7. AUTOMOBILE ELECTRICE ŞI HIBRID – ELECTRICE

7.1 Noţiuni generale despre electromobile

Peste 50% din poluarea atmosferică este datorată automobilelor cu ardere internă. Aceste vehicule au şi un randament relativ scăzut, mai ales în zona urbană (15-20 %), când se foloseşte o mică parte din puterea motorului, care se pierde apoi la frânarea mecanică. Ele necesită în afară de aceasta cheltuieli mari de exploatare. Companiile producătoare încearcă să atragă atenţia de la aceste dezavantaje prin confortul, luxul şi aspectul exterior deosebit de atractiv al automobilelor moderne.

Automobilele acţionate de motoare electrice şi alimentate de la acumulatoare sunt lipsite de dezavantajele menţionate. Însă factorul cel mai important care a scos electromobilul din competiţie pentru o perioadă de aproape 1 secol a fost performanţele scăzute ale bateriilor de acumulatoare, care determinau o viteză şi autonomie redusă (50–100km). La început istoriei de dezvoltare intensivă a tehnicii, în anii 1880.- 1900, automobilele cu motoare electrice se dezvoltau paralel cu cele cu benzină şi motorină, iar între producătorii respectivi exista o concurenţă severă şi o goană după recorduri ca şi în ziua de azi. Deja în 1900-1910 electromobilele atinsese o viteză de 25-30km/h şi o autonomie de 50-100km până la următoarea reîncărcare a acumulatoarelor. Concurentele lor în acel moment ajunseseră deja la o viteză maximă de 80km/h şi la o autonomie de 400km. Superioritatea acesta tehnică, împreună cu preţul scăzut la produsele petroliere şi concurenţa aprigă de pe piaţă, au îngropat automobilele electrice, iar producătorii lor şi-au îndreptat efortul doar spre tracţiunea electrică urbană şi feroviară, aşa cum a fost menţionat în capitolele precedente.

Şi-au întors privirea spre electromobile abea după criza ecologică şi energetică de la sfârşitul anilor 1980 şi începutul anilor 1990. Multe companii din diferite ţări au investit mult în această direcţie, nădăjduind să obţină profituri mari. Toate corporaţiile şi companiile, care produc automobile cu motoare cu ardere internă, au început să elaboreze proiecte de cercetare şi de elaborare a automobilelor electrice, din teamă să nu dea faliment în viitor. Însă peste câţiva ani mulţi au înţeles, că s-au hrănit cu nădejdii înşelătoare. Piatra de poticnire a rămas aceeaşi – acumulatoarele clasice cu plumb – acid sulfuric, care au gabarite şi mase mari (densitatea de energie este comparativ mică – 161 Wh/kg) şi care limitează autonomia de deplasare , cu toate că performanţele lor au fost îmbunătăţite, iar în plus la aceasta au fost elaborate şi alte surse alternative de energie electrică.

Performanţele acumulatoarelor alcaline (Ni-Fe, Ni-Cd) sunt superioare celor cu plumb, de exemplu densitatea de energie – 209Wh/kg, însă ele au un preţ de cost mai ridicat (700$/kW faţă de 177$/kW) şi o toxicitate periculoasă a Cd . În plus, acumulatoarele Pb–acid au probleme la temperaturi scăzute, iar cele alcaline - la temperaturi ridicate, având o durată de încărcare relativ mare - 6 – 10 ore. Cele mai performante acumulatoare în timpul de faţă sunt cele din litiu şi ioni, care au fost elaborate mai întâi pentru telefoanele mobile, însă ele sunt şi mai scumpe.

Necătând la aceste probleme, nivelul tehnicii moderne şi entuziasmul multor ingineri a condus la apariţia diferitor modificaţii de automobile electrice.

Unul dintre aceste modificaţii a fost automobilul japonez KAZ de 3 tone, 8 pasageri, 7 metri în lungime şi 4 osii cu 8 roţi (fig.4.1). Constructorii acestui electromobil însă şi-au pus scopul principal să bată recordul mondial în ceea ce priveşte viteza maximă, pe care ei au obţinut-o - 311km/h. Pentru aceasta fiecare roată motoare avea motorul său propriu de 55kW , iar puterea totală era de 8x55 = 440kW.

Fig.7.1 Electromobilul japonez record KAZ şi roţile lui motoare

Baterea de acumulatoare a acestui vehicul era realizată din litiu şi ioni (tipul

aceste se foloseşte şi pentru telefoane mobile). Evident , că un astfel de electromobil nu putea fi produs în serie.

Mult au investit în această direcţie companiile americane FORD şi GENERAL MOTORS, însă de un succes mai mare la începutul anilor 2000 s-a bucurat ultima companie cu electromobilul EV-1 (fig.7.2).

Puterea motorului electric al acestui vehicul a constituit 102 kW, care permitea o accelerare până la 100km/h în mai puţin de 9 secunde. Autonomia de mers până la următoarea reîncărcare constituia 100-200 km, în funcţie de viteza medie, încărcătură şi relief. Reuşită era considerată şi forma aerodinamică, care asigura un coeficient minim de rezistenţă.Însă masa bateriei de acumulatoare constituie 50-60 % din masa totală, iar timpul ei de încărcare -5-8 ore. Fig,7.2 Electromobilul companiei GENERAL MOTORS EV-1

În Uniunea Sovietică şi în Rusia cu elaborarea şi producerea electromobilelor s-a ocupat uzina din Toliati, care a elaborat câteva modificaţii de vehicule – VAZ 2109E (electro), VAZ 2131E, VAZ 1004, care au fost înzestrate cu motoare de curent continuu de 25 şi 40kW. Apoi în Ucraina a fost elaborată modificaţia „Tavria Electro”. Însă din cauza aceloraşi probleme, legate de sursa limitată de energie electrică, aceste automobile n-au putut fi introduse în serie.

Apariţia în ultimii ani a unor acumulatoare de litiu de capacitate mare (China a devenit un lider mondial în producţia lor) a dat un nou impuls dezvoltării electromobilelor, mai ales pentru zona urbană şi pentru operaţii de încărcare, descărcare, ridicare, transportare, deservire şi alte operaţii tehnologice sau de reparaţie în cadrul uzinelor şi fabricilor. În momentul de faţă se lucrează intensiv şi asupra creării unor acumulatoare supraconductoare. Unele companii, care la începutul anilor 2000 renunţase la electromobile numai cu acumulatoare şi trecuse la cele hibride, în timpul de faţă şi-au revăzut producţia şi au propus nişte modele de electromobile compacte şi econome. Dintre acestea pot fi menţionare compania norvegiană Think Global, fosta filială Ford, şi corporaţia italiană Fiat.

În figura 7.3 este reprezentat noul electromobil compact de 2 persoane Think City, care are o autonomie de 170km şi poate dezvolta o viteză până la 100km/h. El a trecut deja încercările necesare, de aceea în 2008 se planifică producerea a cel puţin 3500 de astfel de maşini, în funcţie de mersul lor de cumpărare. Preţul de cost al ei constituie aproximativ 32000 de dolari.

Fig.7.3 Electromobilul compact de 2 persoane al companiei norvegiene Think

Compania Fiat a elaborat un model compact de automobil cu motor electric, denumit FIORINO, care, de asemenea, nu are performanţe tehnice remarcabile, însă este prevăzut pentru 2 persoane şi transportul mărfurilor cu un volum până la 2,5m3 (fig.7.4), de aceea va fi util pentru proprietari de magazine, ateliere, vile, gospodării agricole, întreprinderi individuale mici şi alte destinaţii. Puterea scăzută a acestui electromobil (30kW) şi capacitatea ridicată de transportare a redus autonomia lui până la 100km, iar viteza maximă de deplasare – până la 80km//h. Însă pentru deplasarea în oraş nu este necesară o viteză mai mare decât aceasta, iar ca urmare nu este necesară nici o putere mai mare a motorului.

Fig.4.4 Electromobilul econom FIORINO al companiei italiene Fiat pentru 2 persoane şi transportul diferitor mărfuri

Ţinând cont de viteza limitată de deplasare prin oraş, compania americană Miles Automotive a elaborat o serie întreagă de electromobile de viteză redusă – ZX40, ZX40S, OR70, care se produc în China. În timpul de faţă în SUA sunt în exploatare peste 70000 de astfel de vehicule – în armată, diferite organizaţii, instituţii de stat şi de învăţământ, precum şi în posesia pensionarilor, care iubesc să se deplaseze cu viteze relativ mici (până la 70-90 km/h). Însă această companie a elaborat, de asemenea, un automobil electric de 4 persoane – Javlon XS 500, destinat pentru viteze medii (până şa 130 km/h) (fig.7.5). El are deja un motor electric de o putere mai mare, capabil să accelereze până la 100km/h în 4 secunde. Bateria de litiu, produsă în China, are o capacitate de 80 Ah la o tensiune de 320V, adică o putere relativ mare - 25kWh. Producerea în serie şi în China a acestui vehicul este planificată pentru sfârşitul anului 2008.

Fig.7.5 Electromobilul Javlon XS 500 al companiei americane Miles Automotive

Mulţi americani tineri sunt amatori de supra viteze şi competiţii sportive cu fel de fel de trucuri, în care pentru un record (o slavă deşartă) îşi pun viaţa în pericol. Pentru ei companiile americane HST Automotive şi Ronaele au elaborat nişte vehicule sportive AC Cobra (denumirea corespunde destinaţiei) (fig.7.6) şi Mustang GT (fig.7.7) cu motoare electrice de putere mare (200-230 kW) (300c.p.), capabile să dezvolte viteze până la 250 km/h. Aceste motoare sunt alimentate de la baterii de litiu, care pot asigura o autonomie de 160.200km la viteze mici, însă la viteze mari ea se micşorează până la 80--100km. Preţul acestor autovehicule evident corespunde ambiţiilor celor care le preferă – 125000 de dolari pentru Cobra şi 80000 de dolari pentru Mustang, deoarece proiectarea şi elementele componente sunt alese după un criteriu special – să fie cat mai atractive şi extravagante, ca jucăriile pentru copii. Însă cei ce le preferă trăiesc după un principiu „deosebit” – scopul scuză mijloacele. În afară de modelele prezentate mai sus, au fost elaborate şi continuă să se elaboreze de către unii ingineri entuziaşti multe alte variante de electromobile – tradiţionale şi ne tradiţionale, fiecare având criteriile şi obiectivele sale . Dintre

acestea fac parte şi vehiculele hibride şi cele cu surse speciale sau regenerabile, care vor fi analizate pe scurt în continuare.

Fig.7.6 Vehicul electric sportiv AC Cobra al companiei americane HST Automotive

Fig.7.7 Vehicul electric sportiv Mustabg GT al companiei americane Ronaele

7.2 Vehicule hibrid electrice

Ţinând cont de dezavantajul principal al automobilelor cu acţionare pur electrică – distanţa relativ mică de deplasare cu o singură încărcare a bateriei de acumulatoare, - au fost elaborate, de asemenea, vehicule hibrid – electrice, care pot fi în mai multe variante: motor diesel – generator electrice (variantă clasică); motor cu benzină generator electric; baterie de acumulatoare – pilă de combustie ( топлмвный водородный элемент); baterie solară – baterie de acumulatoare, elice de vânt – generator electric şi altele.

În prima variantă vehiculul conţine 2 acţionări tipice (clasice) separate - un motor diesel (MD) sau cu ardere internă (ДВС), care antrenează printr-o transmisie mecanică roţile din faţă, iar roţile din spate sunt acţionate de un motor electric (fig.4.8,a). Există şi o variantă paralelă, când vehiculul poate fi acţionat fie de la MD, fie de MTE, fie de ambele motoare. În ultimul caz MD şi MTE au un arbore comun (fig.4.8,b). Puterea MD şi a generatorului însă în acest caz este mai mică, consumul de motorină sau benzină se micşorează până la 3 litri/100km, iar autonomia se dublează .

a)

Fig.7.8 Variante hibrid electrice cu acţionare separată şi paralelă

O altă variantă hibrid-electrică este cea serie, când vehiculul este acţionat numai de motorul electric, cuplat la roţile din faţă, iar motorul diesel, sau cu ardere internă, roteşte generatorul electric, care încarcă şi stabilizează tensiunea bateriei de acumulatoare (fig.7.9). Ca urmare, funcţionarea acestei baterii se uşurează, iar autonomia se măreşte. În regim de frânare energia mecanică a vehiculului se transformă în energie electrică şi se reîntoarce bateriei de acumulatoare. Această variantă este preferabilă pentru automobile de litraj mic. Fig.7.9 Acţionare hibrid electrică serie

Evident, că pot exista şi scheme combinate - serie - paralele de cuplare, care îmbină avantajele ambelor tipuri. O astfel de schemă o au, de exemplu, electromobilele japoneze Toyota Prius de la începutul anilor 2000, care au

performanţe tehnice destul de bune - o putere de 30kW a motorului electric, de 58c.p. a motorului diesel şi un consum de 3,8 litri de motorină la 100km.

Fig.7.10 Automobilul hibrid-electric japonez Toyota Prius din anii 2000 Una din companiile americane, producătoare de electrocare, care a devenit

în timpul de faţă liderul principal în acest bissynes, expunând pe piaţă 3 modele de automobile hibrid – electrice, este compania Chrysler. Primul model al acestei companii – EcoVoyager – este destinat pentru călătorii, de aceea are un stil corespunzător – elegant, luxos şi cu rezistenţă aerodinamică minimă pentru viteze mari (fig.7.11). El are un motor electric de 200kW, alimentat de la o baterie ultramodernă de litiu, completată cu un electrogenerator chimic cu pile de combustie cu hidrogen. O astfel de alimentare dublă asigură o autonomie până la 500km, ceea ce constituie un record mondial în această privinţă.

Fig.7.11 Automobilul hibrid–electric EcoVoyager al companiei Chrysler

Cel de-al doilea model – Dodge-Zeo - corespunde cerinţelor ultramoderne al secolului 21 şi este destinat mai mult pentru sport (fig.7.12). El are acelaşi concept de alimentare, însă puterea motorului electric este deja mai mare – 250kW. O

astfel de putere este capabilă să dezvolte o accelerare enormă în timpul pornirii, limitată doar de ruperea aderenţei cu calea de rulare, însă necesită o baterie de litiu şi mai mare. Evident, că autonomia în acest caz este mai mică – până la 300km.

Fig.7.12 Automobilul hibrid–electric Dodge-Zeo al companiei Chrysler Al treilea model al acestei companii este un djeep relativ compact de 2

persoane – Jeep Renegade (fig.7.13). El este prevăzut pentru deplasare pe orice căi, inclusiv pe căi neasfaltate . Alimentarea dublă a acestui vehicul hibrid însă se deosebeşte de cele precedente, fiind prevăzută cu o baterie de litiu şi un agregat cu motor diesel-generator electric. Performanţele lui tehnice sunt mult mai scăzute.

Fig..7.13 Automobilul hibrid–electric Jeep Renegade al companiei Chrysler

O creştere a randamentului şi a autonomiei automobilelor hibrid – electrice poate fi obţinută cu o baterie solară, formată dintr-un panou fotovoltaic sau cu un generator eolian. Însă pentru o creştere semnificativă a acestor performanţe, panoul fotovoltaic trebuie să aibă o suprafaţă mare, acoperişul automobilului fiind, de obicei, prea mic. Utilizarea energiei eoliene necesită, de asemenea, o anumită viteză a vântului, însă la deplasarea vehiculului funcţionarea generatorului eolian se uşurează datorită curentului dinamic de aer. Necătând la aceste restricţii. totuşi astfel de modele hibrid electrice au fost elaborate, iar în figura 7.14 este reprezentat unul din ele – Venturi Electric al companiei franceze Venturi Automobiles.

Fig.7.14Automobilul hibrid Venturi Electric al companiei franceze Venturi Auto

Acest vehicul hibrid are un dizain deosebit – o formă de cutie sau, mai bine zis, de caretă din evul mediu . Ea a fost determinată de amplasarea panoului fotovoltaic pe acoperişul automobilului (fig.7.15,a). Pebtru o eficacitate mai înaltă, generatorul eolian trebuie să fie amplasat deasupra acoperişului (fih.7.15,b). Datele tehnice principale ale acestui vehicul de 400kg sunt evident destul de modeste – viteza până la 50km/h şi autonomia – până la 50 km. Aceasta din urmă creşte cu 7-8 km în zi de vară cu soare şi cu 15-16 km la o viteză medie a vântului. Ca urmare, domeniul de utilizare a acestor vehicule este limitat atât din cauza performanţelor tehnice, cât şi din cauza preţului mare de cost – 30000 de dolari.

b)Fig.7.15 Panoul fotovoltaic şi generatorul eolian al vehiculului Venturi Electric

Oricare ar fi varianta vehiculelor electrice sau hibrid - electrice, reglarea vitezei motorului electric de tracţiune necesită utilizarea unor convertoare electronice. Iniţial vehiculele electrice au fost realizate cu convertoare şi motoare de curent

continuu., iar momentul de faţă - de curent alternativ cu invertoare autonome de frecvenţă variabilă şi comandă PWM a motoarelor asincrone sau sincrone. O grupă deosebită a electromobilelor speciale o constituie vehiculele de tipul “vezdehod” cu toate roţile motoare şi autocamioanele basculante de capacitate foarte mare (55-200 tone şi mai mult), produse în Belorusia la uzina de autocamioane din Minsk, cunoscute ca БелА3 75 şi destinate pentru cariere de piatră şi minereuri diferite, pentru construirea drumurilor şi şoselelor, hidrocentralelor electrice şi a altor obiecte. Motorul de acţionare şi roata lor reprezintă un bloc unic - roată motoare, ceea ce simplifică mult schema cinematică. Autocamioanele de tonaj mare necesită puteri, de asemenea, mari - 600–1800 kW, care pot fi obţinute numai cu ajutorul unor motoare diesel, care antrenează un generator sincron. Acesta din urmă alimentează apoi motoarele de curent continuu prin redresoare comandate, sau motoarele de curent alternativ prin convertoare statice de frecvenţă. În figura 4.16 este reprezentat unul din cele mai mari autocamioane basculante БЕЛАЗ -7530, la care numai roţile din spate sunt roţi motoare. Ridicarea şi răsturnarea încărcăturii se efectuează cu ajutorul unui sistem hidraulic cu un volum de 650 litri de unsoare şi o presiune de 12-15 MPa. Viteza maximă a acestor automobile constituie 40 km/h, iar raza lor de întoarcere – 15 m. Rezervuarul de motorină al motorului Diesel are o capacitate de 3000 litri, fiind doar de 2 ori mai mic decât cel al locomotivelor diesel – electrice.

Fig.7.16 Autocamionul basculant de 200 tone capacitate pentru cariere БЕЛАЗ -7530 cu acţionare diesel electrică

7.3 Sisteme de acţionare reglabilă ale automobilelor electrice

După cum rezultă din cele expuse mai sus, automobilele electrice şi hibrid – electrice, în comparaţie cu sistemele de tracţiune feroviară şi urbană, se caracterizează printr-o varietate mai mare ale sistemelor de acţionare electrică reglabilă, schemelor cinematice şi variantelor constructive. În continuare vor fi evidenţiate doar variantele şi particularităţile principale ale motoarelor electrice de tracţiune şi ale convertoarelor lor de alimentare şi reglare.

Dezvoltarea intensivă a electromobilelor a început în trecut cu motoarele şi convertoarele (variatoarele) clasice de curent continuu, ca fiind cele mai simple. Din cauza dezavantajelor motoarelor de curent continuu, în prezent principalul tip de acţionare a automobilelor electrice îl constituie acţionarea cu reglare lină în frecvenţă a motoarelor asincrone în scurtcircuit, alimentate de la invertoare autonome. Cu astfel de acţionări sunt înzestrate majoritatea automobilele electrice şi hibrid electrice produse în SUA . Însă companiile japoneze principale – Honda, Toyota, Nissan – utilizează motoare sincrone cu magneţi permanenţi şi cu traductoare de poziţie pe rotor, denumite şi motoare de curent continuu fără colector. Principalul dezavantaj al acestor motoare este costul relativ mare al magneţilor permanenţi. De aceea au fost elaborate şi alte tipuri de motoare speciale, lipsite de acest dezavantaj.

Unul dintre aceste tipuri este motorul SRM (Switched reluctance machine – în engleză, motor cu reluctanţă variabilă – în română, sau вентильно-реактивный двигатель – în ruseşte) . Acest motor reprezintă o combinaţie a motoarelor pas cu pas şi a motoarelor sincrone reactive (cu rotor masiv), înzestrate cu traductoare de poziţie şi cu o comandă specială. Statorul lui este asemănător cu statorul motoarelor pas cu pas (MPP), fiind constituit din poli înfăşuraţi cu bobine . Fiecare pereche diametral opusă de poli, cu bobinele conectate în serie, alcătuieşte o fază. Ca urmare, numărul de poli este egal cu

ZS = 2 k m .unde k = 1, 2, 3, ... – un număr întreg; m – numărul de faze statorice. Rotorul este masiv şi dinţat, în care fiecare dinte reprezintă un pol. Numărul de

dinţi sau poli ai rotorului însă nu trebuie să ie egali cu numărul de poli ai statorului, de aceea

ZR = 2(km ± 1)Această particularitate este necesară pentru a crea o asimetrie a sistemului magnetic.

Fazele statorice au o alimentare discretă cu impulsuri de o singură polaritate, la fel ca şi la MPP, obţinute cu ajutorul unui comutator electronic cu tranzistoare. Frecvenţa şi succesiunea acestor impulsuri însă este determinată de traductorul de poziţie a rotorului . În figura 7.17 este reprezentat un motor RSM (2) cu 4 faze pe stator, notate prin A1-A2, B1 –B2, C1 –C2 , D1-D2 , cu 6 poli şi traductor de poziţie 3 pe rotor, cu comutator electronic cu 8 tranzistoare şi 8 diode inverse, dirijate de sistemul de comandă 4. Comutatorul electronic se alimentează, la rândul său, de la o sursă de curent continuu Ud .

Fig.7.17 Sistemul de acţionare a motorului RSM cu comutator electronic şi

traductor de poziţie a rotoruluiPoziţia rotorului în această figură corespunde momentului de timp, când sunt

deschise tranzistoarele VT3-VT4 şi este alimentată faza B1-B2 . În cel mai simplu principiu de comandă al comutatorului, celelalte faze în acest interval de timp sunt deconectate. Ca urmare, câmpul (fluxul) magnetic se închide prin polii bobinelor alimentate, cei 2 dinţi (poli) şi corpul rotorului, precum şi prin carcasa (jugul) statorului.

Dacă în următorul interval de timp tranzistoarele fazei B1-B2 se închid, iar tranzistoarele VT1-VT2 ale fazei A1-A2 se deschid, fluxul magnetic se deplasează discret cu 45˚după sensul acelor de ceasornic. Ca urmare. rotorul, datorită asimetriei magnetice, se va deplasa discret cu 15˚ împotriva acelor de ceasornic până în poziţia de coincidere a axei celor mai apropiaţi poli cu axa fazei A1-A2 . În figura 4.17 cei mai apropiaţi poli rotorici de faza A1-A2 sunt evidenţiaţi prin două puncte.

Dacă însă după faza B1-B2 se deschid tranzistoarele VT5-VT6 ale fazei C1-C2 ,atunci câmpul magnetic se va deplasa discret cu 45˚ împotriva acelor de ceasornic, iar rotorul – cu 15˚ în sensul direct al acelor de ceasornic. Aşa dar, un astfel de principiu asigură o micşorare de 3 ori a vitezei rotorului în comparaţie cu viteza câmpului statoric şi o rotaţie inversă a lui. Pentru a obţine o coincidenţă a sensului de rotaţie, numărul de poli ai rotorului trebuie să fie mai mare decât numărul de poli ai statorului ( în cazul nostru ZR trebuie să fie egal cu 10). Însă în acest caz coeficientul de reducţie a vitezei creşte până la 5.

Pentru a obţine o deplasare continuă a rotorului, este necesară o variaţie lină a creşterii fluxului fazei următoare şi descreşterii fluxului fazei precedente. O astfel de variaţie aproximativă poate fi obţinută în cel mai simplu caz (la o comandă nemodulată a tranzistoarelor) printr-o scurcircuitare a fazei precedente, în decursul căreea curentul ei descreşte sub acţiunea tensiunii de autoinducţie a inductivităţii

bobinelor. Scurcircuitarea poate fi realizată, la rândul ei, printr-o comandă asimetrică a tranzistoarelor, menţinând tranzistorul par al fazei precedente un tact adăugător de conducţie, egal cu 2π/m. Tranzistoarele impare ale comutatorului în acest caz se află în conducţie un singur tact de comutaţie.

În figura 7.18 este reprezentată diagrama de funcţionare a comutatorului şi curenţii fazelor motorului cu un astfel de algoritm asimetric. Tranzistoarele fiecărei faze se deschid concomitent la începutul fiecărui tact de comutaţie, însă tranzistorul par al fazei respective mai rămâne deschis încă un interval de conducţie, asigurând o descreştere exponenţială a curentului împreună cu dioda inversă impară a tranzistorului impar închis. După închiderea tranzistorului par respectiv, curentul fazei lui descreşte rapid la deschiderea ambelor diode, care asigură un contracurent al fazei corespunzătoare.

Fig.7.18 Diagrama de funcţionare a comutatorului electronic şi forma curenţilor fazelor motorului la un principiu de comandă nemodulată

Un astfel de principiu simplu de comandă separată a unei singure faze, sau de comandă simultană a 2 faze, la fel ca şi la MPP, asigură pulsaţii relativ mari ale cuplului motorului la viteze mici, de aceea în practică se utilizează principii mai complicate şi mai performante de comandă. bazate pe modulaţia în durată (PWM) a conducţiei tranzistoarelor. Ele asigură o modulaţie optimă a fluxului magnetic, calculată cu ajutorul microcontrolerelor, precum şi o variaţie lină a vitezei motorului. Comutarea tranzistoarelor comutatorului se efectuează în funcţie de poziţia unghiulară a rotorului

În figura 7.19 este reprezentatdependenţa fluxului magnetic calculat al unei faze de curentul ei şi de poziţia unghiulară a rotorului. Fig.7.19

În figura 7.20 este arătat statorul şi rotorul unui motor cu reluctanţă modulată, cu 6 faze pe stator, 8 poli pe rotor şi cu o construcţie obişnuită.

Fig.7.20 Statorul şi rotorul unui motor RSM cu reluctanţă modulată şi cu 6 faze

Utilizarea unui astfel de motor cu construcţie obişnuită pentru acţionarea electromobilelor necesită o transmisie mecanică corespunzătoare, care complică schema cinematică şi sistemul de amortizare, micşorează randamentul şi aderenţa cu calea . O soluţie optimă pentru reducerea acestor dezavantaje o constituie introducerea în fiecare roată a unui motor electric de o putere mai mică, care îmbunătăţeşte totodată aderenţa, fiabilitatea şi capacitatea de manevrare a automobilului. În caz de ieşire din funcţie a unui motor din grup sau a convertorului lui , rămân celelalte motoare şi convertoare Amplasarea motoarelor electrice în interiorul roţilor eliberează .o parte din spaţiu, care poate fi utilizat pentru montarea bateriei de acumulatoare sau a altor echipamente. În legătură cu toate acestea, proiectarea automobilelor electrice cu toate roţile motoare are o perspectivă mai mare faţă de utilizarea unui singur motor cu transmisie mecanică. Însă amplasarea motoarelor electrice în obada roţilor impune o altă variantă constructivă a acestor motoare. Ţinând cont de cerinţa practică de demontare simplă şi frecventă a cauciucurilor şi roţilor automobilului în exploatare, cea mai optimă variantă constructivă a motoarelor electromobilelor este cea în formă de disc. Un rotor masiv în formă de disc a unui motor RSM cu flux magnetic modulat în frecvenţă înaltă asigură această cerinţă. De aceea astfel de motoare au fost proiectate şi executate de compania RENDER (fig.7.21- 7.23).

Fig.7.21 Statorul nebobinat şi bobinat al motorului RSM în formă de disc

Fig.7.22 Rotorul şi cuplarea lui la statorul motorului RSM în formă de disc

Fig.7.23 Roată motoare asamblată cu motor RSM în formă de disc al companiei RENDER

Aceste motoare au deja un flux magnetic axial în întrefier şi nu radial, ca motoarele obişnuite. O construcţie axială o au, de asemenea, şi dinţii discului rotorului (fig.7.21-7.22). Ca urmare se micşorează lungimea liniilor câmpului magnetic, care intersectează statorul şi rotorul, ceea ce conduce la micşorarea curenţilor turbionari şi a pierderilor magnetice, precum şi a reactanţelor de dispersie. O altă particularitate a lor o constituie absenţa inductanţei mutuale dintre fazele statorului şi rotorului, condiţionată de conectarea consecutivă a fazelor statorice. Toate aceste particularităţi condiţionează obţinerea unui randament maxim al acestor motoare – 97-98 %, ceea ce constituie un avantaj foarte important la o alimentare a lor de la surse limitate de energie electrică. Roţile motoare se montează de carcasa automobilului cu ajutorul unor tije, care permit o balansare transversală a lor în timpul mersului pe o cale neuniformă. Aceste roţi mai prevăd, de asemenea, în interiorul lor o frână mecanică tradiţională cu saboţi şi cu acţionare hidraulică. Saboţii apasă în timpul frânării pe cilindrul

rulmentului roţii. Această frână serveşte, totodată, şi ca frână manuală în regim de repaos sau de parcare.

Aşa dar , acţionarea electromobilelor cu roţi motoare este o acţionare în grup, ceea ce necesită sincronizarea vitezei motoarelor de tracţiune şi variaţia lor diferită la cotituri. Această sincronizare este asigurată cu ajutorul sistemului electronic central de comandă, care acţionează asupra convertorului fiecărui motor şi care îndeplineşte rolul unui diferenţial electronic.

Pentru a asigura un regim de frânare recuperativă a automobilului, convertorul electronic al fiecărei roţi se execută în variantă reversibilă. Această variantă conţine deja nu 2 tranzistoare ca în schema din figura 7.17, ci 4 tranzistoare VT1-VT4 şi 4 diode inverse VD1-VD4 pentru fiecare fază. conectate într-o punte monofazată clasică (fig.4.24). Inductivităţile L1-L4 asigură o limitare a vitezei de variaţie a curentului fiecărui tranzistor de putere şi o acumulare a energiei în regim de frânare recuperativă la tensiuni ale motorului mai mici decât tensiunea bateriei. Pentru aceasta se deschide periodic mai întâi VT5. iar după acumularea energiei de inductivităţi, se deschide VT6, prin care energia este reîntoarsă bateriei .

Fig.7.24 Schema de principiu a unui convertor reversibil de alimentare a unei singure faze a motorului RSM cu modulare în frecvenţă a fluxului magnetic

În figura 7.25 sunt arătate 2 imagini ale electromobilul de 2 persoane al companiei RENDER cu roţi motoare SRM şi convertoare, descrise mai sus.

Fig.7.25 Electromobilul companiei RENDER cu roţi motoare SRM