Исчерпание углеводородного топлива, ухудшение экологической обстановки и ряд других причин рано или поздно заставят производителей разработать модели электромобилей, которые станут доступны для широких слоев населения. А пока остается только ждать или собственноручно разрабатывать варианты экологически чистой техники.
Если же вы все-таки предпочитаете самостоятельно искать решения, а не дожидаться их со стороны, то вам понадобятся знания о том, какие двигатели для электромобиля уже изобрели, чем они отличаются и какой из них наиболее перспективный.
Тяговый двигатель
Если вы решите поставить обыкновенный электромотор под капот своего автомобиля, то, скорее всего, из этого ничего не выйдет. А все потому, что вам необходим тяговый электрический двигатель (ТЭД). От обычных электромоторов он отличается большей мощностью, способностью выдавать больший крутящий момент, небольшими габаритами и малой массой.
Для питания тягового электродвигателя используются батареи. Они могут подзаряжаться от внешних источников («от розетки»), от солнечных батарей, от генератора, установленного в авто, или в режиме рекуперации (самостоятельное восполнение заряда).
Двигатели для электромобилей чаще всего работают от литий-ионных батарей. ТЭД обычно функционирует в двух режимах - двигательном и генераторном. В последнем случае он восполняет потраченный запас электроэнергии при переходе на нейтральную скорость.
Принцип работы
Стандартный электродвигатель состоит из двух элементов - статора и ротора. Первый компонент является неподвижным, имеет несколько катушек, а второй совершает вращательные движения и передает усилие на вал. На катушки статора с определенной периодичностью подается переменный электрический ток, что вызывает появление магнитного поля, которое начинает вращать ротор.
Чем чаще катушки «включаются-выключаются», тем быстрее вращается вал. В двигатели для электромобилей могут устанавливать два вида ротора:
- короткозамкнутый, на котором возникает магнитное поле, противоположное полю статора, за счет чего и происходит вращение;
- фазный - используется для уменьшения тока запуска и контроля скорости вращения вала, является наиболее распространенным.
Кроме того, в зависимости от скорости вращения магнитного поля и ротора двигатели могут быть асинхронными и синхронными. Тот или иной тип необходимо выбирать из имеющихся средств и поставленных задач.
Синхронный двигатель
Синхронный двигатель - это ТЭД, у которого скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения магнитного поля. Такие двигатели для электромобилей целесообразно использовать только в тех случаях, когда имеется источник повышенной мощности - от 100 кВт.
Одной из разновидностей является Обмотка статора такой установки разбита на несколько секций. В определенный момент ток подается на определенную секцию, возникает магнитное поле, которое вращает ротор на определенный угол. Затем ток подается на следующую секцию, и процесс повторяется, вал начинает вращаться.
Асинхронный электромотор
В асинхронном двигателе скорость вращения магнитного поля не совпадает со скоростью вращения ротора. Плюсом таких устройств является ремонтопригодность - запчасти для электромобилей, оснащенных этими установками, найти очень просто. К другим преимуществам относятся:
- Простая конструкция.
- Простота обслуживания и эксплуатации.
- Низкая стоимость.
- Высокая надежность.
В зависимости от наличия двигатели могут быть коллекторными и безколлекторными. Коллектор - устройство, служащее для преобразования переменного тока в постоянный. Щетки служат для передачи электроэнергии на ротор.
Безколлекторные двигатели для электромобилей отличаются меньшей массой, компактными габаритами и более высоким КПД. Они реже перегреваются и потребляют меньше электричества. Единственный минус такого двигателя - высокая цена на электронный блок, который выполняет функции коллектора. Кроме того, найти запчасти для электромобилей, оснащенных безколлекторным двигателем, сложнее.
Производители электродвигателей
Большинство самодельных электромобилей сконструировано с применением коллекторного двигателя. Это объясняется доступностью, низкой ценой и простым обслуживанием.
Видным производителем линейки данных моторов является немецкая компания Perm-Motor. Ее продукция способна к рекуперативному торможению в генераторном режиме. Она активно используется для оснащения скутеров, моторных лодок, легковых автомобилей, электроподъёмных устройств. Если устанавливали в каждый электромобиль, цена их была бы значительно ниже. Сейчас они стоят в пределах 5-7 тыс. евро.
Популярным производителем является компания Etek, которая занимается производством безщеточных и щеточных коллекторных двигателей. Как правило, это трехфазные моторы, работающие на постоянных магнитах. Основные преимущества установок:
- точность управления;
- легкость организации рекуперации;
- высокая надежность за счет простой конструкции.
Завершает список производителей завод из США Advanced DC Motors, выпускающий коллекторные электромоторы. Некоторые модели обладают исключительной особенностью - они имеют второй шпиндель, что можно использовать для подключения на автомобиль-электромобиль дополнительного электрооборудования.
Какой двигатель выбрать
Чтобы покупка вас не разочаровала, надо сравнить характеристики приобретаемой модели с предъявляемыми требованиями к автомобилю. При выборе электродвигателя в первую очередь ориентируются на его тип:
- Синхронные установки имеют сложное устройство и дорогостоящи, но обладают перегрузочной способностью, ими легче управлять, им не страшны перепады напряжения, используются при высоких нагрузках. Они устанавливаются на электромобиль Mercedes.
- Асинхронные модели отличаются низкой стоимостью, простым устройством. Они просты в обслуживании и эксплуатации, однако выделяемая ими мощность намного меньше, чем тот же показатель синхронной установки.
На электромобиль цена будет значительно ниже, если электромотор будет работать в паре с двигателем внутреннего сгорания. На рынке такие комбинированные установки обладают большей популярностью, так как их стоимость составляет около 4-4,5 тыс. евро.
К Геннадию Алексеевичу я пришёл в январе 2010 года с таким напутствием одного из его бывших коллег: ему 83, можешь не пытаться, вряд ли он что вспомнит…
Зверев жил в обычной пятиэтажке в районе Рязанского проспекта, с женой-ровесницей.
Когда договаривались о встрече, он растерянно сказал: «Даже не знаю, где мы сможем поговорить, отойти надолго я не могу – жена болеет, нельзя её оставлять. И к нам не очень удобно…».
Стало невыносимо неловко . Как может быть неловко розовощёкому молодому человеку, вторгающемуся в быт старика, пусть ненадолго, но с эгоистическими потребностями. Но Геннадий Алексеевич великодушно смикшировал эту неловкость со своей непосредственностью: «А, ладно, чего уж там, заходите ко мне! Только на бардак внимания не обращайте».
Геннадий Алексеевич Зверев стоял, что называется, у истоков советского электромобилестроения. Он конструировал один из главных элементов – системы управления тяговыми электродвигателями. В середине 1950 годов в СССР ещё не было никакого опыта такого проектирования, всё приходилось делать впервые, перенося опыт из смежных отраслей. К счастью, прогноз коллеги не сбылся: Геннадий Алексеевич помнит всё прекрасно, всем бы в его возрасте такую память. И квалификации электронщика не растерял: он достаточно легко вспоминал самые мелкие схемотехнические подробности разработки пятидесятилетней давности. А дальше он расскажет обо всё сам.
– Моя специальность — инженер-механик электрического транспорта. Поработав после института на железной дороге, я перешёл в закрытый НИИ-496, которым тогда руководил Андроник Иосифьян, член-корр и вообще большой авторитет в области электротехники. Я пошёл туда потому, что в НИИ-496 организовывал свой отдел Евгений Аватков, легендарная личность, большой энтузиаст переменного тока. Он стал моим первым начальником на новом месте. Это было в 1957 году, в декабре.
Первая страница трудовой книжки Зверева
Тогда начались работы по асинхронным двигателям для транспорта, впервые в СССР. Пожалуй, по некоторым направлениям мы были первыми в мире. Или нам так казалось – сравнить-то было не с чем, никакой западной технической литературы не было. Мы точно начинали с нуля, с чистого листа.
Институт наш находился у Красных Ворот, напротив МПС. Очень квалифицированные люди там собрались, интересные. Часть нашего отдела начала работу над электровозами на переменном токе, это было вновинку. Создали несколько групп: кто-то работал над двигателем, кто-то над преобразователем тока и системой управления — для асинхронного двигателя тогда не было никаких шаблонных решений, никаких готовых схем.
Работа по конвертации электровоза на переменный ток
Идею применения асинхронного привода настойчиво проталкивал сам Аватков. Тогда весь наш транспорт работал на двигателях постоянного тока, они сложнее конструктивно и в эксплуатации, из-за того, что там на валу стоит коллектор со щетками, за которыми необходимо следить, чистить все время. Мы бывали на разных заводах и видели, сколько машин с двигателями постоянного тока находилось в ремонте, как люди задыхались от этих ремонтов. И главная причина – изношенные коллекторы.
А асинхронный двигатель можно запечатать в короб — ему не требуется никакого обслуживания. Его можно опустить в воду, он и там будет работать. Нет коллектора, значит и удельные характеристики лучше, и в массе выигрыш. Но такие моторы производились у нас в стране только на 50 Герц, всего одна модель на весь СССР! Это был неприхотливый двигатель, применялся во множестве механизмов, но только там, где не требовалось регулировать скорость его вращения путём изменения частоты тока. Тогда просто не было силовой электроники, позволявшей это делать!
– Аватков вас сразу «бросил» на создание двигателя для электромобиля?
– Нет, первая моя работа была с моряками, делал им систему заряда батарей для подводной лодки. Там стояли свинцово-кислотные аккумуляторы: большая такая бандура получилась! У нас был комплексный испытательный стенд в Истре, даже Горшков – министр морского флота – приезжал туда. Поздравлял: мы первые сдали работу по электроагрегатам. Вот после этого Аватков меня и переключил на электромобили. В 1960 году.
– Откуда вообще возникла идея проектировать электромобиль? Был госзаказ или ваша институтская инициатива?
– Сложились вместе два обстоятельства – всплеск государственных инициатив по заботе о сохранении природы и наличие у нас почти готовой разработки по асинхронному приводу.
Я сейчас не могу точно сказать, кто конкретно выдвинул идею электромобиля, но с 1960 года эта работа была включена в план наравне с электровозной тематикой. В принципе, это была экспериментальная работа, никто не знал, что у нас получится. Асинхронный мотор изначально проектировался под напряжение в 300 Вольт, поэтому начали с его адаптации под более низкое напряжение. Пришлось перемотать обмотки, и ещё кое-какие изменения внести. Двигатель был трёхфазным, в первой фазе было по две последовательных обмотки, их мы переключили на параллельное соединение и двигатель стал работать от 190 Вольт.
первый асинхронный двигатель для электромобилей в СССР
Это не было оптимальным вариантом, но для эксперимента годилось. А на будущее мы закладывали разработку специального электродвигателя. Были сделаны расчёты – может, и не очень достоверные, но уж какие смогли. Выходило, что нам достаточно было двигателя в 15кВт. Это для полуторатонной машины, предназначенной для развоза по городу мелких товаров.
Потом стали подбирать аккумуляторы. Поначалу использовали обычные стартерные АКБ, 12-вольтовые, от «УАЗика», на 60 А-ч, подольского завода. Они нам по указанию министерства электротехнической промышленности выдали 22 батареи, вот с ними мы и работали. Потом попытались вместе с Смольковой Валентиной Сергеевной, которая тогда была директором подольского НИИСТА (института стартерных аккумуляторов), усовершенствовать их каким-то образом. Хотели сделать её устойчивой к большим зарядным токам, чтобы сократить время зарядки. В Подольске долго работали, но так ничего и не удалось им сделать… Получилась только батарея 6ЭМ-60, со слегка сглаженной характеристикой разряда.
– Вы уже работали с каким-то готовым шасси или только проектировали электрическую часть?
– У нас был УАЗ-451, как макет для компоновочных работ. Эти 22 аккумулятора мы установили в двух контейнерах по бортам, чтобы просто прикинуть расположение. Тогда ещё не было готового преобразователя напряжения и, соответственно, машина эта не ездила.
– А что собой представлял преобразователь?
– Трехфазный инвертор напряжения, для питания каждой фазы двигателя. Инвертор для силовой части в те годы можно было сделать только на тиристорах, мощных транзисторов ещё не было. А тиристоры в СССР изготавливались только на Сталинском электротехническом заводе в Таллине и были жутким дефицитом. Не помню их маркировку, увы. Это были быстродействующие тиристоры, с относительно небольшим (по тем временам) временем срабатывания.
Тиристор – это простой полупроводник, фактически управляемый диод, для открытия которого требуется короткий импульс. Но импульс этот надо гасить, а для этого применяются LC-контуры. Вам схему нарисовать?
Геннадий Алексеевич с учительским терпением рисует схему своего преобразователя и подробно объясняет принцип его работы. По всему выходит, что ему удалось из очень ограниченного набора деталей, буквально из подручных материалов соорудить довольно интересную схему. В ней для «гашения» главных тиристоров применялись другие тиристоры, коммутирующие, нагруженные на ёмкость и два дросселя. «Изюминка» этого решения именно в двух дросселях, позволяющих «перекрывать» фазы работы электродвигателя с большой точностью. И его ещё нужно было вписать в какие-то разумные габариты, а они тоже зависят от электрических характеристик, в частности, от времени восстановления тиристоров.
– Инвертор требовал охлаждения. У нас набиралось 12 тиристоров и 6 мощных диодов, и для каждой «тройки» нужен был свой воздушный радиатор, для безопасности. Ведь как ни изолируй корпуса и выводы полупроводников, опасность замыкания всё равно остаётся, тем более в автомобиле, с его вибрациями.
Сделали для преобразователя специальный ящик, в котором все тиристоры располагались с левой стороны по отношении к вводу, а блок управления справа. Тиристоры легко вынимались из этого ящика, для замены. Сам ящик охлаждался вентилятором, эту систему нам сделал другой отдел института (НИИ-496 к тому времени уже переименовали во ВНИИЭМ – институт электронного машиностроения), который, специально занимался охлаждением преобразовательных установок. Воздух засасывался с переднего края, выдувался из инвертора в двигатель, а потом и в аккумуляторную батарею, поскольку нужно было сдувать с неё кислотные пары.
– А разве нельзя было заказать нашей электронной промышленности производство транзисторов или тиристоров по вашему ТЗ?
– Нет, что вы… Для таких энтузиастов, как мы никто бы ничего не стал делать. Это же был эксперимент, опытная разработка. И хотя мы всем показывали этот электромобиль, но никто не сказал, что можно разработать тиристор с нужными нам параметрами. Это только для военных проектов можно было сделать. Ну, или для космоса. А нам и обычных, серийных порой не доставалось, Минэлектротехпром распределял элементы по каким-то ведомым только ему соображениям.
Единственный человек, кто нам очень помогал – Иосиф Гоберман, директор Главмосавтотранса. Ему нравилась сама идея электромобиля, он верил, что они могут заменить в городских перевозках УАЗы, РАФы и даже ГАЗы с ЗиЛами. Гоберман дружил с всесильным властителем Москвы Виктором Гришиным. И с его подачи даже Гришин однажды посетил нас, посмотрел наши машины. Но это было позже, в конце семидесятых.
Гришин и Гоберман на 34-ом автокомбинате, 1978 год
Я несколько раз сам ходил к Гоберману за помощью. Вот меняю я в схеме какой-то элемент (а делать это приходилось довольно часто) – значит, я должен на завод-изготовитель поехать, стоять часами на коленях, чтобы подписали разрешение на применение. А Гоберман спрашивал: «Что тебе нужно?» — и назавтра это у меня было. Даже порой представители заводов сами ко мне приезжали, чтоб я только подписал бумаги и взял этот элемент. Откуда у него было такое влияние — я не знаю, может и Гришин помогал.
– Давайте вернемся к электромобилю. Он сразу поехал или были какие-то проблемы?
– Проблемы были, конечно. Очень долго я занимался монтажом на автомобиль нашей аппаратуры. Когда мне принесли первый экземпляр преобразователя, я побежал и остановил их производство, там были серьёзные ошибки в компоновке, и качество сборки аховое. В электромобиле ведь помехи – на каждом шагу, кругом громадные и импульсные токи. Эти токи наводили в соседних проводах лишние, ненужные нам импульсы. Поэтому монтажу было особое внимание.
Первый экземпляр сделал я, второй один из наших монтажников, Грубник. А потом сборку преобразователей отдали на опытный завод ВНИИЭМ, и вот они стали делать абы как. И вот я ползал и раскладывал провода так, чтобы этот инвертор работал надёжно. На первую машину у нас ушло примерно три года.
– Справились в итоге?
– Да. А потом вышла партия машин, которая эксплуатировалась на 34 автокомбинате, это 1974-78 годы. Для них преобразователи поставлял уже Краснодарский филиал ВНИИТА, там директором был Юрий Скоков. Тот самый, который потом политиком стал.
– А зачем производство отдали в Краснодар? Ведь всего несколько штук нужно было этих преобразователей.
– Там много всего нужно делать: пайка, сварка, изготовление шин. А у нас не было людей для этого — один монтажник с помощником. Институт занимался закрытыми темами и никто из других отделов нам не помогал.
– Сколько инверторов было сделано в Краснодаре?
– На все машины, которые эксплуатировались на 34-ом комбинате. Много, даже больше, чем нужно. Так что был запас.
страничка из буклета Кванта, отпечатанного в нескольких экземплярах под грифом «ДСП».
В Краснодаре сначала была та же история с качеством монтажа. Я когда туда приехал — ужаснулся. Они так напаяли, что пришлось опять останавливать производство и идти к главному инженеру. Договорился, что привезу монтажника, который покажет, как надо. Вызвал Грубника, он две недели там сидел и показывал, как монтировать, как разводить платы. Мы уже к этому времени разработали «косу» (отмеренную и сплетённую проводку), сами делали её, отдельно от преобразователя, потом распаивали по местам.
– Преобразователь тяжёлым получился?
– Не очень, я легко поднимал его. Ну, может 50 кг вместе со всеми радиаторами. Мотор тоже перетаскивали вручную вдвоем.
– Какая система управления была у этого преобразователя?
– По две платы в каждом выдвижном блоке. Система управления была на постоянном токе, 24 Вольта. Был еще однофазный инвертор, он отдельно питал систему управления. С общей шины нельзя было питание брать, потенциал-то нельзя поделить. И если где- то «коротнёт», то всё высокое напряжение «сядет» на систему управления. Так что для надёжности я её изолировал.
Конструкция системы управления менялась по мере совершенствования элементной базы. Сначала это были маломощные транзисторы и намоточные элементы, потом появились микросхемы и мы переделали схему на них, с помощью Харьковского политехнического института.
– А что с рекуперацией? Это ведь самый сложный режим работы электромобиля.
– Рекуперацию начали отрабатывать, когда производство электроники передали в Краснодар. Этим занимались два других человека, один сейчас живёт в Америке, а второй умер на садовом участке, у меня на глазах.
Для управления машиной у нас сначала использовались две педали: движения (электрическая) и тормоза (обычная гидравлика). И дополнительно ставили тумблер на панель приборов, который нужно было включать, когда едешь накатом с горки или подтормаживаешь. Тогда двигатель переключался в генераторный режим и отдавал энергию батарее. Потом этот тумблер заменили обычной педалью, третьей. На одной штатной педали тормоза это сделать было нельзя, ведь нужно переключить частоту скольжения с добавления на вычитание.
– Как тормозила машина в режиме рекуперации? Хватало тормозного момента?
– Тормозила двигателем машина очень эффективно. Я даже сам проехался и почувствовал, хоть и не шофер, у меня и прав-то никогда не было.
Сейчас, когда я еду на троллейбусе, всегда вижу, когда они переключаются на рекуперативное торможение с отдачей энергии в сеть. В сеть, конечно, труднее отдавать, чем аккумуляторам — потому, что кто-то должен эту энергию принять, другой троллейбус в режиме движения или подстанция должна пропустить этот ток, а там стоят выпрямители.
Наши водители охотно пользовались рекуперацией, а вот за шофёров на автокомбинате не скажу, не знаю. С Колчиным, его директором, мы редко общались, разве только когда иностранные делегации приезжали. Таких делегаций много было, и все просили преобразователь показать. Мы как-то уходили от этого, говорили, что там всё запаяно и нельзя разобрать. Не хотели показывать, в общем. Даже из Пентагона генерал какой-то приезжал. Мы с ним выехали на улицу на электромобиле, и он говорит: «Дайте я сам проеду!». Я растерялся, но дал всё-таки. Он проехал, вышел и говорит: «Замечательно!» Я и сам удивлялся, как послушно и ровно она шла.
Но было главное ограничение — батарея. Нам хотелось заряжать её ударным током! Чтобы ток прошел моментально и зарядил батарею. Чтобы шофер не ждал. Тогда нас, кажется в 1980-м, перевели во ВНИИИТ (институт источников тока) и разместили в отделении, которое занималось молекулярными накопителями. Для его сотрудников электромобиль – ненужная забава, они на космос работали. Но и нам никакой особой помощи от них не требовалось, у нас уже всё отлично работало. Только об одном просили: сделайте нормальную батарею. Пусть даже небольшой емкости, но заряжаться она должна мгновенно. Мы с этим и к руководству института вышли: раз нас взяли (а они очень этого хотели), то помогите с разработкой аккумуляторов. Но никто так ничего путного и не сделал.
На обычных аккумуляторах, которые нам Смолькова давала, мы проезжали примерно 70-80 км. Один раз Лидоренко, директор нашего нового института, распорядился дать нам на пробу серебряно-цинковую батарею ёмкостью 180 Ампер часов, разработки самого ВНИИИТА. Она была дико дорогой, так что это было скорее удовлетворение интереса, чем серьёзный эксперимент.
Мы ее поставили на электромобиль, целый день гоняли — не могли разрядить. Проехали около 350 км, потом плюнули и поставили машину в гараж. Эта была единственная батарея, которая позволила бы нормально эксплуатировать электромобиль. И она была легче, чем свинцовая.
– Серебряно-цинковая батарея могла заряжаться большими токами?
– Не могу сказать. Мы заряжали от тех же зарядных устройств, что и обычные батареи.
– Хотя-бы о мелкосерийном производстве такой батареи нельзя было договориться?
– Мы ведь до последнего планировали не мелко-, а крупносерийное производство! Целый парк машин, эксплуатировавшихся на 34-ом автокомбинате – это большой опыт, там отработали всю схему организации перевозок. Обучили водителей, механиков, построили зарядные станции в точках разгрузки. Так что цель была – продолжить это дело, перевести на электротягу весь развозной транспорт Москвы. Гоберман именно к этому стремился, помогая нам.
– Как думаете, сейчас есть смысл вернуться к серебряно-цинковым батареям?
– Нет, конечно, сейчас на такое количество серебра вообще будет сверхцена. Никто не купит такой электромобиль.
Знаете, у меня был интересный опыт использования наших преобразователей и моторов для других целей, не транспортных. Так как мы числились в отделении молекулярных накопителей, от нас требовали, что бы мы их как-то использовали. И вот в Геленджике, где была лабораторная база ВНИИИТа, мы организовали испытательный стенд. Пробурили скважину, запустили туда насос на асинхронном двигателе и запитали всё это от солнечных батарей и молекулярных накопителей. Ночью насос питался запасённой энергией, а днём – от Солнца. Двигатель работал в воде и ничего плохого ему не делалось. Так что надёжность асинхронника была проверена ещё и в экстремальных условиях.
Мы ездили на всякие симпозиумы международные и они когда я начинал доклад — была тишина полная. Все слушали внимательно, что-то записывали, потом вопросы задавали. Тогда в моде были коллекторные моторы, асинхронные были вновинку. А сейчас в этом направлении работают почти все автомобилестроители.
– В двукратном преобразовании тока, которое нужно для питания асинхронника от батарей постоянного тока, все-таки теряется часть энергии?
– Теряется, да, и в инверторе теряется, на коммутацию, на закрытие, на открытие тиристоров. Но это мизерная энергия. Если брать высокочастотные тиристоры, то это меньше процента, я управлял импульсом в несколько микросекунд. Только в коммутирующем контуре потери. Конечно, они есть в конденсаторе, в дросселях. И в тиристоре самом. Но незначительные. Вот в троллейбусе преобразователь стоит, и что, там нет потерь? Ерунда это всё, на современной элементной базе такие потери можно даже не учитывать. Равно как и с преобразованием.
– Что, кроме отсутствия подходящих аккумуляторов, мешало внедрению ваших разработок?
– Всё было построено на связях. В ЦК, в Политбюро. У нас был Гоберман, но даже ему не под силу оказалось пробить эту стену равнодушия.
Однажды один видный функционер прямо спросил меня, знаком ли я с Гейдаром Алиевым, был такой первый зам Председателя Совета Министров СССР, он курировал наши вопросы. «Нет, конечно» — говорю. «Тогда о внедрении в серийное производство можешь забыть».
Меня тянули в партию, даже вынудили два года отучиться на философском факультете института марксизма-ленинизма. Но в КПСС я так и не вступил. В конце восьмидесятых годов у нас ввели новую схему оформления трудоустройства – годовые контракты. Год заканчивался – и могли контракт продлить. А могли и не продлить. Это так боролись за дисциплину. Так вот, вызывает меня начальник отдела и торжественно говорит: Геннадий Алексеевич, ты принят во ВНИИИТ бессрочно! Я сказал «спасибо» — и ушёл на пенсию.
– Как думаете, ваша разработка сейчас потеряла актуальность?
– Она никогда не потеряет актуальность, это будущее всего электротранспорта. Когда я ушел на пенсию, является ко мне один мой работник и говорит: «У нас состоялось научно-техническое совещание в отделе, и мы постановили: все дальнейшие работы будем вести по вашим схемам». Некая Борисова приехала и привезла мне выписку из протокола совещания. Потом наш начальник загорелся идеей делать прогулочные машины с молекулярными накопителями и солнечными батареями, якобы к нему даже заказчики потенциальные приезжали из Эмиратов. Машину такую сделали, но сделка не состоялась. Да и сама машина получилась так себе…
История электромобилей ВНИИЭМ – ВНИИИТ – НПО «Квант»
Первые электромобили на асинхронном тяговом двигателе были сделаны ВНИИЭМом в сотрудничестве с калиниградским ВНИИ электротранспорта в 1967-1970 годах. Это были два образца под именами ЭМО-1 и ЭМО-2. Параллельно этому построили два макетных образца на базах УАЗ-451 и УАЗ-452.
В 1970-72 годах в сотрудничестве с НИИАТ построили два образца развозных фургонов с пластиковым кузовом, по некоторым сведениям их дизайн принадлежит «перу» Юрия Долматовского.
Электромобили, созданные в сотрудничестве с НИИАТом.
Вот фрагмент случайно сохранившейся любительской киноплёнки, где запечатлена машина ВНИИЭМНИИАТ и её создатели:
Заметка из неведомой газеты середины 1970-х годов
В 1974-78 годах на ремонтно-производственной базе Главмосавтотранса собрали10 машин У-131, конвертированных из УАЗа-451ДМ. Там уже применялись специальные батареи НИИСТА 6ЭМ-60 с удельной энергоёмкостью 25 Втч/кг и допускавшие ускоренный заряд (в течении трёх часов не мене 60% ёмкости). Три такие машины приняли участие в ноябрьской демонстрации 1975 года, пройдя по Красной площади.
Скриншоты со случайно уцелевшей любительской киносъёмки демонстрации 1975 года
Они же были первыми, кто прошёл цикл испытаний на Дмитровском автополигоне. Максимальная скорость составила 70 км/ч, запас хода при 40 км/ч – 70 км, при движении по европейскому городскому циклу – 50 км. В 1977 году состоялись приёмочные испытания У-131 и было рекомендовано их дальнейшее производство (с рядом доработок).
У-131 были первыми машинами, поступившими в опытную эксплуатацию на 34-й автокомбинат Москвы. Там создали специальную зону для зарядки и обслуживания, а в местах разгрузки установили несколько дополнительных зарядных устройств. Средний пробег У-131 не превышал 40 км в день, так что заряда хватало, но водители автокомбината всё равно не очень любили электромобили: было несколько случаев остановки прямо в пути из-за нехватки энергии. Да и ломались они часто.
В 1978 году ВНИИЭМ совместно с РАФом конвертировал 2 экземпляра рижского микроавтобуса РАФ-22038, они тоже побывали на полигоне. Но до этого силами Главмосавторанса и ВНИИЭМа был сделан ЭлектроРАФик под условным названием «Буржуйский» Эту кличку он получил за шикарную отделку салона, сделанную на ЗиЛе, на том участке, где собирались правительственные лимузины.
РАФ-22038 Главмосавтотранса
Страница из отчёта об испытаниях электро-РАФа на Дмитровском полигоне
В 1977 году к теме подключился УАЗ, выпустивший свою первую партию электромобилей УАЗ-451МИ, представлявшего собой свободную фантазию на тему У-131. Они тоже поступили на 34-й автокомбинат, 9 октября 1978 года. РАФ тоже не остался в стороне, в 1978-79 годах собрав несколько машин 22038 и 22037 на постоянном и переменном токах. И, конечно, ВАЗ, который начал собирать развозные электорфургончики ВАЗ-2801на базе ВАЗ-2102. Но все эти работы прямого отношения к ВНИИЭМ не имели, упоминаем их лишь в контексте общей истории.
В 1980-ом, уже будучи под крылом ВНИИИТа, Зверев сотоварищи (Борис Павлушков, Николай Родионов и др.) начинают делать сильно модернизированный вариант У-131, названный УАЗ-3801. В работе участвовали завод Сатурн, УАЗ и сам ВНИИИТ в лице НПО «Квант» (именно в его структуре находились разработчики электромобилей). УАЗ-3801 было сделано более 50 шт, (58, если быть точным), большая часть из которых работала всё на том же 34-ом автокомбинате. Последнюю такую машину собрали в 1988 году. Один из «УАЗиков» сохранился в «Кванте» до настоящего времени, его можно увидеть на фотографии из депо «Москва-Киевская», на территории которого расположен один из офисов «Кванта».
Последним электромобилем, сделанным «Квантом» при СССР стал минимобиль с солнечной батареей, который упоминает Геннадий Зверев. Он предназначался для курортных зон, для неспешных прогулок с небольшой скоростью. Если говорить совсем честно, то один из расчётов делался на закрытые черноморские санатории, в которых отдыхали тогдашние партийные бонзы и члены ЦК. У «Кванта» к тому времени уже был некоторый опыт такого «сотрудничества»: один из электроРАФиков в конце семидесятых годов обслуживал как раз таких статусных отдыхающих в Форосе. Там же работал и опытный электротрактор.
Минимобиль получился очень концептуальным, но до ума его так и не довели. Один экземпляр худо-бедно ездил, второй так и остался макетом. Он и сейчас стоит в запасниках «Кванта». Кстати, дизайн минимобиля делали на ЗиЛе, вот только выяснить фамилию этого гения пока не удалось.
Минимобиль с солнечными элементами на крыше
Дальнейшая история электромобилей «Кванта» богата на разного рода эксперименты, но их описание уже выходит за отмеренные хронологические рамки. Скажем лишь, что до настоящего момента в «Кванте» придерживаются высоковольтной схемы переменного тока.
А вот киносъёмка той самой ноябрьской демонстрации 1975 года. Оператор явно впервые держал в руки камеру; но уж что есть… Сначала идёт чёрно-белый фрагмент, потом цветной.
Нравится(3 ) Не нравится(0 )
Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.
Принцип работы и устройство
Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.
Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с (ДВС). Последний вариант – гибридные авто.
От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.
Виды
Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.
Их можно условно классифицировать по типу тока:
- устройства переменного тока;
- конструкции постоянного тока;
- решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).
Тяговый преобразователь ТП80-200
Параметры тягового преобразователя:
Тип.......................................................Трехфазный двухуровневый инвертер напряжения на IGBT транзисторах
Номинальная мощность......................................................................................................30 кВт
Максимальная мощность*...................................................................................................80 кВт
Номинальное напряжение питания (от АКБ).....................................................................192 В
Ток максимальный.................................................................................................................365 А
Климатическое исполнение.................................................... ............................................“У”, категория 2
Температура эксплуатации...................................................................................................от минус 40 до плюс 40 °С
Номинальная частота вых. напряжения..............................................................................50 Гц
Максимальная частота вых. напряжения...........................................................................166 Гц
Масса.......................................................................................................................................15 кг
Габариты..................................................................................................................................413x262x207
Исполнение............................................................................................................................ IP54
Способ охлаждения............................................................................................................. Жидкостное
Расход охлаждающей жидкости.......................................................................................... не более 11 л/мин
Падение давления охлаждающей жидкости........................................................................0,2 бар
Способ управления АД......................................................................................................... Векторное управление
Тяговый электродвигатель AFMT 30/80.
Параметры тягового двигателя:
Тип двигателя........................................................................... Асинхронный с короткозамкнутым ротором
Номинальная мощность...........................................................30 кВт
Максимальная мощность *.......................................................80
Входное напряжение................................................................3 фазы 140 В
Номинальный момент...............................................................288 Нм
Максимальный момент.............................................................600 Нм
Номинальная скорость.............................................................1000 Об/мин
Максимальная скорость............................................................5000 Об/мин
Система охлаждения.................................................................Жидкостная
Расход охлаждающей жидкости................................................не более 15 л/мин
Падение давления охлаждающей жидкости............................0,2 бар
Масса..........................................................................................214 кг
Бортовое зарядное устройство+вспомогательный инвертор ПЗ 16/200.
Зарядное устройство ПЗ 16/200 (в дальнейшем «изделие») обеспечивает заряд тяговой батареи от сети 220/380 В, формирование сети 220/380 В для питания потребителей через Подкузовную розетку ПЗ 16/200, а также обеспечивает питанием вспомогательный привод насосов гидроусилителя руля и вакуумных тормозов при передвижении транспортного средства.
Параметры бортового зарядного устройства:
Тип зарядного устройства....................................................на IGBT транзисторах без гальванической развязки от сети
Номинальное напряжение питания...........................................................................~3ф, 380 В/~1ф, 220 В
Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~3ф, 380В.........................12 кВт
Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~1ф, 220В..........................3,5 кВт
Выходное напряжение питания батареи...................................................................=160-240 В
Выходной ток заряда батареи....................................................................................40 А
Выходное напряжение для питания DC/DC...............................................................400-600 В
Выходной ток питания DC/DC.....................................................................................3 А
Способ охлаждения.....................................................................................................Жидкостное
Расход охлаждающей жидкости..................................................................................не более 3 л/мин
Падение давления охлаждающей жидкости..............................................................0,2 бар
Зарядное устройство (ЗУ) во время движения обеспечивает питанием вспомогательный электродвигатель со следующими параметрами:
Номинальная мощность..............................................................................................2,4 кВт
Номинальное напряжение питания............................................................................=160-240 В
Выходное напряжение.................................................................................................~3 ф, 220/380 В
Зарядное устройство во время стоянки обеспечивает питанием от АКБ потребителей со следующими параметрами
(при отсутствии заряда АКБ):
Номинальное выходное напряжение..........................................................................~3 ф, 380 В/~1ф, 220 В
Номинальная выходная мощность ~3ф, 380В...........................................................10 кВт
Номинальная выходная мощность ~1ф, 220В............................................................3 кВт
Перегрузочная способность.........................................................................................120 % в течении одной минуты
Режим работы нейтрали...............................................................................................IT (изолированный)
DC/DC преобразователь ППН 1.0/200/12
DC/DC ППН 1.0/200/12 обеспечивает питанием потребители 12 В, а так же обеспечивает заряд аккумулятора автомобиля.
Электропитание изделия осуществляется от питающей распределительной сети постоянным напряжением 600 В, а так же постоянным напряжением 12 В от свинцово-кислотного аккумулятора для питания внутренних цепей.
Параметры DC/DC преобразователя:
Тип зарядного устройства......................с гальванической развязкой от тяговой батареи и ЗУ
Входное напряжение................................................................=500-600 В
Выходное напряжение.............................................................14 В
Мощность..................................................................................1 кВт
Способ охлаждения..................................................................Жидкостное
Степень защит..........................................................................IP54
Рабочий диапазон температур эксплуатации.........................от минус 40 до +50 ˚С
Относительная влажность воздуха..........................................95 %
Габаритные размеры................................................................500×217×135 мм
Вес............................................................................................8 кг
Электромобили двигаются под действием электричества, которое первоначально попадает к ним из обычной домашней электросети и запасается в автомобильных перезаряжаемых аккумуляторах.
Такому автомобилю не нужна коробка передач, применяемая в двигателях внутреннего сгорания. Потому что вал электродвигателя здесь присоединен прямо к колесу. Электричество питает мотор, и мотор крутит колесо, которое двигает машину. Сейчас сделаны опытные электромобили с одноразовым запасом энергии на борту, достаточным для 130-мильного пробега. Эти автомобили намного меньше загрязняют окружающую среду и работают значительно тише, чем автомобили, "кушающие" бензин. Пожалуй, главным недостатком электромобиля является то, что ему требуется шесть часов на полную зарядку аккумуляторов.
Автомобиль с автоматической коробкой передач
Если взглянуть на приборную панель электромобиля (рисунок выше), то видно, как просто сделан рычаг управления передачами, - по той причине, что в машине нет коробки передач. Все, что должны показывать приборы на панели, это число оборотов в минуту двигателя, скорость автомобиля и уровень зарядки электрической батареи.
Каким образом электрическая энергия вращает колеса
Принципиальная схема электромобиля
Электромобиль движется под действием электрической энергии, которую он первоначально запасает в своих аккумуляторах (рисунок ниже). При движении автомобиля электрическая энергия приходит на электромагнитный разъем. Оттуда под управлением водителя и сигналов от датчиков энергия поступает на электродвигатели, которые крутят колеса и заставляют автомобиль двигаться.
Подзарядка "севших" аккумуляторов электромобиля
Схема заряда аккумуляторов электромобиля
Электро-зарядное устройство автомобиля нужно для того, чтобы бортовые аккумуляторы накопили новую электрическую энергию взамен истраченной на движение автомобиля. Устройство получает энергию для зарядки через обычную электро-розетку, какие стоят в жилых домах.
Энергия передается прямо на колеса
Мощный постоянный магнит, находящийся внутри электродвигателя, позволяет вращать колесо без ведущего вала и шестеренок, применяемых в обычных автомобилях. Поэтому в электромобиле нет дифференциала, передаточных устройств с шестеренками и коробки передач. Энергия там идет от электродвигателя прямо на колеса.
В модели электромобиля "Дестини 2000" (Destiny 2000 ) сочетается применение солнечных панелей и аккумуляторов с кузовом из стекловолокна.
