z

L


Быстро войти через сайт:

Зарегистрироваться

Забыли пароль?

Преимущества зарегистрированных пользователей

?
T

ВОЙТИ НА САЙТ

Преимущества зарегистрированных пользователей:

L
LЗакрыть товар
VПредыдущий
СледующийW
t
t
t
t
t
ttttt ttttt

Рейтинг: 0

0 голосов

Электропривод лучше ДВС

B 20.11.2014 / 25.04.2018   •   X 1349 / 23 ttttt ttttt
 
 

Настоящий гиперкар может быть только на базе электрического привода (ЭП). ДВС требует сложную механику: КП, сцепление, дифференциал Название дифференциального механизма в приводе ведущих колес автомобиля. Обеспечивает вращение ведущих колес машины с разными относительными скоростями при прохождении кривых участков пути. , карданы, все эти вращающие части нужно крепить. Дальше, ДВС предполагает сложную и тяжелую топливную систему, всё это располагается в одной части автомобиля и далеко не у самого пола, что создает кучу проблем с распределением массы для равномерной нагрузке на подвеску и нормальной управляемости. И уж тем более остается не решаемый вопрос по опусканию центра тяжести на дно автомобиля при использовании ДВС.

Преимущества ЭП:
- удельная максимальная мощность 2 кВт/кг, ДВС со всей механикой, топливной системой и системой охлаждения такое и не снилось. Например шестиполюсная асинхронная машина в диапазоне скоростей от 4000 об/мин до 10000 об/мин с номинальной (среднеквадратичной) мощностью 100 кВт (максимальная 250 кВт по 20 секунд 20 раз в час для быстрых разгонов и торможений) обладает массой 100 кг + преобразователь со всей электроникой 20 кг + редуктор 5 кг.
- отсутствует необходимость по отводу большого количества тепла. Например ДВС с максимальной мощностью 250 кВт при максимальной мощности выделяет 500 кВт!!! тепла, а ЭП с максимальной мощностью 250 кВт и той же полезной мощности 250 кВт выделяет 50 кВт тепла. Те же ДВС и ЭП при мощности полезной нагрузке 100 кВт выделяют 200 кВт и 10 кВт тепла соответственно. При полезной нагрузке 40 кВт - 100 кВт и 4 кВт тепла соответственно для ДВС и ЭП. А ведь система охлаждения не просто много весит (на больших скоростях максимальная скорость в основном определяется аэродинамикой а не массой), она требует запускания потоков воздуха через радиаторные решетки, имеющие аэродинамическое сопротивление на уровне кирпича. Также ответвление потоков осложняет создание аэродинамики автомобиля в целом для его устойчивости на максимальных скоростях.

- вращающий момент или пара сил (две равные параллельные силы, направленные в противоположном направлении) - относительно важная характеристика. Совершенно не важно какое значение МАКСИМАЛЬНОГО момента у сравниваемых двигателей при равенстве их мощностей. P(мощность, Вт)=M(вращающий момент, Н*м)*w(скорость вращения, рад/с). Имеет значение распределение момента при разных скоростях. Например на легковые автомобили ставят ДВС с резко падающим моментом на малых скоростях, но большой удельной мощностью, на автомобили с высокой проходимостью устанавливают ДВС с более равномерно распределенным моментом, но меньшей удельной мощностью. Но всё равно, все ДВС на оборотах ниже 1000...2000 об/мин глохнут, так как момент при этом становится равным нулю, поэтому в автомобиле и нужны всякие "зачем-то придуманные" сцепления, маховики, стартеры, сложные КП и т.д., так как без них автомобиль просто не тронется с места. В ЭП такой проблемы НЕТ! Он создает максимальный момент при нулевой скорости, и даже если его вращать в ПРОТИВОПОЛОЖНОМ направлении! При номинальной скорости (обычно треть...половина от максимальной) максимальное значение момента составляет 80...100% от максимального значения момента на нулевой скорости, в зависимости от выбранного типа ЭП. При разгоне выше номинальной максимальный момент падает обратно пропорционально скорости, сохраняя при этом максимальную мощность двигателя.

- Нет КП, дифференциала, маховика, карданов, сцепления, топливной системы, что очень сильно повышает НАДЕЖНОСТЬ!!! и упрощает действия ВОДИТЕЛЯ: две педали, руль и переключатель вперед/назад!!!

- ШУМ!!! Рев 500 кВт ДВС - для больных. А с ЭП можно слышать шершание шин о дорогу и завихрения воздуха, по настоящему ощущая что такое 100 м/с и более.

- Управляемость: независимое управление моментом и скоростью каждого колеса в отдельности, если для каждого колеса ставить свой двигатель и объединять их во взаимосвязанный ЭП, на производстве подобные системы управления приводами работали еще в прошлом веке, хотя были слишком большие для установки в автомобиль.

- Экономичность. ДВС на 500 кВт в автомобиле массой 1500 кг в городе будет жрать в 15...20 литров на 100 км, ДВС мощностью 50 кВт около 6...8 литров на 100 км. Разница экономичности между ЭП на 500 кВт и 50 кВт не превысит 10%, расход будет 10...15кВт*ч на 100 км (0,5...3$/100км в зависимости от страны, что определяет стоимость электричества).

- Экологичность. Спорно? НЕТ! По городу: ДВС + заправка + транспортировка бензина + переработка из нефти = имеет КПД 5...10%, система ЭП + процесс зарядки + передача электроэнергии + производство электроэнергии на тепловой станции из газа = имеют КПД до 15...20%, таким образом выбросы от сжигания в 2...3 раза меньше. Учитывая существование и массовое развитие других видов производства электроэнергии экологичность будет только расти.

- Вся масса распределена по дну: электродвигатели с редукторами попарно на середине осей между колесами (неподрессоренной массой не являются, так как колеса подпрыгивают по дуге вокруг центра масс вала, где находятся двигатели), накопители электроэнергии под полом. Центр тяжести на уровне осей колес.

- Быстродействие, не очень знакомое понятие автомобилистам. Между изменением положения педали и изменением количества подаваемого топлива может пройти 0,1...0,2 с. Процесс переключения передач и трогания с места затягивается более чем на 1 с. В ЭП момент точно (ошибка менее 1...5% в зависимости от системы управления) задаётся не зависимо от скорости! Время переходного процесса (время за которое реальный момент начинает соответствовать заданному значению) составляет 0,001...0,005 с в зависимости от типа ЭП, в аварийной ситуации быстродействие бывает очень важным. Кстати, применение светодиодов вместо ламп накаливания (как вакуумных, так и галогенных) в габаритах и тем более газоразрядных (например "ксенон") повышает быстродействие сигнальных огней на 0,1...0,2 с, что тоже очень важно.

- Почти не нужно менять масло, его там почти нет. Только в небольших редукторах может набраться в сумме около 1 литров масла, которое можно годами не трогать, проезжая до 100 000 км на одном масле. Шестерни редуктора одновременно являются центробежными насосами. БОльшая шестерня охватывается трубкой с фильтром, фильтр желательно менять каждые 10 000 км.

Недостаток у ЭП один и ОЧЕНЬ СЕРЬЕЗНЫЙ - ИСТОЧНИК электроэнергии, а для гиперкара мощный и ёмкий. Сегодня промышленные литий-железо фосфатные аккумуляторы в продолжительных режимах дают лишь 0,5 кВт/кг, в кратковременных 2 кВт/кг. Емкость при этом лишь 500 кДж/кг. Для гипрекара мало, хотя для обычного автомобиля больше и не надо, но кому нужен обычный электромобиль с максимальной скоростью 40 м/с и расходом 12кВт*ч/100км (50...200км за 1$ в зависимости от страны) по городу с полезным грузом 400 кг и запасом хода 200 км на один заряд...отвлёкся. На самом деле химические источники тока развиваются. Например есть почти промышленные гибридные ионисторы дающие 4кВт/кг при КПД 95%, но у них малая емкость 120кДж/кг. Есть почти промышленные литий-ионные аккумуляторы с емкостью 2000кДж/кг, но у них малая мощность 0,2 кВт/кг. Химический источник тока это вопрос пары десятилетий. А пока можно запихнуть в электрогиперкар гибридных ионисторов массой 600 кг и иметь по городу запас хода в 100 км при времени полного заряда батареи гибридных ионисторов от промышленной электросети всего 5 минут.
ЕЩЁ одной причиной не распространенности электромобилей является отсутствия инфраструктуры по зарядке, обслуживанию и ремонту электромобилей.
Кстати стоимость не рассматривается, так как технологии развиваются и дешевеют, к тому же кого интересует стоимость гиперкара.

Теперь расчет. Существующие спортивные имеют массу до 1400 кг. Масса электрогиперкара без химического источника тока будет меньше, так как ЭП легче чем ДВС. С учетом источника и водителя примем суммарную массу 2000 Кг. Трение об асфальт будет 400 Н. Сопротивление воздуха для автомобиля 1,2м*1,8м будет 0,2*V*V Н (V - скорость, м/с). На скорости 100 м/с мощность будет...240 кВт, на скорости 450 км/ч -> 440 кВт. Итого ЭП из четырех двигателей на колесо с номинальной мощностью по 100 кВт вполне хватит. Максимальная сила 4*2.5*100кВт/50м/с=20000 Н -> Разгон до 100 км/ч за 3 с!!! до 200 км/ч за 7 с!!! до 300 км/ч за 13 с!!! до 100 м/с за 19 с!!! до 450 м/с за 29 с!!! БЕЗ КП!!! Перегрузка в кабине будет 0,6g, ощущения специфичные, как будто наклонилось кресло и придавило, но не более. Электрические двигатели с наилучшими массогабаритными показателями имеют максимальную скорость около 10000 об/мин (6-ти полюсный асинхронный двигатель при этом питается напряжением с частотой 500 Гц, для современных преобразователей - не проблема). Скорость вращения колеса диаметром 0,58м при максимальной скорости 450 км/ч будет 4116 об/мин. Следовательно нужны редукторы (не КП) между каждым колесом и электрической машиной с передаточным числом примерно 17:7, то есть на валу электрической машины шестерня диаметром 3,5 см с 7-ью зубьями, а на валу колеса шестерня диаметром 8,5 см с 17-ью зубьями. Толщина шестерень 2...4 см, как и в обычных КП. В отличии от КП эти шестерни всегда жестко закреплены на волах и не требуют какой либо дополнительной механики, электроники или ещё чего то, разве что чехол для защиты от пыли и удержания масла. Масса редуктора около 5 кг.

Сегодня на электромобили начинают ставить мотор-колеса. Роторная магнитная система электрической машины находится на колесе (обычно под шиной), а статорная магнитная система внутри колеса с зазором 1...3 мм от ротора. Статор не вращается, а создает электромагнитное поле, взаимодействующее с ротором, создавая вращающий момент. Вращающаяся часть колеса подшипниками крепится к неподвижной, нет ни валов ни редукторов. Некоторые производители устанавливают двигатель и редуктор внутри колеса, но это не настоящее мотор колеса. Главные отличая мотор-колес от остального: вся электромагнитная система находится под шиной, угловая скорость шины равна угловой скорости электрической машины. Мотор-колесо создающее максимальную силу 5000 Н сегодня будет обладать массой минимум 150 кг (толкает автомобиль сила, а не момент, момент на колесе равен произведению радиуса колеса на силу, момент на двигателе равен отношению момента на колесе к передаточному числу редуктора, в случае мотор-колеса редуктора нет, передаточное число равно 1). И вся эта масса будет не подрессоренной, что не есть хорошо. Примером подобного электромобиля является Eliica (до гиперкара ей далеко, но лучше чем нечего) с 8-ью колесами. С развитием технологий удастся создать мотор-колеса с показателями 100...200 Н/кг. Существующие очень хорошо работают на нормальных электромобилях (или последовательных гибридах) показывая высокую энергоэффективность и динамические показатели. Например четыре мотор-колеса по 30 кг (с учетом шин и тормозов, которые будут всегда для аварийных режимов) разгонят электромобиль массой 1500 кг до 100 км/ч за 10 с и обеспечат скорость 40 м/с, а ведь больше на самом то деле и не надо. При установке топливных элементов на метаноле и баке 40 л запас хода будет 2000 км!!! 3$/100км с четырьмя человеками и сотней килограмм багажа!

Оставить комментарий:

Выбрать
L