Конверсия авто в электро! Выбор двигателя и контроллера!
Безусловно самой затратной частью электромобиля является батарея!
И как рассказывалось в прошлой статье от емкости батареи зависит дальность пробега, но
и от КПД двигателя и расходуемой им энергии на 1 км тоже зависит многое!
Что касается стоимости то дуэт двигателя и контроллера занимает вторую строчку по стоимости после батареи!
На каких двигателях вообще можно ездить?
П сути их 3 типа!
1. Двигатель постоянного тока смешанного, последовательного или параллельного возбуждения(DC);
2. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами или еще их называют без щеточными (BLDC);
3. Двигатели переменного тока асинхронные с медным или алюминиевым короткозамкнутым ротором (АС);
Самым бюджетным комплектом из этой тройки является 1 вариант. Как правило он состоит из б/у или нового тягового двигателя от погрузчика "Балканкар" болгарского производства или хорошо зарекомендовавших себя двигателей марки ДС-3,6 и ДС-6,3. Многие конверсии авто начинались с того, что человеку подворачивался такой двигатель, а вместе с ним мысль перейти на электротягу. Цена такого двигателя в зависимости от состояния может быть разной но в среднем это около 400 у.е. Есть американские монстры такие как Varp и Advanced по цене от 700 у.е. и выше! Контрллер к нему подобрать не трудно, многие дерзают паять их дома. Из широко используемых у нас это Kelly, Комета и так называемый Контроллер от "Романтика" (Юрия Логвина, Романтик — никнейм на электромобилном форуме), Цена таких контроллеров тоже не высока от 300 до 500 у.е. Для американских монстров Varp и Advanced контроллер выской мощности может стоить и до 2000 у.е. Плюсами двигательной установки с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения о которых шла речь выше, несомненно являются цена и высокая перегрузочная способность, т.е. при номинальной мощности в 3,6 кВт двигатель может выдать при необходимости в 3-5 раз больше! В зависимости от мощности используемого контроллера. Минус отсутствие либо сложность организации процесса рекуперации (свойство двигателя становится генератором и заряжать батарею во время торможения или движения под гору) относительно низкий КПД 75-85% на номинальных оборотах. Двигатели с параллельным возбуждением среди самоделок получили меньшее распространение, но ими комплектовались серийные электромобили Рено и Ситроен Саксо. Эти машины можно относительно недорого купить на вторичном рынке в Германии, останется только укомплектовать батареей.
2-й вариант Дороже предыдущего как правило продается парой двигатель+контроллер, (в среднем около 1,5 тыс. у.е.) обладает высоким КПД более 90%, но имеет низкую перегрузочную способность, если взять минимальную расчетную мощность 6 кВт на 1т снаряженной массы, то для 1 варианта достаточно мощности 3,6 кВт для варианта 2 — 10-12 кВт. Рекуперация на таком комплекте организовывается без проблем и чаще всего присутствует как стандартная опция контроллера.
3-й вариант самый дорогостоящий! Самый прогрессивный! Имеет один минус — Цена! Но сколько плюсов?!
Достаточно сказать, что асинхронным двигателем с медным ротором оборудован автомобиль Tesla model S!
Но не все так грустно! Для конверсии можно использовать обычный общепромышленный асинхронный двигатель, скажем АИР112MB8! Но обмотки статора нужно будет перемотать специальным образом. Тип такой обмотки называется "Славянка" такое название ей дали ее разработчики, наши с вами соотечественники. Этот тип обмотки позволяет получить из обычного асинхронника отличный тяговый мотор, с расходом энергии на км на 30-40% ниже чем на двигателях постоянного тока! Это значит что с одной и той же батареей на асинхроннике со "Славянкой" ваш пробег будет больше. Диапазон оборотов до 6000 и выше. Контроллер для такого двигателя стоит от 1,5 до 2,5 тыс. у.е. можно найти на торговых площадках за 700-1000 у.е. б/у. в основном это Сurtis. Сейчас активно ведется разработка такого контроллера Российскими учеными-энтузиастами! Возможно к весне будут готовы первые мелкосерийные образцы. Они будут дешевле.
Если вы хотите не дорого электрифицировать авто до 800 кг, ищите двиг от погрузчика! Масса двигателя должна быть не менее 40-50 кг! Это важно! Двигатель в 30 кг мощностью 6 кВт не будет обладать нужным крутящим моментом и будет греться до критических 110 градусов! Также на шилде двигателя может быть указан режим его работы — S1, S2, S3, S4. Вам нужен S1 или S2. Обороты двигателя для конверсии с КПП должны быть сопоставимы с ДВСными, т.е. не менее 1800 оборотов. Их число можно поднять увеличив напряжение с номинальных, скажем 48В до 72В. Уже под найденный двигатель подбирайте контроллер!
Если вы хотите получить компактный двигатель с рекуперацией и не дорого, возьмите комплект бесколлекторный двигатель плюс контроллер! Лучше брать комплект т.к. это упростит монтаж и будет гарантировать совместимость контроллера и двигателя и их оптимальность работы.
Если вы решили подойти к конверсии всерьез и хотите получить авто с отличными характеристиками с рекуперацией и максимальной скоростью за 100 км, то ваш выбор в пользу асинхронника со "Славянкой"!
Такую конверсию лучше начать с поиска и покупки именно контроллера! И уже под контроллер и его характеристики подбирать двигатель.
Методика выбора тягового электродвигателя для электромобиля Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»
Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Салимоненко Григорий Николаевич, Назаров Максим Валерьевич, Лопухов Александр Викторович, Союстов Антон Александрович
В статье рассмотрена необходимость перехода на экологически чистый автомобильный транспорт, учитывая рост автомобилизации населения в крупных городах. Особо отмечено, что перемещение с помощью личного автомобиля наиболее негативно влияет на экологическую обстановку в городе. В работе замечено что автомобили генерируют выбросы как газообразных веществ, так и твёрдой пыли. Приводится методика расчёта основных параметров электродвигателя для компактного городского электромобиля с учётом сопротивления качению и наклона дорожного полотна. Приведен расчет минимального крутящего момента и мощности электродвигателя . Сделан вывод о наиболее подходящем типе электродвигателя для данной задачи. Расчёты, приведенные в статье, могут быть применены так же при выборе двигателя на более габаритный транспорт. Легковой автомобиль взят лишь для примера и сравнения полученных значений с действительностью.
Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Салимоненко Григорий Николаевич, Назаров Максим Валерьевич, Лопухов Александр Викторович, Союстов Антон Александрович
Текст научной работы на тему «Методика выбора тягового электродвигателя для электромобиля»
Методика выбора тягового электродвигателя для электромобиля
Салимоненко Григорий Николаевич,
аспирант, кафедра автомобильного транспорта (АвТ), Южно-Уральский Государственный Университет (ЮУрГУ (НИУ)), hmnemo@gmail.com
Назаров Максим Валерьевич,
магистр, кафедра летательные аппараты (ЛА), Южно-Уральский Государственный Университет (ЮУрГУ (НИУ)), hmnemo@gmail.com
Лопухов Александр Викторович,
бакалавр, кафедра автомобильного транспорта (АвТ), Южно-Уральский Государственный Университет (ЮУрГУ (НИУ)), hmnemo@gmail.com
Союстов Антон Александрович,
бакалавр, кафедра автомобильного транспорта (АвТ), Южно-Уральский Государственный Университет (ЮУрГУ (НИУ)), hmnemo@gmail.com
В статье рассмотрена необходимость перехода на экологически чистый автомобильный транспорт, учитывая рост автомобилизации населения в крупных городах. Особо отмечено, что перемещение с помощью личного автомобиля наиболее негативно влияет на экологическую обстановку в городе. В работе замечено что автомобили генерируют выбросы как газообразных веществ, так и твёрдой пыли. Приводится методика расчёта основных параметров электродвигателя для компактного городского электромобиля с учётом сопротивления качению и наклона дорожного полотна. Приведен расчет минимального крутящего момента и мощности электродвигателя. Сделан вывод о наиболее подходящем типе электродвигателя для данной задачи. Расчёты, приведенные в статье, могут быть применены так же при выборе двигателя на более габаритный транспорт. Легковой автомобиль взят лишь для примера и сравнения полученных значений с действительностью. Ключевые слова: электромобиль, электродвигатель, городской транспорт, автотранспорт
Введение. Дорожно-транспортный комплекс играет ключевую роль в современной мировой экономике. Персональный и общественный пассажирский транспорт, как наиболее массовая часть, оказывает значительное воздействие на экологию. Проблема становиться особенно острой учитывая повышение автомобилизации населения в городах России [1].
В настоящее время не менее 60-70% загрязнений атмосферного воздуха в крупных городах приходятся на выбросы вредных веществ от персонального транспорта [2]. Вторым значимым фактором загрязнения является твёрдая пыль, образующаяся при стирании покрышек, тормозных колодок и прочих трущихся поверхностей [3].
Учитывая все негативные факторы автомобильная промышленность движется к полной электрификации транспортных средств, а учитывая размещение электрогенерирующих мощностей за пределами крупных городов можно ожидать значительного улучшения экологической ситуации в центральных районах.
Цель работы. Проведение предварительных расчётов необходимой мощности электродвигателя и его максимального крутящего момента, исходя из заданной максимальной скорости электромобиля и времени ускорения до этой скорости. По результатам предварительного расчёта подобрать наиболее подходящий тип электродвигателя исходя из таких параметров как срок службы, удельная мощность и КПД. В качестве исходных данных были взяты параметры, соответствующие среднестатистическому компактному городскому автомобилю, они приведены в таблице 1.
Масса электромобиля ^и, кг 1200
Радиус ведущего колеса г, м 0,67
Максимальная скорость Vmax, м/с 42
Время разгона до максимальной скорости ^ с 25
Аэродинамический коэффициент силы лобового сопротивления о* 0,5
Площадь лобового сопротивления воздуха А, м2 1,6
КПД трансмиссии Пь- 0,9
Передаточное число главной передачи н 12
Расчёт мощности электродвигателя. Тягово-скоростные характеристики машины определяют-
ся характеристиками тягового электродвигателя, первой основной такой характеристикой является мощность двигателя. Используя общее аналитическое выражение [4], выполним расчет мощности электродвигателя электромобиля:
П1 а ■ а ■ Гк ■ Ушак -Ь 0,5 '.у р е 0 ЕД ■ А'У |1ак ^
где та — масса электромобиля, кг; д — ускорение свободного падения на Земле, м/с2; -коэффициент зависимости сопротивления качению от скорости; Утах — максимальная скорость электромобиля, м/с; сх — аэродинамический коэффициент силы лобового сопротивления; рвозд — плотность воздуха, кг/м3; А — площадь лобового сопротивления воздуха, м2; п^ — КПД трансмиссии.
Коэффициент зависимости сопротивления качению (к от скорости определяется следующим аналитическим выражением [4]: Гк = 1ч-(1 "ЬАгУ^, (2) где — коэффициент сопротивления качению; А( — коэффициент зависимости сопротивления качению шины от скорости.
Числовые значения для подстановки в формулы (1) и (2) берутся из таблиц 1 и 2.
Ускорение свободного падения на Земле д, м/с2 9,91
Коэффициент сопротивления качению (0 0,015
Плотность воздуха рвозд, кг/м3 1,202
Коэффициент зависимости сопротивления качению шины от скорости А( м2/с2 5,1104
Угол наклона дороги к горизонтали а, ° 0
Передаточное число главной передачи и 12
Коэффициент зависимости сопротивления качению % рассчитывается по формуле (2):
Подставляя числовые значения в формулу расчёта необходимой мощности Ррасч электродвигателя (1), получается:
Расчёт пикового крутящего момента на валу электродвигателя. Второй важной характеристикой любого электропривода является крутящий момент на валу электродвигателя. От величины крутящего момента зависит время разгона автомобиля до необходимой скорости и так же чем выше крутящий момент электродвигателя, тем меньшее передаточное соотношение должен иметь редуктор, это повышает общий КПД трансмиссии.
Чтобы найти минимальный крутящий момент используется следующее общее аналитическое выражение [4]:
ш ■ она -I- ш ■ е- шш -¡- 0-5 ■ 1 ■ А ■ ш- а ■ ст1 г
где а — угол наклона дороги к горизонтали; аг — коэффициент коррекции вращающихся масс; 1р — время разгона электромобиля до максимальной скорости, с; г — радиус ведущего колеса, м; Ь — передаточное число коробки передач; И — передаточное число главной передачи.
Подставляя числовые значения в формулу для расчёта минимального крутящего момента
на валу электродвигателя (3), получается:
(4 ■ ш ■ §■ ока+тзнж + 05 -с,- ■ рщ,. ■ & + т а ■ ■ г
Достоинства и недостатки различных типов электродвигателей. Для тягового привода в различных областях применяются коллекторные двигатели постоянного тока (ДПТ), асинхронные и синхронные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов [5], последние два типа не имеют щёточно-коллекторного узла и их срок службы определяется только износом подшипников ротора и скоростью старения изоляции обмоток.
Коллекторные тяговые ДПТ состоят из многополюсного ротора с обмоткой, щёточно-коллекторного узла, служащего для коммутации обмоток ротора, и статора с обмоткой возбуждения. Достоинства этого типа двигателей постоянного тока: высокая перегрузочная способностью, широкий диапазон регулирования скорости. Недостатки: низкая надежность и низкий срок службы из-за наличия щёточно-коллекторного узла, обладает худшими массогабаритными показателями в сравнении с другими двигателями.
Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, они превосходят двигатели постоянного тока по массогабарит-ным показателям, так же отличаются высокой надёжностью и высоким сроком службы. Их основными недостатками считаются низкий пусковой момент и значительный пусковой ток.
Синхронные электродвигатели с постоянными магнитами обладают всеми достоинствами других типов электродвигателей. Недостатками данной машины является наличие дорогих постоянных редкоземельных магнитов и невысокая индуктивность статорных обмоток [6]. Достоинства таких двигателей: высокая перегрузочная способность по моменту, высокий КПД (выше 90 %), большой срок службы и высокая надёжность. Из недостатков стоит отметить сложную систему управления данным типом двигателей, включающую в себя датчик абсолютного положения ротора, высокоскоростной инвертор и необходимость наличия микропроцессора.
В таблице 3 приведены основные сравнительные характеристики тяговых электроприво-
дов с коллекторными ДПТ, асинхронными и синхронными с возбуждением от постоянных магнитов [7].
Основные сравнительные характеристики тяговых элек-
Параметры Тип тягового электропривода
Коллекторный дпТ Асинхронный Синхронный
Мощность, кВт 40 40 40
Масса двигателя, кг 92 70 27
Отношение мощности к массе, кВт/кг 0,43 0,57 1,48
Для электромобиля оптимальным является синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов. Поскольку обладает высоким КПД, порядка 94% и высоким отношением мощности к массе, больше единицы.
Заключение. Учитывая современные требования по снижению массы и габаритов, а также повышением КПД электроприводов. Это особенно важно для электротранспорта с аккумуляторным накопителем энергии, поскольку современные аккумуляторные батареи обладают сравнительно невысоким соотношением запасаемой энергии к кг, тем самым даже незначительное снижение массы трансмиссии и увеличение её КПД значительным образом сказываются на запасе хода электромобиля.
Необходимая эффективность работы связки электродвигатель — механическая трансмиссия достигается только применением тяговых синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов.
1. Сидорова, С.Н. Обоснование выбора способа передвижения населения в условиях города / С.Н. Сидорова // Вестник КузГТУ. Серия «Социология». — 2015. — №6. — С. 243-247.
2. Ляпкало, А.А. Динамика интенсивности движения городского автомобильного транспорта и загрязнения атмосферного воздуха его выбросами / А.А. Ляпкало, А.А. Дементьев, А.М. Цурган // Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова, Серия «Оригинальные исследования». — 2012. — №4. -С.58-62.
3. Азаров, В.К. О выбросе твердых частиц автомобильным транспортом / В.К. Азаров, В.Ф. Кутенев, В.В. Степанов // Журнал автомобильных инженеров. — 2012. — №6 (77). — С. 55-58.
4. Loek marquenie, Design of an energy efficient high performance drive train // Eindhoven university of technology. — 2010. — 115 p.
5. Слепцов М.А. Основы электрического транспорта / М.А. Слепцов, Г.П. Долаберидзе, А.В.
Прокопович, Т.И. Савинова, В.Д. Тулупов. — М: Издательский центр "Академия", 2006. — 464 с.
6. Чернышев, А.Д. Сравнительный анализ различных типов электрических двигателей в составе тягового привода электрической трансмиссии / А.Д. Чернышев // Электротехника: сетевой электронный научный журнал. — 2016. -Том. 3. — №3. С. 47-54.
7. Гурьянов Д.И. Концепция гибридного микроавтобуса с индивидуальным электроприводом колёс // Приоритеты развития отечественного автотракторостроения: Тезисы докл. XXXIX Ме-ждунар. научно-техн. конф. — М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 2002. — С. 12-15.
Technique of the choice of the traction electric motor for the
electric vehicle Salimonenko G.N., Nazarov M.V., Lopukhov A.V., Soyustov A.A.
Southern Ural State University
The article deals with the need for a transition to an ecologically clean road transport, given the increase in motorization population in large cities. Stressed that move by using a personal car most adversely affects the ecological situation in the city. In the work of the noted that cars generate emissions as gaseous substances and solid dust. The technique of calculation of basic parameters of the motor for a compact urban electric vehicle with considering the rolling resistance and pavement slope. Calculation of minimum torque and power of an electric motor. Concluded that the most appropriate motor type for this task. The calculations shown in this article can be applied in the same way when choosing the engine for more dimensional transport. Cars are taken only as an example and compare the values obtained with the reality. Keywords: electric car, electric motor, urban transport, motor transport
1. Sidorova, S.N. Justification of the choice of a way of movement of the population in the conditions of the city / S.N. Sidorova//the Messenger of KUZGTU. Sociology series. — 2015. — No. 6. — Page 243-247.
2. Lyapkalo, A.A. Dinamika of intensity of the movement of the
city motor transport and pollution of an atmospheric air its emissions / A.A. Lyapkalo, A.A. Dementiev, A.M. Tsurgan//the Russian medicobiological messenger of the academician I.P. Pavlov, the Original Researches Series. -2012. — No. 4. — Page 58-62.
3. Azarov, V.K. O emission of firm particles by the motor transport / V.K. Azarov, V.F. Kutenev, V.V. Stepanov//Magazine of automobile engineers. — 2012. — No. 6 (77). — Page 55-58.
4. Loek marquenie, Design of an energy efficient high performance drive train//Eindhoven university of technology.
5. Sleptsov M.A. Bases of electric transport/M. A. Sleptsov, G.P.
Dolaberidze, A.V. Prokopovich, T.I. Savinova, V.D. Tulupov.
— M: Publishing center "Akademiya", 2006. — 464 pages.
6. Chernyshev, A.D. Comparative analysis of different types of electric engines as a part of the traction drive of electric transmission / A.D. Chernyshev//the Electrician: network online scientific magazine. — 2016. — Tom. 3. — No. 3. Page 47-54.
7. Guryanov D.I. The concept of the hybrid minibus with the
individual electric drive of wheels//Priorities of development of domestic autotractor construction: Theses докл. XXXIX Mezhdunar. scientific техн. конф. — M.: MAMI MSTU publishing house, 2002. — Page 12-15.
Как расчетать мощность электромобиля — Подготовьтесь перед ГИБДД
1 Мощность первого двигателя (85 кВт) * 1,35962 = 116 л.с.
2 Мощность второго двигателя (65 кВт) * 1,35962 = 88 л.с.
3 Мощность 1 двиг. (л.с.) + Мощность 2 двиг. (л.с.) 116 л.с. + 88 л.с. = 204 л.с. ОСАГО КМ для 204 л.с. = 1
Важно! перед тем как подписать птс проверить количество лошадей так как бывает инспектор ставит от балды или не знает как считать, рекомендую перед походом в ГИБДД самому рассчитать лошадей. Если инспектор не пробиваем и общение с ним бесполезно, езжайте в другое место для постановки на учёт.
Второй важный момент! Перед покупкой автомобиля разузнать ввозил ли поставщик данную модель автомобиля и сколько в ней было кВт. Если эта новая модель на которую ни разу не было СБКТС проверьте ранее ввозимые машины других моделей, чтоб потом не получить 400+ кВт в выписке и налога в 150 т.р. Не доверяйте авантюристам заманивающие вас низкой ценой автомобиля, потом заплатите больше. Обязательно проверьте юр. лицо вашего поставщика, если юридического лица нет, то не стоит им доверять свои деньги. Внимательно читайте договор и не берите автомобиль с неправильным СБКТС. Не верьте если вам говорят, что его нельзя переделать, переделать можно и нужно и не ругайтесь с вашим некомпетентным поставщиком т.к скорей всего ваш договор филькина грамота, надежные и проверенные фирмы так никогда не сделают.
Определение полезной мощности: 5.3.1.1 Электродвигатель и весь комплект его оборудования выдерживают при температуре 25 °С ± 5 °С в течение периода продолжительностью не менее двух часов. 5.3.1.2 Испытание для определения полезной мощности должно проводиться в режиме максимальной нагрузки, допускаемом регулятором мощности. 5.3.1.3 Непосредственно перед началом испытания электродвигатель должен проработать на стенде в течение трех минут, развивая мощность на уровне 80% от максимальной мощности при числе оборотов, рекомендованном изготовителем. 5.3.1.4 Измерения должны производиться при достаточном числе оборотов электродвигателя, позволяющем правильно построить кривую мощности между нулевым и наибольшим числом оборотов, рекомендованным изготовителем. Все испытание должно быть проведено в течение 5 ми-нут. 5.3.2 Определение максимальной 30-минутной мощности 5.3.2.1 Электродвигатель и весь комплект его оборудования выдерживают при температуре 25 °С ± 5 °С в течение периода продолжительностью не менее четырех часов. 5.3.2.2 Система электротяги должна работать на стенде, развивая мощность, которая в наибольшей степени соответствует расчетной максимальной 30-минутной мощности, определенной изготовителем. Число оборотов должно находиться в диапазоне, при котором полезная мощность превышает 90-процентную максимальную мощность, измеренную в соответствии с предписаниями пункта 5.3.1. Это число оборотов должно быть рекомендовано изготовителем. 5.3.2.3 Число оборотов и мощность регистрируют. Диапазон мощности должен соответствовать мощности в начале испытания ±5%. Максимальная 30-минутная мощность – это средняя мощность в течение 30-минутного периода. 5.4 Толкование результатов Величина полезной мощности и максимальной 30-минутной мощности для систем электротяги, указанная изготовителем для данного типа системы тяги, считается приемлемой, если она не отличается от величин, полученных технической службой на системе тяги, представленной для испытания, более чем на ±2% в случае максимальной мощности и более чем на ±4% в случае других точек измерения на кривой при допуске ±2% для числа оборотов двигателя или электродвигателя, либо находится в диапазоне частоты вращения двигателя или электродвигателя от (Х1 мин-1 + 2%) до (Х2 мин-1 − 2%) (Х1 < Х2). В случае двухтопливного двигателя величина полезной мощности, указанная изготовителем, соответствует величине полезной мощности, из-меряемой в двухтопливном режиме этого двигателя.
Электромобиль — расчет параметров двигателя.
В настоящий момент у нас уже имеется некоторая теоретическая база для расчета параметров электромобиля (автомобиля): Силы, действующие на электромобиль (автомобиль). Основываясь на предшествующих выкладках, сейчас можно заняться более увлекательным делом – расчетом параметров двигателя электромобиля. Сказанное далее также будет касаться и расчетов двигателя автомобиля. Однако для ДВС параметры крутящего момента изменяются в зависимости от частоты вращения, по-этому расчет требуемых параметров двигателя автомобиля сложнее, и не будет приведен далее, хотя смысл расчетов сохранится и в этом случае.
Для правильного выбора двигателя электромобиля нужно знать такие характеристики как номинальная и пиковая мощности, а также значение крутящего момента и частоты вращения вала. Номинальная мощность используется для поддержания заданной постоянной скорости. Пиковая мощность требуется для разгона электромобиля. Знание мощностных характеристик двигателя потребуется для расчета параметров аккумуляторной батареи и контроллера. Знание крутящего момента и частоты вращения вала электродвигателя требуется для определения параметров редуктора и выбора самого двигателя.
Для расчета минимально необходимой для движения частоты вращения двигателя воспользуемся уже известной нам формулой:
- ν – скорость электромобиля, км/ч
- 3,6 – коэффициент перевода скорости из м/с в км/ч
- r – радиус ведущего колеса, м
- n – частота вращения вала двигателя, Гц
- u кп – передаточное число коробки передач или редуктора электродвигателя
- u гп – передаточное число главной передачи (при использовании редуктора принимается равным единице)
Из нее выводим нужную нам фомулу вычисления частоты вращения вала двигателя:
Поскольку многие двигатели маркируют частоту вращения вала не в герцах, а в оборотах в минуту, то для перевода величин полученный результат в Гц необходимо умножить на 60.
Расчет максимального крутящего момента будет посложнее. Однако, мы сможем справиться и с ним. Приведу формулу баланса сил (да простят мне отцы-основатели механики, что формула получилась в скалярном виде из-за ограничений HTML:), необходимую для описания равноускоренного движения электромобиля (автомобиля):
- F тяги – сила тяги на ведущих колесах
- F кач. – сила трения качения колес
- F под. – сила сопротивления подъему
- F возд. – сила сопротивления воздуха
- F ин. – сила сопротивления разгону (сила инерции)
Теперь подставим в уравнение уже известные нам формулы:
- η тр. – коэффициент потери мощности в трансмиссии электромобиля (в автомобильной трансмиссии для легкового авто η тр.=0,9-0,92)
- M е – эффективный крутящий момент двигателя, Н*м
- u кп – передаточное число коробки передач
- u гп – передаточное число главной передачи
- r – радиус ведущего колеса, м
- ƒ – коэффициент трения качения
- m – масса электромобиля, кг
- g – ускорение свободного падения, м/с 2
- α – угол уклона дороги, °
- C x – коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), Н*с 2 /(м*кг). C x определяется эксперементально для каждого кузова.
- S – лобовая площадь электромобиля (автомобиля), м 2 . S является площадью проекции кузова на плоскость, перпендикулярную продольной оси.
- ρ – плотность воздуха
- ν – расчетная скорость электромобиля (автомобиля), км/ч
- a – требуемое ускорение электромобиля, м/с 2 , рассчитывается путем деления значения расчетной скорости на время t, требуемое на разгон до этой скорости
- σ вр – коэффициент учета вращающихся масс
Формула получилась большой. Далее добавим недостающие элементы получившейся мозаики, сделаем формулу гигантской и преобразуем ее в подходящий для дальнейшего кодирования вид:
Приведенных выше расчетов уже хватает для того, чтобы рассчитать необходимые параметры двигателя. Выбираем двигатель с несколько большими значениями эффективного крутящего момента и частоты вращения вала, что позволит провести дальнейшие расчеты уже на основе модели с реальным двигателем.
Как мы помним со времен учебы в школе, для определения мощности, требуемой для поддержания постоянной скорости, необходимо знать значение силы, которая уравновешивает действие сил, препятствующих движению и значение самой скорости. Перемножая эти параметры, получаем значение номинальной мощности. Формулу приводить не буду, так как пальцы устали. Кому было сложно вообразить формулу по описанию пишите, исправлюсь, когда пальцы отдохнут:).
Аналогично можно рассчитать пиковую мощность, потребляемую мотором во время разгона (скорость разгона нужно взять среднюю), только в этом случае для точности рассчетов надо вычислить среднее значение силы сопротивления воздуха за время разгона. В калькуляторе электромобиля я не буду возиться с дифф. уравнениями, а просто рассчитаю среднее значение численным методом (применяется не из-за отвращения к алгебре, а только для упрощения и без того сложной ситуации, чтобы было меньше ошибок).