История развития электрических машин реферат
Обновлено: 05.07.2024
СОСТАВИТЕЛИ: К.К.Жумагулов., Р.М. Шидерова. Электромеханика и электротехническое оборудование (Электромеханика).
Конспект лекций для студентов всех форм обучения специальности 050718 – Электроэнергетика. – Алматы: АИЭС, 2007. - 74 с.
Конспект лекций по курсу “Электромеханика и электротехническое оборудование” разработан в соответствии с учебной программой и рассчитан на 17 часов для бакалавров специальности 050718 – Электроэнергетика.
Рассмотрены история развития электромашиностроения, устройства, принцип действия, основные характеристики электрических машин, математическое описание процессов преобразования энергии. Обобщенный электромеханический преобразователь, режимы и управление процессами электромеханического преобразования энергии.
Конспект лекций предназначен для бакалавров дневной и заочной форм обучения специальностей электроэнергетического направления.
Содержание
1 Лекция №1. История развития электрических машин…………..…. 4
2 Лекция №2. Электромеханическое и электрическое преобразование энергии в электрических машинах………………………………………. 7
3 Лекция №3. Электрические машины как основа электроэнергетики ……………………….……………………………………………………. 10
4 Лекция №4. Математическое описание процессов преобразования энергии ……………………………………………………………………. 17
5 Лекция №5. Обобщенный электромеханический преобразователь.…22
6 Лекция №6. Трансформаторы. Назначение, принцип действия и устройство …………………………………………………………………. 23
7 Лекция №7. Векторная диаграмма трансформатора при холостом ходе ………………………………………………………………………………. 27
8 Лекция № 8. Режим короткого замыкания……………. ……………. 30
9 Лекция №9. Электромеханические свойства машин постоянного и переменного тока. Режимы преобразования энергии…………………. 34
10 Лекция №10. Электродвижущие силы в обмотках машин переменного тока . 38
11 Лекция №11. Электромеханические свойства машин переменного тока. Основные типы машин переменного тока и их устройство……. 43
12 Лекция №12. Пуск в ход асинхронных двигателей………………….46
13 Лекция №13. Регулирование скорости вращения асинхронных двигателей…………………………………………………………………..50
14 Лекция №14. Синхронные двигатели . 56
15 Лекция №15. Генераторы постоянного тока . 59
16 Лекция №16. Двигатели постоянного тока. Способы пуска, характеристики двигателей . 63
17 Лекция № 17. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока…………………………………………………….…..…68
Лекция №1. История развития электрических машин
Цель лекции:
-ознакомить студентов: сосновными законами физики и электротехники;
- работами ученых-электромехаников..
Содержание лекции:
- основные законы физики и электротехники;
- общие сведения о работах ученных-электромеханиках.
Чтобы глубоко разобраться в закономерностях развития любой отрасли знания, необходимо знать ее историю. История развития электрических машин весьма поучительна и заслуживает внимания.
Принято считать, что история электрических машин начинается с создания М. Фарадеем в 1821г. электрического двигателя, который представлял собой постоянный магнит 1, вокруг которого вращался проводник с током 2 (см. рисунок 1.1). Скользящий контакт обеспечивался ртутью, налитой в чашу 3, и верхней опорой 4. В двигателе Фарадея при постоянном токе в проводнике и постоянном магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом, осуществлялось преобразование электрической энергии в механическую.
Открытие Фарадея не было случайным, оно было подготовлено работами многих физиков. В 1799 г. итальянский ученый А. Вольта создал электрохимический генератор - вольтов столб, который состоял из цинковых и медных дисков, разделенных прокладками, смоченными кислотой.
В 1820 г. французскими учеными Ж. Био и Ф. Саваром был сформулирован закон действия тока на магнит. В том же году Г. Эрстед опубликовал работу, в которой описывалось отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока, а Ф. Араго предложил соленоид. В 1821 г, X. Дэви обнаружил влияние на проводимость температуры и материала проводника. Результаты исследований Г. Ома (закон Ома) были опубликованы в 1827 г.
Рисунок 1.1 - Двигатель М. Фарадея.
В 1824г. Ф. Араго обнаружил, что при вращении медного диска над магнитной стрелкой стрелка увлекается в сторону вращения диска. Это явление получило объяснение только после открытия закона электромагнитной индукции.
В первой группе опытов Фарадей наблюдал появление индуктированного тока во вторичной катушке w2 при коммутации первичной катушки w1или при взаимном перемещении первичной и вторичной цепей. При этом в некоторых опытах для усиления явления он использовал стальные сердечники (см. рисунок 1.2,а). Следует отметить, что эта установка имела все признаки трансформатора.
Рисунок 1.2 - Установки, на которых М. Фарадей изучал явления электромагнитной индукции
Во второй группе опытов индуктированный ток возникал при относительных перемещениях магнита и катушки или при замыкании и размыкании магнитной цепи. Фарадей показал, что на основании этих наблюдений можно построить электромеханический генератор, который состоял бы из магнита и полюсных наконечников, между которыми вращался бы медный диск (см. рисунок 1.2,б). Если наложить одну щетку на периферию диска, а другую — на ось и в цепь щеток включить гальванометр, то последний при вращении диска фиксирует электрический ток.
В 1832г. Э. Ленц сформулировал закон о направлении индуктированного тока, а также принцип обратимости электрических машин. В 1838г. Э.Ленц экспериментально показал возможность работы машины постоянного тока в генераторном и двигательном режимах.
Системы однофазного переменного тока хотя и позволяли передавать энергию на большие расстояния, не решали проблемы применения переменного тока в промышленности. Однофазные двигатели переменного тока не имели пускового момента, имели низкие энергетические показатели и не годились для применения в электроприводах.
В 1889г. выдающийся русский электротехник М.О. Доливо-Добровольский предложил трехфазную систему переменных токов и в том же году построил первый трехфазный асинхронный двигатель и трансформатор.
Трехфазный трансформатор был построен сначала с радиальным расположением обмоток, а в 1891г. М. О. Доливо-Добровольский получил патент на трехфазный трансформатор с параллельными стержнями, расположенными в одной плоскости. Такая конструкция тpaнcформатора применяется и в настоящее время.
В 1899г. паровая турбина была впервые соединена с турбогенератором мощностью 1 МВт. Началось внедрение электричества во все отрасли промышленности. Стали строиться мощные электрические станции, крупные синхронные и асинхронные машины и трансформаторы. Впоследствии отдельные станции объединились в энергосистемы, мощности которых достигли сотен миллионов киловатт. В ХХ в. наряду с другими отраслями промышленности бурно развивалась электротехническая промышленность.
Мощности машин возросли в 100 и 1000 раз, расход материалов на единицу мощности был уменьшен в 10—100 раз. Были созданы, для различных областей техники, уникальные электрические машины не только как силовые преобразователи, но и как индикаторные устройства для точнейших навигационных и других систем автоматики.
Начав свою историю с машин, в которых электромеханическое преобразование энергии осуществлялось в электрическом поле, в XIX-XX вв. электромеханика достигла поразительных успехов благодаря индуктивным электрическим машинам, в которых преобразование энергии осуществляется магнитным полем. За это время в области емкостных машин были лишь отдельные удачные технические решения. В 1870 г. Уимшерст создал машину трения, которая демонстрируется в школах на курсах физики.
К 30-м годам трудами многих ученых, и в первую очередь Э. Арнольда, А. Блонделя, М, Видмара, Л. Дрейфуса, К. А. Круга. В. С. Кулебакина, Р. Рихтера, К. И. Шенфера и др., была создана классическая теория установившихся режимов электрических машин. К этому времени были написаны классические учебники по всем разделам электрических машин, в которых излагалась теория установившихся режимов электрических машин.
В последние десятилетия вычислительные машины позволили решать сложные системы дифференциальных уравнений, описывающие переходные и установившиеся режимы электрических машин с учетом нелинейностей, несинусоидальности питающего напряжения, многих контуров на статоре и роторе и других факторов, которые ранее при анализе процессов преобразования энергии не учитывались.
Трудами многих ученых — Б. Адкинса, Г. Вудсона, А.А. Горева, Л.Н. Грузова, Е.Я. Казовского, И. Ковача, Г.Н. Петрова, И. Раца, И.И. Трещева, Д. Уайта и др. — теория переходных процессов электрических машин продвинулась далеко вперед.
История развития электрических машин продолжается сегодня в многотысячных производственных, научных и учебных коллективах электромехаников, возглавляемых И.А. Глебовым, И.М. Постниковым, В.В. Романовым, Н.С. Сиуновым, Г.А. Сипайловым, В.А. Яковенко и многими другими учеными.
Возможность преобразования электрической энергии в механическую была впервые установлена М. Фарадеем, создавшим в 1821 году первую модель электрического двигателя, в которой электрический ток, протекая по медному проводу, вызывал его движение вокруг вертикально поставленного постоянного магнита. Однако дальнейшие работы по созданию электродвигателя в течение более чем десятилетнего периода не приносили удовлетворительных результатов. Лишь в 1834 году русским академиком Б. С. Якоби была создана конструкция, послужившая прототипом современного электродвигателя.
Возможность создания электрического генератора возникла только после открытия М. Фарадеем в 1831 году закона электромагнитной индукции. Используя это открытие, братья Пикси в 1832 году создали конструкцию первого электрического генератора с вращающимися постоянными магнитами и с коммутатором для выпрямления тока.
Первое время развитие электродвигателей и генераторов шло независимо друг от друга.
В 1833 году Ленцем был сформулирован принцип обратимости электрических машин, а в 1838 году этот принцип был практически осуществлен.
Дальнейшим этапом развития генераторов явилась замена постоянных магнитов электромагнитами.
Начальный период развития электрических машин связан главным образом с постоянным током. Объясняется это тем, что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе (дуговые лампы, установки гальванопластики и т.п.). Применение электрического освещения в крупных городах потребовало повышения мощности электрических генераторов и их дальнейшего усовершенствования.
В 1867 году В. Сименс применил принцип самовозбуждения для генераторов последовательного возбуждения. В этом же году Д. Максвелл впервые дал математическую теорию электрической машины с самовозбуждением, заложив основы теории электрических машин.
Развитие электрических железных дорог значительно увеличило спрос на электродвигатели и генераторы, что способствовало их дальнейшему совершенствованию.
В 80-х годах 19 века возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882 году были проведены опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе при повышенном напряжении. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшило работу коллектора, что часто приводило к авариям. Все это усиливало интерес электротехников того времени к переменному току.
Большая заслуга в развитии переменного тока принадлежит русскому ученому П. Н. Яблочкову, который широко использовал переменный ток для питания изобретенных им электрических свечей. В 1876 году П. Н. Яблочков применил для питания этих свечей трансформаторы с незамкнутым сердечником, положив тем самым начало практическому использованию трансформаторов.
Трансформаторы с замкнутым сердечником, подобные современным трансформаторам, появились позднее, в 1884 году.
Началом практического применения переменного тока для целей электропривода следует считать 1889 год, когда выдающийся русский инженер М. О. Доливо-Добровольский предложил для практического применения трехфазную систему переменного тока и построил трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный трансформатор.
Первая линия электропередачи трехфазного переменного тока протяженностью 175 км при напряжении 15 тысяч вольт с применением трехфазных трансформаторов была сооружена Доливо-Добровольским в 1891 году. Результаты испытаний этой линии подтвердили возможность применения системы трехфазного тока для передачи значительных количеств электроэнергии при сравнительно высоком КПД.
К началу 20 века были созданы все основные виды электрических машин и разработаны основы их теории. Начиная с этого времени быстрыми темпами происходит электрификация промышленности и транспорта.
В связи с этим растут мощности электростанций, создаются турбогенераторы – машины, непосредственно соединенные с паровой турбиной. Увеличивается мощность генераторов и трансформаторов. Если в 1900 году мощность генератора не превышала 5 тыс. ква, то к 1920 году были построены турбогенераторы мощностью 60 тыс. ква. Применение водородного охлаждения дало возможность строить турбогенераторы мощностью более 500 тыс. ква.
Источник информации : Кацман М. М. Электрические машины и трансформаторы. - М.: 1971, с. 9-11.
Начальный период развития электрических машин и её связь с постоянным током. Характеристика трансформатора питания энергетических свечей. Анализ коэффициента полезного действия электропередачи. Особенность изучения магнитных и тепловых процессов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.06.2014 |
| Размер файла | 14,6 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Студент группы 12-01
Электромашиностроение начало развиваться с середины XIX в. Исследования электромагнитных полей, проведенные в то время учеными, позволили приступить к созданию моделей для практического применения. Выдающееся значение имели работы французского физика А. Ампера, английского физика М. Фарадея и русских ученых Э. Ленца, Б. Якоби и М. О. Доливо-Добровольского, работы которых дали мощный толчок практическому использованию переменного тока.
К началу XX в. стали вполне очевидными достоинства и широкие возможности использования в народном хозяйстве электрической энергии. Были доказаны и практически реализованы такие замечательные свойства электрической энергии, как простота выработки, преобразование, трансформация, распределение и передача на большие расстояния.
Продолжительный период времени электрический генератор и электрический двигатель развивались независимо друг от друга, и только в 70-х годах XIX в. пути их развития объединились.
Электрическая машина постоянного тока прошла четыре этапа развития: 1 - магнитоэлектрические машины с постоянными магнитами; 2 - машины с электромагнитами с независимым возбуждением; 3 - электрические машины с самовозбуждением и элементарными якорями; 4 - электрические машины с усовершенствованными якорями и многополюсными системами.
Начальный период развития электрических машин связан, главным образом, с постоянным током. Объясняется это тем, что потребителями электрической энергии являлись установки, работающие исключительно на постоянном токе (дуговые лампы, установки гальванопластики и др.).
Развитие электрических железных дорог значительно увеличило спрос на электродвигатели и генераторы. В 80-х годах XIX столетия возникла необходимость передавать электроэнергию на расстояние. В 1882 г. были проведены первые опыты по передаче электроэнергии на постоянном токе. Однако высокое напряжение в генераторах постоянного тока ухудшало работу коллектора и часто приводило к авариям. Большая заслуга в развитии переменного тока принадлежит русскому ученому П. Н. Яблочкову, который в 1876 г. применил трансформатор для питания изобретенных им электрических свечей. Трансформатор П. Н. Яблочкова имел незамкнутый сердечник. электрический трансформатор ток питание
Трансформаторы с замкнутым магнитопроводом, применяемые в настоящее время, появились значительно позднее, в 1884 г. С изобретением трансформатора возник технический интерес к переменному току, который до этого времени не имел применения. Выдающийся русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский в 1889 г. предложил трехфазную систему переменного тока, построил первый трехфазный асинхронный двигатель и первый трехфазный трансформатор. На электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 г. М. О. Доливо-Добровольский демонстрировал опытную высоковольтную электропередачу переменного тока протяженностью 175 км (местечко Лауфен во Франкфурте-на-Майне). Трехфазный генератор имел мощность 230 кВА при напряжении 95 В. При помощи трехфазных трансформаторов напряжение генератора в Лауфене повышалось до 15 кВ и понижалось во Франкфурте-на-Майне до 65 В (фазного значения), при котором осуществлялось питание трехфазного асинхронного двигателя для насосной установки мощностью 75 кВт. При дальнейших опытах напряжение в линии электропередачи повышалось до 28 кВ посредством последовательного включения обмоток высшего напряжения двух трансформаторов. Коэффициент полезного действия (КПД) электропередачи составлял 77,4% и считался тогда высоким. В дальнейшем начали применять масляные трансформаторы, так как было установлено, что масло -- хороший изолятор и хорошая охлаждающая среда для трансформаторов.
XX столетие характеризуется быстрым ростом промышленности и транспорта на базе электрификации. К трансформаторам и электрическим машинам предъявлялись более высокие требования: повышение экономичности, уменьшение массы и габаритов. Проводилась большая работа по изучению электромагнитных и тепловых процессов, происходящих при работе трансформаторов и электрических машин, изысканию новых изоляционных материалов и улучшению свойств электротехнической стали.
В царской России не было своей трансформаторной и электромашиностроительной промышленности, а имевшиеся заводы принадлежали иностранным фирмам и по существу являлись мастерскими, где машины и трансформаторы собирались из частей, привозимых из-за границы. После Октябрьской революции открылась возможность для развития отечественного электромашино- и трансформаторостроения.
Осуществление плана ГОЭЛРО (1920 г.) требовало производства новых, более совершенных трансформаторов и электрических машин. Советская электропромышленность за короткий промежуток времени прошла путь, который зарубежная техника проходила в течение почти полувека. Быстро осваивая новые типы машин, электромашиностроительная промышленность СССР качественно и количественно достигла уже к концу второй пятилетки зарубежного уровня. По плану ГОЭЛРО предполагалось в течение 10-15 лег построить тридцать электростанций с суммарной мощностью 1700 МВт. План ГОЭЛРО был выполнен досрочно к 1 января 1931 г.
В период Великой Отечественной войны темпы развития энергетики и электрификации были заметно сокращены, некоторые электротехнические заводы были эвакуированы в восточные районы страны, а другие оказались в блокаде (Ленинград) или на оккупированной территории.
В послевоенный период началось быстрое восстановление и развитие районных электростанций и электротехнических заводов, была произведена модернизация и реконструкция старых заводов, построен целый ряд новых для массового производства серийных электрических машин и для крупного электромашиностроения. Соответственно, началось резкое повышение производства электроэнергии, которое, по сравнению с предвоенным 1940 г., к 1950 г. возросло в два раза, к 1960 г. - в шесть раз. В СССР строились самые мощные в мире электрические машины, основные показатели которых (КПД, масса, габариты и др.) не уступали лучшим образцам иностранных фирм.
Подобные документы
Повышение мощности крупных электрических машин. Увеличение коэффициента полезного действия. Повышение уровня надежности. Модернизация узла токосъема (контактных колец-щеток), экскаваторного электропривода для тяжелых электрических карьерных экскаваторов.
курсовая работа [247,7 K], добавлен 30.01.2016
Виды и характеристика испытаний электрических машин и трансформаторов. Регулировка контакторов и магнитных пускателей, реле и командоаппаратов. Испытания трансформаторов после капитального ремонта. Выдача заключения о пригодности к эксплуатации.
реферат [29,3 K], добавлен 24.12.2013
Предмет и структура физики. Роль тепловых машин в жизни человека. Основные этапы истории развития физики. Связь современной физики с техникой и другими естественными науками. Основные части теплового двигателя и расчет коэффициента его полезного действия.
реферат [751,3 K], добавлен 14.01.2010
Выбор электродвигателей и силового трансформатора. Основные технические характеристики. Определение структуры ЭРЦ по ремонту электрических машин. Составление графика ППР. Правила техники безопасности при ремонтах электрооборудования насосной станции.
курсовая работа [528,0 K], добавлен 07.08.2013
Анализ основных положений теории электрических цепей, основ промышленной электроники и электрических измерений. Описание устройства и рабочих свойств трансформаторов, электрических машин постоянного и переменного тока. Электрическая энергия и мощность.
курс лекций [1,5 M], добавлен 12.11.2010
Назначение, виды и монтаж устройств защитного заземления. Ремонт обмоток электрических машин, бандажирование и балансировка роторов и якорей. Сборка и испытание электрических машин. Методы оценки увлажненности и сушки изоляции обмоток трансформатора.
контрольная работа [623,8 K], добавлен 17.03.2015
Проектирование силового трансформатора ТМ-10000/35. Выбор изоляционных расстояний. Расчет размеров трансформатора, электрических величин, обмоток, параметров короткого замыкания, магнитной системы, коэффициента полезного действия при номинальной нагрузке.
История развития электрических машин. Назначение электрических машин. Основные законы физики и электротехники в применении к теории электрических машин.
История развития электрических машин. История развития электрических машин насчитывает более 100 лет. Ее начало можно отнести к 1831 году, когда М. Фарадей открыл закон электромагнитной индукции.
В 1833 году русский ученый Э.Х. Ленц обобщил закон Фарадея, сформулировав его в виде известного в физике правила Ленца. Он открыл принцип обратимости преобразования электрической энергии в механическую, объяснил явление реакции якоря, заложив таким образом основы теории электрических машин.
Русский ученый Б.С. Якоби в 1834 году изобрел первый в мире двигатель постоянного тока с вращающимся якорем, а в 1838 г. построил электродвигатель мощностью 0.75 л.с. и применил в качестве лодочного мотора. Якоби изобрел также коллектор для выпрямления тока, открыл появление обратной ЭДС при вращении двигателя.
В 1876 г. русский изобретатель П.Н. Яблочков создал однофазный трансформатор с разомкнутым стальным сердечником, использовав его для питания изобретенных им дуговых свечей переменного тока. По сути он является изобретателем первого в мире трансформатора и основоположником применения переменного тока в практической электротехнике.
Назначение электрических машин. Современная электроэнергетическая система предполагает:
1. Производство электроэнергии на центральных электрических станциях.
2. Передачу электроэнергии к месту потребления по линиям электропередачи.
3. Распределение и преобразование электроэнергии.
4. Потребление электроэнергии.
Для производства электроэнергии на электростанциях устанавливаются агрегаты, состоящие их первичного двигателя с целью получения механической энергии и приводимой им во вращение электрической машины, в которой происходит преобразование механической энергии в электрическую. Такие электрические машины называются генераторами.
В настоящее время электроэнергия производится на центральных электростанциях в форме 3-х фазного переменного тока промышленной частоты 50 Гц. Напряжение генераторов обычно не превосходит 15 кВ. Чтобы повысить напряжение между генератором и линией электропередачи устанавливаются электромагнитные статические аппараты – трансформаторы. В этом случае они являются повышающими и по мощности должны соответствовать мощности установленных на станциях генераторов. В линиях электропередачи напряжение составляет 10, 35, 110, 220, 750 кВ.
Последним этапом электроэнергетического процесса является потребление электроэнергии различными приемниками, из которых наибольшее значение имеет электродвигатель, т.е. машина, преобразующая электрическую энергию в механическую. Соединение электродвигателя с исполнительным механизмом (станком, насосом и т.п.) называется электроприводом.
Основные законы электротехники в применении к теории электрических машин. Сущность физического явления электромагнитной индукции, использование которого положено в основу принципа действия самых различных электрических машин и аппаратов, заключается в том, что в проводнике (контуре), перемещающемся в магнитном поле и пересекающем его силовые линии, индуктируется электродвижущая сила — э. д. с. (рис. 1).
Рис. 1. Наведение э.д.с. в проводнике
Согласно закону электромагнитной индукции, мгновенное значение э. д. с, наведенной в проводнике, когда тот движется в плоскости, перпендикулярной направлению магнитных силовых линий, определяется выражением:
где е — мгновенное значение э. д. с, В; В — магнитная индукция, Тл; l— длина активной части проводника, т. е. той его части, которая пересекает силовые линии магнитного поля, м; v — скорость перемещения проводника относительно магнитного поля, м/с.
В соответствии с другой формулировкой закона электромагнитной индукции наведенная в контуре э. д. с. пропорциональна скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего контур:
Направление э. д. с. в проводнике определяют по правилу правой руки:
если ладонь правой руки расположить в магнитном поле так, чтобы силовые линии поля были направлены в ладонь, а большой палец, отогнутый в плоскости ладони на 90 0 , показывал направление движения проводника, то остальные пальцы, вытянутые в плоскости ладони, покажут направление индуктированной в проводе э.д.с.
Направление э. д. с. и тока в проводе от нас, т. е. за плоскость чертежа,принято обозначать в сечении провода крестиком (+), а к нам — точкой (•) (рис.2).
Рис. 2. Усл. обозначения Рис. 3. Правило буравчика
Направление магнитных силовых линий вокруг провода с током определяют по правилу буравчика: если буравчик как бы ввинчивать в проводник, следуя за током, то направление вращения буравчика совпадет с направлением магнитных силовых линий поля, созданного током (рис.3).
При помещении проводника с током в магнитное поле постоянного магнита на проводник действует сила Ампера. Если ток в проводе идет от нас (рис. 4), то, по правилу буравчика, магнитные силовые линии вокруг проводника направлены по часовой стрелке. В результате сложения магнитных полей полюсов и проводника усилится магнитное поле справа от проводника и ослабится слева от него. К проводнику будет приложена сила, выталкивающая его в сторону ослабленного магнитного поля.
В реферате изложено создание и развитие электромобилей. Раскрыты перспективы и планы автопроизводителей. Даны сравнительные характеристики ДВС и электромобилей.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| реферат"Будущее за электромобилями" | 811.93 КБ |
Предварительный просмотр:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
на тему: „Будущее за электромобилями“.
Выполнил: студент группы Э-31:
Создание и развитие электромобиля
Качественные характеристики электромобилей к рубежу веков тоже были весьма впечатляющими. Скорости росли очень быстрыми темпами и довольно скоро достигли высоких показателей. В течение XIX столетия электромобиль установил несколько рекордов. Особенно заметным стал рывок в последнее десятилетие века. В 1895 году была достигнута скорость 63,15 км/ч. Рекорды следовали друг за другом. Всё новые и новые достижения фиксировались практически ежегодно. В 1899 году электромобиль сумел преодолеть рубеж 100 км/ч. На тот момент это было действительно выдающимся достижением. Произошло это знаменательное событие во французском городе Ашер, неподалёку от Парижа. Электромобиль-рекордсмен под названием La Jamais Contente был создан бельгийцем Камилем Женатци. Машина имела обтекаемый корпус из сплава алюминия и вольфрама. Внешним видом она напоминала торпеду, установленную на шасси. Кузов электромобиля был открытым. Он оснащался двумя электродвигателями и имел массу около 1 тонны. Конструктор сам управлял своим детищем. Электромобиль достиг скорости 105, 88 км/ч.
Гоночный электромобиль La Jamais Contente, 1899 г.
Заметный след в истории электромобиля оставил американский конструктор Эндрю Лоуренс Райкер. Он был первым председателем SAE – Ассоциации автомобильных инженеров. Райкер основал собственную компанию и в конце XIX – начале XX столетия разработал несколько моделей городских легковых и грузовых электромобилей. Им была сконструирована оригинальная карета скорой помощи, оборудованная электроприводом.
В XX столетии машина с электродвигателем постепенно уступила свои позиции традиционному автомобилю. Причиной стали серьёзные минусы, главным из которых была недостаточно большая ёмкость аккумуляторов. Из-за этого запас хода был не слишком велик. Производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания постоянно расширялось и обходилось всё дешевле. В связи с этим они получали всё большее распространение.
Впрочем, в первые десятилетия XX века ситуация ещё не была столь однозначной. На улицах крупнейших городов можно было увидеть как машины с двигателями внутреннего сгорания, так и электромобили. Неоспоримые преимущества последних при эксплуатации в городских условиях были оценены по достоинству. В Нью-Йорке, например, в 1910-х годах работали до 70 тысяч такси на электрической тяге.
Однако, процент электромобилей среди транспортных средств медленно, но верно снижался. Если в самом начале века их доля составляла чуть менее половины, то в 1920-х годах она уменьшилась до 1%.
Электромобили Detroit Electric (1915-1916 г. выпуска)
Эксплуатационные характеристики выпускаемых моделей были весьма неплохими. Электромобиль Detroit Electric мог развивать скорость до 32 км/ч и преодолевал 130 км без подзарядки. Производство электромобилей продолжалось до 1942 года. В последние годы выпуск стал почти символическим, поскольку число заказов было очень невелико. Некоторые экземпляры хорошо сохранились до наших дней. Их можно увидеть в автомобильных музеях.
Так завершился первый период в истории электромобиля. Впрочем, развитие этого вида транспорта не прервалось. Многочисленные энтузиасты во многих странах продолжали создавать новые модели электромобилей
В начале XX столетия машины на электрической тяге не только не уступали автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, но и по многим параметрам превосходили их. Причём как в качественном, так и в количественном отношении. Доля электромобилей среди всех транспортных средств была велика. Однако после бума на рубеже XX- XIX столетий, выпуск электрических машин постоянно сокращался и в 1940-х годах практически прекратился.
Возрождение электрического транспорта произошло в конце 60-х годов. Причин для этого было несколько. Важными факторами стали экономика и экология. Цена нефти возрастала. В то же время уровень загрязнённости крупнейших городов достиг невиданных ранее показателей. Выхлопные газы автомобилей стали оказывать всё более серьёзное влияние на здоровье людей. В этот период начались активные поиски альтернативных видов топлива. Тут и вспомнили про, казалось бы, уже основательно забытые электромобили. Начался новый этап в развитии данного вида транспорта.
Впрочем, утверждение о том, что в 40-х – 60-х годах электромобилестроение полностью прекратилось, не вполне корректно. Попытки возрождения электрического транспорта предпринимались и в этот период. В частости, нельзя не упомянуть о такой машине, как Henney Kilowatt, которая стала значительным событием на рубеже 50-х – 60-х годов.
Эта модель была разработана в 1959 году. Её производством занималась National Union Electric Company. Оборудованный 36-вольтной системой Henney Kilowatt мог развивать максимальную скорость до 64 км/ч. Запас хода на одной зарядке составлял около 64 км. В 1960 году новые модели были оснащены уже 72-вольтной системой (двенадцать последовательно соединённых 6-вольных батарей). В результате максимальная скорость возросла до 97 км/ч, а пробег без подзарядки – до 97 км. В общей сложности за два года производства было выпущено около 100 электромобилей Henney Kilowatt. Несколько экземпляров сохранилось до наших дней.
В 60-х – 70-х годах прошлого века разработкой и производством электромобилей стали заниматься различные крупные и мелкие фирмы, главным образом, в Соединённых Штатах. В особенности стоит упомянуть две американские компании: Sebring – Vanguard и Elcar Corporation. В те годы они стали лидерами в электромобилестроении. Каждая из компаний произвела несколько тысяч оригинальных машин собственной разработки.
Sebring – Vanguard CitiCar
Elcar Corporation занималась производством одноимённых электромобилей. Elcar по своим эксплуатационным характеристикам не слишком сильно отличался от CitiCar. Этот электромобиль мог передвигаться с максимальной скоростью 72,5 км/ч. Расстояние, преодолеваемое на одной зарядке батареи, равнялось 95 км. Аналогичная машинка выпускалась также под маркой Zagato Zelle
Elcar (Zagato Zelle)
Ещё одним производителем электромобилей в этот период была компания Battronic. Выпускаемый этой фирмой электрический грузовик передвигался со скоростью 40,2 км/ч. На одной зарядке батареи он мог проехать почти 100 км. Помимо грузовых электромобилей в середине 70-х годов компания Battronic выпустила около 20 пассажирских автобусов на электрической тяге.
Зарядка электрических почтовых
фургонов, США, 70-е годы
Электромобили пользовались популярностью не только среди частных лиц. К услугам этого вида транспорта прибегали и государственные службы. Например, в 1975 году почтовая служба США закупила 350 электрических джипов у American Motor Company. Они использовались для доставки почтовой корреспонденции. Максимальная скорость этих джипов составляла 80,5 км/ч. Они могли преодолеть расстояние до 65 км.
В 70-х годах прошлого столетия произошло ещё одно важное событие, связанное с электромобилестроением и сохранением окружающей среды. Американский инженер Виктор Воук (Victor Wouk) разработал первый в мире автомобиль с гибридным приводом. Первым гибридом стал Buick Skylark, на который был установлен электродвигатель мощностью 20 кВт.
Первый в мире гибрид - Buick Skylark
К началу 1990-х годов экологические соображения стали играть всё возрастающую роль при разработке новых моделей автомобилей. В некоторых странах были приняты законы, направленные на ограничение вредных выбросов в атмосферу. Автопроизводители были вынуждены уделять большее внимание вопросам сохранения окружающей среды.
Разработкой электромобилей занимались не только крупные, но и относительно небольшие компании. Одним из заметных явлений в 90-х годах стала модель Tropica компании Renaissance Cars. Кстати, создал эту фирму Боб Бомонт, основатель уже упоминавшейся Sebring-Vanguard. Двухместный открытый спортивный электромобиль Tropica был способен развивать максимальную скорость 100 км/ч, при пробеге до 130 км на одной зарядке батарей.
Renaissance Tropica, 1995 г.
Особенно насыщенным периодом в истории электромобиля можно назвать 90-е годы прошлого века. В это время правительства многих стран стали активно ужесточать требования к выбросам транспорта и стимулировать внедрение новых, экологически чистых автомобилей, и прежде всего – электромобилей. Именно в этот период крупнейшие мировые автоконцерны всерьез занялись разработками экологически чистых автомобилей. В первую очередь, это касается таких гигантов, как Toyota, Honda, Ford и General Motors. В результате на рынке появилось достаточно большое количество моделей гибридных (т.е. оснащённых двигателем внутреннего сгорания и электромотором), а также полностью электрических автомобилей.
Например, Toyota в последнее десятилетие XX века захватила лидерство по производству гибридов. С 1997 года выпускается Prius, который получил в мире достаточно широкое распространение. Продажи этой модели в различных модификациях постоянно растут. Сейчас количество выпущенных машин достигло нескольких сотен тысяч экземпляров.
Для выполнения этого закона автопроизводители предложили целый букет различных моделей. Например, Toyota разработала полностью электрическую версию внедорожника RAV4 с никель-металлгидридной батареей, который производился до 2003 года. Свои электромобили предложили также Honda и Nissan.
Электрический Toyota RAV4, 2001 г.
Ford разработала фургон Ford Ecostar. Его эксплуатационные характеристики были весьма неплохи. Максимальная скорость – 112,5 км/ч, а пробег на одной зарядке – от 130 до 160 км. Всего было выпущено около сотни таких машин. Кроме того, выпускалась электрическая версия пикапа Ford Ranger. Он был оборудован свинцово-кислотной батареей и мог проехать 100 км без подзарядки. Максимальная скорость электрического Ford Ranger составляла 120 км/ч. Также свою версию электрического пикапа S-10 представила компания Chevrolet. Он был оснащён электромотором мощностью 85 киловатт, максимальная скорость составляла 110 км/ч, а пробег без подзарядки – 72,5 км.
Ford Ecostar, 1992 г.
Ford Ranger Electric, 1998 г.
Однако наиболее заметным событием того вреени стал выпуск электромобиля с незамысловатым названием EV1 компанией General Motors. Предшественником EV1 был Impact – электромобиль, представленный в 1990 году на автосалоне в Лос-Анджелесе. На его основе и были разработаны EV1. Серийное производство EV1 началось в 1997 году. Эти двухместные машинки первоначально оснащались свинцово-кислотными батареями. Пробег на одной зарядке достигал 150 км. В 1999 году началось производство второго поколения EV1. Вместо свинцово-кислотных батарей на электромобилях установили никель-металлгидридные. Пробег электромобиля достгал 240 км, а максимальная скорость – 130 км/ч.
Устройство электомобиля EV1
Благодаря своему футуристическому, спортивному дизайну и удобству использования EV1 сразу стал популярной машиной. Очень быстро образовалась очередь желающих взять в аренду (EV1 не продавались, а сдавались владельцам в аренду). Многие звёзды Голливуда ездили на EV1. Отзывы тех, кто пересел на электрический EV1, были положительными.
Дизайн EV1 был очень инновационным для своего времени
Однако, массовые продажи электромобилей так и не начались. В 2003 году закон о Zero Emission был в значительной степени смягчён. Требование об обязательном производстве автомобилей, не производящих выхлопы, было аннулировано. Существуют различные версии того, почему данный закон был изменён. Возможно, сыграли свою роль интересы крупнейших нефтяных компаний. Так или иначе, выпуск электромобилей практически был остановлен.
Однако производство электромобилей в конце прошлого века развивалось и по другую сторону океана - в Европе. Крупнейшие французские и немецкие компании, такие как Volkswagen, Renault, Peugeot и Citroёn занимались собственными разработками в этой области.
Volkswagen выпустил электрические версии своих популярных моделей Golf и Jetta. В 1995 – 1998 году было произведено около двухсот электромобилей под названием CityStromer. Эти четырёхместные машины с пятискоростной механической трансмиссией развивали скорость до 100 км/ч. Они оборудовались кислотно-свинцовыми батареями. Запас хода составлял 50 –90 км.
Volkswagen Golf CityStromer, 1995 г.
Компания Citroёn занималась производством электромобиля Berlingo Electrique. Максимальная скорость этого фургона – 96,5 км/ч, запас хода – до 95 км. Производство данной модели продолжалось до 2005 года.
Renault в 90-е годы выпускала Clio Electrique. Эта модель имеет максимальную скорость 100 км/ч, может преодолеть до 100 км без подзарядки.
Renault Clio Electrique
Автоконцерн Peugeot тоже не остался в стороне от этого процесса и добился определённых успехов. В 1995 году Peugeot представил модель 106 Electrique, которая была признана самым экологически чистым автомобилем Европы. Эта машина обладала способностью развивать скорость до 96 км/ч и преодолевать расстояние до 88 км. Позднее был разработан Peugeot Partner Electric. Его запас хода – 90 км, максимальная скорость – 90 км/ч.
Peugeot 106 Electrique
Согласно исследованиям IDTechEx , индустрия электротранспорта достигнет в 2005 году уровня продаж в $31,1 млрд по всему миру (включая гибридный транспорт). К 2015 году рынок электротранспорта вырастет примерно в 7 раз и достигнет $227 млрд.
Некоторые автопроизводители не собираются производить гибридные автомобили , а сразу начать производство электромобилей. Они отстали в научных разработках, не могут самостоятельно создать гибридный автомобиль , или считают гибриды бесперспективными. Например, японская компания Mitsubishi Motors в 2009 году начнёт промышленное производство электромобилей на базе Colt. На нём будут установлены литий-ионные аккумуляторы . Существующие прототипы имеют дальность пробега 150 км.
Ведутся работы над созданием аккумуляторных батарей с малым временем зарядки (около 15 минут), в том числе и с применением наноматериалов . В начале 2005 года компания Altairnano объявила о создании инновационного материала для электродов аккумуляторов . В марте 2006 года Altairnano и Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 года успешно завершились испытания автомобильных аккумуляторов с Li4Ti5O12 электродами. Аккумуляторы имеют время зарядки 10—15 минут.
Рассматривается также возможность использования в качестве источников тока не аккумуляторов, а ионисторов (суперконденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95 %) и намного больший ресурс циклов зарядка-разрядка (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоемкость 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30−40 Вт·ч/кг).
Разрабатываются электрические автобусы на воздушно-цинковых (Zinc-air) аккумуляторах .
В августе 2006 года Министр Экономики, Торговли и Промышленности Японии утвердил план развития электромобилей, гибридных автомобилей и аккумуляторов для них. Планом предусмотрено к 2010 году начать в Японии массовое производство двухместных электромобилей с дальностью пробега 80 км на одной зарядке, а также увеличить производство гибридных автомобилей .
Toyota работает над созданием нового поколения гибридных автомобилей Prius (полный гибрид, plug-in гибрид, PHEV). В новой версии водитель по желанию может включать режим электромобиля, и проехать на аккумуляторах примерно 15 км. Подобные же модели разрабатывает Ford — модель Mercury Mariner — пробег в режиме электромобиля 40 км, и Citroën — модель C-Metisse — пробег в режиме электромобиля 30 км и другие. Toyota изучает возможность установки устройств для зарядки аккумуляторов гибридов на бензозаправочных станциях.
General Motors в январе 2007 года представил концепт Chevrolet Volt , способный проезжать в режиме электромобиля 65 км.
Почта Японии, начиная с 2008 года, планирует приобрести 21000 электромобилей для доставки почтовых отправлений на короткое расстояние.
По прогнозам PriceWaterhouseCoopers к 2015 году мировое производство электромобилей вырастет до 500 тыс. штук в год.
Читайте также: