Прогресс не стоит на месте и все движется вперед и развивается. Это относится и к системам электроприводов. Появление частотно-регулируемых электроприводов и различных способов управления ими вносит свои коррективы в степень развития этих устройств. И это привело к тому, что асинхронный электропривод постепенно начинает заменять машины постоянного тока в тяговых системах – электропоездах, троллейбусах, магистральных электровозах. Не исключения и автомобильная техника.

Современные реалии таковы, что эксплуатация и обслуживание приводов постоянного тока в экскаваторах и большегрузных самосвалах сопряжено с целым рядом неудобств, но современное развитие науки, а также наличие необходимой элементной базы значительно облегчило решение этой задачи. Именно поэтому в 2005 году конструкторы «Силовых машин» приступили к созданию новой линейки электроприводов – асинхронных (частотных). Они разрабатываются специально для производимых ОАО «БЕЛАЗ» погрузчиков и карьерных самосвалов, а также мощных экскаваторов, выпускаемых заводами «Уралмаш» и «Ижорские заводы».

Тяговый асинхронный электропривод

Система асинхронный двигатель – преобразователь частоты на сегодняшний день, пожалуй, самая сложная из систем электроприводов. В основе тягового асинхронного привода лежит векторное управление. Также необходимо обеспечить многоуровневую систему защит и сигнализаций для безопасной работы систем, и, соответственно системы программного обеспечения и визуализации для обеспечения возможности мониторинга и настроек системы.

Но помимо значительного усложнения системы управления тяговым асинхронным электроприводом он обладает значительными преимуществами, по сравнению со старыми системами постоянного тока, которые использовались в карьерных самосвалах ОАО «БЕЛАЗ»:

• Отсутствие коллекторно-щеточного узла, присущего системе , что уменьшает затраты на эксплуатацию значительно.
• Кроме того, тяговый электродвигатель расположен так, что электрику необходимо буквально протискиваться к нему, что тоже предъявляет особые требования к обслуживающему персоналу.
• При неудовлетворительном состоянии коллектора могут понадобится более сложные ремонтные работы – а это простой и убытки. В асинхронной машине коллектора просто нет.
• При работе на постоянном токе переключения между тяговым и тормозным режимом производилось механически – с помощью контакторов. В системе с АД переключения производятся силовыми вентилями, с помощью алгоритмов управления ПЧ.

Стоимость. За и против

Стоимость тягового асинхронного электропривода довольно высока и это отпугивает. Но помимо затрат на приобретение, монтаж и пуско-наладку существуют затраты и на эксплуатацию. За счет того, что щеточно-коллекторный узел в АД с КЗ ротором

отсутствует, то значительно снижаются затраты на эксплуатацию. Ведь основным слабым местом машин постоянного тока является именно коллекторный узел, который необходимо периодически чистить, менять щетки, а иногда и сам коллектор. Также асинхронники меньше по габаритным размерам, чем ДПТ. Преобразователи частоты оборудованы устройствами диагностики и сигнализации, что помогает находить и устранять неисправности. Также при выходе из строя какого-то элемента достаточно заменить ячейку или силовой модуль устройства, и оно готово к работе.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании гибридных автомобилей и электромобилей. Устройство содержит источник электроэнергии, подключенный к накопительному конденсатору. Приводной двигатель переменного тока состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с трехфазными обмотками. Последовательно с каждой из обмоток статора включена дополнительная обмотка, а точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам выпрямителя, который совместно с инвертором входит в состав управляемого преобразователя. При включении источника питания начинают коммутироваться силовые ключи инвертора в соответствии с выходными сигналами блока управления. Автомобиль осуществляет поступательное движение с регулируемой скоростью, задаваемой блоком управления инвертором. При подаче команды «торможение» контроллер обеспечивает поступление управляющих сигналов на выпрямитель. В накопительный конденсатор поступает ток рекуперации. При протекании тока по обмоткам развивается тормозящий момент, а энергия торможения передается в накопительный конденсатор, который заряжается до напряжения большего, чем напряжение источника электропитания. По окончании торможения накопленная энергия конденсатора используется для поступательного движения автомобиля. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности электромобиля и обеспечении его простой и технологичной конструкции с оптимальными массогабаритными показателями. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.

Известны гибридные автомобили на топливных элементах, содержащие аккумуляторную батарею, присоединенную через управляемый преобразователь к приводному двигателю колес (1). В устройстве предусмотрена организация цепей для использования энергии торможения колес. Однако установка имеет низкую энергетическую эффективность. Это объясняется тем, что при рекуперационном торможении генерируемое напряжение падает, а накопленный заряд в батарее растет, в результате чего по мере выравнивания потенциалов батареи и генератора темп зарядки батареи замедляется, а затем и вовсе прекращается.

Наиболее близким к изобретению устройством является электропривод колес автомобиля (2), содержащий аккумуляторную батарею, которая подключена к приводному двигателю через управляемый преобразователь напряжения. Для повышения эффективности силовой установки и улучшения ее энергетических характеристик управляемый преобразователь выполнен с возможностью передачи электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения, а рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении - с повышающим коэффициентом преобразования напряжения. В известном устройстве роль накопительного элемента, «принимающего» энергию рекуперации, выполняет аккумуляторная батарея, однако ее функцию может выполнять и другой энергонакопительный блок, например блок молекулярных конденсаторов. В известной схеме может быть задействован как двигатель постоянного тока, так и переменного тока. При использовании в качестве приводного двигателя электрической машины переменного тока необходимо введение в известную схему (2) преобразователя постоянного напряжения в переменное (следуя традиционной методике преобразования сигналов). Однако это ведет к усложнению конструкции преобразовательного блока и, следовательно, усложнению конструкции всего устройства, увеличению его стоимости и габаритов.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является упрощение конструкции, снижение стоимости и улучшение массогабаритных показателей.

Технический результат достигается за счет того, что в электроприводе колес автомобиля, содержащем источник электропитания, трехфазный электродвигатель переменного тока с ротором на постоянных магнитах и управляемый преобразователь, регулирующий режим работы электродвигателя (2), управляемый преобразователь состоит из мостовых трехфазных инвертора и выпрямителя, выводы постоянного тока которых подключены к накопительному конденсатору, присоединенному к источнику электропитания, а фазные выводы обмоток статора электродвигателя переменного тока подсоединены к входным выводам переменного тока инвертора, при этом согласно - последовательно с каждой из обмоток статора включена дополнительная обмотка, причем точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам переменного тока выпрямителя, полярность выводов постоянного тока которого встречная по отношению к полярности подсоединенного к ним источника электропитания, при этом управляющие входы блоков управления инвертора и выпрямителя соединены соответственно с выходами управляемого контроллера, выполненного обеспечивающим при подаче на его управляющий вход команды «скорость» либо «торможение» разрешение поступления управляющих сигналов на инвертор либо выпрямитель с одновременным блокированием поступления управляющих импульсов на выпрямитель либо инвертор соответственно.

На чертеже представлена конструктивная схема устройства.

Устройство содержит источник электроэнергии 1, например аккумуляторную батарею, которая подключена к накопительному конденсатору 2, подсоединенному к выводам питания управляемого преобразователя напряжения, регулирующего режимом работы приводного двигателя переменного тока 3. В схеме электропривода реализована возможность передачи электроэнергии на приводной двигатель 3 с пониженным напряжением и рекуперации электроэнергии с приводного двигателя 3 при его торможении с повышенным напряжением. Приводной двигатель 3 переменного тока состоит из ротора 4 с постоянными магнитами и статора с трехфазными обмотками 5. Согласно - последовательно с каждой из трехфазных обмоток W 1 статора включена дополнительная обмотка W 2 , а точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам переменного тока выпрямителя 6, который совместно с инвертором 7 входит в состав управляемого преобразователя. Управляющие входы инвертора 7 и выпрямителя 6 присоединены соответственно к выходам блоков управления 8 и 9, управляющие входы которых соединены с выходами управляемого контроллера 10, выполненного обеспечивающим разрешение поступления управляющих сигналов на схему инвертора либо выпрямителя с одновременным блокированием поступления управляющих импульсов на схему выпрямителя либо инвертора при подаче команды «скорость» либо «торможение» соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания и подаче команды «Скорость» контроллер 10 формирует выходной сигнал, который разрешает поступление управляющих сигналов с блока управления 8 на инвертор 7 и одновременно блокирует работу блока управления 9, в результате чего силовые ключи инвертора 7 начинают коммутироваться в соответствии с выходными сигналами блока управления 8. За счет протекания токов в обмотках W 1 статора 5 электродвигателя возникает вращающееся магнитное поле, под действием которого начинает вращаться ротор 4 на постоянных магнитах. Блок управления 8 осуществляет высокочастотную модуляцию основной гармоники и регулирует величину напряжения и его частоту, используя, например, управление по вектору поля. Вращение ротора 4 непосредственно или через редуктор передается на колеса. Автомобиль осуществляет поступательное движение с регулируемой скоростью, задаваемой блоком управления 8, при этом идет прямая передача энергии на приводной двигатель.

По приходу сигнала «Торможение» контроллер 10 блокирует работу блока управления 8 и включает блок 9. При торможении под действием сил инерции колеса продолжают свое движение, вращая ротор 4 электрической машины 3, которая переходит в режим генерирования энергии. На вход выпрямителя 6 поступает суммарное напряжение обмоток W 1 , W 2 статора, а в накопительный конденсатор 2 поступает ток рекуперации. Напряжение на конденсаторе 2 возрастает до величины приведенного суммарного напряжения на обмотках W 1 , W 2 . При протекании тока по обмоткам W 1 , W 2 развивается тормозящий момент, а энергия торможения форсированно передается в накопительный конденсатор 2, который заряжается до напряжения большего, чем напряжение источника электропитания 1. При этом доля рекуперируемой энергии значительно увеличивается, т.к. величина энергии, накопленной в конденсаторе 2, находится в квадратичной зависимости от его напряжения.

По окончании торможения накопленная энергия конденсатора 2 используется для поступательного движения автомобиля.

Таким образом, управляемый преобразователь совместно с трехфазными обмотками W 1 , W 1 обеспечивает передачу электроэнергии на приводной двигатель 3 с пониженным напряжением и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя 3 при его торможении с повышенным напряжением. Устройство имеет высокий кпд, т.к. позволяет рекуперировать не менее 70% энергии торможения.

Высокие энергетические показатели устройства достигнуты при одновременном упрощении конструкции, снижении ее себестоимости и улучшении массогабаритных показателей.

Высокий кпд, простота конструкции и хорошие массогабаритные показатели данного устройства позволяют ему быть наиболее предпочтительным при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.

Источники информации, принятые во внимание

1. Ж. «АвтоМир» №1, 2007 г., с.9.

2. Ж. «АвтоМир» №48, 2007 г., с.8.

Электропривод колес автомобиля, содержащий источник электропитания, трехфазный электродвигатель переменного тока с ротором на постоянных магнитах и управляемый преобразователь, регулирующий режим работы электродвигателя, отличающийся тем, что управляемый преобразователь состоит из мостовых трехфазных инвертора и выпрямителя, выводы постоянного тока которых подключены к накопительному конденсатору, присоединенному к источнику электропитания, а фазные выводы обмоток статора электродвигателя переменного тока подсоединены к входным выводам переменного тока инвертора, при этом согласно-последовательно с каждой из обмоток статора включена дополнительная обмотка, причем точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам переменного тока выпрямителя, полярность выводов постоянного тока которого встречная по отношению к полярности подсоединенного к ним источника электропитания, при этом управляющие входы блоков управления инвертора и выпрямителя соединены соответственно с выходами управляемого контроллера, выполненного обеспечивающим при подаче на его управляющий вход команды «скорость» либо «торможение» разрешение поступления управляющих сигналов на инвертор либо выпрямитель с одновременным блокированием поступления управляющих импульсов на выпрямитель либо инвертор соответственно.

Электродвигатели гибридных и на самом деле помимо экономии топлива имеет громадный потенциал в будущем для повышения мощности и безопасности. Уже в наши дни некоторые гибридные полноприводные автомашины имеют преимущество перед бензиновыми транспортными средствами .

Как работает традиционная All-Wheel Drive система?

Есть несколько разновидностей систем . Наибольшее распространение получила система, передающая постоянно на все четыре колеса крутящий момент не зависимо от уровня тяги, угла поворота и других факторов. Главный недостаток постоянного полного привода это неэффективность расхода топлива. В некоторых же моделях оснащенные AWD приводом электроника может изменять уровень крутящего момента, распределяя мощность между осями, в зависимости от необходимости. В этом случае значительно меньше, но не намного.

Для борьбы с лишним расходом топлива некоторые производители предлагают автомобили с непостоянным полным приводом. В основное время машина работает без полного привода. Но как только электроника автомобиля определяет, что какие то колеса теряют сцепление с дорогой, начинает передаваться на другую ось. Это позволяет существенно снизить потребления топлива (особенно при поездках в городском режиме). Но и эта система имеет также свои недостатки. К примеру, машины с подобным подключаемым полным приводом не достаточно мощные. К тому же страдает безопасность автомобиля, поскольку позднее подключение привода во время пробуксовки или скольжения на дороге может не помочь в случае заноса, что может привести к аварии.

Как работает Hybrid All-Wheel Drive система?

С помощью электродвигателей гибридные более безопасные на дороге (имеют низкий риск заноса, в результате потери сцепления), и имеют низкий расход топлива. К примеру, в RX 450h электродвигатели (их в этой модели два) помогают бензиновому двигателю, за счет увеличения крутящего момента и мощности, а также снижают традиционным мотором.

В RX450h AWD электродвигатели работает с каждой осью автомобиля. Когда автомобиль движется в городском потоке по сухому асфальту, крутящий момент от бензинового мотора передается только на одну ось. В этот момент электроника может подключить в работу электрические силовые агрегаты, которые разгружают традиционный мотор, и снижают потребление топлива.

Так во время резкого разгона с места, задний электромотор добавляет крутящий момент задним колесам. Если при прохождения поворота на скорости передние колеса теряют сцепление с дорогой (к примеру, на мокром асфальте), то электроника подключает передний электродвигатель, который начинает передавать крутящий момент на переднюю ось.

Эта электронная система передачи крутящего момента мгновенна. Но в отличие от традиционных автомобилей, электромоторы позволяют обеспечить автомобилю мгновенный крутящий момент.

Даже если машина не полноприводная электрические позволили существенно увеличить максимальный крутящий момент автомобилям. Так в компактной модели крутящий момент составляет 542 Нм. Та же картина и с Tesla Model S P85, у которого практически с самого начала доступно 600 Нм максимального крутящего момента. Напомним, что в следующем году в серийное производство поступит полноприводная версия модели S, сразу после выхода электрического кроссовера X.

Гибридные машины с AWD приводом набирают популярность

Помимо автомобилей и другие автопроизводители также готовы предложить свои гибридные модели. К примеру предлагает модель RLX Sport-Hybrid с тремя электромоторами, которые помогают работе 3,7-литровому мотору V6. Так один электро двигатель передает крутящий момент на передние колеса. Два других на заднюю ось. Задние электрические силовые установки могут работать независимо друг от друга.

Еще один автомобиль, который готовится к выпуску это , которая будет оснащена двумя электрическими двигателями, передающие мощность на передние колеса, когда как двигатель V6 располагается посередине автомобиля и будет передавать крутящий момент на заднюю ось.

Так , благодаря бензиновому мотору V8 и электрических двигателей удалось проехать круг на знаменитой трассе в Нюрнберге всего за 6:55.

Еще один пример. , благодаря чему машина может разгоняться с 0-100 км/час всего за 4,4 секунды. Этот впечатляющий результат достигается за счет 1,5 литрового трехцилиндрового мотора и электроустановки. Помимо мощности, электромотор позволяет существенно . Так модель i8 потребляет всего 3,2л/100км. Это делает i8 самым экономичным в мире гибридным спорткаром.

Стоит отметить, что 918 и i8 могут работать полностью в электрическом режиме без участия бензиновых моторов, что позволяет ограниченное расстояние проехать без потребления топлива.

В настоящий момент потенциал развития полноприводных электрических и гибридных автомобилей огромен. Достаточно вспомнить участие в гонках ЛеМан-24 таких моделей, как Audi R18 e-quattro и Toyota TS040, чтобы понять, что производители ведут активные разработки для массового производства гибридных полноприводных машин в ближайшем будущем.

Минусы и плюсы гибридных и электрических автомобилей

С полным приводом, к сожалению пока не совершенны. Все дело в их стоимости. Производство гибридных транспортных средств обходится значительно дороже бензиновых автомобилей. Также гибридные машины намного тяжелее своих традиционных версий. Все дело в весе аккумуляторов и электромоторов.

Но эти недостатки могут быть компенсированы за счет существенной экономии топлива в процессе эксплуатации машины. Например, модель Lexus RX450h с приводом AWD расходует топлива на несколько литров меньше, чем традиционная 350 AWD. Но пока, что не все гибридные машины могут похвастаться быстрой окупаемостью. Ведь переплачивая за новый гибридный автомобиль, каждый покупатель рассчитывает как можно быстрее окупить затраты на покупку. Но к сожалению многие , что приводим к долгой окупаемости затрат на покупку.

Гибридные полноприводные машины AWD гораздо безопаснее и эффективнее. Так электромоторы помогают увеличить динамику и способствуют большей устойчивости на дороге. Благодаря этому многие модели гибридных автомобилей приобрели спортивный характер в отличие от своих бензиновых версий.

На современном автомобиле установлено большое число агрегатов, требующих для приведения в действие затрат механической энергии. Эту энергию они получают в большинстве случаев от электродвигателей.

Электродвигатель с механизмом передачи механической энергии и схемой управления электродвигателем образуют систему электропривода автомобиля . Для передачи энергии в автомобильном электроприводе используются зубчатые и червячные передачи, кривошипно-шатунные механизмы. Часто электродвигатель и механизм передачи механической энергий объединяют в моторедуктор или электродвигатель совмещают с исполнительным элементом.

Электроприводы автомобиля приводят в действие вентиляторы отопителей и системы охлаждения двигателя, стеклоподъемники, устройства выдвижения антенн, стеклоочистители, насосы омывателей, фароочистители , подогреватели, топливные насосы и т.п. Расмотрим требования предъявляемые к электродвигателям и типы электрических двигателей используемых в системах электропривода агрегатов автомобиля.

Электродвигатели приводов агрегатов автомобиля

Требования, предъявляемые к электродвигателям, весьма разнообразны. Электродвигатели отопителей и вентиляторов автомобиля имеют продолжительный режим работы и малый пусковой момент; электродвигатели стеклоподъемника обладают большим пусковым моментом, но работают кратковременно; электродвигатели стеклоочистителей воспринимают переменные нагрузки и, следовательно, должны обладать жесткой выходной характеристикой, частота вращения вала не должна существенно меняться при перемене нагрузки; электродвигатели предпусковых подогревателей должны нормально работать при очень низких температурах окружающего воздуха.

В приводах агрегатов автомобиля применяют электродвигатели только постоянного тока . Их номинальные мощности должны соответствовать ряду 6, 10, 16, 25, 40, 60, 90, 120, 150, 180, 250, 370 Вт, а номинальные частоты вращения валов ряду 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 9000 и 10 000 об/мин.

Электродвигатели с электромагнитным возбуждением в системе электропривода агрегатов автомобиля имеют последовательное, параллельное или смешанное возбуждение. Реверсивные электродвигатели снабжены двумя обмотками возбуждения. Однако применение электродвигателей с электромагнитным возбуждением в настоящее время сокращается. Более широко распространены электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Конструкции электродвигателей чрезвычайно разнообразны.

Рис. 2. Электродвигатель отопителя

На рис. 2 показано устройство электродвигателя отопителя. Постоянные магниты 2 закреплены на корпусе 12 электродвигателя пружинами 10. Вал якоря 11 установлен в металлокерамических подшипниках 1 и 5, расположенных в корпусе и в крышке 8. Крышка крепится к корпусу винтами, ввернутыми в пластины 9. Ток к коллектору 6 подводится через щетки 4, помещенные в щеткодержатель 3. Траверса 7 из изоляционного материала, объединяющая все щеткодержатели в общий узел, прикреплена к крышке 8.

На электродвигателях мощностью до 100 Вт общим является применение подшипников скольжения с металлокерамическими вкладышами, щеткодержателей коробчатого типа и коллекторов, штампованных из медной ленты с опрессовкой пластмассой. Применяют и коллекторы, изготовленные из трубы, имеющей на внутренней поверхности продольные пазы.

Крышки и корпус изготовляют цельнотянутыми из листовой стали. В электродвигателях стеклоомывателей крышки и корпус - пластмассовые. Статор электродвигателей электромагнитного возбуждения набирают из пластин; причем оба полюса и ярмо штампуют как одно целое из листовой стали.

Постоянные магниты типов 1 и 2 (см. табл. ниже) устанавливают в магнитопровод, залитый в пластмассовый корпус. Магниты типов 3, 4 и 5 прикрепляют к корпусу плоскими стальными пружинами или приклеивают. Магнит типа 6 устанавливают и приклеивают в магнитопровод, который размещается в крышке электродвигателя. Якорь набирают из пластин электротехнической стали толщиной 1-1,5 мм.

Технические данные основных типов электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов

таблица 1. Основные типы электродвигателей в электроприводах отечественных автомобилей.

Электродвигатель	Тип магнита	Назначение	Напряжение, В	Полезная мощность, Вт		Масса, кг
МЭ268	1	Привод омывателей	12	10	9000	0,14
МЭ268Б	1	То же	24	10	9000	0,15
45.3730	4	Привод отопителей	12	90	4100	1
МЭИ	3	То же	12	5	2500	0,5
МЭ237	4	»	24	25	3000	0,9
МЭ236	4	»	12	25	3000	1
МЭ255	4	»	12	20	3000	0,8
19.3730	5	»	12	40	2500	1,3
МЭ250	5	»	24	40	3000	1,3
МЭ237Б	4	Привод стекло- очистителей	12	12	2000	0,9
МЭ237Е	4	То же	24	12	2000	0,9
МЭ251	2	Привод вентиляра	24	5	2500	0,5
МЭ272	6	То же	12	100	2600	2,25

Технические данные основных типов электродвигателей с электромагнитным возбуждением

таблица 2. Основные типы электродвигателей в электроприводах отечественных автомобилей.

Электродвигатель	Назначение	Напряжение, В	Полезная мощность, Вт	Частота вращения вала, об/мин	Масса, кг
МЭ201	Привод отопителей	12	11	5500	0,5
МЭ208	То же	24	11	5500	0,5
МЭНА	Привод стеклоочисти-телей	12	15	1500	1,3
МЭ202	Привод предпускового	12	11	4500	0,5
МЭ202Б	То же	24	11	4500	0,5
МЭ252	»	24	180	6500	4,7
32.3730	»	12	180	6500	4,7
МЭ228А	Привод антенны	12	12	4000	0,8

Электродвигатели мощностью более 100 Вт близки по конструкции к генераторам постоянного тока . Они имеют корпус, изготовленный из полосовой малоуглеродистой стали или из трубы, на котором винтами закреплены полюса с обмоткой возбуждения. Крышки стянуты между собой болтами. В крышках расположены шариковые подшипники. Реактивные щеткодержатели обеспечивают стабильную работу щеток на коллекторе.

Двухскоростные двигатели с электромагнитным возбуждением имеют выводы каждой катушки возбуждения, электродвигатели с постоянными магнитами оборудованы третьей дополнительной щеткой, при подаче питания на которую частота вращения вала увеличивается.

Технические данные основных типов электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов представлены в табл. 1, а с электромагнитным возбуждением в табл. 2.

Тенденции развития различных систем автомобиля, связанные с повышением экономичности, надежности, комфорта и безопасности движения, приводят к тому, что роль электрооборудования, в част­ности электропривода вспомогательных систем, неуклонно возрас­тает. В настоящее время даже на грузовых автомобилях устанав­ливается минимум 3-4 электродвигателя, а на легковых - 5 и более, в зависимости от класса.

Электроприводом называется электромеханическая система, со­стоящая из электродвигателя (или нескольких электродвигателей), передаточного механизма к рабочей машине и всей аппаратуры для управления электродвигателем. Основными устройствами автомобиля, где находит применение электропривод, являются отопители и вентиляторы салона, предпусковые подогреватели, стекло- и фаро­очистители, механизмы подъема стекол, антенн, перемещения сиде­ний и др.

Требования, предъявляемые к электродвигателям, устанавливае­мым в том или ином узле автомобиля, обусловлены режимами рабо­ты этого узла. При выборе типа двигателя необходимо сопоставить условия работы привода с особенностями механических характеристик различных видов электродвигателей. Принято различать естественную и искусственную механические характеристики двигателя. Первая соответствует номинальным условиям его включения, нормальной схеме соединений и отсутствию каких-либо добавочных элементов в цепях двигателя. Искусственные характеристики получаются при изменении напряжения на двигателе, включении добавочных элементов в цепи двигателя и соединении этих цепей по специальным схемам.

Структурная схема электронной системы управления подвеской

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии электропривода вспомогательных систем автомобиля является со­здание электродвигателей мощностью до 100Вт с возбуждением от
постоянных магнитов. Применение постоянных магнитов позволяет в значительной мере повысить технико-экономические показатели электродвигателей: уменьшить массу, габаритные размеры повысить КПД. К преимуществам следует отнести отсутствие обмотки возбуждения, что упрощает внутренние соединения, повышает надежность электродвигателей. Кроме того, благодаря независимомувозбуждению все электродвигатели с постоянными магнитами могут быть реверсивными.

Принцип действия электрических машин с постоянными магнитами аналогичен общеизвестному принципу действия машин с электромагнитным возбуждением - в электродвигателе взаимодейст­вие полей якоря и статора создает вращающий момент. Источник магнитного потока в таких электродвигателях - постоянный магнит. Полезный поток, отдаваемый магнитом во внешнюю цепь, не явля­ется постоянным, а зависит от суммарного воздействия внешних размагничивающих факторов. Магнитные потоки магнита вне сис­темы электродвигателя и в электродвигателе в сборе различны. Причем для большинства магнитных материалов процесс размаг­ничивания магнита необратим, так как возврат из точки с меньшей индукцией в точку с большей индукцией (например при разборке и сборке электродвигателя) происходит по кривым возврата, не сов­падающим с кривой размагничивания (явление гистерезиса). По­этому при сборке электродвигателя магнитный поток магнита стано­вится меньше, чем он был перед разборкой электродвигателя.

В связи с этим важным преимуществом используемых в авто­тракторной промышленности оксидно-бариевых магнитов является не только их относительная дешевизна, но и совпадение в определенных пределах кривых возврата и размагничивания. Но даже в них при сильном размагничивающем воздействии магнитный по­ток магнита после снятия размагничивающих воздействий стано­вится меньше. Поэтому при расчете электродвигателей с постоян­ными магнитами очень важен правильный выбор объема магнита, обеспечивающего не только рабочий режим электродвигателя, но и стабильность рабочей точки при воздействии максимально возмож­ных размагничивающих факторов.

Электродвигатели предпусковых подогревателей. Предпуско­вые подогреватели используются для обеспечения надежного пуска ДВС при низких температурах.. Назначение электродвигателей это­го типа - подача воздуха для поддержания горения в бензиновых подогревателях, подача воздуха, топлива и" обеспечение циркуляции жидкости в дизелях.

Особенностью режима работы является то, что при таких тем­пературах необходимо развивать большой пусковой момент и функ­ционировать непродолжительное время. Для обеспечения этих тре­бований электродвигатели предпусковых подогревателей выполня­ются с последовательной обмоткой и работают в кратковременном и повторно-кратковременном режимах. В зависимости от температур­ных условий электродвигатели имеют различную продолжитель­ность включения: при минус 5...минус 10 "С не более 20 мин; при минус 10...минус 2.5 °С не более 30 мин; при минус 25...минус 50 °С не более 50 мин.

Номинальная мощность большинства электродвигателей в пред­пусковых подогревателях составляет 180 Вт, частота их вращения равна 6500 мин" 1 .

Электродвигатели для привода вентиляционных и отопитель­ных установок. Вентиляционные и отопительные установки предна­значены для обогрева и вентиляции салонов легковых автомобилей, автобусов, кабин грузовых автомобилей и тракторов. Действие их основано на использовании тепла двигателя внутреннего сгорания, а производительность в значительной степени зависит от характерис­тик электропривода. Все электродвигатели такого назначения пред­ставляют собой двигатели длительного режима работы, эксплуа­тируемые при температуре окружающей среды минус 40...+70 °С. В зависимости от компоновки на автомобиле отопитель­ной и вентиляционной установок электродвигатели имеют разное направление вращения. Эти электродвигатели одно- или двухскоростные в основном, с возбуждением от постоянных магнитов. Двухскоростные электродвигатели обеспечивают два режима работы отопительной установки. Частичный режим работы (режим низшей скорости, а следовательно, и низшей производительности) обеспечи­вается за счет дополнительной обмотки возбуждения.

Кроме отопительных установок, использующих тепло ДВС, на­ходят применение отопительные установки независимого действия. В этих установках электродвигатель, имеющий два выходных вала, приводит во вращение два вентилятора, один направляет холодный воздух в теплообменник, а затем в отапливаемое помещение, другой подает воздух в камеру горения.

Применяемые на целом ряде моделей легковых и грузовых ав­томобилей электродвигатели отопителей имеют номинальную мощ­ность 25-35 Вт и номинальную частоту вращения 2500-3000 мин 1 .

Электродвигатели для привода стеклоочистителъных устано­вок. К электродвигателям, используемым для привода стеклоочис­тителей, предъявляются требования обеспечения жесткой механи­ческой характеристики, возможности регулирования частоты вра­щения при различных нагрузках, повышенного пускового момента. Это связано со спецификой работы стеклоочистителей - надежной и качественной очистки поверхности ветрового стекла в различных климатических условиях.

Для обеспечения необходимой жесткости механической харак­теристики используются двигатели с возбуждением от постоянных магнитов, двигатели с параллельным и смешанным возбуждением, а для увеличения момента и снижения частоты вращения использу­ется специальный редуктор. В некоторых электродвигателях ре­дуктор выполнен как составная часть электродвигателя. В этом слу­чае электродвигатель называют моторедуктором. Изменение скорос­ти электродвигателей с электромагнитным возбуждением дости­гается изменением тока возбуждения в параллельной обмотке. В электродвигателях с возбуждением от постоянных магнитов измене­ние частоты вращения якоря достигается установкой дополни­тельной щетки.

На рис. 8.2 приведена принципиальная схема электропривода стеклоочистителя СЛ136 с электродвигателем на постоянных маг­нитах. Режим прерывистой работы стеклоочистителя осуществля­ется включением переключателя 5А в положение III. В этом случае цепь якоря 3 электродвигателя стеклоочистителя является следующей: «+» аккумуляторной батареи GВ - термобиметаллический преобразователь 6 - переключатель SА (конт. 5, 6) - контакты K1:1 - SА (конт. 1, 2) - якорь - «масса». Параллельно якорю че­рез контакты К1:1 к аккумуляторной батарее подключается чувст­вительный элемент (нагревательная спираль) электротеплового реле КК1. Через определенное время нагрев чувствительного элемента приводит к размыканию контактов электротеплового реле КК1:1. Это вызывает размыкание цепи питания обмотки реле К1. Это реле отключается. Его контакты К1:1 размыкаются, а контакты К1:2 становятся замкнутыми. Благодаря контактам реле К1:2 и контак­там конечного выключателя 80 электродвигатель остается подклю­ченным к аккумуляторной батарее до тех пор, пока щетки стекло­очистителя не займут исходное положение. В момент укладки щеток кулачок 4 размыкает контакты 80, в результате чего электро­двигатель останавливается. Очередное включение электродвигателя произойдет, когда чувствительный элемент электротеплового реле КК1 остынет и это реле вновь отключится. Цикл работы стеклоочи­стителя повторяется 7-19 раз в минуту. Режим малой скорости обеспечивается путем включения пере­ключателя в положение И. При этом питание якоря 3 электродвига­теля осуществляется через дополнительную щетку 2, установленную под углом к основным щеткам. В этом режиме ток проходит только по части обмотки якоря 3. что является причиной уменьшения частоты вращения якоря. Режим большой скорости стеклоочистителя происходит при установке переключателя ЗА в положение I. При этом питание электродвигателя осуществляется через основные щет­ки и ток проходит по всей обмотке якоря. При установке переклю­чателя ЗА в положение IV напряжение подается на якори 3 и 1 электродвигателей стеклоочистителя и омывателя ветрового стекла и происходит их одновременная работа.

Рис. 8.2. Принципиальная схема электропривода стеклоочистителя:

1 - якорь электродвигателя омывателя; 2 - дополнительная щетка;

3 - якорь электродвигателя стеклоочистителя; 4 - кулачок;

5 - реле времени; б - термобиметаллический предохранитель

После выключения стекло­очистителя (положение переключателя «О»-) благодаря конечному вы­ключателю 50 электродвигатель остается включенным до момента ук­ладки щеток в исходное положение. В этот момент кулачок 4 разомк­нет цепь и двигатель остановится. В цепь якоря 3 электродвигателя включен термобиметаллический предохранитель 6, который предна­значен для ограничения силы тока в цепи при перегрузке.

Работа стеклоочистителя при моросящем дожде или слабом снеге осложняется тем, что на ветровое стекло попадает мало влаги. По этой причине увеличиваются трение и износ щеток, а также расход энергии на очистку стекла, что может вызвать перегрев приводного двигателя. Периодичность включения на один - два такта и выключение, осуществляемое водителем вручную, неудобны, да и небезопасны, так как внимание водителя на короткое время отвлекается I от управления автомобилем. Поэтому для организации кратковре­менного включения стеклоочистителя система управления электро­двигателем дополняется электронным регулятором тактов, который через определенные промежутки времени автоматически выключает электродвигатель стеклоочистителя на один - два такта. Интервал между остановками стеклоочистителя может изменяться в пределах 2-30 с. Большинство моделей электродвигателей стеклоочистителей имеет номинальную мощность 12-15 Вт и номинальную частоту вращения 2000-3000 мин" 1 .

В современных автомобилях получили распространение стеклоомыватели переднего стекла и фароочистители с электрическим приводом. Электродвигатели омывателей и фароочистителей рабо­тают в повторно-кратковременном режиме и выполняются с воз­буждением от постоянных магнитов, имеют небольшую номиналь­ную мощность (2,5-10 Вт).

Помимо перечисленных назначений, электродвигатели исполь­зуются для привода различных механизмов: подъема стекол дверей и перегородок, перемещения сидений, привода антенн и др. Для обеспечения большого пускового момента эти электродвигатели