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 szybko zmieniają się z urządzeń głównie mechanicznych na napędzane elektrycznie, a stosowanie silników w samochodach staje się coraz powszechniejsze. Wiele osób może nie być w stanie zgadnąć, ile silników jest zamontowanych w ich samochodzie, a poniższe wprowadzenie pomoże ci odkryć silniki w twoim samochodzie.
Zastosowania silników w samochodach
Aby dowiedzieć się, gdzie w Twoim samochodzie znajduje się silnik, elektryczny fotel jest idealnym miejscem, aby go znaleźć. W samochodach ekonomicznych silniki zazwyczaj zapewniają regulację przód-tył i pochylenie oparcia. W samochodach premium,silniki elektrycznemoże kontrolować regulację wysokości, na przykład odchylenie siedziska, podparcie lędźwiowe, regulację zagłówka i twardość siedziska, wśród innych funkcji, które mogą być używane bez silników elektrycznych. Inne funkcje siedzeń, które wykorzystują silniki elektryczne, obejmują elektryczne składanie siedzeń i elektryczne ładowanie tylnych siedzeń.
Wycieraczki są najczęstszym przykłademsilnik elektrycznyzastosowania w nowoczesnych samochodach. Zazwyczaj każdy samochód ma co najmniej jeden silnik wycieraczek do przednich wycieraczek. Wycieraczki tylnej szyby stają się coraz bardziej popularne w SUV-ach i samochodach z tylnymi drzwiami w kształcie stodoły, co oznacza, że tylne wycieraczki 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 ma wentylator, który cyrkuluje powietrze przez system ogrzewania i chłodzenia; wiele pojazdów ma dwa lub więcej wentylatorów w kabinie. Samochody wyższej klasy mają również wentylatory w siedzeniach, aby zapewnić wentylację poduszek i rozprowadzać ciepło.
W przeszłości okna były często otwierane i zamykane ręcznie, ale teraz okna elektryczne są powszechne. Ukryte silniki są umieszczone w każdym oknie, w tym w szyberdachach i tylnych szybach. Siłowniki używane w tych oknach mogą być tak proste, jak przekaźniki, ale wymogi bezpieczeństwa (takie jak wykrywanie przeszkód lub zaciskanie obiektów) prowadzą do stosowania inteligentniejszych siłowników z monitorowaniem ruchu i ograniczeniem siły napędowej.
Zmiana z ręcznego na elektryczne, zamki samochodowe stają się wygodniejsze. Zalety sterowania silnikiem obejmują wygodne funkcje, takie jak zdalna obsługa, a także zwiększone bezpieczeństwo i inteligencję, takie jak automatyczne odblokowywanie po kolizji. W przeciwieństwie do elektrycznych szyb, elektryczne zamki drzwi muszą zachować możliwość ręcznej obsługi, co wpływa na konstrukcję silnika i strukturę elektrycznego zamka drzwi.
Wskaźniki na deskach rozdzielczych lub klastrach mogły ewoluować w diody elektroluminescencyjne (LED) lub inne rodzaje wyświetlaczy, ale teraz każdy wskaźnik i tarcza wykorzystują małe silniki elektryczne. Inne silniki w kategorii zapewniającej wygodę obejmują typowe funkcje, takie jak składanie lusterek bocznych i regulacja ich położenia, a także bardziej nastrojowe zastosowania, takie jak składane dachy, chowane pedały i szklane przegrody między kierowcą a pasażerem.
Pod maską silniki elektryczne stają się coraz bardziej powszechne w wielu innych miejscach. W wielu przypadkach silniki elektryczne zastępują napędzane paskiem elementy mechaniczne. Przykłady obejmują wentylatory chłodnicy, pompy paliwa, pompy wody i sprężarki. Istnieje kilka zalet zmiany tych funkcji z napędu pasowego na elektryczny. Jedną z nich jest to, że stosowanie silników napędowych w nowoczesnym sprzęcie elektronicznym jest bardziej energooszczędne niż stosowanie pasów i kół pasowych, co przekłada się na korzyści takie jak lepsza wydajność paliwowa, zmniejszona masa i niższe emisje. Inną zaletą jest to, że stosowanie silników elektrycznych zamiast pasów zapewnia 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 będzie się zmieniał.
Podczas gdy wcześniej większość silników w samochodach korzystała ze standardowych samochodowych systemów 12 V, obecnie systemy dwunapięciowe 12 V i 48 V stają się coraz bardziej powszechne, a system dwunapięciowy pozwala na usunięcie niektórych obciążeń o wyższym natężeniu z akumulatora 12 V. Zaletą stosowania zasilania 48 V jest czterokrotne zmniejszenie natężenia przy tej samej mocy oraz towarzysząca temu redukcja masy kabli i uzwojeń silnika. Zastosowania z obciążeniami o wysokim natężeniu, które można zaktualizować do zasilania 48 V, obejmują rozruszniki, turbosprężarki, pompy paliwowe, pompy wodne i wentylatory chłodzące. Umieszczenie systemu elektrycznego 48 V dla tych komponentów może zaoszczędzić około 10 procent zużycia paliwa.
Zrozumienie typów silników
Różne zastosowania wymagają różnych silników. Silniki można klasyfikować na wiele sposobów.
1. Klasyfikacja na podstawie źródła zasilania roboczego - W zależności od źródła zasilania roboczego silnika, można go podzielić na silniki prądu stałego i silniki prądu przemiennego. Spośród nich silniki prądu przemiennego dzielą się również na silniki jednofazowe i silniki trójfazowe.
2. Zgodnie z zasadą działania - zgodnie z różną strukturą i zasadą działania, silnik można podzielić na silnik prądu stałego, silnik asynchroniczny i silnik synchroniczny. Silniki synchroniczne można również podzielić na silniki synchroniczne z magnesami trwałymi, silniki synchroniczne reluktancyjne i silniki histerezowe. Silnik asynchroniczny można podzielić na silnik indukcyjny i silnik komutatorowy prądu przemiennego.
3. Klasyfikacja według trybu rozruchu i pracy - silniki według trybu rozruchu i pracy można podzielić na silniki asynchroniczne jednofazowe z rozruchem kondensatorowym, silniki asynchroniczne jednofazowe z rozruchem kondensatorowym, silniki asynchroniczne jednofazowe z rozruchem kondensatorowym i silniki asynchroniczne jednofazowe z fazą dzieloną.
4. Klasyfikacja według zastosowania - silniki elektryczne można podzielić na silniki napędowe i silniki sterujące według zastosowania. Silniki napędowe dzielą się na elektronarzędzia (w tym wiertarki, polerownice, szlifierki, dłutownice, cięcie, rozwiercanie i inne narzędzia) z silnikami elektrycznymi, urządzenia gospodarstwa domowego (w tym pralki, wentylatory elektryczne, lodówki, klimatyzatory, magnetowidy, magnetowidy, magnetowidy, odtwarzacze DVD, odkurzacze, aparaty fotograficzne, suszarki do włosów, golarki elektryczne itp.) z silnikami elektrycznymi i 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 ze względu na budowę wirnika - silniki ze względu na budowę wirnika można podzielić na silniki indukcyjne klatkowe (w starym standardzie nazywane są silnikami asynchronicznymi klatkowymi) oraz silniki indukcyjne z wirnikiem drutowym (w starym standardzie nazywane są silnikami asynchronicznymi drutowymi).
6. Klasyfikacja ze względu na prędkość roboczą - silniki ze względu na prędkość roboczą 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 napędzaniu i stosunkowo niedrogie ze względu na funkcję komutacji zapewnianą przez szczotki. W niektórych zastosowaniach bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) oferują znaczące zalety pod względem gęstości mocy, co zmniejsza wagę i zapewnia lepszą oszczędność paliwa oraz niższe emisje, a producenci decydują się na stosowanie silników BLDC w wycieraczkach szyb przednich, ogrzewaniu kabiny, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) oraz pompach. W tych zastosowaniach silniki mają tendencję do pracy przez długie okresy czasu, a nie do pracy przejściowej, jak elektryczne szyby lub elektryczne fotele, gdzie prostota i opłacalność silników szczotkowych nadal są korzystne.
Silniki elektryczne odpowiednie do pojazdów elektrycznych
Przejście z pojazdów oszczędnych pod względem zużycia paliwa na pojazdy całkowicie elektryczne spowoduje przejście na silniki napędzane silnikami spalinowymi, które będą stanowić serce samochodu.
Układ napędowy silnika jest sercem pojazdu elektrycznego, który składa się z silnika, przetwornika mocy, różnych czujników detekcji i zasilacza. Silniki odpowiednie dla pojazdów elektrycznych obejmują: silniki prądu stałego, bezszczotkowe silniki prądu stałego, silniki asynchroniczne, silniki synchroniczne z magnesami trwałymi i silniki reluktancyjne przełączane.
Silnik prądu stałego to silnik, który zamienia energię elektryczną prądu stałego na energię mechaniczną i jest szeroko stosowany w przeciągach elektrycznych ze względu na dobre parametry regulacji prędkości. Posiada również cechy dużego momentu początkowego i stosunkowo prostego sterowania, dlatego każda maszyna, która uruchamia się pod dużym obciążeniem lub wymaga równomiernej regulacji prędkości, taka jak duże odwracalne walcownie, wciągarki, lokomotywy elektryczne, tramwaje itp., nadaje się do stosowania silników prądu stałego.
Silnik bezszczotkowy DC jest bardzo zgodny z charakterystyką obciążenia pojazdów elektrycznych, z charakterystyką dużego momentu obrotowego przy niskiej prędkości, może zapewnić duży moment rozruchowy, aby spełnić wymagania przyspieszenia pojazdów elektrycznych, w tym samym czasie może pracować w niskim, średnim i wysokim zakresie prędkości, ma również wysoką wydajność, w warunkach lekkiego obciążenia ma wysoką wydajność. Wadą jest to, że sam silnik jest bardziej złożony niż silnik prądu przemiennego, a sterownik jest bardziej złożony niż silnik szczotkowy DC.
Silnik asynchroniczny, czyli silnik indukcyjny, to urządzenie, w którym wirnik umieszczony jest w obracającym się polu magnetycznym, a pod wpływem wirującego pola magnetycznego uzyskuje się moment obrotowy, a zatem wirnik obraca się. Konstrukcja silnika asynchronicznego jest prosta, łatwa w produkcji i konserwacji, ma charakterystykę obciążenia zbliżoną do stałej prędkości, może spełniać wymagania większości przemysłowych i rolniczych maszyn produkcyjnych. Jednak prędkość silnika asynchronicznego i jego synchroniczna prędkość wirującego pola magnetycznego ma stałą prędkość obrotową, a zatem regulacja prędkości jest słaba, nie tak ekonomiczna jak silnika prądu stałego, elastyczna. Ponadto w zastosowaniach o dużej mocy i niskiej prędkości silniki asynchroniczne nie są tak rozsądne 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, aby wytworzyć wirujące pole magnetyczne, a trójfazowe uzwojenia stojana reagują poprzez wirnik pod działaniem wirującego pola magnetycznego, indukując trójfazowe prądy symetryczne. Silnik z magnesami trwałymi jest mały, lekki, ma małą bezwładność obrotową i dużą gęstość mocy, co jest odpowiednie dla pojazdów elektrycznych o ograniczonej przestrzeni. Ponadto ma duży stosunek momentu obrotowego do bezwładności, dużą przeciążalność i duży moment wyjściowy, szczególnie przy niskich prędkościach obrotowych, co jest odpowiednie do przyspieszania rozruchu skomputeryzowanego pojazdu. Dlatego silniki z magnesami trwałymi zostały ogólnie uznane przez krajowe i zagraniczne sesje pojazdów elektrycznych i były stosowane w wielu pojazdach elektrycznych. Na przykład większość pojazdów elektrycznych w Japonii jest napędzana silnikami z magnesami trwałymi, które są stosowane w hybrydzie Toyoty Prius.
Czas publikacji: 31-01-2024