Электромобиль из Эстонии
Эстонец Меэлис Мерило (Meelis Merilo) издавна мечтал о Победе. В 2000 году его мечта сбылась — он приобрел Победу 1957 года выпуска, в состоянии, соответствующем ее возрасту. Разумеется, автомобилю требовался ремонт и, прежде всего, сварочные работы по кузову. Двигатель тоже оставлял желать лучшего, дело шло к замене силового агрегата на мотор от Форда Сьерра. Кропотливая работа эстонских механиков растянулась на месяцы. Все это время Меэлис работал в министерстве окружающей среды Эстонии, специалистом в области информационных технологий.
Видимо, работа и повлияла на отказ от прежней идеи. Меэлис решил сделать из Победы первый в стране электромобиль.
Конечно, Победа — не самая подходящая машина для таких экспериментов. Но Меэлис и не предполагал сломя голову носиться по Таллинну: для него вполне достаточно было бы неспешно приезжать на работу утром и уезжать домой вечером. Скорости в 60 км/ч было бы более чем достаточно. По расчетам, Победа вполне смогла бы ее развить на электрической тяге. Намного важнее, что такой автомобиль был бы единственным в своем роде, заметным, стильным, и доказывающим, что если электромобиль получился из такого рыдвана, то и в любой другой кузов можно поставить экологичный двигатель.
Сразу стало ясно, что начинка будущего электромобиля должна быть самой современной. Для экономного использования энергии нужно предусмотреть рекуперативное торможение: при нажатии на педаль тормоза двигатель начинает работать как генератор и подзаряжает батареи, останавливая машину. Зарядка аккумуляторов должна проводиться от сети 220 вольт и потреблять не больше тока, чем электрочайник. Наконец, весь проект должен быть не очень дорогим — ни в производстве, ни в эксплуатации.
По этому, последнему требованию, отпали водородные топливные элементы. Конечно, они обеспечили бы больший пробег машины на одной заправке, но вся конструкция стала бы чрезмерно сложной, тяжелой и запредельно дорогой.
Итак, аккумуляторы. В промышленных масштабах доступны три вида: свинцово-кислотные (это хорошо нам известные батареи, используемые в любом автомобиле), никель-металл-гидридные (такие аккумуляторы в фонариках, радиоприемниках и т.п.) и литий-полимерные (в вашем телефоне такой). Последние обещали хорошую отдачу и долговечность. Но были труднодоступны и дороги. Металл-гидридные дешевле, но емкость их заметно падает по мере эксплуатации. Выбор пал на свинцово-кислотные. Они тяжелые — ну и пусть, Победу и без них не назовешь легкой. При работе они выделяют кислотные испарения, а при зарядке — гремучий газ? Ничего страшного, изолируем их от салона и устроим хорошую вентиляцию. Их емкость сильно падает с понижением температуры? Значит будем эксплуатировать автомобиль только летом.
Далее предстояло выбрать двигатель. По сути, выбор был между двигателями постоянного и переменного тока. Двигатели постоянного тока лучше подходили для работы от аккумуляторов. Но трехфазники давали большую отдачу.
"Самое время посмотреть, как такие задачи решали до меня." — подумал Меэлис, и первая же машина, о которой он прочитал, был электромобиль фирмы Volkswagen. Надо сказать, многие фирмы экспериментировали с электричеством. Такие прототипы назывались ZEV — Zero-emissions vehicle, т.е. машины с нулевым выбросом. В девяностых годах прошлого века Фольксваген построил небольшой серией и даже выпустил в открытую продажу такую модификацию Гольфа — CityStromer. Схему его силовой установки и решил взять за основу Меэлис.
Асинхронный двигатель фирмы Сименс вполне подходил для приведения Победы в движение. Мощность у такого мотора 18 КВт или 24,5 л.с. Кто-то подумает, что это очень мало. Но на самом деле заявленные в паспорте автомобиля лошадиные силы используются крайне редко. Даже если вы купили спорт-кар с тремя сотнями лошадей под капотом, то в городском потоке машин с установившейся скоростью колеса крутят лишь 15-20 голов, а остальные лошадки бездельничают и жуют травку. Так что мотор выбран вполне адекватный, тем более, что кратковременно он может развивать до 33 КВт.
В двух словах, синхронные трехфазные двигатели работают так: (кому скучно, курсив можно пропустить.) На обмотки статора попеременно подается напряжение, возникает вращающееся магнитное поле. Внутри статора вращается ротор с постоянным магнитом. Поле магнита ротора взаимодействует с внешним, что и поддерживает вращение. У такого двигателя отсутствуют щетки, коллектор и обмотки ротора, что значительно повышает его надежность и долговечность.
Короче говоря, для работы такого двигателя нужно устройство, которое смогло бы готовить переменный ток плавающей частоты и амплитуды. Обычно это делается широтно-импульсным модулятором (курсив еще более скучен.) Если нужно из большого напряжения сделать маленькое, тут есть два пути: первый — погасить лишние вольты на паразитной нагрузке. Часть энергии рассеется в тепло, остаток отправится на нужное нам устройство. Второй вариант — сделать схему, которая может либо подключать нужное нам устройство к источнику напряжения, либо отключать его. Отношение длительности интервалов времени, когда устройство подключено к длительности интервалов, когда оно отключено, зависит от того, какую часть напряжения нам нужно подать на устройство. А частота этих подключений — чем больше, тем лучше. Так мы получаем прерывистое питающее напряжение. Далее спрямляем его скачки конденсатором и вуаля — задача решена без потерь энергии на нагрев атмосферы. Именно по такому принципу и работает контроллер Siemens Simovert 6SV1. Кроме этого, он способен управлять процессом зарядки аккумуляторов при торможении, следить оборотами и температурой двигателя, включать при необходимости вентиляторы и следить за другими параметрами силовой установки.
Не смотря на все высокотехнологичные ухищрения, протекающий по проводнику ток вызывает его нагрев, и с этим ничего не поделаешь. А токи там немалые — до 280 Ампер. Поэтому, контроллер и двигатель нуждаются в охлаждении. На машине оно жидкостное, с радиатором в передней части машины. Не таким большим, как победовский, разумеется, радиатор взят от Volvo 440, вентилятор — от Renault Twingo. Циркуляция жидкости обеспечивается специальным электронасосом.
окончание статьи →
