Elektro türbin: özellikleri, çalışma prensibi, işin artıları ve eksileri, kendin yap kurulum ipuçları ve sahip incelemeleri

2024 Yazar: Erin Ralphs | [email protected]. Son düzenleme: 2024-02-19 19:37

Çevresel düzenlemelerin sıkılaştırılmasıyla birlikte otomobil üreticileri, performansı korurken motorların çevre dostu olmasını ve verimliliğini artırmanın yollarını geliştirmeye zorlanıyor. Bu bağlamda cebri indüksiyon sistemleri yaygınlaşmıştır. Geçmişte verimliliği artırmak için kullanılırken, şimdi ekonomiyi ve çevre dostu olmayı artırmanın bir aracı olarak kullanılıyorlar. Süper şarj sayesinde, daha az silindir ve daha küçük bir hacimle atmosferik motorlarla aynı performansı elde edebilirsiniz. Yani, süper şarjlı motorlar daha verimlidir. Diğer bir yöntem ise elektrik enerjisinin hem ayrı ayrı (elektrik motorları) hem de içten yanmalı motorlarla (hibrit enerji santralleri) birlikte kullanılmasıdır. Bu makalede, bu yaklaşımları birleştiren elektrik türbinleri ele alınmaktadır.

Genel Özellikler

Elektriksiz cebri endüksiyon sistemleri, enerji kaynağına göre turboşarjlar ve süper şarjörler olarak sınıflandırılır. Elektrik sistemleri üzerlerine kurulur ve geçişler sırasında performansı iyileştirmeyi amaçlar.süreçleri ve gecikmeleri en aza indirme.

Honeywell'e göre elektrikli üfleyici, süper şarjlı bir motora monte edilmiş bir elektrik motoru tarafından çalıştırılan bir kompresördür. Yani, bu bir turbo motor için ek bir cihazdır. Bir elektrik türbini, mekanik bir türbinin bir analogudur. Bu durumda sürücü farklı şekillerde uygulanabilir.

Wisconsin-Madison Üniversitesi'ndeki araştırmacıların sınıflandırmasına göre, elektrik zorlamalı indüksiyon sistemleri tasarım ve çalışma prensibine göre aşağıdaki tiplere ayrılır:

• elektrikli üfleyiciler (EC/ET/ES);
• elektrik asistanlı (EAT) türbinler;
• elektrikle ayrılmış türbinler (EST);
• Ek elektrikle çalışan kompresörlü (TEDC) türbinler.

Tasarım

Yukarıdaki elektrik türbinleri farklı bir tasarıma sahiptir. Bu, bileşenlerin farklı düzenlerinde, teknik parametrelerindeki farklılıklarda vb. yatmaktadır.

EC

EC, elektrik motoruyla çalışan bir kompresördür. Bu, yukarıda bahsedilen elektrikli üfleyicidir. Elektrikli tahrik, en büyük kontrol esnekliğini ve kompresörü optimum çalışma noktasında çalıştırma becerisini sağlar. Ancak bu, güçlü elektrikli bileşenler gerektirir.

YE

EAT'de, türbin ve kompresör arasına, genellikle bir şaft üzerine yüksek hızlı bir elektrik motoru monte edilir. Ana enerji kaynağı olmadığı için kullanılır.düşük güçlü elektrik bileşenleri. Bu, düşük bir maliyetle sonuçlanır. Ek olarak, bu tür turboşarjlar, rotorun konumunu kendi kendine algılama yeteneğine sahiptir ve iyi üretim ve motor yetenekleri ile karakterize edilir. Ana sorun, özellikle muhafazanın içine monte edilmişse, elektrik motoru üzerindeki yüksek sıcaklık etkisidir.

Çözmek için çeşitli yöntemler vardır. Örneğin BMW, elektrik motorunun mile bağlanmasına ve şafttan ayrılmasına izin vermek için debriyajlar taktı. Bu sayede motor türbinin dışına yerleştirilebilir. G+L inotec, dışarıya da yerleştirilebilen geniş bir hava boşluğuna sahip kalıcı bir mıknatıslı motor kullandı. Statorun iç çapı kompresörün dış çapına, rotorun dış çapı ise milin çıkış çapına eşittir. Hava boşluğu bir hava girişi görevi görebilir. Bu, soğutma, atalet ve termal etki açısından avantajlar sağlar. Ayrıca ısıl kararlılık ve ısıl kontrol açısından değişken manyetik dirençli asenkron elektrik motorları, üniversal kollektör motorları yüzey sabit mıknatıslı motorlara göre daha fazla tercih edilmektedir.

EST

EST'de türbin ve kompresör bir mil ile bağlı değildir ve her biri bir elektrik motoru ile donatılmıştır. Bu, kompresör ve türbin çarklarının farklı hızlarda çalışmasını sağlar. Bu tasarımın ET'ye benzer avantajları vardır, ancak bunun aksine enerji üretebilir. Ayrıca, oKompresör ve türbinin ayrılmasının yanı sıra türbin ve şaftından ek atalet olmaması nedeniyle daha az termal etkiye sahiptir. Türbin ve kompresörün ayrılması, hava akış yolunun optimize edilmesini sağladığı için paketleme açısından avantajlıdır. Ancak bu teknoloji aynı zamanda güçlü bir elektrik motoru, jeneratör ve tork/atalet oranını karşılamak için inverterler gerektirir ki bu da bir bedeli vardır.

TEDC

TEDC, bir elektrik motoru tarafından tahrik edilen ek bir kompresöre sahip mekanik bir türbindir. Kompresörün türbine göre konumuna göre, bu sistemler yukarı akış ve aşağı akış seçenekleri (sırasıyla türbinin üstünde ve altında) olarak sınıflandırılır. Genel olarak, elektrik motorunun türbin ve şaftın ataletinden bağımsız olması nedeniyle, " alttaki" geçici olaylar sırasında önemli ölçüde daha iyi yanıt verme ile karakterize edilirler. Ayrıca, aşağı akışlı TEDC'ler, bu açıdan yukarı akış seçeneklerinden daha üstündür, çünkü ikincisinin, basıncı korumak için büyük bir hacim ile karakterize edilmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Bu tip elektrik türbinlerinin bir diğer avantajı, mekanik olanlardan minimum farklarıdır.

Çalışma prensibi

Yukarıdaki elektrik türbinlerinin çalışma prensibi farklıdır. Bu nedenle, sürücü farklı şekilde uygulanır, bazıları enerji üretebilir, vb.

EC

EC'de kompresör bir elektrik motoruyla çalıştırılır. Böyle bir sistem enerji üretme yeteneğine sahip değildir, ancak bunun içindepolama, rejeneratif bir fren sistemi veya yerleşik bir marş jeneratörü ile birleştirilebilir.

YE

Düşük devirde EAT'de elektrik motoru, takviye basıncını artırmak için kompresöre ek tork sağlar. "Üstlerde", depoya aktarılabilen enerji üretir. Ayrıca elektrik motoru, türbinin hız sınırını aşmasını önleyebilir. Bununla birlikte, egzoz gazlarından çıkarılan enerjiyi telafi eden yüksek bir karşı basınç etkisi meydana gelebilir.

Egzoz gazlarından elektrik üretme olasılığı nedeniyle bu tür turboşarjlara hibrit denir. Binek araçlarda, sürüş döngüsüne bağlı olarak birkaç yüz watt'tan kW'a kadar güç üretebilirler. Bu, yakıttan tasarruf ederken alternatörü değiştirmenize olanak tanır.

EST

EST'de egzoz gazlarının enerjisi kompresörü doğrudan çalıştırmaz, bir jeneratör kullanılarak elektrik enerjisine dönüştürülür. Kompresör, depolanan enerji tarafından çalıştırılır.

TEDC

TEDC'de, elektrik motoru türbinden bağımsız olarak çalışır ve onun tarafından çalıştırılan ek kompresör, " alttaki" artışı artırmaya hizmet eder.

Tasarım ve işlevsel farklılıklar

Zorunlu indüksiyonun ele alınan elektrik sistemleri arasındaki temel farklılıklar, Wisconsin-Madison Üniversitesi'ndeki araştırmacılar tarafından grafik ve tablo biçiminde birleştirilmiştir. Aşağıdaki şekil, cihazlarının şemalarını göstermektedir (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC yukarı akış, e - TEDC aşağı akış).

Tablo, cihazın ana hükümlerini yansıtmaktadır. Bunlara enerji kaynağı, kompresörün tahriki, elektrikli bileşenlerin gücü dahildir. Ayrıca boyutlar ve sıcaklık etkisi gibi nitelikler de önemlidir.

Tür	EC	YE	EST	TEDC
Güç kaynağı	Pil	Egzoz gazları / pil	Egzoz gazları / pil	Egzoz gazları / pil
Elektrik motorunun ve invertörün gücü	Yüksek	Düşük	Yüksek	Düşük
Sıcaklık etkisi	Düşük	Yüksek	Düşük	Düşük
Boyut	Küçük	Orta	Büyük	Büyük
Elektrik türbini	Hayır	Evet	Evet	Hayır
Turbo-elektrikli kompresör tahriki	Hayır	Evet	Hayır	Hayır

Dolayısıyla EAT ve EST teknolojileri elektrik türbinlerine aittir. olduğu gibi ECnot edildi - ayrı bir mekanizma, TEDC - onunla donatılmış geleneksel bir turboşarj sistemi.

Artıları ve eksileri

Elektrik motoruyla türbin tahriki, mekanik turboşarjların ana dezavantajlarını ortadan kaldırır.

• Elektrik motoru rotoru çok hızlı döndürebildiği için gecikme olmaz.
• Egzoz gazı eksikliğinden kaynaklanan turbo gecikmesi yoktur, çünkü bu durumda elektrik motoru enerji eksikliğini telafi eder.
• Elektrik motoru, gecikme önleme gibi geçici durumlar sırasında, ikincisinin olumsuz etkileri olmadan desteği korumanıza olanak tanır.
• Bu, geniş bir çalışma aralığı ve tutarlı tork sağlar.
• Bu mekanizmaların bazı türleri, jeneratör üzerindeki yükü az altarak ve yakıt tüketimini az altarak elektrik üretebilir.
• Ferrari'nin Formula 1 motorunda uyguladığı gibi, kaybedilen enerjinin geri kazanılması mümkündür.
• Elektro türbinler daha yumuşak koşullarda ve daha düşük hızlarda çalışır (200-300 bin yerine 100 bin).

Ancak, bu teknolojinin bir takım dezavantajları vardır.

• Motor ve kontrolörler dahil harika tasarım karmaşıklığı.
• Bu, yüksek bir maliyete neden olur.
• Ayrıca, tasarımın karmaşıklığı güvenilirliği etkiler.
• Çok sayıda yapısal eleman nedeniyle (türbine ek olarak, buna bir elektrik motoru, kontrolörler, pil dahildir), bu turboşarjlar geleneksel olanlardan çok daha büyük ve ağırdır.

Ayrıca, her bir elektrik türbini türü karakterize edilir.belirli özellikler.

Tür	EC	YE	EST	TEDC yukarı akış	TEDC akış aşağı
Onur	Kontrol esnekliği; düzen esnekliği; mil atalet eksikliği; atık kapısı yok; karşı basınç yok	Kompakt; düşük güçlü motor ve invertör; atık kapısı yok	Kontrol esnekliği; düzen esnekliği; mil atalet eksikliği; atık kapısı yok	Kurulumu kolay; mil atalet eksikliği; düşük güçlü motor ve invertör; Sürekli performans iyileştirme	Daha iyi geçici yanıt; kurulumu kolay; düşük güçlü motor ve invertör; Sürekli performans iyileştirme
Kusurlar	Yüksek güçlü motor ve invertör; düşük verimlilik	Ek soğutma ihtiyacı; ek şaft ataleti; karşı basınç nedeniyle hızlanma sınırını artırın	Yüksek güçlü motor ve invertör; dönüşüm sırasında enerji kaybı; sınırkarşı basınç nedeniyle boost boost; ek kurulum alanı gerektirir	Çok hızlı olmayan geçici yanıt; ek kurulum alanı gerektirir; düşük verimlilik	Ek kurulum alanı gerektirir; düşük verimlilik

Dayanıklılık açısından, IHI'ye göre, elektrik türbinleri, aynı koşullarda daha yumuşak bir modda ve daha fazla tasarım karmaşıklığı ile çalıştıkları için mekanik türbinlere eşdeğer olacaktır.

Alaka

İyi performansa rağmen, elektrik türbinleri şu anda seri üretilen arabalarda yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bu, yüksek maliyetleri ve karmaşıklıklarından kaynaklanmaktadır. Ek olarak, mekanik türbinlerin (ikiz kaydırmalı ve değişken geometrili) geliştirilmiş versiyonları, çok daha düşük bir maliyetle ilk modifikasyonlara göre (daha az ölçüde de olsa) benzer avantajlara sahiptir. Şimdi EST, Formula 1 motorunda Ferrari kullanıyor. Honeywell'e göre, elektrik türbinlerinin toplu kullanımı önümüzdeki on yılın başında başlayacak. Elektrikli süper şarj cihazlarının daha basit oldukları için Honda Clarity gibi bazı üretim araçlarında zaten kullanıldığına dikkat edilmelidir.

En basit ve ev yapımı mekanizmalar

On yılın başlarında, elektrik türbinleri olarak da adlandırılan bilgisayar soğutucuları gibi basit, ucuz makineler piyasaya çıktı. Girişte bulunurlar ve pille çalışırlar. Bu tür elektrik türbinlerini hem karbüratörde hem de enjektörde kullanmak mümkündür. Üreticilere göre, motora giren hava akışını artırarak hızlandırıyorlar ve bu da %15'e varan performans artışı sağlıyor. Bu durumda, parametreler (dev, akış, güç) genellikle gösterilmez. Bu tür elektrik türbinlerini kendi ellerinizle bir arabaya kurmak çok kolay.

Ancak, gerçekte, elektrik motorları birkaç yüz watt'a kadar güç üretir, bu da akış hacmini artırmak için yeterli değildir, çünkü bu yaklaşık 4 kW gerektirir. Bu nedenle, böyle bir cihaz girişte ciddi bir engel haline gelecek ve bunun sonucunda tam tersine verimlilik düşecektir. En iyi ihtimalle, kayıplar küçük olacak ve bu da dinamikleri önemli ölçüde etkilemeyecek.

Ek olarak, internette kendi elinizle bir elektrik türbini oluşturma konusundaki gelişmeleri bulabilirsiniz. Yukarıda belirtilen ucuz seçeneklerden farklı olarak, santrifüj kompresör ve 17 kW'a kadar güce ve 50-70 V voltaja sahip fırçasız bir motor temelinde inşa edilirler, çünkü sadece böyle bir motor yeterli tork sağlayabilir ve kompresörü döndürme hızı. Motor bir hız kontrol cihazı ile donatılmış olmalıdır. Bu sistem bir ara soğutucu gerektirmez - bunun için soğuk bir giriş yeterlidir. Bu tip bir elektrik türbininin montajı, bir jeneratörün (90-100 A için) ve bir pilin (yüksek akım çıkışı olan daha kapasitif bir türbin için) değiştirilmesini gerektirebilir. Kompresörün dönüş hızı, gaz kelebeğinin konumuna göre belirlenir. Ayrıca, bağımlılık doğrusal değil, üsteldir.

Yüksek enerji tüketimi nedeniyle 1,5 litreye kadar küçük motorlu otomobiller için bu tür elektrik türbinlerinin oluşturulması tavsiye edilir. Ayrıca, motorun hacmi ne kadar büyük olursa, süper şarj cihazının oluşturabileceği takviye basıncı o kadar az olur. Yani, 0,7 litrelik bir motorda, 1,5 litre - 0,2-0,3 bar için 0,4-0,5 bar olacaktır. Ek olarak, böyle bir süper şarj cihazı, ısıtma nedeniyle uzun süre maksimum performansta çalışamayacaktır. Ancak, denetleyici etkinleştirmeyi zorlamak için yapılandırılabilir.

Bileşenlerin yüksek maliyeti nedeniyle, böyle bir elektrik türbini yapmak çok pahalıdır. İncelemeler, performansta ölçülebilir bir artış olduğunu gösteriyor.

Tasarım açısından, bu mekanizmalar, yukarıda bahsedilen ucuz seçenekler gibi, elektrikli süper şarjörlerdir. Bununla birlikte, genellikle yanlışlıkla elektrik türbinleri olarak adlandırılırlar. Artık piyasada ev yapımına yakın daha ciddi markalı hareketler var.

CV

Elektrik türbinleri mekanik olanlardan daha duyarlı, üretken ve verimlidir ve ek özelliklere sahiptir. Aynı zamanda, bir yandan karmaşık bir tasarıma sahipler, ancak diğer yandan daha iyi huylu koşullarda çalışıyorlar.