Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
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 От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
Вопрос о том, можно ли считать чрезмерное увлечение физическими упражнениями аддиктивным поведением, остается дискуссионным. Ученые из Италии и Испании выяснили, что сильнее всего к такому компульсивному поведению склонны люди с чертами перфекционизма.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
Ученые десятилетиями ищут кости мамонтов, которые, по данным генетиков, могли дожить на материке до бронзового века. Очередная потенциальная находка с Аляски, считавшаяся остатками мамонтов, после проверки оказалась костями китов, умерших около двух тысяч лет назад.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Ученые задались вопросом: почему два расположенных по соседству спутника Юпитера такие разные, ведь на Ио повсеместно извергаются вулканы, а Европа полностью покрыта многокилометровой коркой льда. Есть версия, что Ио когда-то тоже была богата водой, но по итогам недавнего исследования это сочли неправдоподобным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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