Водитель что это такое простыми словами в электрике

Обновлено: 01.07.2024

Сколько стоит поездка на работу или поездка по городу? Стоимость бензина вывешена на каждой заправке за углом, а как быть со стоимостью езды на электричестве? Система eGallon Министерства энергетики дает быстрый и простой ответ на этот вопрос и позволяет водителям электромобилей увидеть, сколько они могут сэкономить на топливе, используя электричество вместо бензина.

Цена eGallon сообщает потребителям, сколько стоит проехать на электромобиле то же расстояние, что и на галлоне неэтилированного бензина в аналогичном автомобиле. Это так просто. Мы берем среднее расстояние, которое автомобиль с бензиновым двигателем может проехать на галлоне бензина (28,2 мили для сопоставимых автомобилей 2012 модельного года), а затем вычисляем, сколько будет стоить проезд среднего электромобиля на такое же расстояние. Поскольку цены на электроэнергию в разных штатах немного отличаются, наш инструмент eGallon показывает, сколько стоит eGallon в вашем штате, и сравнивает его со стоимостью бензина. Как видите, в среднем заправка автомобиля бензином стоит примерно в 3 раза дороже, чем заправка электричеством.

Если вы проанализируете изменение цен на бензин и eGallon в зависимости от времени, то заметите еще кое-что. Цены на бензин часто скачут вверх и вниз беспорядочно, потому что они связаны с международными рынками нефти. События за полмира могут увеличить цену, которую мы платим за заправку. Высокие цены и неопределенность — тяжелое бремя для американских потребителей. С другой стороны, стоимость электроэнергии зависит от региона и гораздо более стабильна, поэтому вам обычно не нужно беспокоиться о резких скачках цен на газ.

Цена eGallon дает потребителям немного больше информации для сравнения затрат на вождение электромобиля со стоимостью бензина, но не измеряет некоторые другие преимущества вождения на электричестве. Существуют значительные экологические преимущества, особенно в связи с увеличением доли электроэнергии, получаемой из экологически чистых и возобновляемых источников энергии, а также преимущества для энергетической безопасности Америки. Вместо того, чтобы тратить 1 миллиард долларов в день на иностранную нефть, электромобили и другие технологии, мы можем питать наши автомобили, дома и предприятия американской энергией.

Драйвер затвора – это усилитель мощности, который принимает маломощный входной сигнал от микросхемы контроллера и обеспечивает соответствующий сильноточный привод затвора для силового устройства. Поскольку требования к силовой электронике продолжают расти, конструкция и производительность схемы драйвера затвора становятся все более важными.

Силовые полупроводниковые устройства являются сердцем современных систем силовой электроники. В этих системах используются многие полупроводниковые устройства с вентильным управлением, такие как обычные транзисторы, FET, BJT, MOSFET, IGBT и другие, в качестве переключающих элементов в импульсных источниках питания (SMPS), универсальных источниках питания (UPS) и приводах двигателей. Эволюция современных технологий в силовой электронике обычно следовала за эволюцией силовых полупроводниковых устройств.

В отрасли силовой электроники постоянно растут требования к уровню мощности и частоте коммутации. Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника (MOSFET) и биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) — два наиболее популярных и эффективных полупроводниковых устройства для импульсных источников питания средней и высокой мощности в большинстве приложений.

Затвор MOSFET или IGBT представляет собой электрически изолированный вывод управления для каждого устройства. Другими клеммами этих устройств являются исток и сток или эмиттер и коллектор. Для работы MOSFET/IGBT обычно к затвору должно быть приложено напряжение, соответствующее истоку/эмиттеру устройства. Чтобы привести эти переключающие устройства в проводимость, клемма затвора должна быть положительной по отношению к ее источнику/эмиттеру.

На поведение силового устройства при переключении влияют паразитные емкости между тремя выводами, то есть затвор-исток (C_gs), затвор-сток (C_{gd< /sub>) и сток-исток (C_ds), которые обычно нелинейны и зависят от напряжения смещения. Зарядка конденсатора затвора включает силовое устройство и позволяет току течь между его выводами стока и истока, а разрядка выключает устройство, и высокое напряжение блокируется на выводах стока и истока.}

Напряжение затвора силового устройства не увеличивается, если его входная емкость затвора не заряжена, и силовое устройство не включается, пока его напряжение затвора не достигнет порогового напряжения затвора (V_th). V_th устройства питания определяется как минимальное смещение затвора, необходимое для создания пути проводимости между областями истока и стока.Для работы силового устройства в качестве переключателя между затвором и выводом источника/эмиттера должно быть приложено напряжение, достаточно большее, чем V_th.

Драйверы затворов для силовой электроники

В приложениях с высокой мощностью затвор силового ключа никогда не может управляться выходом логической ИС (ШИМ-контроллер). Из-за слаботочных токов этих логических выходов для зарядки емкости затвора потребовалось бы слишком много времени, скорее всего, больше, чем продолжительность периода переключения. Следовательно, необходимо использовать специальные драйверы для подачи напряжения и подачи управляющего тока на затвор силового устройства. Это может быть схема драйвера и она может быть реализована в виде специализированных интегральных схем, дискретных транзисторов или трансформаторов. Его также можно интегрировать в микросхему ШИМ-контроллера.

Драйвер затвора – это усилитель мощности, который принимает маломощный вход от микросхемы контроллера и обеспечивает соответствующий сильноточный привод затвора для силового устройства. Он используется, когда ШИМ-контроллер не может обеспечить выходной ток, необходимый для управления емкостью затвора соответствующего силового устройства.

Схема драйвера затвора является неотъемлемой частью систем силовой электроники. Драйверы затворов образуют важный интерфейс между мощной электроникой и схемой управления и используются для управления силовыми полупроводниковыми устройствами. Выход преобразователей постоянного тока или SMPS в основном зависит от поведения схем драйвера затвора, что означает, что если схема драйвера затвора не управляет затвором силового устройства должным образом, выход преобразователя постоянного тока не будет соответствовать требование дизайна. Таким образом, конструкция схемы драйвера затвора имеет решающее значение при разработке силовых электронных преобразователей.

Типы драйверов затвора

Драйверы нижнего плеча — используются для управления переключателями с заземлением (выключатели нижнего плеча).

Драйверы High-Side-Low-Side — используются для управления двумя переключателями, соединенными мостовой схемой (как с плавающими, так и с заземленными переключателями).

Изоляция драйвера шлюза

В цепях управления затвором силовых инверторов и преобразователей часто требуется гальваническая изоляция как в функциональных целях, так и в целях безопасности. Изоляция предписана регулирующими органами и органами по сертификации безопасности для предотвращения опасности поражения электрическим током. Он также защищает низковольтную электронику от любого повреждения из-за неисправности цепи на стороне высокой мощности и от человеческой ошибки на стороне управления. Электрическое разделение между различными функциональными цепями в системе предотвращает прямой путь проводимости между ними и позволяет отдельным цепям иметь разные потенциалы земли. Сигнал и мощность могут по-прежнему передаваться между изолированными цепями с использованием индуктивных, емкостных или оптических методов.

Многие приложения силовых устройств (например, преобразователи, где требуется высокая плотность мощности и высокий КПД) требуют схемы управления изолированным затвором. Например, в топологиях силового преобразователя, таких как полумост, полный мост, понижающий, прямой с двумя переключателями и прямой активный зажим, есть переключатели высокого и низкого уровня, поскольку драйверы нижнего плеча нельзя использовать напрямую. для привода верхнего силового устройства. Устройствам верхнего уровня мощности требуется изолированный драйвер затвора, потому что исток и эмиттер устройств верхнего уровня не находятся на потенциале земли (плавающие).

В простой структуре топологии моста со схемой управления, как показано здесь, вывод истока переключателя 1 может быть плавающим в любом месте от земли до потенциала шины постоянного тока. Поэтому для управления переключателями верхнего уровня необходимы две вещи:

Плавающий источник питания — для обеспечения питания любой схемы, связанной с этим потенциалом плавающей средней точки.
Переключатель уровня — для передачи управляющего сигнала ШИМ на плавающую схему драйвера.

Методы изоляции

В основном существует два популярных метода реализации изолированных драйверов затвора: магнитный (с использованием трансформаторов управления затвором) и оптический (с использованием оптопары). Следующие несколько статей будут посвящены методу магнитной изоляции, в частности характеристикам и требованиям к конструкции трансформаторов управления затвором.

Авторы

Бхувана Мадхайян (Bhuvana Madhaiyan) — инженер по проектированию и разработке в Talema India. Она имеет степень бакалавра в области электротехники и электроники Университета Анны в Ченнаи и работает инженером с 2006 года. Бхувана присоединилась к команде Talema в 2007 году.

Сампат Паланиаппан — инженер по проектированию и разработке в Talema India. Он имеет степень бакалавра в области электроники и коммуникационных технологий Университета Анны в Ченнаи. Сампат присоединился к команде Talema в 1994 году.

В электромобилях вместо бензобака используется аккумулятор, а вместо двигателя внутреннего сгорания — электродвигатель. Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) представляют собой комбинацию бензиновых и электрических транспортных средств, поэтому они имеют аккумулятор, электродвигатель, бензобак и двигатель внутреннего сгорания. PHEV используют как бензин, так и электричество в качестве источников топлива. Подробнее о PHEV.

Посмотрите видео, чтобы узнать, как работают электромобили и различные типы подключаемых гибридных электромобилей.

Доступность

Электромобили и гибриды PHEV теперь доступны в нескольких классах транспортных средств. В настоящее время на рынке представлено более 50 моделей EV и PHEV, и ожидается, что в ближайшие годы будет выпущено больше моделей. Посетите сайт fueleconomy.gov, чтобы ознакомиться с полным списком вариантов. Не все модели доступны во всех 50 штатах.

Выбросы

Электромобили не производят выхлопных газов. Хотя зарядка аккумулятора может увеличить загрязнение окружающей среды на электростанции, общие выбросы, связанные с вождением электромобилей, по-прежнему, как правило, меньше, чем выбросы от бензиновых автомобилей, особенно если электричество вырабатывается из возобновляемых источников энергии, таких как ветер.

Выбросы выхлопных газов автомобилей PHEV образуются, когда в качестве источника топлива используется бензин.

Чтобы оценить выбросы парниковых газов, связанные с зарядкой и вождением электромобиля или гибридного электромобиля с подзарядкой от сети, воспользуйтесь нашим калькулятором выбросов парниковых газов для электромобилей и гибридов PHEV.

Диапазон

Знаете ли вы, что для полностью электрических и подключаемых гибридных автомобилей предусмотрены налоговые льготы? Посетите страницу налоговых льгот на сайте fueleconomy.gov. Экономьте деньги, избегайте поездок на заправку и помогайте окружающей среде. Не забывайте искать и государственные стимулы!

Количество миль, которое электромобиль проезжает до того, как потребуется подзарядка аккумулятора, часто меньше, чем расстояние, которое может проехать ваш бензиновый автомобиль до заправки, но обычно этого достаточно для удовлетворения ежедневных потребностей вождения среднего человека. Экономия топлива электромобиля выражается в милях на галлон бензинового эквивалента (MPGe). Думайте об этом как о MPG, но вместо того, чтобы представлять мили на галлон типа топлива транспортного средства, он представляет количество миль, которое транспортное средство может проехать, используя количество электроэнергии с таким же содержанием энергии, как галлон бензина. Это позволяет сравнить электромобиль с автомобилем на бензине, даже если электричество не расходуется и не сжигается в галлонах.

У PHEV обычно дальность пробега сопоставима с бензиновыми автомобилями. PHEV имеют два значения экономии топлива: одно, когда транспортное средство работает в основном на электричестве (указывается в MPGe), и одно, когда транспортное средство работает только на бензине (указывается как MPG).

Узнайте запас хода и время зарядки электромобилей и гибридов PHEV на этикетке Fuel Economy and Environment Label или на сайте fueleconomy.gov

Примечание. Оценки EPA, включая запас хода электромобиля, служат общим ориентиром для потребителей при сравнении автомобилей. Точно так же, как «ваш пробег может варьироваться» для автомобилей с бензиновым двигателем, ваш диапазон будет варьироваться для электромобилей. В частности, такие факторы, как холодная погода, использование аксессуаров (например, кондиционера) и вождение на высокой скорости, могут значительно сократить запас хода вашего автомобиля.

Зарядка

В зависимости от того, как далеко вы проезжаете каждый день, вы можете удовлетворить все свои потребности вождения, подключившись к сети, находясь дома. Большинство электромобилей можно заряжать от стандартной розетки на 120 В. Чтобы зарядить автомобиль быстрее, вы можете установить специальную розетку 240 В или систему зарядки. Вы также можете подключиться к сети на своем рабочем месте или на одной из постоянно увеличивающихся общественных зарядных станций.

Еще немного о PHEV . . .

Некоторые PHEV работают исключительно или почти исключительно на электричестве, пока аккумулятор почти не разрядится. Затем в двигателе сжигается бензин для обеспечения дополнительной мощности. Другие PHEV (иногда называемые PHEV со смешанным режимом) используют бензин и электричество вместе для питания автомобиля, пока аккумулятор заряжен.

Ученые не особенно известны своим чувством юмора или игривостью, поэтому было немного неожиданно, когда участник конференции Организации Объединенных Наций по устойчивому развитию в Рио-де-Жанейро, Бразилия, решил немного повеселиться. Он загнал свой полностью электрический автомобиль на местную заправку и попросил заправиться. Альянс производителей электромобилей предоставил автомобиль для перевозки делегатов встречи в различные места.

Служащие заправочной станции были совершенно сбиты с толку отсутствием каких-либо отверстий для добавления бензина. Когда они открыли круглую крышку в передней части машины, все, что они нашли, были клеммы. Заглянув под капот, они почесали затылки. Чего они не знали, так это того, что, возможно, рассматривали автомобиль будущего.

Механические системы под капотом не сильно отличались от бензиновой версии аналогичного размера. Но примечательно то, чего не хватало: ни поршней, ни коленчатого вала, ни клапанов, ни вариатора. Это означает очень мало посещений местного гаража для технического обслуживания, такого как замена масла, регулировка клапанов или замена цепи ГРМ. На самом деле замена шин является основным пунктом в большинстве списков планового технического обслуживания. Поскольку тормоза являются частью системы рекуперации энергии на электромобилях, они, как правило, работают намного дольше, чем обычные автомобильные тормоза, работающие на бензине, возможно, на 100 000 миль!

Подключаемые автомобили

Мы с женой купили электромобиль в ноябре 2011 года. Через девять месяцев мы проехали около 3000 миль. Нам повезло, потому что штат Орегон, в котором мы живем, является одним из девяти штатов, получивших поддержку для внедрения электромобилей. Это позволило нам получить грант на домашнее зарядное устройство на 220 вольт. Это также позволило нашему родному городу установить 34 зарядные станции, а в нашем большом мегаполисе их почти 150. В прошлом месяце моя общая стоимость электричества для зарядки нашей машины дома составила 5 долларов. Подсчитано, что автомобили могут проехать от 70 до 100 миль менее чем за 2 доллара США – это текущая стоимость полгаллона бензина.

Nissan Leaf и другие электромобили, работающие только на электричестве, в первую очередь предназначены для использования в городских условиях, то есть для коротких поездок на работу, выполнения местных поручений и поездок по городу. Поездки на расстояние более 50 миль в одну сторону для нас проблема. Мы начинаем проявлять так называемую «тревожность диапазона». Закончившийся бензин в обычном автомобиле — это не весело, но звонок в придорожную службу может привести к быстрой дозаправке, и вы уже в пути.

Если наша батарея разрядится, у нас нет быстрого решения. Несмотря на то, что разрабатываются мобильные устройства для быстрой зарядки, сегодня наша единственная альтернатива — эвакуация автомобиля домой.

К счастью, машина очень умная и делает все возможное, чтобы этого не произошло. Бортовые компьютеры сообщают нам о состоянии заряда наших аккумуляторов и о том, какой запас хода нам еще предстоит пройти. Если рядом с пунктом назначения есть удобная зарядная станция, мы всегда можем подзарядиться на некоторое время, прежде чем вернуться домой. Самое приятное в этом то, что эти зарядные станции бесплатны (на данный момент), хотя некоторые взимают плату за парковку. Бортовая навигация помогает нам найти эти зарядные станции.

Первые электромобили

Неясно, кто первым изобрел электромобили. Записи показывают ряд первых изобретателей, которые делали рабочие транспортные средства. Еще в 1828 году венгерский изобретатель Аниос Едлик создал простой электродвигатель и установил его на крошечную модель автомобиля. В 1834 году кузнец из Вермонта по имени Томас Дэвенпорт изобрел электродвигатель постоянного тока и использовал его для питания миниатюрной модели автомобиля, который двигался по электрифицированной трассе.

Но производство обычных электромобилей началось только в 1890-х годах. К тому времени технология производства перезаряжаемых батарей развилась до такой степени, что автомобилям не нужно было работать на электрических путях. К началу 20 века насчитывалось полдюжины производителей, в том числе Edison Company и Studebaker.

Но тогда, как и сейчас, автомобили были ограничены дальностью пробега и отсутствием инфраструктуры для зарядки аккумуляторов. По мере того как строились лучшие автомагистрали, путешественники требовали автомобилей с большим запасом хода. Массовое производство снизило стоимость и улучшило качество автомобилей с бензиновым двигателем. К 1930-м годам электромобили практически исчезли.

Типичным аккумулятором, использовавшимся в тех первых автомобилях, был свинцово-кислотный аккумулятор, который мы до сих пор используем для запуска двигателей бензиновых автомобилей. Когда аккумулятор находится в режиме разрядки, который обеспечивает питание устройства, происходит следующая реакция:

Читайте также: