Elektriturbiin: omadused, tööpõhimõte, töö plussid ja miinused, isetegemise näpunäited ja omanike ülevaated
Karmistavate keskkonnaeeskirjadega on autotootjad sunnitud välja töötama viise, kuidas parandada mootorite keskkonnasõbralikkust ja tõhusust, säilitades samal ajal nende jõudluse. Sellega seoses on sunnitud induktsioonisüsteemid laialt levinud. Kui varem kasutati neid tootlikkuse tõstmiseks, siis nüüd kasutatakse neid ökonoomsuse ja keskkonnasõbralikkuse parandamise vahendina. Tänu ülelaadimisele saate saavutada sama jõudluse kui atmosfäärimootoritel, vähemate silindrite ja väiksema mahuga. See tähendab, et ülelaadimisega mootorid on tõhusamad. Teine meetod on elektrienergia kasutamine nii eraldi (elektrimootorid) kui ka koos sisepõlemismootoritega (hübriidelektrijaamad). Selles artiklis käsitletakse elektriturbiine, mis neid lähenemisviise ühendavad.
Üldised omadused
Mitteelektrilised sundinduktsiooni süsteemid liigitatakse energiaallika järgi turboülelaaduriteks ja ülelaaduriteks. Elektrisüsteemid toetuvad neile ja nende eesmärk on parandada mööduvat jõudlust ja minimeerida viivitust.
Elektriline puhur on Honeywelli sõnul kompressor, mida käitab elektrimootor ja mis on paigaldatud ülelaaditavale mootorile. See tähendab, et see on turbomootori lisaseade. Elektriturbiin on mehaanilise turbiini analoog. Sel juhul saab ajamit rakendada erineval viisil.
Wisconsini-Madisoni ülikooli teadlaste klassifikatsiooni järgi eristatakse sunnitud induktsiooni elektrisüsteeme konstruktsiooni ja tööpõhimõtte järgi järgmisteks tüüpideks:
- elektrilised ülelaadurid (EC/ET/ES);
- elektrilise assistendiga turbiinid (EAT);
- elektriliselt eraldatud turbiinid (EST);
- turbiinid täiendava elektriajamiga kompressoriga (TEDC).
Disain
Ülaltoodud tüüpi elektriturbiinidel on erinev seade. Seda komponentide erinevates paigutustes, nende tehniliste parameetrite erinevustes jne.
EÜ
EC on elektrimootoriga käitatav kompressor. See on ülalmainitud elektriline puhur. Elektriajam tagab suurima juhtimise paindlikkuse ja võimaluse kasutada kompressorit optimaalses tööpunktis. Selleks on aga vaja võimsaid elektrikomponente.
SÖÖMA
EAT-is on kiire elektrimootor paigaldatud turbiini ja kompressori vahele, tavaliselt võllile. Kuna see ei ole peamine energiaallikas, kasutatakse väikese võimsusega elektrikomponente. Selle tulemuseks on madalad kulud. Lisaks on sellistel turboülelaaduritel võimalus ise tuvastada rootori asend ning neid iseloomustab hea genereerimis- ja mootorivõime. Peamine probleem on kõrge temperatuuri mõju elektrimootorile, eriti kui see on paigaldatud korpuse sisse.
Selle lahendamiseks on erinevaid meetodeid. Näiteks BMW paigaldas sidurid, mis võimaldavad elektrimootorit võllilt ühendada ja lahti ühendada. Tänu sellele saab mootori paigutada turbiinist väljapoole. G+L inotec kasutas suure õhuvahega püsimagnetmootorit, mis võib paikneda ka väljas. Staatori siseläbimõõt on võrdne kompressori välisläbimõõduga ja rootori välisläbimõõt on võrdne võlli väljalaskeava läbimõõduga. Õhupilu võib toimida õhu sisselaskeavana. See annab eeliseid jahutuse, inertsi ja termilise efekti osas. Lisaks on termilise stabiilsuse ja termilise juhtimise poolest eelistatavamad muutuva magnettakistusega asünkroonelektrimootorid, universaalsed kollektormootorid võrreldes pinnapüsimagnetiga mootoriga.
ON
EST-is ei ole turbiini ja kompressorit võlliga ühendatud ning igaüks neist on varustatud elektrimootoriga. See võimaldab kompressori ja turbiini ratastel töötada erinevatel kiirustel. Sellel disainil on ET-ga sarnased eelised, kuid erinevalt sellest on see võimeline tootma energiat. Lisaks iseloomustab seda väiksem temperatuuriefekt, mis on tingitud kompressori ja turbiini eraldamisest, samuti turbiini ja selle võlli täiendava inertsi puudumine. Turbiini ja kompressori eraldamine on pakendi seisukohast kasulik, kuna võimaldab optimeerida õhuvoolu liikumisteed. Kuid see tehnoloogia nõuab ka võimsat elektrimootorit, generaatorit ja invertereid, mis vastaksid pöördemomendi/inertsi suhtele, mis maksab.
TEDC
TEDC on mehaaniline turbiin koos täiendava kompressoriga, mida käitab elektrimootor. Vastavalt kompressori asukohale turbiini suhtes liigitatakse need süsteemid ülesvoolu ja allavoolu (vastavalt turbiini kohal ja all) valikuteks. Üldiselt iseloomustab neid märksa parem reageerimisvõime "põhjas" olevate transientide ajal tänu elektrimootori sõltumatusele turbiini ja võlli inertsist. Veelgi enam, allavoolu TEDC-d on selles osas paremad kui ülesvoolu, kuna viimaseid iseloomustab suur maht rõhu säilitamiseks. Seda tüüpi elektriturbiinide eeliseks on ka minimaalsed erinevused mehaanilistest.
Tööpõhimõte
Ülaltoodud elektriturbiinide tüübid erinevad tööpõhimõtte poolest. Niisiis, ajam on rakendatud erineval viisil, mõned neist on võimelised tootma energiat jne.
EÜ
EC-s juhib kompressorit elektrimootor. Selline süsteem ei ole võimeline energiat tootma, kuid selle salvestamiseks saab kombineerida regeneratiivpidurisüsteemi või integreeritud startergeneraatoriga.
SÖÖMA
EAT-is madalatel pööretel annab elektrimootor kompressorile täiendava pöördemomendi, et tõsta ülerõhku. "Tippudes" toodab see energiat, mida saab üle kanda hoidlasse. Lisaks võib elektrimootor takistada turbiinil piirkiirust ületamast. Siiski võib tekkida kõrge vasturõhu efekt, mis kompenseerib heitgaasidest eraldatud energia.
Tulenevalt võimalusest toota elektrit heitgaasidest, nimetatakse selliseid turbolaadureid hübriidseks. Sõiduautodel võivad need sõltuvalt sõidutsüklist toota mitusada vatti kuni kW. See võimaldab teil generaatorit vahetada, säästes kütust.
ON
EST-is ei juhi heitgaaside energia otse kompressorit, vaid muundatakse generaatori abil elektrienergiaks. Kompressorit käitab salvestatud energia.
TEDC
TEDC-s töötab elektrimootor turbiinist sõltumatult ja selle juhitav lisakompressor suurendab tõuget "põhjas".
Struktuurilised ja funktsionaalsed erinevused
Põhilised erinevused vaadeldavate sunnitud induktsiooni elektrisüsteemide vahel ühendavad Wisconsini-Madisoni ülikooli teadlased graafilise ja tabeli kujul. Alloleval joonisel on näidatud nende seadme skeemid (a – EAT, b – EC, c – EST, d – TEDC ülesvoolu, e – TEDC allavoolu).
Tabel kajastab seadme põhisätteid. Nende hulka kuuluvad energiaallikas, kompressori ajam, elektriliste komponentide võimsus. Lisaks on olulised sellised omadused nagu mõõtmed ja temperatuuriefekt.
Vastupidavuse poolest on IHI andmetel elektriturbiinid samaväärsed mehaaniliste turbiinidega, kuna need töötavad samades tingimustes õrnemas režiimis ja suurema disaini keerukusega.
Asjakohasus
Vaatamata heale jõudlusele ei kasutata elektriturbiine praegu massiliselt toodetavatel autodel. Selle põhjuseks on nende kõrge hind ja keerukus. Lisaks on mehaaniliste turbiinide täiustatud versioonidel (kaksikkerimine ja muutuv geomeetria) sarnased eelised võrreldes esialgsete modifikatsioonidega (kuigi vähemal määral) palju väiksemate kuludega. Nüüd kasutab EST vormel 1 mootoris Ferrarit. Honeywelli sõnul algab elektriturbiinide massiline kasutamine järgmise kümnendi alguses. Tuleb märkida, et elektrilisi ülelaadureid kasutatakse juba mõnel seeriaautol, näiteks Honda Clarityl, kuna need on lihtsamad.
Kõige lihtsamad ja omatehtud mehhanismid
Kümnendi alguses ilmusid turule kõige lihtsamad odavad mehhanismid, nagu arvutijahutid, mida nimetatakse ka elektriturbiinideks. Need asuvad sisselaskeava peal ja töötavad akuga. Selliseid elektriturbiine on võimalik kasutada nii karburaatoril kui ka pihustil. Tootjate sõnul suurendavad need mootorisse siseneva õhuvoolu, kiirendades seda, mis annab jõudluse tõusu kuni 15%. Sel juhul parameetreid (pöörded, vooluhulk, võimsus) tavaliselt ei näidata. Selliseid elektriturbiine on väga lihtne oma kätega autole paigaldada.
Kuid tegelikkuses arendavad nende elektrimootorid kuni mitusada vatti, millest vooluhulga suurendamiseks ei piisa, kuna selleks on vaja umbes 4 kW. Seetõttu muutub selline seade sisselaskeava juures tõsiseks takistuseks, mille tulemusena tootlikkus, vastupidi, väheneb. Parimal juhul on sellest saadav kahju väike, mis dünaamikat oluliselt ei mõjuta.
Lisaks leiate Internetist oma kätega elektriturbiini loomise arenguid. Erinevalt ülalmainitud odavatest võimalustest on need ehitatud tsentrifugaalkompressori ja harjadeta mootori baasil, mille võimsus on kuni 17 kW ja pinge 50-70 V, kuna ainult selline mootor suudab tagada piisava pöördemomendi ja kiirus kompressori pööramiseks. Mootor peab olema varustatud kiiruse regulaatoriga. See süsteem ei vaja vahejahutit – selle jaoks piisab külma sisselaskest. Seda tüüpi elektriturbiini paigaldamine võib nõuda generaatori (90-100 A jaoks) ja aku (mahukama ja suure voolutugevusega aku) väljavahetamist. Kompressori pöörlemiskiiruse määrab drosselklapi asend. Pealegi pole sõltuvus lineaarne, vaid eksponentsiaalne.
Sellised elektriturbiinid on soovitatav luua kuni 1,5-liitrise väikese mootoriga autodele, kuna see on suur energiakulu. Veelgi enam, mida suurem on mootori töömaht, seda väiksemat ülelaadimisrõhku suudab ülelaadur tekitada. Nii et 0,7-liitrisel mootoril on see 0,4-0,5 baari, 1,5-liitrisel mootoril – 0,2-0,3 baari. Lisaks ei suuda selline ülelaadur kuumenemise tõttu pikka aega maksimaalse jõudlusega töötada. Siiski saab kontrollerit konfigureerida sundaktiveerimiseks.
Komponentide kõrge hinna tõttu on sellise elektriturbiini valmistamine väga kulukas. Arvustused näitavad jõudluse märgatavat suurenemist.
Disaini poolest on need mehhanismid, nagu ka ülalmainitud odavad valikud, elektrilised ülelaadijad. Sageli nimetatakse neid aga ekslikult elektriturbiinideks. Nüüd on turul tõsisemad kaubamärgiga mehhanismid, mis on kodustele lähedased.
Kokkuvõte
Elektriturbiinid on reageerimisvõimelisemad, tootlikumad ja tõhusamad kui mehaanilised ning neil on lisafunktsioonid. Samas on need ühelt poolt keerulise disainiga, teisalt aga töötavad õrnemates tingimustes.
See veebisait kasutab teie kasutuskogemuse parandamiseks küpsiseid. Eeldame, et olete sellega rahul, kuid saate soovi korral loobuda. Nõustu Loe rohkem
| Tüüp | EÜ | SÖÖMA | ON | TEDC | |
| Energiaallikas | Aku | Heitgaasid / aku | Heitgaasid / aku | Heitgaasid / aku | |
| Elektrimootori ja inverteri võimsus | Kõrge | Madal | Kõrge | Madal | |
| temperatuuri mõju | Lühike | Kõrge | Lühike | Lühike | |
| Suurus | Väike | Keskmine | Suur | Suur | |
| Elektriline turbiin | Mitte | Jah | Jah | Mitte | |
| Turbo-elektriline kompressori ajam | Mitte | Jah | Mitte | Mitte | |
| Tüüp | EÜ | SÖÖMA | ON | TEDC ülesvoolu | TEDC allavoolu |
| Eelised |
|
|
|
|
|
| miinused |
|
|
|
|
|