Elektro-turbina: karakteristikat, parimi i funksionimit, të mirat dhe të këqijat e punës, këshillat e instalimit bëjeni vetë dhe vlerësimet e pronarit

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-02-19 18:25

Me shtrëngimin e rregulloreve mjedisore, prodhuesit e automjeteve po detyrohen të zhvillojnë mënyra për të përmirësuar mirëdashjen mjedisore dhe efikasitetin e motorëve duke ruajtur performancën. Në këtë drejtim, sistemet e induksionit të detyruar janë bërë të përhapura. Ndërsa në të kaluarën ato përdoreshin për të rritur produktivitetin, tani ato po përdoren si një mjet për të përmirësuar ekonominë dhe mirëdashjen mjedisore. Falë supermbushjes, mund të arrini të njëjtën performancë si në motorët atmosferikë, me më pak cilindra dhe një vëllim më të vogël. Kjo do të thotë, motorët me supermbushje janë më efikas. Një metodë tjetër është përdorimi i energjisë elektrike si veçmas (motorët elektrikë) ashtu edhe në kombinim me motorët me djegie të brendshme (centralet hibride). Ky artikull diskuton turbinat elektrike që kombinojnë këto qasje.

Karakteristika të përgjithshme

Sistemet e induksionit të detyruar jo-elektrik sipas burimit të energjisë klasifikohen në turbochargers dhe superchargers. Sistemet elektrike ndërtohen mbi to dhe synojnë të përmirësojnë performancën gjatë kalimeve.proceset dhe minimizimi i vonesave.

Fryrësi elektrik, sipas Honeywell, është një kompresor i drejtuar nga një motor elektrik që është i montuar në një motor të mbingarkuar. Kjo është, kjo është një pajisje shtesë për një motor turbo. Një turbinë elektrike është një analog i një turbine mekanike. Disku në këtë rast mund të zbatohet në mënyra të ndryshme.

Sipas klasifikimit të studiuesve në Universitetin e Wisconsin-Madison, sistemet elektrike të induksionit të detyruar dallohen në llojet e mëposhtme sipas dizajnit dhe parimit të funksionimit:

• fryrëse elektrike (EC/ET/ES);
• turbina me asistent elektrik (EAT);
• turbina të ndara elektrike (EST);
• turbina me kompresor shtesë me lëvizje elektrike (TEDC).

Dizajn

Llojet e mësipërme të turbinave elektrike kanë një dizajn të ndryshëm. Kjo qëndron në paraqitjet e ndryshme të komponentëve, në dallimet në parametrat e tyre teknikë, etj.

KE

EC është një kompresor me motor elektrik. Ky është ventilatori elektrik i përmendur më sipër. Makina elektrike siguron fleksibilitetin më të madh të kontrollit dhe aftësinë për të përdorur kompresorin në pikën optimale të funksionimit. Megjithatë, kjo kërkon komponentë të fuqishëm elektrikë.

EAT

Në EAT, një motor elektrik me shpejtësi të lartë është montuar midis turbinës dhe kompresorit, zakonisht në një bosht. Për shkak të faktit se nuk është burimi kryesor i energjisë, përdorenkomponentë elektrikë me fuqi të ulët. Kjo rezulton në një kosto të ulët. Përveç kësaj, turbochargers të tillë kanë aftësinë për të vetë-zbuluar pozicionin e rotorit dhe karakterizohen nga aftësi të mira gjeneruese dhe motorike. Problemi kryesor është efekti i temperaturës së lartë në motorin elektrik, veçanërisht nëse ai është i instaluar brenda trupit.

Ka metoda të ndryshme për ta zgjidhur atë. Për shembull, BMW instaloi tufa për të lejuar lidhjen dhe shkëputjen e motorit elektrik nga boshti. Falë kësaj, motori mund të vendoset jashtë turbinës. G+L inotec përdori një motor magnetik të përhershëm me një hendek të madh ajri, i cili mund të vendoset edhe jashtë. Diametri i brendshëm i statorit është i barabartë me diametrin e jashtëm të kompresorit, dhe diametri i jashtëm i rotorit është i barabartë me diametrin e daljes së boshtit. Hendeku i ajrit mund të veprojë si një hyrje ajri. Kjo siguron avantazhe në aspektin e ftohjes, inercisë dhe efektit termik. Përveç kësaj, për sa i përket stabilitetit termik dhe kontrollit termik, motorët elektrikë me induksion me rezistencë magnetike të ndryshueshme, motorët kolektorë universalë janë më të preferuar në krahasim me një motor me magnet të përhershëm sipërfaqësor.

EST

Në EST, turbina dhe kompresori nuk janë të lidhur me një bosht, dhe secila prej tyre është e pajisur me një motor elektrik. Kjo lejon që rrotat e kompresorit dhe turbinës të funksionojnë me shpejtësi të ndryshme. Ky dizajn ka avantazhe të ngjashme me ET, por, ndryshe nga ai, është në gjendje të gjenerojë energji. Përveç kësaj, ajoKa më pak efekt termik për shkak të ndarjes së kompresorit dhe turbinës, si dhe mungesës së inercisë shtesë nga turbina dhe boshti i saj. Ndarja e turbinës dhe kompresorit është e dobishme nga pikëpamja e paketimit, pasi lejon që rruga e rrjedhës së ajrit të optimizohet. Megjithatë, kjo teknologji kërkon gjithashtu një motor elektrik të fuqishëm, gjenerator dhe inverter për të përmbushur raportin çift rrotullues/inerci, i cili ka një kosto.

TEDC

TEDC është një turbinë mekanike me një kompresor shtesë që drejtohet nga një motor elektrik. Sipas vendndodhjes së kompresorit në lidhje me turbinën, këto sisteme klasifikohen në opsione në rrjedhën e sipërme dhe të poshtme (përkatësisht sipër dhe poshtë turbinës). Në përgjithësi, ato karakterizohen nga një reagim dukshëm më i mirë gjatë kalimeve në "fund" për shkak të pavarësisë së motorit elektrik nga inercia e turbinës dhe boshtit. Për më tepër, TEDC-të në rrjedhën e poshtme janë superiore në këtë drejtim ndaj opsioneve në rrjedhën e sipërme për shkak të faktit se këto të fundit karakterizohen nga një vëllim i madh për të mbajtur presionin. Një avantazh tjetër i këtij lloji të turbinave elektrike janë dallimet minimale nga ato mekanike.

Parimi i funksionimit

Llojet e mësipërme të turbinave elektrike ndryshojnë në parimin e funksionimit. Pra, disku zbatohet ndryshe, disa prej tyre janë në gjendje të gjenerojnë energji, etj.

KE

Në EC, kompresori drejtohet nga një motor elektrik. Një sistem i tillë nuk është i aftë të gjenerojë energji, por për tëruajtja mund të kombinohet me një sistem frenimi rigjenerues ose një gjenerator të integruar startues.

EAT

Në EAT me rpm të ulët, motori elektrik siguron çift rrotullues shtesë në kompresor për të rritur presionin e rritjes. Në "maja" gjeneron energji që mund të transferohet në ruajtje. Përveç kësaj, motori elektrik mund të parandalojë që turbina të tejkalojë kufirin e shpejtësisë së saj. Megjithatë, mund të ndodhë një efekt i presionit të lartë prapa, i cili kompenson energjinë e nxjerrë nga gazrat e shkarkimit.

Për shkak të mundësisë së gjenerimit të energjisë elektrike nga gazrat e shkarkimit, turbongarkuesit e tillë quhen hibridë. Në makinat e pasagjerëve, në varësi të ciklit të drejtimit, ato mund të gjenerojnë nga disa qindra vat në kW. Kjo ju lejon të zëvendësoni alternatorin duke kursyer karburant.

EST

Në EST, energjia e gazrave të shkarkimit nuk e drejton kompresorin drejtpërdrejt, por shndërrohet në energji elektrike duke përdorur një gjenerator. Kompresori drejtohet nga energjia e ruajtur.

TEDC

Në TEDC, motori elektrik funksionon në mënyrë të pavarur nga turbina, dhe kompresori shtesë i drejtuar prej tij shërben për të rritur fuqinë në "fund".

Dizajni dhe dallimet funksionale

Dallimet themelore midis sistemeve elektrike të konsideruara të induksionit të detyruar kombinohen nga studiuesit në Universitetin e Wisconsin-Madison në formë grafike dhe tabelare. Figura më poshtë tregon diagramet e pajisjes së tyre (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC në rrjedhën e sipërme, e - TEDC në rrjedhën e poshtme).

Tabela pasqyron dispozitat kryesore të pajisjes. Këto përfshijnë burimin e energjisë, lëvizjen e kompresorit, fuqinë e komponentëve elektrikë. Përveç kësaj, cilësi të tilla si dimensionet dhe efekti i temperaturës janë të rëndësishme.

Lloji	KE	EAT	EST	TEDC
Burimi i energjisë	Bateri	Gajrat e shkarkimit / bateria	Gajrat e shkarkimit / bateria	Gajrat e shkarkimit / bateria
Fuqia e motorit elektrik dhe inverterit	I lartë	I ulët	I lartë	I ulët
Efekti i temperaturës	I ulët	I lartë	I ulët	I ulët
Madhësia	Small	Mesatar	E madhe	E madhe
Turbinë elektrike	Jo	Po	Po	Jo
Turbo-elektrik kompresori	Jo	Po	Jo	Jo

Kështu, teknologjitë EAT dhe EST i përkasin turbinave elektrike. KE ashtu siç ishtevuri në dukje - një mekanizëm i veçantë, TEDC - një sistem konvencional turbocharging i pajisur me të.

Pro dhe kundër

Turbina nga një motor elektrik eliminon disavantazhet kryesore të turbombushësve mekanikë.

• Pa vonesë pasi motori elektrik mund ta rrotullojë rotorin shumë shpejt.
• Nuk ka vonesë turbo të shkaktuar nga mungesa e gazrave të shkarkimit, pasi në këtë rast motori elektrik kompenson mungesën e energjisë.
• Motori elektrik ju lejon të mbani fuqinë gjatë periudhave kalimtare si anti-lag pa efektet negative të kësaj të fundit.
• Kjo siguron një gamë të gjerë funksionimi dhe çift rrotullues të qëndrueshëm.
• Disa lloje të këtyre mekanizmave mund të gjenerojnë energji elektrike, duke reduktuar ngarkesën në gjenerator dhe duke reduktuar konsumin e karburantit.
• Rikuperimi i energjisë së humbur është i mundur, siç e ka zbatuar Ferrari në motorin e Formula 1.
• Elektroturbinat funksionojnë në kushte më të buta dhe me shpejtësi më të ulëta (100 mijë në vend të 200-300 mijë).

Megjithatë, kjo teknologji ka një sërë disavantazhesh.

• Kompleksitet i madh dizajni duke përfshirë motorin dhe kontrollorët.
• Kjo shkakton një kosto të lartë.
• Përveç kësaj, kompleksiteti i dizajnit ndikon në besueshmërinë.
• Për shkak të numrit të madh të elementëve strukturorë (përveç turbinës, këtu përfshihet edhe një motor elektrik, kontrollues, bateri), këta turbongarkues janë shumë më të mëdhenj dhe më të rëndë se ata të zakonshëm.

Përveç kësaj, çdo lloj turbine elektrike karakterizohetveçori specifike.

Lloji	KE	EAT	EST	TEDC në rrjedhën e sipërme	TEDC në rrjedhën e poshtme
Dinjiteti	Kontrollo fleksibilitetin; fleksibilitet i paraqitjes; mungesë e inercisë së boshtit; pa humbje; pa presion prapa	kompakt; motor dhe inverter me fuqi të ulët; nuk ka mbeturina	Kontrollo fleksibilitetin; fleksibilitet i paraqitjes; mungesë e inercisë së boshtit; nuk ka mbeturina	Lehtë për t'u instaluar; mungesë e inercisë së boshtit; motor dhe inverter me fuqi të ulët; Përmirësim i vazhdueshëm i performancës	Përgjigje më e mirë kalimtare; e lehtë për t'u instaluar; motor dhe inverter me fuqi të ulët; Përmirësim i vazhdueshëm i performancës
Difekte	Motor dhe inverter me fuqi të lartë; efikasitet i ulët	Nevoja për ftohje shtesë; inercia shtesë e boshtit; rritja e kufirit të nxitimit për shkak të presionit prapa	Motor dhe inverter me fuqi të lartë; humbje energjie gjatë konvertimit; Kufiri rritja e rritjes për shkak të presionit prapa; kërkohet hapësirë shtesë instalimi	Përgjigje kalimtare jo shumë e shpejtë; kërkon hapësirë shtesë instalimi; efikasitet i ulët	Kërkon hapësirë shtesë instalimi; efikasitet i ulët

Për sa i përket qëndrueshmërisë, sipas IHI, turbinat elektrike do të jenë ekuivalente me ato mekanike për shkak të funksionimit në të njëjtat kushte në një mënyrë më të butë me kompleksitet më të madh të projektimit.

Rëndësia

Megjithë performancën e mirë, turbinat elektrike aktualisht nuk përdoren gjerësisht në makinat e prodhuara në masë. Kjo është për shkak të kostos së lartë dhe kompleksitetit të tyre. Për më tepër, versionet e përmirësuara të turbinave mekanike (lëvizja e dyfishtë dhe gjeometria e ndryshueshme) kanë avantazhe të ngjashme ndaj modifikimeve fillestare (megjithëse në një masë më të vogël) me një kosto shumë më të ulët. Tani EST përdor Ferrarin në motorin e Formula 1. Sipas Honeywell, përdorimi masiv i turbinave elektrike do të fillojë në fillim të dekadës së ardhshme. Duhet të theksohet se superngarkuesit elektrikë përdoren tashmë në disa automjete të prodhimit, siç është Honda Clarity, pasi janë më të thjeshtë.

Mekanizmat më të thjeshtë dhe të bërë në shtëpi

Në fillim të dekadës, në treg u shfaqën makina të thjeshta e të lira, si ftohësit e kompjuterëve, të quajtur edhe turbina elektrike. Ato janë të vendosura në hyrje dhe funksionojnë me bateri. Është e mundur të përdoren turbina të tilla elektrike si në karburator ashtu edhe në injektor. Sipas prodhuesve, ata rrisin rrjedhën e ajrit që hyn në motor, duke e përshpejtuar atë, gjë që jep një rritje të performancës deri në 15%. Në këtë rast, parametrat (rrotullimet, rrjedha, fuqia) zakonisht nuk tregohen. Është shumë e lehtë të instaloni turbina të tilla elektrike në një makinë me duart tuaja.

Megjithatë, në realitet, motorët e tyre elektrikë zhvillohen deri në disa qindra vat, gjë që nuk mjafton për të rritur vëllimin e rrjedhës, pasi kjo kërkon rreth 4 kW. Prandaj, një pajisje e tillë do të bëhet një pengesë serioze në hyrje, si rezultat i së cilës, përkundrazi, produktiviteti do të zvogëlohet. Në rastin më të mirë, humbjet prej saj do të jenë të vogla, gjë që nuk do të ndikojë ndjeshëm në dinamikën.

Për më tepër, në internet mund të gjeni zhvillime për krijimin e një turbine elektrike me duart tuaja. Ndryshe nga opsionet e lira të përmendura më lart, ato janë ndërtuar në bazë të një kompresori centrifugal dhe një motori pa furça me një fuqi deri në 17 kW dhe një tension prej 50-70 V, pasi vetëm një motor i tillë është në gjendje të sigurojë çift rrotullues të mjaftueshëm dhe shpejtësia për të rrotulluar kompresorin. Motori duhet të jetë i pajisur me një kontrollues shpejtësie. Ky sistem nuk kërkon një intercooler - një marrje e ftohtë është e mjaftueshme për të. Instalimi i një turbine elektrike të këtij lloji mund të kërkojë zëvendësimin e një gjeneratori (për 90-100 A) dhe një baterie (për një më të madhe me një dalje të lartë të rrymës). Shpejtësia e rrotullimit të kompresorit përcaktohet nga pozicioni i mbytjes. Për më tepër, varësia nuk është lineare, por eksponenciale.

Këshillohet krijimi i turbinave të tilla elektrike për makina me motorë të vegjël deri në 1.5 litra, për shkak të konsumit të lartë të energjisë. Për më tepër, sa më i madh të jetë vëllimi i motorit, aq më pak presion nxitës mund të krijojë superngarkuesi. Pra, në një motor 0,7 litra, do të jetë 0,4-0,5 bar, për 1,5 litra - 0,2-0,3 bar. Për më tepër, një mbingarkues i tillë nuk do të jetë në gjendje të funksionojë për një kohë të gjatë me performancën maksimale për shkak të ngrohjes. Megjithatë, kontrolluesi mund të konfigurohet për të detyruar aktivizimin.

Për shkak të kostos së lartë të komponentëve, është shumë e shtrenjtë të bësh një turbinë të tillë elektrike. Shqyrtimet tregojnë një rritje të matshme të performancës.

Për sa i përket dizajnit, këta mekanizma, si opsionet e lira të përmendura më lart, janë superngarkues elektrikë. Megjithatë, ato shpesh quhen gabimisht si turbina elektrike. Tashmë në treg ka lëvizje më serioze të markës që i afrohen asaj të bërë në shtëpi.

CV

Turbinat elektrike janë më reaguese, produktive dhe efikase se ato mekanike dhe kanë veçori shtesë. Në të njëjtën kohë, nga njëra anë, ato kanë një dizajn të komplikuar, por, nga ana tjetër, funksionojnë në kushte më beninje.