Аннотация
В настоящее время в мировой практике автомобилестроения сложилась устойчивая тенденция применения электропривода для движения транспорта вместо двигателей внутреннего сгорания (ДВС) или в гибридных системах, сочетающих электро- и ДВС-приводы в различных долях «участия» в создании крутящего момента. Проведен анализ силовых структур наиболее развитых, имеющих практическое применение тяговых систем электро- и гибридного транспорта (электромобиль, гибриды с последовательной, параллельной и последовательно-параллельной силовыми установками). Дана оценка эксплуатационных возможностей рассмотренных систем в зависимости от степени электрификации гибридных автомобилей и влияния их на окружающую среду. Рассмотрен широкий круг публикаций в области создания стартер-генераторов и тяговых электродвигателей для гибридных автомобилей, начиная от микрогибридов и заканчивая полными гибридами, а также непосредственно электромобилей. Из них следует, что асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором и синхронные машины с электромагнитным возбуждением традиционно преобладают в разработках, доведенных до практического применения. Как наиболее перспективными, рассматриваются вентильная машина с постоянными магнитами, бесконтактная машина, синхронная машина с постоянными магнитами, вентильная индукторная машина с самовозбуждением и синхронная реактивная машина с независимым возбуждением. В качестве основных модулей силовой электроники рассматриваются в электромобилях только АИН, в гибридных – система УВН-АИН, выполненные по трехфазной мостовой схеме. Проведено сравнение основных характеристик традиционных свинцово-кислотных батарей и современных литиево-ионных, которые рассматриваются как наиболее перспективные. Отмечается, что ограниченность запасов лития требует искать новые направления в сфере создания эффективных накопителей энергии. Рассматриваются возможность и проблемы применения емкостных накопителей энергии, включая суперконденсаторы, как наиболее перспективные накопители. Отмечается также целесообразность дальнейшего развития концепции применения в электромобилях бортовых электрогенерирующих топливных элементов с использованием водородосодержащего топлива. Для оценки ситуации в России приведены показатели, характеризующие масштабность задач по развитию электротранспорта в стране в период 2020-2031 годов. Они приведены в документах Минэкономразвития РФ и нашли отражение в данной статье. В целом концепцию развития электромобилестроения сегодня целесообразно связать с водородными технологиями.
Ключевые слова
Экологичность, силовые схемы, автомобильный электро- и гибридный транспорт, электропривод, ДВС-привод, электродвигатели, генераторы, силовая электроника, инверторы, выпрямители, накопители электроэнергии, аккумуляторы, конденсаторы, топливные элементы, концепция развития.
1. Ютт В.Е., Строганов В.И. Электромобили и автомобили с комбинированной установкой. Расчет скоростных характеристик: учеб. пособие. М.: МАДИ, 2016. 108 с.
2. Энергоустановки автомобильного транспорта с тяговым электроприводом: монография / Лежнев Л.Ю., Хрипач Н.А., Шустров Ф.А., Папкин Б.А., Петриченко Д.А., Иванов Д.А., Татарников А.П., Коротков В.С., Неверов В.А. Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком», 2017. 204 с.
3. Тойлыбаев А.Е., Сейімхан С. Электромобиль – транспорт будущего // Universum: Технические науки. 2018. № 5(50). 4 с.
4. Дирекция по экономике отраслей ТЭК: информационная справка // Электрический и гибридный автотранспорт в мире – Аналитический центр при Правительстве Российской Федерации, декабрь 2013. 12 с.
5. Конструктивные схемы автомобилей с гибридными силовыми установками: учеб. пособие / Бахмутов С.В., Карунин А.Л., Круташов А.В., Ломакин В.В., Селифонов В.В., Карпухин К.Е., Баулина Е.Е., Урюков Ю.В. М.: МГТУ «МАМИ», 2007. 71 с.
6. Флоренцев С.Н., Изосимов Д.Б. Результаты и планы создания комплектного тягового электрооборудования электромеханических трансмиссий транспортных средств // Труды VII Международной (ХIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. Иваново: ИГЭУ, 2012. С. 438-445.
7. Состояние и перспективы развития городского гибридного и электрического тягового электропривода в России / А.С. Анучин, Д.И. Алямкин, В.Ф. Казаченко, М.М. Ляшкевич // Труды VIII Международной (ХIX Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. С. 24-28.
8. Электромобиль. Состояние и перспективы / А.В. Долголаптев, О.Г. Дашко, Г.Б. Онищенко, Е.А. Смотров // Труды VII Международной (ХIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. Иваново: ИГЭУ, 2012. С. 431-435.
9. Казаченко В.Ф., Остриров В.Н., Русаков А.М. Перспективные типы тяговых электроприводов // Труды VII Международной (ХIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу. Иваново: ИГЭУ, 2012. С. 16-22.
10. Официальный сайт Аuto.ru. URL:https:www. mag.auto.ru/article/hybrids/ (дата обращения 28.12.2021)
11. Овсянников Е.М., Клюкин П.Н. Стартер-генераторные устройства для двигателей внутреннего сгорания автомобилей // Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». М.: МГТУ «МАМИ», 2010. С. 135-138.
12. Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергосберегающие электрические машины для привода электромобилей и гибридных автомобилей (Обзор зарубежных разработок) // Электричество. 2016. №1. С. 55-65.
13. Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторный электропривод – проблемы и перспективы развития // Доклады научно-практического семинара. М.: Изд-во МЭИ, 2006. С. 4-14.
14. Бычков М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода // Электричество. 1997. №8. С. 35-44.
15. Николаев В.В. Стартер-генератор автономных объектов на основе вентильно-индукторной машины: дис. … канд. техн. наук 05.09.01 / Николаев В.В. М., 2005.
16. Темирев А.П. Опыт разработки вентильно-индукторных электроприводов ПКП «ИРИС» // Доклады научно-практического семинара. М.: Изд-во МЭИ, 2006. С. 84-101.
17. Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Лашкевич М.М. Электротрансмиссия на базе вентильно-индукторного двигателя с независимым возбуждением // Электротехника. 2014. №2. С. 54-60.
18. Амангалиев Е.З., Тлеугали У.К. Вентильно-индукторный двигатель и его особенности // Архивариус. 2020. № 5(50). С. 28-32.
19. Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов: учеб. пособие для вузов. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. 328 с.
20. Lipo T. Advanced Motor Tecnologics: Converter Fed Machines // IEEE Trans. 1997. No. 7. Pp. 204-222.
21. Law J.D., Chertok A., Lipo T.A. Design and Performance of Field Regulated Reluctance Machine // IEEE Trans. on Industry Applications. 1994. No. 5. Pp. 1185-1193.
22. Усынин Ю.С., Григорьев М.А., Виноградов К.М. Электроприводы и генераторы с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения // Электричество. №3. 2007. С. 21-26.
23. New Brushless Synchronous Machine For Vehicle Application / Yu. Usinin, M. Grigorjev, K. Vinogradov, S. Gladyshev // SAE International Word Congress Detroit. Michigan, 2007. doi: 10.4271/2007-01-0785
24. Григорьев М.А. Предельные возможности электроприводов с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2009. № 12. С. 51-55.
25. Усынин Ю.С., Виноградов К.М. Генераторная установка с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2007. №7. С. 37-39.
26. Григорьев М.А. Вентильный электропривод с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения: монография. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2010. 159 с.
27. Удельные показатели электроприводов с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения в разных схемах включения / Д.А. Сычев, У.В. Белоусов, А.М. Журавлев, А.Е. Бычков // Электротехнические системы и комплексы. 2013. №21. С. 21-27.
28. Тяговый электропривод активного прицепа трубовоза / Ю.С. Усынин, А.Н. Шишков, А.Н. Горожанкин, А.Е. Бычков, Е.В. Белоусов, А.М. Журавлев, Д.А. Сычев // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2013. Т.13. №1. С. 137-143.
29. Усынин Ю.С., Григорьев М.А., Шишков А.Н. Моделирование электропривода активного прицепа // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2013. Т.13. №2. С. 106-113.
30. Савостеенко Н.В., Усынин Ю.С. Перспективы развития стартер-генераторов для промышленных транспортных средств // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2020. Т. 20. №4. С. 96-102. doi: 10.14529/power200411
31. Григорьев М.А., Наумович Н.И., Белоусов Е.В. Тяговый электропривод электромобиля // Электротехника. 2015. №12. С. 53-56.
32. Гельман М.В., Дудкин М.М., Преображенский К.А. Преобразовательная техника: учеб. пособие. Челябинск: Изд. центр ЮУрГУ, 2009. 425 с.
33. Строганов В.И., Сидоров К.М. Математическое моделирование основных компонентов силовых установок электромобилей и автомобилей с КЭУ: учеб. пособие. М.: МАДИ, 2015. 100 с.
34. Месяц Г.А., Прохоров М.Д. Водородная энергетика и топливные элементы // Вестник Российской академии наук. 2004. Т. 74. №7. С. 579-597.
35. Сайт Topor. Info – обо всём интересном из мира, науки, технологий и общества. URL:https:www./topor. info/news/avtomobill-tesla (дата обращения 28.12.2021)
36. Сайт Кazanfirst.ru: Сетевое издание – Татценр.ру. URL:https:www.kazanfirst.ru/articles/534913?utm_source =yxnews&utm_medium=desktop (дата обращения 28.12.2021)
37. Сайт журнала Автоброкер Клуб: Официальный сайт журнала. URL:https:www.journal.ab-club.ru/articles/vse-fakty-o-zetta-pervom-serijnom-elektromobile-iz-rossii/ (дата обращения 28.12.2021)
38. Официальная страница интернет издания tengrinews.kz. URL: https:www.informburo.kz/special/teper-i-na-elektricheskoy-tyage-kak-v-too-saryarkaavtoprom-proizvodyat-avtobusy.html; https://tengrinews.kz/tag/электромобили/ (дата обращения 28.12.2021)