Пермяки предложили методику для определения границ безопасной работы электродвигателя
Российский парк электромобилей стремительно растет и уже превышает 138 тысяч единиц, однако национальный стандарт испытаний двигателей под нагрузкой не учитывает специфику его работы на электромобиле. Ученые Пермского Политеха нашли решение и предложили методику испытаний последнего, которая определяет «рабочее поле» двигателя — допустимые границы его безопасной, с точки зрения перегрева эксплуатации. Универсальность метода уже доказана: полный цикл испытаний успешно проведен на серийном, малоразмерном асинхронном двигателе. Это открывает путь к созданию отечественных электромобилей, риск внезапной поломки которых из-за перегрева будет сведен к минимуму.
Ситуация в российском автопроме сегодня парадоксальна: при государственной поддержке электромобилизации и растущем рынке отсутствует нормативная база для проверки электродвигателя под нагрузкой. Производители, разработчики и сертификационные центры вынуждены опираться на зарубежный опыт, детали которого часто являются коммерческой тайной, или пытаться адаптировать старые правила, составленные для бензиновых двигателей.
Существующий ГОСТ 14846-2020 «Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний» создан для двигателей внутреннего сгорания, поэтому его нельзя применять к электромоторам из-за принципиальных различий. Бензиновый или дизельный двигатель, если дать ему непосильную нагрузку, просто заглохнет. Электродвигатель же сохранит частоту вращения ротора и продолжит работать, при этом сила тока в его обмотках возрастет в разы, что приведет к стремительному нагреву. Это может вызвать нарушение изоляции, замыкание и отказ.
Кроме того, электромоторы способны развивать максимальное усилие «с места», на очень низких оборотах (в диапазоне от нуля до приблизительно 1000 оборотов в минуту), где обычный двигатель внутреннего сгорания работать не может. Помимо этого, их рабочий диапазон шире: они работают на частотах вращения, в полтора-два раза превышающих максимальные обороты бензиновых аналогов.
Все это требует другого испытательного оборудования. Для моделирования различных условий работы двигателя используют стенды и специальные испытательные установки. Стенд для электромотора должен уметь создавать усилие, в два-три раза превышающее его номинальную (паспортную) мощность. Такая перегрузка позволяет смоделировать экстремальные, но возможные в жизни ситуации — например, резкий обгон или затяжной подъем в гору с полным грузом. При испытаниях бензинового двигателя стенду было достаточно создать усилие, всего на 50% превышающее максимальное усилие самого двигателя.
В России готовых решений для испытаний автомобильных электромоторов под нагрузкой практически нет. Импортное оборудование либо недоступно, либо стоит очень дорого. Без серийных проверок на стенде, нельзя гарантировать безопасность и долговечность работы электрических двигателей, из-за чего нельзя наладить массовое производство собственных электромобилей.
Ученые Пермского Политеха разработали и предложили собственную методику на специально собранном для этого нагрузочном стенде. Комплекс, созданный на кафедре «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, позволяет исследовать поведение электродвигателей в экстремальных режимах и определять точные границы их безопасной эксплуатации. Статья опубликована в журнале «Транспорт. Транспортные сооружения. Экология».
Для экспериментальной апробации новой методики специалисты выбрали конкретный образец — серийный, малоразмерный асинхронный двигатель мощностью 1,1 киловатта. Это самый распространенный и надежный тип электромотора, где ротор вращается за счет «скольжения» — небольшого отставания от вращающегося магнитного поля статора. Такая конструкция проста, долговечна и хорошо выдерживает перегрузки. Выбор сделан не случайно: на российском рынке доступен большой выбор подобных двигателей с разной мощностью и частотой вращения, кроме того, асинхронные электрические машины сегодня используют ведущие мировые автобренды, включая Tesla, Audi и Mercedes-Benz, например, модели Tesla Model 3, Y, X, Ora 03 GT, Mercedes-Benz EQC, Audi e-Tron.
Для испытаний собрали специальный стенд. Основой для него стал электромотор, к валу которого присоединили генератор. Этот генератор выполняет роль «электрического тормоза»: создает сопротивление, заставляя мотор работать под разной нагрузкой — от минимальной до предельной. Скорость вращения мотора управляется с помощью частотного преобразователя, который действует подобно педали газа. Силу «торможения» генератором можно плавно регулировать с пульта управления. Эта установка позволяет воссоздать на стенде любые дорожные условия: от спокойной езды до резкого ускорения или медленного подъема. Все это время специальные датчики замеряют следующие параметры: усилие, которое развивает мотор, частоту вращения и температуру его корпуса. Так инженеры видят, как ведет себя двигатель в каждой конкретной ситуации и в какой момент он начинает опасно перегреваться.
Обычно, при испытаниях двигателей по стандартам, главным показателем на графиках является скорость вращения вала (обороты в минуту). Ученые Пермского Политеха предложили изменение: в качестве основного параметра они использовали частоту электрического тока (в герцах), подаваемого на мотор. Они сделали это потому, что в электромобиле, когда водитель нажимает на педаль газа, электронная система меняет именно частоту тока. Такой подход упрощает восприятие и обработку результатов испытании, делая их более понятными для инженеров, которые проектируют системы управления будущих автомобилей.
Мотор тестировали на разных режимах. Особое внимание уделяли рабочим параметрам, влияющим на нагрев электрического двигателя. Ученые определили для данного двигателя две ключевые температурные границы: критическая температура корпуса — 70 °C и максимально допустимая температура медных обмоток — 145 °C. Превышение этого внутреннего предела ведет к необратимому повреждению изоляции и резкому сокращению срока службы.
Поэтому контроль температуры корпуса может стать надежным, внешним индикатором процесса. Когда температура стабильно ниже 70 °C, скрытые обмотки гарантированно не перегреваются. Это позволит создать простую и эффективную систему управления двигателем, а датчик на корпусе при достижении порога в 65–70 °C автоматически подаст сигнал о необходимости ограничить ток, предотвратив разрушение двигателя изнутри.
Исследователи определили оптимальный диапазон для продолжительной работы двигателя, в котором он не выходит за допустимые значения по температуре в течение 30 минут работы. Тестируемый мотор выдал свою паспортную мощность в 1,1 киловатта, работал с небольшим запасом до критического порога в 70°C.
— Испытания также позволили выявить режимы, при которых температура всего за несколько минут работы достигает опасной отметки, практически вплотную приближаясь к критическому порогу. Эти режимы не подходят для длительной работы электрического двигателя под нагрузкой, — пояснил Николай Лобов, заведующий кафедрой «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.
Разработанная учеными методика создает универсальный инструмент для тестирования отечественных электродвигателей для электромобилей под нагрузкой. Дальнейшим направлением работы исследователей станет применение отработанной методики к другим типам электродвигателей, в первую очередь к синхронным.
Однако уже сейчас результаты могут быть использованы для всего цикла разработки и сертификации отечественных электромобилей. Полученные данные предоставляют инженерам-испытателям четкий алгоритм действий для определения конкретных температурных границ и рабочих параметров, конструкторам — основу для точного расчета систем охлаждения и силовых агрегатов, а разработчикам программного обеспечения — фундамент для создания интеллектуальных алгоритмов управления. Практическое применение разработанного подхода позволит производителям гарантировать безопасность, надежность и предсказуемость характеристик будущих электромобилей, закладывая основу не только для серийного производства, но и для формирования новых национальных отраслевых стандартов, обеспечивающих технологическую независимость электроавтомобилестроения.
Telegram 
Дзен 
VK Инженеры компании HONOR выпустили смартфон с кремний-углеродной батареей на 7000 миллиампер-часов, сохранив толщину устройства в пределах 7,8 миллиметра. Разработка доказала, что переход на кремниевые аноды окончательно решил проблему громоздких аккумуляторов высокой емкости.
Растительные продукты из бобовых позволяют получать белок и другие питательные вещества без сложной переработки сырья, но их распространению мешают в том числе привычки потребителей и требования к текстуре. Исследователи из Щвейцарии нашли способ изменить структуру цельных бобовых так, чтобы она стала более мясистой, плотной и устойчивой к пережевыванию.
Ученые проанализировали результаты миллионов столкновений на Большом адронном коллайдере за восемь лет и нашли статистические намеки на рождение пар бозонов Хиггса. Фиксация феномена докажет способность частиц взаимодействовать друг с другом и поможет оценить стабильность Вселенной.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
Госдолг США достиг 40 триллионов долларов и растет все быстрее и быстрее. На Западе переполох: при таких размерах его не выплатить. Следовательно, полагают многие, надо решить проблему как древние шумеры — долг обнулить и начать занимать заново. Рецепт кажется здравым, но есть нюансы. Причем поучительнее всего они даже не для Штатов, а, как ни странно, именно для России.
Ребенок легче взрослого, быстрее осваивается в новой обстановке и обладает пластичной нервной системой — значит, невесомость он перенесет проще. Это рассуждение звучит убедительно ровно до тех пор, пока ребенка считают уменьшенной копией взрослого. На самом деле его скелет еще набирает прочность, мышцы учатся работать вместе с нервной системой, вестибулярный аппарат настраивает ощущение положения тела, а органы и ткани проходят этапы, которые нельзя повторить после завершения роста. Если в этот период убрать постоянную нагрузку земного притяжения, организм будет не только приспосабливаться к новой среде: он станет формироваться внутри нее. Каким получится результат, медицина сегодня не знает: длительных орбитальных исследований с участием несовершеннолетних не проводилось.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно