An silnik elektrycznyjest urządzeniem, które zamienia energię elektryczną na energię mechaniczną. Od czasu wynalezienia przez Faradaya pierwszego silnika elektrycznego możemy obyć się wszędzie bez tego urządzenia.
Obecnie samochody dynamicznie ewoluują od napędów mechanicznych w stronę elektrycznych, a silniki w samochodach stają się coraz powszechniejsze. Wiele osób może mieć problem z odgadnięciem, ile silników jest zamontowanych w ich samochodzie, a poniższy wstęp pomoże Ci je odkryć.
Zastosowania silników w samochodach
Aby dowiedzieć się, gdzie znajduje się silnik w Twoim samochodzie, najlepiej jest znaleźć go w fotelu z elektryczną regulacją. W samochodach ekonomicznych silniki zazwyczaj zapewniają regulację przód-tył oraz pochylenie oparcia. W samochodach klasy premium,silniki elektryczneMoże kontrolować regulację wysokości, na przykład odchylenie siedziska, podparcie lędźwiowe, regulację zagłówka i twardość siedziska, a także inne funkcje, z których można korzystać bez użycia silników elektrycznych. Inne funkcje foteli, które wykorzystują silniki elektryczne, to elektryczne składanie foteli i elektryczne obciążanie tylnych siedzeń.
Wycieraczki samochodowe są najczęstszym przykłademsilnik elektrycznyZastosowania w nowoczesnych samochodach. Zazwyczaj każdy samochód ma co najmniej jeden silnik do wycieraczek przednich. Wycieraczki tylnej szyby stają się coraz bardziej popularne w SUV-ach i samochodach z tylną szybą typu „barn door”, co oznacza, że wycieraczki tylne i odpowiadające im silniki są obecne w większości samochodów. Inny silnik pompuje płyn do spryskiwaczy do przedniej szyby, a w niektórych samochodach do reflektorów, które mogą mieć własną małą wycieraczkę.
Prawie każdy samochód jest wyposażony w wentylator, który rozprowadza powietrze przez układ ogrzewania i chłodzenia; wiele pojazdów ma dwa lub więcej wentylatorów w kabinie. W samochodach wyższej klasy wentylatory znajdują się również w fotelach, zapewniając wentylację poduszek i rozprowadzanie ciepła.
W przeszłości okna były często otwierane i zamykane ręcznie, ale obecnie powszechne są elektryczne szyby. W każdym oknie, w tym w szyberdachach i szybach tylnych, znajdują się ukryte silniczki. Siłowniki używane w tych oknach mogą być proste, jak przekaźniki, ale wymogi bezpieczeństwa (takie jak wykrywanie przeszkód lub obiektów zaciskających) prowadzą do zastosowania inteligentniejszych siłowników z monitorowaniem ruchu i ograniczeniem siły napędowej.
Przechodząc z manualnego na elektryczny, zamki samochodowe stają się coraz wygodniejsze. Zalety sterowania mechanicznego obejmują wygodne funkcje, takie jak zdalna obsługa, oraz zwiększone bezpieczeństwo i inteligencję, takie jak automatyczne odblokowanie po kolizji. W przeciwieństwie do szyb sterowanych elektrycznie, zamki drzwi sterowane elektrycznie muszą zachować możliwość obsługi ręcznej, co wpływa na konstrukcję silnika i konstrukcji zamka drzwi sterowanego elektrycznie.
Wskaźniki na deskach rozdzielczych i zestawach wskaźników mogły ewoluować w kierunku diod elektroluminescencyjnych (LED) lub innych rodzajów wyświetlaczy, ale obecnie każdy zegar i wskaźnik wykorzystuje małe silniczki elektryczne. Inne silniczki w kategorii zapewniającej wygodę obejmują typowe funkcje, takie jak składanie i regulacja położenia lusterek bocznych, a także bardziej nietypowe zastosowania, takie jak składane dachy, chowane pedały i szklane przegrody oddzielające kierowcę od pasażera.
Pod maską silniki elektryczne stają się coraz bardziej powszechne w wielu innych miejscach. W wielu przypadkach silniki elektryczne zastępują elementy mechaniczne napędzane paskiem. Przykładami są wentylatory chłodnicy, pompy paliwa, pompy wody i sprężarki. Zmiana tych funkcji z napędu pasowego na elektryczny niesie ze sobą szereg korzyści. Jedną z nich jest to, że zastosowanie silników napędowych w nowoczesnym sprzęcie elektronicznym jest bardziej energooszczędne niż stosowanie pasów i kół pasowych, co przekłada się na korzyści takie jak niższe zużycie paliwa, mniejsza masa i niższa emisja spalin. Kolejną zaletą jest to, że zastosowanie silników elektrycznych zamiast pasów daje większą swobodę w projektowaniu mechanicznym, ponieważ miejsca montażu pomp i wentylatorów nie muszą być ograniczone przez pasek wielorowkowy, który musi być przymocowany do każdego koła pasowego.
Trendy w technologii silników samochodowych
Silniki elektryczne są niezbędne w miejscach zaznaczonych na powyższym schemacie, a wraz z postępem elektroniki w samochodach i rozwojem autonomicznej jazdy oraz inteligencji, silniki elektryczne będą coraz częściej stosowane w samochodach, a rodzaj silników do napędu również ulegnie zmianie.
Podczas gdy wcześniej większość silników samochodowych korzystała ze standardowych samochodowych układów zasilania 12 V, obecnie powszechne stają się układy dwunapięciowe 12 V i 48 V, które pozwalają na odciążenie akumulatora 12 V z części obciążeń o wyższym natężeniu prądu. Zaletą zastosowania zasilania 48 V jest czterokrotne zmniejszenie prądu przy tej samej mocy, a także związana z tym redukcja masy kabli i uzwojeń silnika. Zastosowania z obciążeniami wysokoprądowymi, które można modernizować do zasilania 48 V, obejmują rozruszniki, turbosprężarki, pompy paliwa, pompy wody i wentylatory chłodnicy. Zastosowanie układu elektrycznego 48 V dla tych podzespołów może zaoszczędzić około 10% zużycia paliwa.
Zrozumienie typów silników
Różne zastosowania wymagają różnych silników. Silniki można klasyfikować na wiele sposobów.
1. Klasyfikacja ze względu na źródło zasilania – W zależności od źródła zasilania, silniki można podzielić na silniki prądu stałego i przemiennego. Silniki prądu przemiennego dzielą się również na silniki jednofazowe i trójfazowe.
2. Ze względu na zasadę działania – ze względu na różną konstrukcję i zasadę działania, silniki można podzielić na silniki prądu stałego, silniki asynchroniczne i silniki synchroniczne. Silniki synchroniczne można również podzielić na silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, silniki synchroniczne reluktancyjne i silniki histerezowe. Silniki asynchroniczne można podzielić na silniki indukcyjne i silniki komutatorowe prądu przemiennego.
3. Klasyfikacja według trybu rozruchu i pracy - silniki według trybu rozruchu i pracy można podzielić na jednofazowe silniki asynchroniczne z rozruchem kondensatorowym, jednofazowe silniki asynchroniczne z rozruchem kondensatorowym, jednofazowe silniki asynchroniczne z rozruchem kondensatorowym i jednofazowe silniki asynchroniczne z dzieloną fazą.
4. Klasyfikacja ze względu na zastosowanie – silniki elektryczne można podzielić na napędowe i sterujące. Silniki napędowe dzielą się na elektronarzędzia (w tym wiertarki, polerownice, szlifierki, dłutownice, skrawarki, rozwiercacze i inne) z silnikami elektrycznymi, urządzenia gospodarstwa domowego (w tym pralki, wentylatory elektryczne, lodówki, klimatyzatory, magnetofony, magnetowidy, magnetowidy, odtwarzacze DVD, odkurzacze, aparaty fotograficzne, suszarki do włosów, golarki elektryczne itp.) z silnikami elektrycznymi oraz inne małe maszyny i urządzenia ogólnego przeznaczenia (w tym różnorodne małe obrabiarki, małe maszyny, sprzęt medyczny, instrumenty elektroniczne itp.). Silniki sterujące dzielą się na silniki krokowe i serwosilniki.
5. Klasyfikacja według budowy wirnika - silniki według budowy wirnika można podzielić na silniki indukcyjne klatkowe (w starym standardzie nazywane są silnikami asynchronicznymi klatkowymi) i silniki indukcyjne z wirnikiem drutowym (w starym standardzie nazywane są silnikami asynchronicznymi drutowymi).
6. Klasyfikacja według prędkości roboczej - silniki według prędkości roboczej można podzielić na silniki szybkoobrotowe, silniki wolnoobrotowe, silniki o stałej prędkości, silniki prędkościowe.
Obecnie większość silników w zastosowaniach nadwozi samochodowych wykorzystuje szczotkowe silniki prądu stałego, co jest tradycyjnym rozwiązaniem. Silniki te są proste w obsłudze i stosunkowo niedrogie dzięki funkcji komutacji zapewnianej przez szczotki. W niektórych zastosowaniach bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) oferują znaczące korzyści pod względem gęstości mocy, co przekłada się na redukcję masy, lepszą oszczędność paliwa i niższą emisję spalin. Producenci decydują się na stosowanie silników BLDC w wycieraczkach szyb przednich, ogrzewaniu kabiny, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) oraz dmuchawach i pompach. W tych zastosowaniach silniki pracują zazwyczaj przez długi czas, a nie w trybie nieustalonym, jak w przypadku elektrycznych szyb czy foteli, gdzie prostota i opłacalność silników szczotkowych nadal stanowią zaletę.
Silniki elektryczne odpowiednie do pojazdów elektrycznych
Przejście z pojazdów oszczędnych pod względem zużycia paliwa na pojazdy całkowicie elektryczne spowoduje zastąpienie ich silnikami spalinowymi, które będą stanowić serce samochodu.
Układ napędowy silnika stanowi serce pojazdu elektrycznego, składające się z silnika, przetwornicy mocy, różnych czujników detekcji oraz zasilacza. Silniki odpowiednie do pojazdów elektrycznych to: silniki prądu stałego, bezszczotkowe silniki prądu stałego, silniki asynchroniczne, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi oraz silniki reluktancyjne z przełączalną rezystancją.
Silnik prądu stałego to silnik, który przetwarza energię elektryczną prądu stałego na energię mechaniczną i jest szeroko stosowany w przeciągach elektrycznych ze względu na dobrą regulację prędkości. Charakteryzuje się również dużym momentem rozruchowym i stosunkowo prostym sterowaniem, dlatego nadaje się do stosowania w maszynach uruchamianych pod dużym obciążeniem lub wymagających równomiernej regulacji prędkości, takich jak duże walcownie rewersyjne, wciągarki, lokomotywy elektryczne, tramwaje itp.
Bezszczotkowy silnik prądu stałego (DC) jest bardzo zbliżony do charakterystyki obciążenia pojazdów elektrycznych, charakteryzując się dużym momentem obrotowym przy niskich prędkościach obrotowych. Zapewnia wysoki moment rozruchowy, spełniając wymagania dotyczące przyspieszenia pojazdów elektrycznych. Jednocześnie może pracować w szerokim zakresie prędkości obrotowych (niski, średni i wysoki). Charakteryzuje się również wysoką sprawnością, nawet przy niewielkim obciążeniu. Wadą jest to, że sam silnik jest bardziej złożony niż silnik prądu przemiennego, a sterownik jest bardziej złożony niż w przypadku szczotkowego silnika prądu stałego.
Silnik asynchroniczny, czyli silnik indukcyjny, to urządzenie, w którym wirnik umieszczony jest w wirującym polu magnetycznym. Pod wpływem tego pola powstaje moment obrotowy, który powoduje obrót wirnika. Silnik asynchroniczny jest prosty w konstrukcji, łatwy w produkcji i utrzymaniu, charakteryzuje się obciążeniem zbliżonym do stałej prędkości obrotowej i może spełniać wymagania większości maszyn przemysłowych i rolniczych. Jednakże prędkość obrotowa silnika asynchronicznego i jego synchronicznego pola magnetycznego mają stałą prędkość obrotową, co utrudnia regulację prędkości, nie jest tak ekonomiczne jak w przypadku silnika prądu stałego i elastyczne. Ponadto, w zastosowaniach o dużej mocy i niskiej prędkości obrotowej, silniki asynchroniczne nie są tak praktyczne jak silniki synchroniczne.
Silnik synchroniczny z magnesami trwałymi to silnik synchroniczny, który generuje synchroniczne, wirujące pole magnetyczne poprzez wzbudzenie magnesów trwałych, które działają jak wirnik, generując wirujące pole magnetyczne. Trójfazowe uzwojenia stojana reagują poprzez wirnik pod działaniem wirującego pola magnetycznego, indukując trójfazowe, symetryczne prądy. Silnik z magnesami trwałymi charakteryzuje się małymi rozmiarami, niską masą, małą bezwładnością obrotową i wysoką gęstością mocy, co jest odpowiednie dla pojazdów elektrycznych o ograniczonej przestrzeni. Ponadto charakteryzuje się wysokim stosunkiem momentu obrotowego do bezwładności, dużą przeciążalnością i dużym momentem wyjściowym, szczególnie przy niskich prędkościach obrotowych, co jest odpowiednie do przyspieszania pojazdu sterowanego komputerowo. Dlatego silniki z magnesami trwałymi zyskały powszechne uznanie na krajowych i zagranicznych targach pojazdów elektrycznych i są stosowane w wielu pojazdach elektrycznych. Na przykład większość pojazdów elektrycznych w Japonii jest napędzana silnikami z magnesami trwałymi, które są stosowane w hybrydowym modelu Toyota Prius.
Czas publikacji: 31-01-2024