Как понять мотор или генератор

Сверхэффективный мотор-генератор Роберта Александера

В октябре 1975 года изобретатель из Калифорнии, Роберт Александер, представил публике усовершенствованный привод для автомобиля. По мысли изобретателя, этот электрический привод должен был в ближайшем будущем избавить владельцев автомобилей от необходимости использовать сжигаемое топливо, от лишнего шума, и от потребности в постоянной подзарядке аккумуляторов.

Прибывшие на демонстрацию эксперты были сильно озадачены, ведь казалось, что энергия получается из «ничего». Тем не менее, автомобиль легко ездил без топлива со скоростью 36 миль в час. На сомнения экспертов изобретатель ответил, что машина ездит, и ей все равно на их доводы. Начальную мощность обеспечивал переделанный электродвигатель в 7/8 лошадиных сил.

Электромотор был переделан так, чтобы на его выходе получалось 12 вольт, иначе выходная мощность оказалась бы слишком большой. Сыновья Роберта и его партнер Джеймс Смит за 45 дней переделали автомобиль, чтобы продемонстрировать возможность езды без топлива и без загрязнения окружающей среды.

На демонстрацию была приглашена пресса, а позже (когда патент US3913004 был уже получен) одному из журналистов поведали детали проекта: вращение электродвигателя начинается от батареи, гидравлическая и воздушная системы автомобиля приходят в действие, при этом батарея успевает перезаряжаться от генератора. На эту переделку Александер потратил всего 500 долларов.

Александер и Смит сами оказались не в состоянии полностью объяснить, каким же образом получается эта энергия из «ничего», тем не менее они отметили, что люди уже давно в состоянии сделать гораздо больше того, чем они знают и понимают, и за примерами далеко ходить не нужно — достаточно взглянуть на этот автомобиль, который ездит. Изобретатели назвали продемонстрированное явление «Super Power», поскольку здесь используется целых три типа мощности для достижения поставленной цели.

В основе конструкции — трансформатор (преобразующее устройство), который является одновременно ротором генератора (пересекается магнитным потоком). Выход переменного тока в результате является продуктом двух электромагнитных действий. Напомним, что скорость изменения ускорения — третья производная координаты — это рывок.

Ротор представляет собой сердечник трансформатора, и имеет на себе группы парных обмоток. В каждой секции ротора по две обмотки, одна из которых работает как первичная обмотка трансформатора и как моторная обмотка, а вторая — как вторичная обмотка трансформатора и как генераторная обмотка. При этом на статоре расположены только постоянные магниты.

В работе генератора используются известные технологии управления и взаимодействия с магнитным полем. Трансформируемая и генерируемая мощности синхронно сочетаются, что и приводит к увеличению выходной мощности.

Первичные обмотки содержат меньшее количество витков чем вторичные обмотки, в которых при пересечении силовых магнитных линий наводится большая ЭДС, чем у источника постоянного тока (которым выступает батарея). Магнитное поле статора пересекает ротор, и мотивирует его к движению, при этом генерирует во вторичных обмотках энергию.

Выход переменного тока во вторичных обмотках является по своей сути синхронизированной функцией трансформируемой энергии из первичных обмоток, объединенных в общих пазах ротора со вторичными обмотками, и генерируемой энергии. В итоге сила тока и напряжение на выходе соответственно увеличиваются.

В одной из изготовленных авторами установок, имеющей четыре коллекторные щетки и 20 ламелей, и содержащей 20 секторов на роторе, первичные обмотки состояли из нескольких витков проводника, чтобы эффективно проводиться во вращение от 48 вольт постоянного тока при 25 амперах, то есть 1200 Ватт было необходимо для вращения с частотой 1750 оборотов в минуту.

В то же самое время вторичные обмотки состояли из такого числа витков, чтобы эффективно получать на выходе 60 циклов в секунду (путем трансформации и генерирования) при напряжении в 110 вольт и с током в 32 ампера, то есть на выходе можно было получать 3520 Ватт.

Двигатель – сердце электростанции

Содержание:

  1. 1. Устройство и принцип работы
  2. 2. Отличия бензинового и дизельного двигателей
  3. 3. Какие марки двигателей устанавливают в генераторах?

Часто при выборе установки для автономного электроснабжения покупатели все свое внимание уделяют основным техническим характеристикам, забывая о самом главном – двигателе. А недостаток информации об этом является одним из наиболее часто встречающихся «подводных камней» при покупке электростанции. Как можно узнать, качественный или некачественный двигатель установлен в выбранной Вами модели? Ведь скупые цифры в характеристиках мало чего скажут. Чтобы не ошибиться при выборе, лучше разобраться в данном вопросе заранее.

Устройство и принцип работы

В автономных электростанциях, как и в автомобилях, устанавливаются двигатели внутреннего сгорания. За счет сжигания топлива вырабатывается энергия, которая преобразуется в механическую и приводит в действие генератор, который вырабатывает электрический ток. В разных типах двигателей процесс работы происходит по-своему. В связи с этим различают:

  • Двухтактный – в таком двигателе рабочий цикл происходит за два такта. То есть, при совершении одного оборота коленвала за первый такт осуществляется выпуск топливной смеси и ее сжатие в цилиндре, за второй такт происходит воспламенение сжатой смеси, в результате чего повышается давление и температура. Расширение газов приводит в движение поршень, затем происходит выпуск отработанных газов и продувка. Преимуществом двухтактного двигателя является компактность, так как отсутствует система клапанов и распределительного вала. Для работы приходится подготавливать топливную смесь из масла и бензина в строгих пропорциях.
  • Четырехтактный – основные рабочие процессы происходят за 4 такта: сначала осуществляется выпуск топливной смеси, затем ее сжатие (и повышение температуры), после этого – сгорание и расширение (воздушная смесь поджигается и расширяется, толкая поршень), четвертым тактом является выпуск отработанных газов, выталкиваемых движущимся поршнем. В отличие от двухтактного, в четырехтактном двигателе не такая сложная выхлопная система, а при сгорании топлива получается более чистый выхлоп.

Так как двухтактные двигатели очень компактны, их устанавливают в бензогенераторах невысокой мощности (до 1 кВт), что позволяет сделать устройства малогабаритными и легкими. Для более мощных установок используются четырехтактные двигатели, которые гораздо проще в эксплуатации: не требуется предварительного приготовления масляно-топливной смеси. К тому же, обеспечивается более тихая работа и экономичный расход топлива.

Важно знать! При выборе генератора Вы можете столкнуться с такой аббревиатурой в названии двигателя как «OHV». В переводе с английского overhead-valve, она означает «верхний клапан». Такое расположение клапанов характерно для четырехтактных двигателей. Это способствует меньшему расходу топлива и масла. Гораздо реже встречается маркировка «ОНС» (верхнее расположение распределительного вала). Эта новинка, позаимствованная из автомобилестроения, применяется в двигателях Robin Subaru. Такая система отличается пониженным износом деталей, более экономичным расходом топлива и увеличенной производительностью.

Кроме конструктивных отличий, необходимо учесть еще и вид используемого топлива. Одни генераторы оснащаются бензиновыми двигателями, другие – дизельными. В данном случае выбор нужно делать не только из-за цен на топливо, но и из предполагаемых условий эксплуатации.

Отличия бензинового и дизельного двигателей

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания приводятся в действие от воспламенения топливно-воздушной смеси при возникновении искры. А в дизельных воспламенение происходит от сжатия, степень которого может составлять от 14:1 до 24:1, и в течение рабочего цикла топливо в цилиндре сгорает практически полностью, передавая энергию для движения поршня. Дизельные двигатели менее чувствительны к детонации, по сравнению с бензиновыми, и отличаются более экономичным потреблением топлива. Но они имеют и высокую стоимость, и, следовательно, генераторы с дизельными двигателями стоят дороже, чем бензиновые аналоги. Их применение будет целесообразным, если необходимо обеспечить круглосуточное электроснабжение здания или подавать электроэнергию к технике в течение рабочей смены.

Дизельные двигатели большой мощности (свыше 10 кВт) имеют систему жидкостного охлаждения, которая предотвращает перегрев и исключает остановку при интенсивных нагрузках. Стационарные электростанции с такими системами могут работать непрерывно в течение нескольких месяцев!

Если же Вы планируете использовать генератор не так часто, например, во время загородных поездок, на даче или в гараже, а также в качестве резервного источника электропитания во время нечастых отключений электроэнергии, подойдет модель, оснащенная бензиновым двигателем. Одним из главных его преимуществ является легкий запуск при минусовой температуре.
На эксплуатационные характеристики также влияет качество сборки и используемых деталей двигателя. Поэтому очень важно обратить внимание на фирму-производителя двигателя, которым оснащена электростанция.

Какие марки двигателей устанавливают в генераторах?

Одни производители используют двигатели собственного производства (Hyundai, FUBAG), другие закупают детали и осуществляют сборку на собственном предприятии и выпускают более дешевые аналоги фирменных двигателей, например Ranger. Но наибольшей популярностью пользуются электростанции, в которых установлены двигатели у всемирно известных производителей автомобилей. Доверие заслужили следующие марки: Honda, MITSUBISHI, Robin (Subaru), Briggs&Straton, Kohler, Yanmar Lamborgini. Такими двигателями оснащаются бензиновые и дизель-генераторы SDMO, Makita, Telwin, Hitachi, Wacker Neuson и многие другие. Причем, один производитель может использовать в разных сериях оборудования как свои, так и двигатели других фирм, в зависимости от класса установок.

Одним из лидирующих производителей дизельных двигателей является американская компания John Deere, которая имеет более чем 85-летний опыт работы в этой сфере. Ее заводы находятся в Европе, Северной и Латинской Америке. Двигатели этой марки устанавливаются во внедорожниках, сельскохозяйственной технике, компрессорах и генераторах – более 700 производителей доверяют John Deere. Такие двигатели рассчитаны на интенсивные нагрузки и непрерывную эксплуатацию в течение длительного времени. Они работают даже в неблагоприятных условиях, например, при некачественном топливе, и не требуют частого технического обслуживания. Чаще всего двигатели John Deere устанавливаются в стационарных электростанциях мощностью от 20 до 100 кВт (например, SDMO).

Преимущество фирменных двигателей в том, что заявленные характеристики соответствуют реальным. Важным показателем является степень сжатия (чем выше ее значение, тем больше топливная экономичность двигателя). К примеру, заявлена степень сжатия 8, в некачественном двигателе она может быть не более 7,6. То же самое с температурой выхлопных газов и температурой масла, эти значения не должны превышать 450 и 115 градусов соответственно. Что за собой влечет нарушение этих норм? Во время эксплуатации при максимальной нагрузке через 10-15 минут двигатель начнет «задыхаться». К тому же, генератор может не выдержать пиковых нагрузок во время запуска мощного оборудования, например, насоса. Фирменные двигатели имеют достаточный запас мощности и не заглохнут при увеличении нагрузки потребителей.

Оригинальная продукция имеет моторесурс, превышающий более чем в 5 раз моторесурс двигателей-копий, следовательно, и поломки случаются гораздо реже. Но стоимость электростанций, оснащенных фирменными движками, на порядок выше китайских аналогов. Если оборудование необходимо Вам для ежедневного использования, то рациональнее будет не скупиться при его покупке, тем самым сэкономив на эксплуатации и обслуживании. В случае, когда генератор будет использоваться не интенсивно, например, в быту или на даче, можно выбрать более доступный по цене вариант.

Газовые генераторы.

А грегаты большой мощности используются для построения мощных электростанций. Для этой цели применяют сразу несколько агрегатов, которые работают на общую нагрузку параллельно (они должны быть особым образом синхронизированы). Это позволяет повысить равномерность нагрузки на оборудование, уменьшить стоимость резервной мощности, а также проводить ремонт или сервисное обслуживание без полной остановки станции.

Данное оборудование может работать на природном газе (магистральном) или на сжиженном нефтяном. Второй вариант используется в районах, которые не имеют газопровода, однако возможно организовать, чтобы агрегат автоматически выбирал вид топлива (магистральный или сжиженный нефтяной).

Г азовые генераторы отвечают всем современным экологическим требованиям. Благодаря системе электронного управления, которой оснащен двигатель, происходит сжигание обедненной до нужного уровня смеси воздуха и топлива, что позволяет значительно снизить в выхлопных газах количество соединений азота и угарного газа.

Модель GG 7200-NB

Система отключения двигателя при недостаточном давлении масла

Газовый двигатель 13 л.с., созданный по технологии Honda-OHV с верхним расположением клапанов
Глушитель с повышенной производительностью
Система смесеобразования с цифровым управлением
Более высокая выходная мощность по сравнению с аналогами
Температурный режим эксплуатации от -30 до +40 градусов
Действительно надежный и легкий запуск в любое время года
Ручное и автоматическое регулирования количества смеси
Автоматическая адаптация к любому давлению газа
Звуковой сигнал о необходимости проведения технического обслуживания
Надежный запуск и работа при низком давлении газовой магистрали
Автоматическая регулировка частоты (для приборов чувствительных к частоте тока, при использовании совместно со стабилизаторами напряжения дает хорошее качество тока)
Недорогая модель для использования в загородных домах, предприятиях и т.д.

Частота 50Hz
Напряжение 220В
Номинальная выходная мощность (переменный ток) 5.0кВт
Максимальная выходная мощность (переменный ток) 5.5кВт
Выходная мощность (постоянный ток, 12 в) 8.3A
Расход топлива (сжиженный кг/ магистральный м3) в час при полной загрузке 1,5/1,6
Двигатель RIG13
Объем 389 см3
Запуск Электрический
Максимальная мощность(л.с./об. мин) 13.0/3000
Максимальное время работы без перерыва 18 часов
Уровень шума dB(A) 78
Размеры(мм) 697X525X562
Вес(кг) 80

Газовый генератор GG 3300

  • Система отключения двигателя при недостаточном давлении масла.
  • Газовый двигатель 6,5 л.с., созданный по технологии Honda-OHV с верхним расположением клапанов .
  • Глушитель с повышенной производительностью .
  • Система смесеобразования с цифровым управлением .
  • Более высокая выходная мощность по сравнению с аналогами .
  • Температурный режим эксплуатации от -30 до +40 градусов .
  • Действительно надежный и легкий запуск в любое время года .
  • Ручное и автоматическое регулирования количества смеси .
  • Автоматическая и ручная адаптация к любому давлению газа .
  • Звуковой сигнал о необходимости проведения технического обслуживания
  • Надежный запуск и работа при низком давлении газовой магистрали .
  • Автоматическая регулировка напряжения
  • Недорогая модель газового генератора для эксплуатации в загородных домах, предприятиях и т.д.
Частота 50Hz
Напряжение 220В
Номинальная выходная мощность (переменный ток) 3.0кВт
Максимальная выходная мощность (переменный ток) 3.5кВт
Выходная мощность (постоянный ток, 12 в) 8.3A
Расход топлива (сжиженный кг/ магистральный м3) в час при полной загрузке 1,05/1,1
Двигатель RIG 6-5
Объем 196 см3
Запуск Элручной
Максимальная мощность(л.с./об. мин) 6,5/3000
Максимальное время работы без перерыва 6 часов
Уровень шума dB(A) 62
Размеры(мм) 607X445X522
Вес(кг) 46,5

Преимущества газовых генераторов

Уехав на работу из дома, по приезду Вы можете обнаружить промерзший дом и лопнувшие батареи. И не потому, что генератор не надёжен, просто кончилось топливо в генераторе. Наши газовые генераторы в 5 кВт на 1 баллоне 50 литров проработают в 3 раза дольше — 20 — 40 часов (расход топлива 1,60 м. куб. в час). А с применением автоматики и инвертора с аккумуляторами (САП + МАП + АКБ) — возможна автономная работа от природного газа до нескольких суток.

В случае подключения к магистральному газу, вы практически полностью застрахованы от отключения электроэнергии в Вашем доме достаточно иметь только САП (система автоматического пуска).

1. Моторесурс Газовых генераторов на 25% выше чем у бензиновых и дизельных аналогов.
2. Газовый генератор CC5000-NG прост в обслуживании и установке, обладает высокой надежностью.
3. Стоимость 1кВт/часа:
Топливо сжиженный газ — 4 рубля 32 копейки, что в 2 раза дешевле дизельных и бензиновых аналогов
Топливо природный газ — 49 копеек, что в 17 раз дешевле дизельных и бензиновых аналогов
4. Приемлемый уровень шума (78 Дцб.). Не выше, чем у дизельных и бензиновых аналогичных генераторов.
CC5000-NG отвечает всем современным экологическим требованиям.
5. Генераторы адаптированы под низкое давление газа, используемое в РФ, и имеют сертификат соответствия РФ: №РОСС CN.АИ48/F00240 от 4 июля 2006 года.
6. Стоимость CC5000-NG сопоставима с аналогичными бензиновыми и дизельными генераторами.
7. На все генераторы предоставляется гарантия от производителя.

Достоинства и недостатки дизельгенераторов.

Специалистами давно сделан однозначный вывод: когда речь идет о системе резервирования для мощностей от 8 кВт, миниэлектростанциям на основе дизельного двигателя — нет равных. Особенно, если средства позволяют приобрести низкооборотистый (не 3000, а 1500 об/мин) дизель с водяным охлаждением. В случае мобильной эксплуатации (или при меньших мощностях потребления) все зависит от условий и требований — единого мнения тут уже не составить.
Цена дизеля обычно выше. Но зато топливо более дешёвое (солярка) и потребляется в меньших количествах.
Как «минус» стоит отметить и тот факт, что дизельный мотор, безусловно, более требователен к качеству обслуживания и культуре эксплуатации — разгильдяйства он не прощает. Если кончилось горючее — необходимо прокачать топливную магистраль; не перешли на зимние сорта к первым морозам — отогревайте мотор; залили низкосортное горючее или, не дай бог, бензин — раскошеливайтесь на дорогой ремонт.
Однако, несмотря на эти доводы, приверженцев у дизельных станций много, ведь у них есть серьёзные достоинства.
Прежде всего, отметим высокие ресурс и надежность. Правильно обслуживаемый агрегат способен длительное время обходиться без ремонта и запускаться без особых проблем «по первому требованию». Чем это обусловлено? Причин несколько.
Одна из основных — отсутствие системы зажигания: перепады температуры и влажности никак не влияют на вероятность успешного пуска. Собственно, даже при нормальных условиях работы свеча зажигания остается слабым местом бензинового двигателя и требует повышенного внимания. Все перечисленное чуждо дизелю. Еще одно очень важное достоинство — «дизтопливо» не взрывоопасно и в обычных условиях почти не горюче.
Однако серьёзным недостатком обычных дизелей (с воздушным охлаждением, 3000 об/мин), является весьма высокая шумность (в несколько раз больше чем у хорошего бензогенератора).

Улыбнитесь напоследок:

Журнал «Ребус», 1901 г.
Домашняя электрическая станция
Огромную пользу для домашнего электрического освещения составляет изобретение «домашней электрической станции». Станции представляются различной величины, начиная с самой маленькой и кончая грандиозной, могущей освещать целые дворцы (на нашем рисунке — домашняя электростанция средней силы, которую можно разместить в подвале дома). Маленькая станция питает 10 ламп накаливания, всего на 100 свечей, и изготовляется таким образом, что для ее установки не требуется звать специального рабочего, а ее легко установит любой плотник.
Крошечный керосиновый двигатель особой системы помещается в ящике, наглухо закрытом, и достаточно открыть маленький кран, чтобы станция начала действовать При таком способе электрическое освещение делается доступным для людей со средним достатком.

Компоненты привода Prius

www.hybrids.ru/GrahamPriusFiles/5-2.htm взято
На рисунке схематично показан привод Prius’а.

«
Схематично» означает, что показаны существенные особенности, но с деталями обошлись достаточно вольно. В частности, я чрезвычайно упростил способ, которым двигатель внутреннего сгорания (ДВС) приводит во вращение планетарный механизм в устройстве распределения мощности (PSD) и механизм по которому коронная шестерня связана с бесшумной цепной передачей и мотором/генератором 2 (MG2). Однако то, что вал ДВС (синий) проходит сквозь вал MG1 и солнечной шестерни (желтой), чтобы соединиться с водилом сателлитов с другой стороны PSD- это точно.

Следующие разделы содержат описания различных компонентов привода. Вы можете читать их, просто прокручивая текст вниз или нажимать на части диаграммы, чтобы просматривать описания компонентов в любом желательном порядке. Есть также абзац о том, что отсутствует в Prius’е, что присутствовало бы в обычном автомобиле.

Двигатель внутреннего сгорания

Prius имеет необычно маленький для автомобиля весом 1300 кг двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Это стало возможным из-за наличия электрических моторов и батареи, которые помогают ДВС, когда необходима большая мощность. На обычном автомобиле двигатель рассчитан на высокое ускорение и движение на крутой подъем, поэтому почти всегда работает с низкой эффективностью (к.п.д.). Максимальная эффективность обычно достигается примерно на половине пиковой выходной мощности двигателя. Маленький двигатель может работать ближе к этой максимальной эффективности, потому что необходимая для нормального движения мощность- бОльшая часть его пиковой мощности.

Возможность использования маленького двигателя в гибридном транспортном средстве называют «уменьшением двигателя».

В дополнение к «уменьшению» в двигателе Prius использовано много технических приемов для улучшения эффективности и расширения диапазона условий, при которых может быть достигнута высокая эффективность. Двигатель использует цикл Аткинсона, а не обычно используемый цикл Отто, который улучшает эффективность особенно в области малой мощности, уменьшая «насосные потери». Ограничение максимальной скорости вращения в 4500 оборотов в минуту позволяет использовать легкие детали, уменьшая потери на трение и инерцию.

Коленчатый вал смещен от осей цилиндров так, чтобы в течение рабочего хода сила от поршня была передана к коленчатому валу через прямой, а не наклоненный шатун. Клапаны имеют узкие стебли и низкую жесткость пружин для уменьшения энергии, затрачиваемой на управление клапанами.

Я посвятил целый раздел ДВС Prius’а.
Мотор/Генераторы

Prius имеет два электрических мотора/генератора. Они очень похожи по конструкции, но отличаются по размерам. Оба – трехфазные синхронные двигатели с постоянными магнитами. Название более сложно, чем сама конструкция. Ротор (часть, которая вращается) – представляет собой большой, мощный магнит и не имеет никаких электрических соединений. Статор (неподвижная часть, прикрепленная к корпусу автомобиля), содержит три набора обмоток. Когда ток проходит в некотором направлении через один комплект обмоток, ротор (магнит) взаимодействует с магнитным полем обмотки и устанавливается в некотором положении. Пропуская ток последовательно через каждый набор обмоток сначала в одном направлении, а затем в другом, можно перемещать ротор из одного положения к следующему и так заставить его вращаться. Конечно, это упрощенное объяснение, но показывает суть этого типа двигателя.

Если же ротор вращает внешняя сила, электрический ток течет в каждом наборе обмоток по очереди и может использоваться для заряда батареи или для питания другого двигателя. Таким образом, одно устройство может быть двигателем или генератором в зависимости от того, пропускается ли ток в обмотках, чтобы притягивать магниты ротора или ток выходит, когда некая внешняя сила вращает ротор. Это еще более упрощено, но послужит глубине объяснений.

Мотор/генератор 1 (MG1) связан с солнечной шестерней устройства распределения мощности (PSD) (желтый на рисунке). Он — меньший из двух и имеет максимальную мощность около 18 кВт. Обычно он делает запуск ДВС и регулирует обороты ДВС изменением производимого количества электроэнергии. Мотор/генератор 2 (MG2) связан с коронной шестерней планетарного механизма (устройства распределения мощности) и далее через редуктор на колеса. Поэтому он непосредственно приводит в движение автомобиль. Он- бОльший из двух моторов-генераторов и имеет максимальную мощность 33 кВт. MG2 иногда называют «тяговый мотор», и его обычная роль — приводить автомобиль в движение как двигатель или возвращать энергию торможения как генератор. Оба мотора/генератора охлаждаются водой. Я использую слово «обычно» потому, что в другом месте на этом сайте я утверждаю, что роли обоих моторов/генераторов нельзя так легко разделить. Но сейчас мы можем об этом забыть.
Инверторы

Поскольку моторы/генераторы работают от переменного трехфазного тока, а батарея, как и все батареи, производит постоянный ток, необходимо некое устройство, чтобы преобразовать один вид тока в другой. Каждый МГ имеет «инвертор», который выполняет эту функцию. Инвертор узнает положение ротора от датчика на валу MG и управляет током в обмотках мотора так, чтобы поддерживать вращение мотора на требуемой скорости и с необходимым вращающим моментом. Инвертор изменяет ток в обмотке, когда магнитный полюс ротора проходит мимо этой обмотки и переходит к следующей. Кроме того, инвертор подключает напряжение батареи на обмотки и затем выключает снова очень быстро, чтобы изменить среднее значение тока и следовательно крутящий момент. Используя «самоиндуктивность» моторных обмоток (свойство электрических катушек, которые сопротивляются изменению тока), инвертор может фактически пропустить бОльший ток через обмотку, чем поступает от батареи. Он работает только когда напряжение на обмотках меньше напряжения батареи, следовательно энергия сохраняется. Однако, поскольку значение тока через обмотку определяет крутящий момент, этот ток позволяет достигнуть очень большого крутящего момента на малых оборотах. Приблизительно до 7 миль в час (11 км/ч), MG2 способен создать крутящий момент 350 Н-м на редукторе. Именно поэтому автомобиль может начать движение с приемлемым ускорением без использования коробки передач, которая увеличивает крутящий момент ДВС.
Батарея

Батарея высокого напряжения Prius состоит из 228 элементов 1.2 вольт каждый с полным номинальным напряжением 273.6 вольт. Ячейки объединены в 38 модулей по 6 элементов в каждом и вся батарея установлена под задним сиденьем. Вы можете видеть, где она – в нише нижней части багажника. Максимальный ток батареи — 80 ампер при разряде и 50 ампер призаряде. Это замечательно, так как каждый элемент похож по размерам на обычную батарейку для фонарика размера D. Фактически, японская версия первоначально использовала более раннее поколение элементов-аккумуляторов, которые действительно были размера D. Номинальная емкость батареи — 6.5 ампер-часов, однако, электроника автомобиля позволяет использовать только 40 % этой емкости, чтобы продлить срок службы аккумулятора. Состояние заряда может изменяться только между 40 % и 80 % полного номинального заряда. Перемножив напряжение батареи и ее емкость, получим номинальный запас энергии — 6.4 МДж (мегаджоулей), а используемый запас- 2.56 МДж. Этой энергии достаточно, чтобы ускорить автомобиль, водителя и пассажира до 65 миль в час (без помощи ДВС) четыре раза. Или можно подняться на 600 футов в гору. Чтобы произвести такое количество энергии, ДВС потребовалось бы приблизительно 230 миллилитров бензина (немного меньше чем половина пинты). (Эти цифры приводятся только для того, чтобы вы представляли количество накопленной энергии в батарее. Автомобилем нельзя управлять без топлива, даже если стартовать с 80% полного номинального заряда с длинного спуска. Большую часть времени у вас есть приблизительно 1 МДж пригодной к употреблению энергии батареи.

Prius также имеет вспомогательную аккумуляторную батарею, которая не показана на рисунке. Это – 12- вольтовая, емкостью 28 ампер-часов кислотно-свинцовая батарея, которая живет в левой части багажника. Ее цель состоит в том, чтобы запитать электронику и дополнительные устройства, когда гибридная система выключена и главное реле батареи высокого напряжения выключено. Когда гибридная система работает, 12-вольтовым источником служит преобразователь постоянного тока, поступающего от системы высокого напряжения в постоянный ток 12 В. Он также подзаряжает вспомогательную батарею в случае необходимости.
Устройство распределения мощности

Крутящий момент и энергия ДВС и моторов/генераторов объединены и распределяются планетарным набором шестерен, названным Тойотой «устройство распределения мощности» (PSD). И хотя оно не ужасно сложно для производства, это устройство является весьма сложным, чтобы его понять и еще более мудреным, чтобы рассмотреть в полном контексте все режимы работы привода. Поэтому я посвящаю несколько других тем обсуждению устройство распределения мощности. Короче говоря, это позволяет Prius работать и в последовательно-, и в параллельно-гибридных режимах работы одновременно и получать некоторые из преимуществ каждого режима. ДВС может крутить колеса непосредственно (механически) через PSD. В то же самое время, переменное количество энергии может быть снято с ДВС и превращено в электричество. Оно может заряжать батарею или передаваться к одному из моторов/генераторов, чтобы помогать крутить колеса. Гибкость этого механического/электрического распределения энергии позволяет Prius улучшать показатели топливной экономичности и управлять выбросами во время движения, что невозможно при жесткой механической связи между ДВС и колесами, как в параллельном гибриде, но без потерь электрической энергии, как в последовательном гибриде.

Prius, как часто говорят, имеет CVT — бесступенчато-регулируемую трансмиссию или Постоянную переменную трансмиссию, это и есть устройство распределения мощности PSD. Однако обычная бесступенчато-регулируемая передача работает точно так же, как нормальная коробка передач за исключением того, что передаточное отношение может меняться непрерывно, а не в небольшом диапазоне шагов (первая передача, вторая передача и т.д.). Я объясню в другом разделе, почему устройство PSD Prius больше всего непохоже на обычную бесступенчато-регулируемую передачу.
Бесшумная цепь и редуктор

Использование цепной передачи довольно необычно, но все обычные автомобили имеют шестеренчатые редукторы между двигателем и осями. Их цель состоит в том, чтобы позволить двигателю вращаться быстрее, чем колеса и также увеличивать произведенный двигателем крутящий момент к большему крутящему моменту на колесах. Отношения, с которыми скорость вращения уменьшена и крутящий момент увеличены — обязательно то же самое (пренебрежем трением) из-за закона сохранения энергии. Отношение называют «полным передаточным числом». Полное передаточное число Prius 2001 года в США — 3.905. Оно получается так:
цепное колесо с 39 зубами на выходном валу PSD приводит в движение цепное колесо с 36 зубами на первом промежуточном валу через бесшумную цепь
Шестерня с 30 зубами на первом промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 44 зубами на втором промежуточном валу
Шестерня с 26 зубами на втором промежуточном валу связана и приводит в движение шестерню с 75 зубами на входе дифференциала
Значение выхода дифференциала к двум колесам — такое же, как вход дифференциала (они, фактически, идентичны кроме тех случаев, когда происходит движение в повороте),

Если мы выполним простую арифметику 36/39 * 44/30 * 75/26, мы получим (с точностью до четырех значащих цифр) полное передаточное число 3.905.

Мое предположение относительно того, почему используется цепной привод — то, что это позволяет избежать осевого усилия (сила, направленная вдоль оси вала), которая возникала бы при применении обычных косозубых шестерен, используемых в автомобильных трансмиссиях. Этого можно было бы также избежать при использовании прямозубых шестерен, но они производят шум. Осевое усилие не проблема на промежуточных валах и может быть уравновешено коническими роликовыми подшипниками. Однако, это не могло бы быть настолько легко с выходным валом PSD. Помните, это — только мое предположение и может быть полностью неправильным.
Дифференциал, Оси и Колеса

Нет ничего очень необычного в дифференциале, осях и колесах Prius. Как в обычном автомобиле, дифференциал позволяет внутренним и внешним колесам вращаться с разными скоростями, когда автомобиль поворачивает. Оси передают крутящий момент от дифференциала до ступицы колеса и включают сочленение, позволяющее колесам перемещаться вверх и вниз вслед за подвеской. Колеса — легкий алюминиевый сплав и оснащены шинами высокого давления с низким сопротивлением качения. Шины имеют катящийся радиус приблизительно 11.1 дюймов, что означает, что на каждый оборот колеса автомобиль перемещается на 69 ¾ дюймов (1,77 м).
Что Отсутствует

Привод Prius может выглядеть усложненным, но мы должны принять во внимание, что обычный автомобиль нуждается в том, без чего обошелся проект Prius.

Это:
нет никакой ступенчатой коробки передач, ни ручной, ни автоматической — Prius не использует ступенчатые передачи
нет никакого сцепления или трансформатора — колеса всегда твердо связаны с ДВС и моторами/генераторами
нет никакого стартера — запуск ДВС производится с помощью моторов/генераторов через шестерни в устройстве распределения мощности
нет никакого генератора переменного тока — электроэнергия производится моторами/генераторами при необходимости
Так, сложность Prius фактически ненамного больше, чем у обычного автомобиля. Кроме того, новые и незнакомые части, такие, как моторы/генераторы и PSD, вероятно, будут иметь более высокую надежность и более длинный срок службы чем некоторые из частей, которые были устранены из конструкции.

Стартер и генератор — как понять, что оборудование выходит из строя

Не всегда на поломку силового агрегата в автомобиле может указать только появление течей или потеря тяги. Нередки ситуации, когда один день мотор работает прекрасно, а на следующий отказывается даже заводиться. Как правило, главная причина такой неисправности — поломка стартера или генератора. Автовладелец может следить за этим оборудованием и контролировать срок выхода из строя. Рассмотрим, как вовремя определить, что стартеру или генератору приходит конец.

Если же рассматривать здоровье генератора, признаки его выхода из строя тоже многим могут быть известны. На это может указывать сбой в работе оптики

Кто разбирается в конструкции транспортных средств, может знать, что стартер активно функционирует очень редко. Но именно этот элемент принимает на себя приличную нагрузку. Его электромотору приходится крутить вал двигателя транспортного средства. Он должен делать это исправно и в любых условиях — в сильный мороз, когда моторное масло становится вязким, и в случае износа комплектующих двигателя. В таких условиях стартеру приходится особенно трудно, что отрицательно сказывается на сроке его службы.

Генератор — элемент, который работает без перерыва, пока крутится коленчатый вал мотора. В это время он занимается выработкой электроэнергии. Ресурс генератора тратится почти мгновенно. Оба агрегата имеют общую электрическую “природу”. Во всем остальном они почти ничем не совпадают, кроме того факта, что их износ становится заметен уже через 5 лет эксплуатации транспортного средства. Специалисты компании Bosch предлагают собственную рекомендацию — если автомобиль эксплуатируется не слишком интенсивно, то к состоянию стартера и генератора нужно начать прислушиваться при пробеге 120 000 км.

Но в каких случаях можно понять, что стартер уже точно вышел из строя? Указывать на это могут некоторые симптомы. К примеру, если во время поворота ключа в замке зажигания автомобиль никак не реагирует. Может быть и так, что стартер срабатывает, но не с первой попытки. Еще один вариант — слышен звук вращающегося стартера, а двигатель не хочет запускаться. Третий признак поломки — после запуска мотора стартер продолжает крутиться.

Нельзя исключать и те случаи, когда во время движения автомобиля стартер издает странные звуки, похожие на скрежет. Иногда указанные выше симптомы могут говорить о проблемах с проводкой или аккумулятором. Но если автовладелец уверен в исправности этих систем, остается думать только на стартер.

Если же рассматривать здоровье генератора, признаки его выхода из строя тоже многим могут быть известны. На это могут указывать сбои в работе оптики — свет становится более тусклым. О неполадках в генераторе может сказать и лампа на приборной панели, сигнализирующая о заряде аккумулятора. Если автомобиль перестал заводиться с первого раза, это тоже может быть связано с генератором. Именно из-за поломки этого элемента аккумулятор автомобиля остается без заряда, а значит ему не хватает ресурса для уверенного пуска мотора.

Некоторые дефекты можно починить. Главное в этом деле — не заниматься самолечением, а обратиться к специалисту

Иногда плохая работа генератора может быть связана с его неправильным положением или ременным приводом. Но если с этим элементом все нормально, а автовладелец уверен в исправности АКБ, можно отправляться в сервис для диагностики проблемы.

Многие автомобилисты при обнаружении такой проблемы бьют панику и думают, что теперь им придется потратиться на новые элементы. Однако, не все проблемы данных агрегатов выдвигают приговор на замену. Некоторые дефекты можно починить. Главное в этом деле — не заниматься самолечением, а обратиться к специалисту.

Итог. Генератор и стартер в автомобиле оба связаны с электричеством и оба выходят из строя через 5 лет службы. Есть несколько признаков, которые указывают на износ этих элементов и на необходимость проведения ремонта.