся наша установка. . .
обошелся нам всего в 1400 долларов.
Как видно из приведенных выше цитат, двигатели и дополнительная проводка находятся в ценовом диапазоне 10 000 долларов. Это без учета аккумуляторной батареи. Наш двигатель и проводка обошлись нам чуть меньше 500 долларов. Многие из наших компонентов были отремонтированы, использованы или спасены от сносимых лодок, в том числе часть проводки.
Аккумулятор и дополнительные инструменты, такие как обжимные ножницы и кусачки, стоили еще 500 долларов. Итак, примерно за 1000 долларов мы установили нашу систему Электро-Беке. Наша система зарядки обошлась нам всего в 400 долларов благодаря нескольким замечательным компаниям, которые присоединились к нашей семье Uma Angels и поставили основные компоненты. Узнайте больше о нашей системе зарядки в разделе «Зарядка» ниже.
Разделяется на:
500 долларов США _ для двигателя, контроллера и дополнительной проводки.
500 долларов США _ за аккумуляторы.
$400 _ для солнечных батарей, панелей и модификаций бимини.
Требуемая мощность . . .
, чтобы толкать нашу лодку и вашу.
Наш двигатель имеет номинальную мощность 8 л.с. Для тех, кто привык к бензиновым или дизельным двигателям, это может показаться не такой уж большой мощностью. Но рейтинговые системы, используемые для газовых двигателей и электродвигателей, настолько отличаются, что сравнивать цифры почти бессмысленно.
Это сводится к тому, как два типа двигателей используют свои кривые энергии и крутящего момента, которые сильно различаются. Согласно проведенным нами исследованиям, бензиновый (или дизельный) двигатель мощностью 1 л.с. может развивать водоизмещение 500 фунтов до скорости корпуса в спокойных условиях. Теперь источники немного расходятся во мнениях, но, как правило, электродвигатель мощностью 1 л.с. может увеличить рабочий объем примерно в 3–3,5 раза, чем его бензиновый эквивалент. Таким образом, электродвигатель мощностью 1 л.с., потребляющий 750 Вт, может перемещать около 1500 фунтов.
«Скорость корпуса» и «избыточная мощность» не были тем, о чем мы беспокоились в нашей системе».
НАША ЛОДКА ВОДОИЗМЕЩЕНИЕМ
13 500 ФУНТОВ. SO, 13 500 / 1500 = ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 9 л.с. .ТЕПЕРЬ 1 Л.С. (ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ) ТРЕБУЕТ ПРИБЛИЗИТЕЛЬНО
750 ВАТТ. SO, 9HP X 750W = 6,75KW ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ. При напряжении 48 В наш двигатель должен давать нам 6,3 кВт, что немного меньше, чем нам нужно, чтобы разогнать нашу лодку до полной скорости в спокойных условиях.
Но это то, чего мы никогда не собираемся делать. Требуется много энергии, чтобы разогнать водоизмещающую лодку до скорости корпуса. Таким образом, чем медленнее вы идете, тем больше будет ваш диапазон. Однако преодоление этого расстояния занимает много времени. Таким образом, около 4 узлов (см. график справа) есть оптимальная точка, в которой вы хорошо продвигаетесь вперед, но при этом консервативно относитесь к энергопотреблению. Конечно, это всего лишь предложения. Реальные условия редко бывают идеальными, и многие автомобильные компании часто рекомендуют добавление 30% резервирования.
Мы используем наш двигатель только для маневрирования в ближнем бою, где плавание невозможно, например, в пристани или на жесткой якорной стоянке, поэтому «скорость корпуса» и «избыточная мощность» не были тем, о чем мы беспокоились при разработке нашей системы. Мы часто плаваем с крючка и с крючка и выбираем места для якоря, когда вокруг мало лодок.
Мощность | Скорость | Диапазон
Наведите курсор на любую точку, чтобы увидеть точные данные.
Например, предполагается, что при скорости 2,7 узла наш двигатель будет потреблять 600 Вт (синий цвет), что дает нам запас хода в 65 морских миль (серый цвет). Этот график основан на банке литиевых батарей мощностью 14 кВт и комбинации двигателя и контроллера высокого класса.
Вот несколько замечательных компаний. . .
, КОТОРЫЕ УСТАНАВЛИВАЮТ, ПРОДАЮТ ИЛИ МОГУТ ПОМОЧЬ ОТВЕЧАТЬ НА ВАШИ ВОПРОСЫ.
В Thunderstruck-EV и EV-West работают замечательные люди, которые будут рады услышать от вас и помочь ответить на любые ваши вопросы. Оба они предлагают комплекты для самостоятельной сборки, которые подойдут для любой лодки. Они также могут помочь найти подходящие аккумуляторные батареи, помочь с солнечными батареями и даже найти местных экспертов, которые помогут с установкой.
Если вы ищете более простую настройку «подключи и работай», ознакомьтесь с компаниями, указанными ниже. Они представляют лучшее в отрасли и с удовольствием настроят установку в соответствии с вашими конкретными потребностями и предоставят подробное предложение.
Elco Motors
Elcomotoryachts.com
1 (877) 411-3526
Soeclt Sea
+30303..com10303…com
..com
..com
.com. 325 5281
Thoosa
Clean-e-marine.com
+1 (410) 353-4348
Electric Yacht
9000..com.0002 [email protected]1 (855) 339-2248
Electroprop
Electroprop.com
+1 (805) 455-84444
.com
+1 (805) 455-844444. ?
Вот еще одна замечательная статья на тему «Сколько вам на самом деле нужно электроэнергии?!!! !!!
УСТАНОВКА
Переходим к гайкам и болтам
ПОЛНЫЙ СПИСОК ДЕТАЛЕЙ И СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ПРОКРУТИТЕ ВНИЗ.
Здесь есть о чем поговорить.
Надеюсь, вы сможете следовать за ним и не уснуть. Типа… я…….я…….правильно….сейчасвввввввввв… ШЛОП !!! Ok! Я проснулся. Где я был? Верно, проводка.
Без ученых степеней или формального образования в области электротехники (и нет, нас этому не учили в архитектурной школе), нам предстояло многому научиться. Мы были здесь, с большим тяжелым электродвигателем, о котором мы ничего не знали, лодкой, которую он теоретически мог толкать, и мечтой, что в конце концов все это заработает. Теперь все, что нам нужно было сделать, это выяснить, как заставить двигатель вращать винт. Звучит достаточно просто… верно?
«…все, что нам нужно было сделать, это выяснить, как заставить двигатель вращать винт».
Этот шаг, конечно, занял больше всего времени. Поскольку все наши компоненты были бывшими в употреблении, отремонтированными или утилизированными, нам пришлось все протестировать. Затем мы начали подключать систему по частям в салоне и тестировать их. Затем мы модифицировали, настраивали, заменяли и изготавливали новые системы и тестировали их.
В целом, от покупки мотора до переезда лодки у нас прошло 9 месяцев. Правда, не все это время было посвящено установке двигателя. У нас было несколько других проектов на стороне.
Установка электродвигателя состоит из четырех основных частей:
- Двигатель
- Контроллер двигателя
- Аккумуляторы
- Провода, соединяющие все это вместе
Двигатель
О двигателе мы говорили ранее. Честно говоря, главная проблема при поиске двигателя заключается в том, чтобы он имел достаточную мощность (ватт), чтобы разогнать вашу лодку до желаемой скорости. Вторая проблема заключается в том, что он будет работать с напряжением выбранных вами компонентов. 24/12/36/48/72/96V все общие. Общее правило заключается в том, что чем выше напряжение, тем меньше ампер необходимо пропустить через систему для достижения той же мощности. Имея это в виду, мы обнаружили, что системы 72/96 В, как правило, дороже, чем аналогичные установки 48 В, и для толкания лодки требуется гораздо меньше энергии, чем для толкания автомобиля.
Таким образом, мы не беспокоимся о прохождении сотен ампер через систему. Несмотря на то, что напряжение рассчитано на 36 В, наш двигатель работает на напряжении 48 В, поэтому мы можем использовать доступные компоненты тележки для гольфа для остальных наших систем, которые также недороги и доступны в изобилии. Для нашей лодки мы разработали систему, рассчитанную на 150 ампер. Это даст нам теоретическую мощность чуть более 7 кВт (48 В x 150 А = 7,2 кВт). Если вы обращали внимание ранее, вы могли заметить, что наш двигатель рассчитан всего на 4,8 кВт при 36 В. Однако это непрерывный рейтинг. Он может обрабатывать больше, но не может поддерживать его в течение длительного периода времени без какой-либо внешней системы охлаждения. Но, поскольку бывают случаи, когда нам нужна вся мощность, которую мы можем получить, например, остановиться или отступить от якоря, мы решили запустить нашу систему с более высоким номинальным током, чтобы удовлетворить эту потребность.
ПОСМОТРИТЕ ЭТИ ФОТОГРАФИИ НАШЕЙ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.
(Как обычно, нажмите, чтобы увеличить)
Контроллер двигателя
Эта маленькая коробочка является сердцем электрического преобразования. Подобно головке ДВС (двигателя внутреннего сгорания), она управляет скоростью вращения электродвигателя. Он делает это, разбивая поток энергии, поступающий от батарей, на крошечные маленькие импульсы. Это называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ. Существует множество различных типов контроллеров. В общем, если вы нашли двигатель со стандартным диапазоном напряжения, на рынке есть контроллер, который для него подойдет. Некоторые из них более сложны, чем другие. Некоторые предлагают встроенные возможности регенерации, в то время как другие требуют компьютерного программирования и цифровых дисплеев.
Наш контроллер — Curtis 1209B. Он предназначен для запуска серийного двигателя, но, поскольку мы получили его по такой хорошей цене, мы заставили его работать с нашим, используя его только для питания якоря. См. схему подключения ниже для более подробной информации./24-Volt-350-Watt-Gear-Reduction-Motor-M03-1010-1431352941-0.jpg)
Этот контроллер не модный. Он устойчив к атмосферным воздействиям, прост и надежен. Если вы еще не поняли, мы любим простоту и надежность.
Батарейки
Подробнее мы объясним ниже в разделе «БАТАРЕИ». Но на данный момент, пока вы можете создать блок батарей, который можно подключить для обеспечения необходимого напряжения для остальной части вашей системы, все будет в порядке. Также имейте в виду, сколько места и веса потребует банка. Наш идеально вписался в то место, где раньше был наш старый топливный бак, и помог компенсировать весь вес, который мы потеряли, сняв бак и старый дизельный двигатель. Для обычных свинцово-кислотных аккумуляторов при напряжении 36 В вам потребуются 3 – 12 В или 6 – 6 В аккумуляторы. Банку 48 В потребуется 4 или 8 соответственно и так далее. Хотя вы можете приобрести массивные батареи глубокого цикла с такими же высокими показателями в а-ч, мы не видим в них ценности, поскольку их очень сложно маневрировать в ограниченном пространстве на лодке.
В идеале, если вы можете себе это позволить, литиевая батарея будет лучшим вариантом для преобразования электродвигателя. Подробнее о них мы поговорим в разделе «ЧТО ДАЛЬШЕ» ниже.
Провода
Все наши провода из луженой меди или «морского класса», хотя мы презираем этот термин, поскольку он часто просто означает «более дорогой». Большую часть из них мы списали с лодок, которые разбирали на верфи. То, что мы не смогли найти бесплатно, мы купили в местном морском магазине со скидкой, где продавали излишки морских компонентов. Это позволило нам потратить очень мало на всю проводку.
По большей части все негабаритные, но когда дело доходит до проволоки, чем больше, тем лучше. Существует множество полезных онлайн-калькуляторов , которые могут помочь определить, какой размер провода подойдет для данного приложения. Если ваша проводка меньшего размера, система потеряет некоторую эффективность. По большей части это не вызывает беспокойства. Однако в экстремальных условиях он нагреет проволоку до точки плавления.
Например, мы уменьшили размер кабелей, соединяющих контроллер двигателя с якорем, после 15-минутного испытания на полной мощности в доке мы оплавили термоусадочную трубку на клеммных наконечниках. Его быстро заменили чем-то гораздо более мощным, и с тех пор это не было проблемой.
О да, еще кое-что . . .
опора двигателя.
Ой, чуть не забыл. Каким-то образом нам пришлось держать двигатель на одной линии с трансмиссией и надежно закрепить его на лодке. Мы построили и переделали 6 различных монтажных кронштейнов до того, который у нас есть сейчас. Каждое из них было изготовлено после нескольких часов разработки эскизов и моделей. Нам не пришлось модифицировать двигатель или саму трансмиссию. Тем не менее, мы модифицировали оригинальную переходную пластину трансмиссии, которая использовалась для крепления ее к задней части нашего Вестербеке. Затем мы надежно прикрепили трансмиссию к корпусу нашей лодки. Это позволяло двигателю плавать перед ним, позволяя трансмиссии поглощать любую тягу винта.
Мы изготовили кронштейны из стали, так как с ней легко работать и ее легко сваривать. После того, как мы определились с окончательным дизайном, мы покрыли кронштейны и двигатель моторной эмалью и покрыли эпоксидной смолой. Мы очень довольны конечным результатом. Весь открытый металл защищен от коррозии и очень надежно закреплен на старом поддоне двигателя.
В тандеме с нашими итерациями кронштейна было несколько попыток подключить двигатель к трансмиссии. Наши ранние версии были плохо отрегулированы, вызывая ужасные вибрации, которые, в свою очередь, производили шум. Мы пытались избежать шума, переходя на электричество. Окончательная конструкция состояла из двух одинаковых звездочек, соединенных последовательно двойной роликовой цепью № 50. Кажется, это работает довольно хорошо. Он допускает небольшие смещения и производит наименьшее количество шума. Конечно, есть много других вариантов, и когда-нибудь мы можем поэкспериментировать с ними. Но на данный момент эта установка работает для нас.
Хотите узнать ЕЩЕ БОЛЬШЕ…?
Просмотрите наш плейлист Electro-Beke на Youtube, чтобы увидеть видео процесса установки.
ЭЛЕКТРОПРОВОДКА
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА
ВКЛЮЧАЯ ПОЛНЫЙ СПИСОК ЧАСТЕЙ.
Вот он. Схема, которую вы все просили. Вы можете заметить, что он нарисован для системы прямого привода, где двигатель используется для электронного переключения с прямого на задний ход. С тех пор мы установили наш двигатель перед нашей старой коробкой передач, и нам больше не нужна схема Fwd/Rev. Однако, поскольку в большинстве установок используется двигатель для достижения прямого/обратного хода, мы хотели показать нашу диаграмму, изображающую аналогичную установку. Если вы в конечном итоге используете двигатель серии или двигатель с постоянными магнитами, вы сможете изменить эту схему, исключив соединение 12-вольтовой батареи с двигателем. Однако многие компоненты, такие как контакторы, требуют питания 12 В для работы своих соленоидов.
Так что вам все равно понадобится блок аксессуаров на 12 В. Часто это домашний берег лодки, поскольку на многих небольших лодках все равно работает 12-вольтовый домашний берег.
Список деталей
Ниже приведены компоненты, которые мы использовали, почему мы их выбрали, где их купить, а также фотографии их установленных на нашей лодке. Если вы еще не разобрались, их буквы соответствуют схеме выше.
(A) — ПРЕДОХРАНИТЕЛЬ 10 А
(Нажмите, чтобы увеличить)Купите ЗДЕСЬ.
Это простой автомобильный предохранитель, удерживаемый в встроенном держателе предохранителей. Он защищает проводку цепи зажигания от слишком большой силы тока в случае короткого замыкания.
(B) – Ключевой переключатель
Купить ЗДЕСЬ.
Выключатель с ключом предназначен главным образом для обеспечения безопасности. Его можно заменить простым выключателем, но если вынуть ключ, это замедлит человека, пытающегося уйти на вашей лодке без вашего разрешения.
(C) – Переключатель FWD/REV
Купить ЗДЕСЬ.
Этот переключатель необходим только в том случае, если вы планируете систему прямого привода. Нам это больше не нужно, но нам еще предстоит перемонтировать нашу систему после того, как мы установили трансмиссию. Это базовый кулисный переключатель с клавишей включения/выключения/включения и 6 контактами на задней панели. Это позволяет переключать как положительные, так и отрицательные провода. Мы также подключили наш так, чтобы он отключал контакторы при случайном переключении при включенной дроссельной заслонке. Таким образом, это не приведет к повреждению двигателя.
(D) – Дроссель
(Нажмите, чтобы увеличить)Купить ЗДЕСЬ.
Дроссель сообщает контроллеру мотора, какую мощность передать мотору. Мы выбрали этот, потому что он позволил нам сохранить наш существующий рычаг газа и трос на рулевой колонке. Он также имеет микропереключатель, который мы используем для замыкания вторичного контактора (N) на стороне 48 В и контактора прямого/обратного хода (E) на стороне 12 В, когда дроссельная заслонка нажата вперед.
Это гарантирует, что напряжение не будет проходить через систему до тех пор, пока дроссельная заслонка не будет активирована.
(E) – Контактор FWD/REV
(Щелкните, чтобы увеличить)Купить ЗДЕСЬ.
Это, опять же, не нужно, если вы, как и мы, устанавливаете мотор с коробкой передач, которая обрабатывает Fwd/Rev. Однако, если вы планируете настроить прямой привод, а выбранный вами контроллер не имеет схемы Fwd/Rev, то это неизбежное зло. Тот, что мы использовали, мы сняли с мертвой лебедки. Он отлично работает для цепи 12 В и его легко найти.
(F) — Главный выключатель аккумуляторной батареи
(Нажмите, чтобы увеличить)Купить ЗДЕСЬ.
На нашей лодке этот переключатель уже установлен. Мы просто немного перемонтировали его, чтобы приспособить к нашим системам. Пока мы используем только настройки «Батарея 1» и «Выкл.». Однако, если мы в конечном итоге установим преобразователь постоянного тока, чтобы понизить нашу батарею 48 В до 12 В, мы могли бы подключить его к позиции «батарея 2» в качестве резервной батареи.
(G) – Положительная шина
(Щелкните, чтобы увеличить)Купить ЗДЕСЬ.
Здесь довольно просто. Шина используется для подключения нескольких проводов к одному и тому же источнику. Этот мощный, чтобы справиться с высокой силой тока на положительной стороне цепи 12 В.
(H) – Минусовая шина
Купить ЗДЕСЬ.
То же, что и положительная шина выше. Однако этот подключен к цепи 48 В.
(J & M) – Шунт
(Нажмите, чтобы увеличить)Купить ЗДЕСЬ.
Это довольно стандартно. Они необходимы для подключения амперметра и измерения силы тока, проходящей через вашу систему. Часто амперметр поставляется с собственным шунтом. Они измеряют ток таким образом, чтобы не все 100+ ампер проходили через счетчик. Это было бы очень опасно. Просто убедитесь, что шунт и измеритель рассчитаны на одно и то же мВ, обычно 50 мВ или 100 мВ.
(K & U) — Главный предохранитель
(Нажмите, чтобы увеличить)Купите ЗДЕСЬ.
Эти предохранители защищают проводку в системе.
Чем ближе к банку аккумуляторов, тем лучше. Предохранитель на стороне 48 В рассчитан на 200 А, а предохранитель на 12 В рассчитан на 80 А. Они рассчитаны только на силу тока и обычно могут выдерживать различные напряжения. И предохранители, и держатели идентичны. Просто рейтинг у них разный.
(L) — первичный контактор
(Нажмите, чтобы увеличить)Купите ЗДЕСЬ.
Этот контактор подключен к главному выключателю. Это немного избыточно, но отключает любое питание от контроллера, двигателя и датчиков. Это больше похоже на отключение батареи.
(N) – Вторичный контактор
(Нажмите, чтобы увеличить)Купите ЗДЕСЬ.
Этот контактор подает на контроллер двигателя питание, необходимое для работы двигателя. Это также тот, который обойден (T) резистором предварительной зарядки. Контакторы — это просто большие переключатели с дистанционным управлением. Как и выключатели, они активируются очень быстро, чтобы исключить дугообразование при высокой силе тока.
(P) — Контроллер мотора
(Нажмите, чтобы увеличить)Купите один.
Контроллер мотора, который мы выбрали, подходит для нашего приложения, но есть из чего выбрать. Проведите собственное исследование, прежде чем решить, какой двигатель вы будете использовать. Нам посчастливилось получить выгодную сделку, поэтому мы заставили его работать с нашим двигателем. Наша система была бы менее сложной, если бы мы использовали контроллер, предназначенный для двигателя SEPEX. Имеющийся у нас Curtis 1209B разработан для серийного двигателя, но мы заставляем его работать.
(Q) — Двигатель постоянного тока (SEPEX)
(Нажмите, чтобы увеличить)Извините, вам придется найти это самостоятельно.
Поскольку другой двигатель, подобный нашему, еще не появился в продаже в Интернете, мы не можем порекомендовать тот же самый. Тем не менее, основная идея заключается в том, чтобы найти двигатель с подходящей мощностью, чтобы толкать вашу лодку. Обратитесь к нашему разделу «Требования к питанию», чтобы получить представление о том, что это может быть.
Затем просто убедитесь, что он будет производить желаемую мощность при напряжении, с которым вы хотели бы работать. Мы рекомендуем 48 В для большинства приложений по причинам, описанным ранее.
(R) – Амперметр
Купить ЗДЕСЬ.
Они крепятся к шунту (J & M) и показывают, сколько ампер проходит через систему. В зависимости от того, где он расположен, он может считывать ампер, потребляемый от аккумуляторной батареи, или ампер, поступающий на двигатель. Мы решили считать амперы, потребляемые нашими батареями.
(S) – Вольтметр
Купить ЗДЕСЬ.
Для этого счетчика не требуется шунт. Пока отрицательный провод возвращается к отрицательной шине, положительный провод можно подключить в любой точке цепи. Мы снова решили считать напряжение аккумуляторной батареи с нашим. Тем не менее, его также можно разместить на двигателе, чтобы вместо этого считывать напряжение.
(T) — Резистор предварительной зарядки
(Нажмите, чтобы увеличить)Выглядят так.
Здесь нет конкретного предмета, который можно было бы показать. Каждый контроллер и каждая настройка отличаются друг от друга. Но я могу сказать вам, что резистор предварительной зарядки очень важен. Он шунтирует главные контакторы и подает на контроллер двигателя питание, необходимое для предварительной зарядки, поэтому он готов к работе, когда главный контактор включается и подается вся сила тока.
Хотите узнать еще БОЛЬШЕ…?
Не забудьте посетить страницу SV Bianka, где можно найти еще один подробный блог об установке его электродвигателя. Еще одну замечательную статью обо всем остальном, что входит в установку электродвигателя,
, возможно, стоит прочитать в разделе «Баланс системы». Статья предназначена для настройки электрического мотоцикла, но основы достаточно схожи.
БАТАРЕИ
Одна вещь, которую мы узнали очень рано, заключалась в том, что . . .
Вольт (В) x Ампер (A) = Вт (Вт) или V x A = Вт
Сначала мы подумали (пожалуйста, не смейтесь, мы совсем новички) что если мы возьмем 4 батареи 12 В по 125 Ач и соединим их последовательно, то получим банк 48 В емкостью 500 Ач.
Очевидно, мы забыли все, чему учили в средней школе по алгебре. Вскоре мы исправили свою ошибку и узнали, что эта формула лежит в основе всего электрического. Как видите, на ватты нужно обращать внимание. Помните школьную физику? В=Работа. Многие приборы в вашем доме, часто те, которые выделяют тепло, оцениваются в ваттах, но судовые приборы, как правило, измеряют в амперах. Что ж, ради нас Уоттс — король. Независимо от того, какая у вас лодка, требуется определенное количество работы (Ватт), чтобы толкать ее по воде с любой заданной скоростью. Таким образом, ваша работа состоит в том, чтобы заряжать, хранить и подавать на мотор такое же количество ватт, чтобы ваша лодка двигалась. Чем больше ватт вы сможете накопить, тем дольше вы сможете толкать лодку.
«Чем больше ватт вы сможете накопить, тем дольше сможете толкать лодку».
Как упоминалось ранее, наш двигатель представляет собой двигатель SEPEX. Это означало, что для вращения двигателя возбуждению и якорю требовалось 2 отдельных напряжения.
Мы решили эту проблему с помощью двух отдельных блоков батарей. Поле питается от домашнего банка на 12В. Эта батарея состоит из двух батарей глубокого цикла, соединенных параллельно, что дает нам около 250 Ач при 12 В. До сих пор держится отлично. Он питает все, что есть на борту, включая инвертор и ноутбуки. Мы используем около 30 Ач во время медленного дня на якоре и около 70 Ач во время плавания или когда мы оба весь день используем наши ноутбуки на якоре. Приятным моментом является то, что даже в пасмурный день наш солнечный аккумулятор мощностью 480 Вт может пополнить его до обеда. Но мы поговорим об этом подробнее в следующем разделе «ЗАРЯДКА» ниже.
Банк электродвигателей состоит из 4-х аккумуляторов глубокого цикла 12 В, соединенных последовательно, что дает нам около 125 Ач при 48 В. Это может показаться не таким уж большим, но за последний месяц плавания мы прошли более 1000 миль, включая 25 миль вверх по реке Кейп-Фир, и ни разу не истощили моторный банк более чем на 35%.
Это позволяет использовать только 44 Ач. Подробнее о дальности и тестировании мы поговорим ниже в разделе «ТЕСТИРОВАНИЕ».
На рынке представлено множество типов свинцово-кислотных аккумуляторов. Не слишком вкладывайтесь в бренд. Большинство аккумуляторов, представленных сегодня на рынке, производятся одними и теми же двумя компаниями. Trojan, похоже, является предпочтительным брендом для многих. Мы нашли батареи в продаже на месте, и по 100 долларов каждая, включая доставку, мы не могли пройти мимо них. Мы также знали, что установленная нами затопленная свинцово-кислотная батарея носит временный характер. Как мы уже говорили ранее, вся эта штука с «Электро-Беке» на самом деле является одним большим экспериментом. У нас есть планы установить банк LiFePO4 достаточно скоро. Но мы расскажем вам обо всем этом в разделе «ЧТО ДАЛЬШЕ» ниже.
В электрических системах много недостатков, например, тепло. Однако не беспокойтесь о них слишком сильно. Если вы запланируете 30-процентное резервирование мощности в вашей системе, это с лихвой покроет любые потери от тепла, механического трения и так далее.
Хотите узнать ЕЩЕ БОЛЬШЕ…?
Посетите сайт www.batterystuff.com. У них есть полезные калькуляторы для аккумуляторных батарей и солнечных батарей, а также отличная информация о различных типах батарей и их использовании.
ЗАРЯДКА
Наша Солнечная система . . .
ТАКЖЕ НЕ ВКЛЮЧАЕТ ПЛУТОН.
У нас 480 ватт солнечной энергии. Разбиты на 2 панели по 240 Вт на 24 В, соединенные последовательно, чтобы дать нам номинальное напряжение 48 В. Вы все это получили? Большой! Стивен из Solar EV Systems дал нам много информации о них, что позволило ему занять место в нашей семье ангелов Uma. Существует несколько типов солнечных панелей, но, насколько мы можем судить, любая современная панель эффективна и хорошо сделана. Ни один из них не намного эффективнее других, это больше зависит от размера вашего монтажного пространства и размера вашего кошелька. Те, которые у нас есть, сделаны Trina. Они не дорогие, хорошо выглядят и работают точно так, как обещано.
Модули PV (фотоэлектрические, также известные как солнечные панели) имеют три разных номинальных напряжения, которые удобно понимать:
- Номинальное напряжение панели можно также назвать «разговорным напряжением». Когда мы говорим о напряжении панелей и других компонентов системы, мы чаще всего используем номинальное напряжение. Номинальное напряжение на самом деле относится к напряжению батареи, для зарядки которой модуль лучше всего подходит; этот термин является «пережитком» тех дней, когда солнечные панели использовались только для зарядки аккумуляторов. Фактическое выходное напряжение панели меняется по мере изменения условий освещения и температуры, поэтому никогда не существует какого-то определенного напряжения, при котором панель работает. Номинальное напряжение позволяет нам с первого взгляда убедиться, что панель совместима с данной системой, не глядя на точное напряжение. Наши панели имеют номинальное напряжение 24В. Мы подключили их последовательно, что дает нам 48 В.
На самом деле они выдают около 75 В в солнечный день. Но наш контроллер заряда позволяет нам заряжать батарею от 48 В до 12 В с той же настройкой солнечной панели. Подробнее о нашем контроллере заряда мы поговорим позже. - Второе номинальное напряжение — это максимальное напряжение питания (Vmp). Это максимальное напряжение, которое панель может производить при подключении к системе и работе с максимальной эффективностью. Как упоминалось выше, максимальное напряжение наших панелей составляет около 75 В, хотя мы говорим о них как о системе панелей на 48 В.
- Третье напряжение — это напряжение холостого хода (Voc). Это максимальное напряжение, которое может производить панель, когда она не подключена к электрической цепи или системе. Voc можно измерить с помощью измерителя, непосредственно контактирующего с клеммами панели или концами ее встроенных кабелей.
На самом деле они выдают около 75 В в солнечный день. Но наш контроллер заряда позволяет нам заряжать батарею от 48 В до 12 В с той же настройкой солнечной панели. Подробнее о нашем контроллере заряда мы поговорим позже. Панели также имеют два различных номинальных тока: ток при максимальной мощности (Imp) и ток короткого замыкания (Isc), оба указаны в амперах.
Максимальный ток мощности аналогичен Vmp: это максимальный ток, доступный, когда панель работает с максимальной эффективностью в цепи. Наши могут производить 35 ампер с максимальной эффективностью, они постоянно производят 30 ампер в солнечный день, и мы видели до 32 ампер. Подобно Voc, ток короткого замыкания — это измерение тока, которое ваш измерительный прибор будет показывать при контакте с положительными и отрицательными клеммами панели, когда он не подключен к системе или нагрузке. Все эти номинальные значения напряжения и номинальные значения тока часто находятся на задней панели. панели. Используйте их, чтобы оценить, сколько энергии они смогут производить.
Два эмпирических правила:
- 1кВт или солнечная энергия будут производить 4кВтч/день
- Номинальная ватт/3 даст вам примерно Ач/д при 12В.
Итак, согласно этому, наши панели мощностью 480 Вт должны давать нам 160 ач в среднем в день, что, как мы обнаружили, довольно точно.
Тем не менее, нам требовалось более 100 Ач заряда только один раз. Поэтому обычно наши аккумуляторы заряжаются до обеда, а остаток дня мы проводим на «плавающей» зарядке.
Типы панелей
Монокристаллические
Это одиночные кремниевые элементы, выращенные в более крупные кристаллы, затем разрезаемые в поперечном сечении на небольшие пластины для формирования отдельных элементов, которые позже соединяются вместе, образуя солнечную панель. Этот тип ячеек имеет высокую эффективность преобразования, что означает, что он занимает меньше места на палубе. Эти ячейки, как правило, не защищены от теней и часто дороже в пересчете на ватт.
Мультикристаллический (поликристаллический)
Эти элементы также представляют собой одиночные кремниевые элементы, построенные путем использования нескольких количеств более мелких кристаллов для формирования элемента. Этот тип ячеек имеет очень высокую эффективность преобразования, но также не защищен от теневой защиты.
Хотя на самом деле вы должны установить любую панель, чтобы она не блокировалась тенями в течение дня. Это резко увеличит производительность, если вы установите их в правильном месте.
Аморфный кремний
Это самые дешевые в производстве. Они производятся путем нанесения активного кремниевого материала на различные подложки, такие как лист из нержавеющей стали. Эффективность преобразования не так хороша, как у монокристаллического типа, но панели Uni-Solar относятся к этому типу панелей и защищены от теней. Защита от теней означает, что панель продолжает заряжаться, когда часть ячеек находится в тени, например, подпорка, что является большим преимуществом на парусной лодке.
Наш контроллер заряда . . .
— В СЕРДЦЕ ВСЕГО.
Следующим и, возможно, самым важным компонентом в нашей схеме зарядки является контроллер заряда Midnite Solar KID. Это удивительно. Midnite также присоединился к нашей семье ангелов Uma, когда мы попросили их прислать нам контроллер, и они согласились.
Мы потратили много времени на изучение контроллеров заряда солнечных батарей и узнали все о PWM и MPPT. Суть в том, что если вы можете себе это позволить, приобретите контроллер MPPT. Мы выбрали Kid, потому что он наиболее эффективно собирает энергию с ваших панелей. Это также легко программировать и понимать. В настоящее время мы запускаем его на 12 В и просто переподключаем наш моторный блок на 12 В, когда нам нужно его зарядить. Однако вскоре мы добавим в «нагрузочную» цепь Малыша простое зарядное устройство на 12 В меньшего размера. Это позволит Малышу постоянно заряжать аккумулятор дома на 48 В. Но, когда он заполнится, переключитесь на схему «нагрузка» и зарядите нашу домашнюю банку через меньший контроллер. Сейчас это может показаться слишком сложным, но как только он будет установлен и заработает, мы обязательно поделимся с вами всем более подробно.
«Мы никогда не проводили 24 часа без полностью заряженных аккумуляторов».
На лодке, где место ограничено, вам нужна максимальная эффективность, которую вы можете получить.
Прямо сейчас я сижу на лодке, на улице пасмурно и идет дождь, полдень, и мы получаем около 100 Вт мощности от наших панелей (около 8-9 А при 12 В). Наш домашний банк будет пополнен к обеду, как и в прошлые несколько дней, а мы не видели солнца всю неделю. Когда солнечно, наш домашний банк обычно заряжается до того, как мы просыпаемся утром. Нет, мы не просыпаемся THAT рано, обычно около 10 утра, а если серьезно, то если утром солнечно, то до 10 утра мы заряжаем наши аккумуляторы на 30+ ач. Контроллер заряда работает бесшумно, однако издает крошечный щелчок при переключении из «отдыха» в «BulkMPPT». Поскольку на лодке мы настроены на каждый крошечный звук, мы обычно здесь щелкаем и выключаем его несколько раз еще до того, как взойдет солнце. Имейте в виду, тогда это всего 0,5 ач, но тем не менее, солнце еще даже не над горизонтом, а мы уже заряжаем наши батареи.
Ознакомьтесь с «Шагом 26», когда мы устанавливаем наши солнечные панели и контроллер заряда.
Эмпирическое правило, которое мы использовали при разработке нашей системы, заключается в том, что панель мощностью 1–100 Вт может заряжать одну батарею глубокого разряда от 50% разряда за один солнечный день. Итак, у нас есть 6 батарей, поэтому в идеале у нас должно быть 600 Вт солнечной энергии. Теперь это было просто непрактично для нас, поэтому мы остановились на 480 Вт, и он отлично держится. Однако, если мы разрядим наш двигатель и банк дома на 80%, нам потребуется около двух солнечных дней, чтобы полностью зарядить их обоих. Или, около 4 дождливых дней. Для нас это не проблема, так как мы обычно используем мотор в течение очень коротких промежутков времени непосредственно перед постановкой на якорь или когда отправляемся в многодневный переход. Итак, к тому времени, когда они нам снова понадобятся, они уже полностью заряжены и готовы к работе. Если нет, то просто посидим и попьем пива. До сих пор это никогда не было проблемой или даже близко к ней. Мы никогда не проводили 24 часа без полностью заряженных аккумуляторов.
Генераторная установка?
Многие предлагали нам иметь на борту небольшой генератор в качестве резервного, на тот случай, если солнце не будет светить много дней и наши батареи разрядятся. До сих пор мы провели целую неделю без солнца, и наше солнце не отставало. Хотя мы можем разработать систему с возможностью подключения к генераторной установке для расширения автомобильного движения, как, скажем, Панамский канал, чтобы, если нам когда-нибудь понадобится, мы могли просто установить генератор на палубе на несколько дней, а затем получить избавиться от него, как только мы закончим. Но на данный момент все дело было в том, чтобы уйти от бензиновой зависимости.
Пока единственным источником энергии для нас является солнечная энергия. У нас есть планы получить работающую регенерацию винта во время плавания. Возможность определенно есть, и мы проверили напряжение во время плавания. Но на сегодняшний день мы не подключили к нему контроллер заряда. В основном потому, что нам это просто не нужно… пока.
Наши требования к мощности настолько минимальны, а мотор мы используем так мало, что пока не удосужились его подключить. Но это в нашем коротком списке дел. Так что следите за будущими обновлениями.
Хотите узнать ЕЩЕ БОЛЬШЕ…?
ЗДЕСЬ ссылка на большой форум, посвященный солнечным системам, батареям и их балансировке.
МОРСКИЕ ИСПЫТАНИЯ
Как далеко вы можете ехать?
ВОЗМОЖНО, САМЫЙ ЗАДАВАЕМЫЙ ВОПРОС, КОТОРЫЙ МЫ ПОЛУЧАЕМ.
Это, безусловно, правильный вопрос, который нам задавали многие. Но нам еще предстоит это выяснить. Мы все еще находимся на ранней стадии тестирования. Мы использовали мотор много раз, но редко дольше 10-15 минут и никогда больше 30. Также трудно найти «идеальные условия» для испытаний. Не хватает либо места, либо времени, либо света. Или прилив и ветер не в нашу пользу. Звучит как оправдания, которые мы знаем, но это правда.
«Мы никуда не торопимся, никогда».
Максимальная скорость
Из того, что мы сделали, мы можем сказать вам следующее.
Наша максимальная скорость была на уровне 4 узлов. но это было против небольшого течения, может 1кт макс. Таким образом, это будет означать, что наша теоретическая максимальная скорость ближе к 5 узлам.
Макс. дальность
Здесь мы снова ничего не выяснили. В основном из-за того, что без буксира рядом с нами было бы опасно выходить из строя посреди канала или бухты, где «штилевые условия». Но мы проехали 2 морских мили со скоростью 3 узла (с приливом в 1 узел в нашу пользу), и это разрядило наши батареи до 70%. Таким образом, это означало бы, что в «идеальных условиях» мы могли бы двигаться со скоростью 2 узла на протяжении 6 морских миль. Звучит немного, мы знаем. Но при благоприятном приливе и даже легком попутном ветре мы можем значительно увеличить его. Мы также ждем благоприятного ветра и прилива, а затем просто плывем туда, куда нам нужно.
Зарядка
Имея ограниченную площадь для установки солнечных панелей и без генераторной установки, мы знали, что если бы мы использовали больше энергии, которую могли бы произвести, у нас всегда были бы разряженные батареи.
Итак, с самого начала мы больше сосредоточились на том, сколько энергии мы могли бы постоянно генерировать, и основывали нашу систему на этом. Для нас это означало использовать меньше, а не обязательно производить больше. Наша солнечная энергия до сих пор держалась отлично, но наши потребности в энергии также были минимальными. У нас есть автопилот и картплоттер, которые всегда включены во время плавания. Мы также постоянно используем наши ноутбуки и запускаем небольшой инвертор для инструментов и небольших кухонных приборов, таких как блендеры. У нас тоже все светодиоды. У нас пока нет ни холодильника, ни лебедки. Но они в шорт-листе. Нам также еще предстоит получить какую-либо мощность от винта во время плавания. Так что еще есть возможность захватить больше энергии, если она нам понадобится.
По мере того, как мы продолжаем двигаться дальше, улучшая и модифицируя нашу систему, мы также будем продолжать информировать вас о том, как все это здесь работает. Так что следите за обновлениями на нашей странице в Facebook и в будущих видео.
ЧТО ДАЛЬШЕ
У нас может быть вращающийся мотор. . .
НО ВЕСЕЛЬЕ ТОЛЬКО НАЧАЛОСЬ.
Что ж, мотор у нас работает. Он надежно толкает нашу лодку. Эксперимент Электро-Беке удался, по крайней мере, на наш взгляд. Теперь начинается настоящее веселье. Мы доказали себе, что можем плыть дальше, чем думали, и использовать двигатель меньше, чем планировали изначально. Так что же дальше?
«У нас есть еще несколько проектов в списке обновлений и модификаций».
У нас есть еще несколько проектов в списке обновлений и модификаций. Первое, что нужно сделать, это перемонтировать нашу систему и удалить избыточные компоненты, оставшиеся после фазы прямого привода. После этого было бы неплохо установить более совершенные датчики и системы мониторинга. Есть «указатель уровня топлива», который мы хотели бы установить для моторного банка и домашнего банка. Это просто и относительно умно. Это даст нам точное состояние заряда с первого взгляда.
Следующим в списке будет установка контроллера заряда или разработка аналогичной системы, которая позволит нам получать энергию от вращающегося винта под парусом.
