Шаговые двигатели

Шаговые двигатели. Общие сведения

В современных системах управления широко используются устройства, оперирующие с цифровой формой сигнала. Цифровая форма представления сигнала привела к созданию нового типа двигателей – шаговых двигателей (ШД). Шаговые двигатели – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. При проектировании конкретных систем приходится делать выбор между сервомотором и шаговым двигателем. Когда требуется прецизионное позиционирование и точное управление скоростью, а требуемый момент и скорость не выходят за допустимые пределы, то шаговый двигатель является наиболее экономичным решением. Современные ШД являются по сути синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным, а частотным пуском ШД. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).

Рассмотрим принцип действия простейшего однофазного двигателя. Двухполюсный ротор из магнитомягкой стали с клювообразными выступами помещен в четырехполюсный статор (рис.1.1). Одна пара полюсов выполнена из постоянных магнитов, на другой – находится обмотка управления. Пока тока в обмотках управления нет, ротор ориентируется вдоль постоянных магнитов и удерживается около них с определенным усилием, которое определяется магнитным потоком полюсов Ф_пм . При подаче постоянного напряжения на обмотку возникает магнитный поток Ф_у примерно вдвое больший, чем поток постоянных магнитов. Под действием электромагнитного усилия, создаваемого этим потоком, ротор поворачивается, преодолевая нагрузочный момент и момент, разливаемый постоянными магнитами, стремясь занять положение сносное с полюсами управляющей обмотки. Поворот происходит в сторону клювообразных выступов, т.к. магнитное сопротивление между статором в этом направлении меньше, чем в обратном.

Рисунок 1.1 Схема простейшего однофазного ШД

Следующий управляющий импульс отключает напряжение с обмотки управления, и ротор поворачивается под действием потока постоянных магнитов в сторону клювообразных выступов. Достоинством однофазных ШД с постоянными магнитами является простота конструкции и схемы управления. Для фиксации ротора при обесточенной обмотке управления не требуется потребление энергии, угол поворота сохраняет свое значение и при перерывах в питании. Двигатели этого типа отрабатывают импульс с частотой до 200-300 Гц. Их недостатки – низкий КПД и невозможность реверса.

Существуют три основных типа шаговых двигателей:

— двигатели с переменным магнитным сопротивлением

— двигатели с постоянными магнитами

Определить тип двигателя можно даже на ощупь: при вращении вала обесточенного двигателя с постоянными магнитами (или гибридного) чувствуется переменное сопротивление вращению, двигатель вращается как бы щелчками. В то же время вал обесточенного двигателя с переменным магнитным сопротивлением вращается свободно. Гибридные двигатели являются дальнейшим усовершенствованием двигателей с постоянными магнитами и по способу управления ничем от них не отличаются. Определить тип двигателя можно также по конфигурации обмоток.

Двигатели с переменным магнитным сопротивлением. Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют несколько полюсов на статоре и ротор зубчатой формы из магнитомягкого материала (рис. 1.2). Намагниченность ротора отсутствует. Для простоты на рисунке ротор имеет 4 зубца, а статор имеет 6 полюсов. Двигатель имеет 3 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора. Такой двигатель имеет шаг 30 град.

При включении тока в одной из катушек, ротор стремится занять положение, когда магнитный поток замкнут, т.е. зубцы ротора будут находится напротив тех полюсов, на которых находится запитанная обмотка. Если затем выключить эту обмотку и включить следующую, то ротор поменяет положение, снова замкнув своими зубцами магнитный поток. Таким образом, чтобы осуществить непрерывное вращение, нужно включать фазы попеременно. Двигатель не чувствителен к направлению тока в обмотках. Реальный двигатель может большее количество полюсов статора и большее количество зубцов ротора, что соответствует большему количеству шагов на оборот. Иногда поверхность каждого полюса статора выполняют зубчатой, что вместе с соответствующими зубцами ротора обеспечивает очень маленькое значения угла шага, порядка нескольких градусов. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением довольно редко используется в индустриальных применениях.

Рисунок 1.2 Двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Двигатели с постоянным магнитами. Двигатели с постоянными магнитами состоят из статора, который имеет обмотки, и ротора, содержащего постоянные магниты (рис. 1.3). Чередующиеся полюса ротора имеют прямолинейную форму и расположены параллельно оси двигателя. Благодаря намагниченности ротора в таких двигателях обеспечивается больший магнитный поток и, как следствие, больший момент, чем у двигателей с переменным магнитным сопротивлением. Показанный на рисунке двигатель имеет 3 пары полюсов ротора и 2 пары полюсов статора. Двигатель имеет 2 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора.

Рисунок 1.3 Двигатель с постоянными магнитами

Такой двигатель, как и рассмотренный ранее двигатель с переменным магнитным сопротивлением, имеет величину шага 30 град. При включении тока в одной из катушек, ротор стремится занять такое положение, когда разноименные полюса ротора и статора находятся друг напротив друга. Для осуществления непрерывного вращения нужно включать фазы попеременно. На практике двигателя с постоянным магнитами обычно имеют 48 – 24 шага на оборот (угол шага 7.5 – 15 град).

Гибридные двигатели. Гибридные двигатели являются более дорогими, чем двигатели с постоянными магнитами, зато они обеспечивают меньшую величину шага, больший момент и большую скорость. Типичное число шагов на оборот для гибридных двигателей составляет от 100 до 400 (угол шага 3.6 – 0.9 град.). Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении (рис.1.4).

Рисунок 1.4 Поперечный разрез гибридного шагового двигателя

Ротор показанного на рисунке 1.4 двигателя имеет 100 полюсов (50 пар), двигатель имеет 2 фазы, поэтому полное количество полюсов – 200, а шаг, соответственно, 1.8 град. Продельное сечение гибридного шагового двигателя показано на (рис. 1.5) Стрелками показано направление магнитного потока постоянного магнита ротора. Часть потока (на рисунке показана черной линией) проходит через полюсные наконечники ротора, воздушные зазоры и полюсный наконечник статора. Эта часть участвует в создании момента.

Рисунок 1.5 Поперечный разрез гибридного шагового двигателя

Как видно на (рис. 1.5), воздушные зазоры у верхнего и нижнего полюсного наконечника ротора разные. Это достигается благодаря повороту полюсных наконечников на половину шага зубьев. Поэтому существует другая магнитная цепь, которая содержит минимальные воздушные зазоры и, как следствие, обладает минимальным магнитным сопротивлением. По этой цепи замыкается другая часть потока (на рисунке показана штриховой белой линией), которая и создает момент. Часть цепи лежит в плоскости, перпендикулярной рисунку, поэтому не показана. В этой же плоскости создают магнитный поток катушки статора. В гибридном двигателе этот поток частично замыкается полюсными наконечниками ротора, и постоянный магнит его «видит» слабо. Поэтому в отличие от двигателей постоянного тока, магнит гибридного двигателя невозможно размагнитить ни при какой величине тока обмоток. Величина зазора между зубцами ротора и статора очень небольшая – типично 0.1 мм.

Способы управления фазами шагового двигателя:

Полношаговый режим. Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис.1.6а). Этот способ называются “one phase on” full step или wave drive mode. Точка равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у не запитанного двигателя.

Второй способ – управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют “two-phase-on” full step или просто full step mode. При этом способе управления ротор фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора (рис. 1.6б) и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на полшага.

Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, ”one and two-phase-on” half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две (рис. 1.6в). В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса.

Основным принципом работы шагового двигателя является создание вращающегося магнитного поля, которое заставляет ротор поворачиваться. Вращающееся магнитное поля создается статором, обмотки которого соответствующим образом запитываются.

Рисунок 1.6 Способы управления фазами шагового двигателя

Для двигателя, у которого запитана одна обмотка, зависимость момента от угла поворота ротора относительно точки равновесия является приблизительно синусоидальной. Эта зависимость для двухобмоточного двигателя, который имеет N шагов на оборот, показана на рис. 1.7

Рисунок 1.7 Зависимость момента от угла поворота ротора для одной запитанной обмотки

Если запитать одновременно две обмотки двигателя, то момент будет равен сумме моментов, обеспечиваемых обмотками по отдельности (рис. 1.8.)

Рис. 1.8 Зависимость момента от угла поворота ротора для двух запитанных обмоток.

Микрошаговый режим. Микрошаговый режим обеспечивается путем получения поля статора, вращающегося более плавно, чем в полно- или полушаговом режимах. В результате обеспечиваются меньшие вибрации и практически бесшумная работа вплоть до нулевой частоты. К тому же меньший угол шага способен обеспечить более точное позиционирование. Существует много различных микрошаговых режимов, с величиной шага от 1/3 полного шага до 1/32 и даже меньше. Если одновременно запитаны две обмотки двигателя, но токи в этих обмотках не равны (рис. 1.9), то результирующий момент будет равен:

а точка равновесия ротора сместится в точку

где a и b – момент, создаваемый пе рвой и второй фазой соответственно,

Т_н — результирующий момент удержания,

х – положение равновесия ротора в радианах,

S – угол шага в радианах.

Рисунок 1.9 Зависимость момента от угла поворота ротора в случае разных значений тока фаз

Смещение точки равновесия ротора говорит о том, что ротор можно зафиксировать в любой произвольной позиции. Для этого нужно лишь правильно установить отношение токов в фазах. Именно этот факт используется при реализации микрошагового режима. На (рис. 1.10). показаны перемещения ротора при работе в полношаговом и микрошаговом режимах.

Рисунок 1.10 Перемещения ротора в полношаговом и микрошаговом режимах

Видно, что в полношаговом режиме наблюдаются выбросы и колебания, в то время как в микрошаговом режиме их нет. Однако и в этом режиме график положения ротора отличается от прямой линии. Эта погрешность объясняется погрешностью геометрии деталей двигателя и может быть уменьшена путем проведения калибровки и последующей компенсации путем корректировки токов фаз.

Что такое гибридный офис и как правильно его внедрять

РБК Тренды выделили ключевые тезисы аналитического доклада «Гибридные офисы», который подготовил НИУ ВШЭ. Авторы доклада:

• Ольга Филатова — профессор департамента организационного поведения и управления человеческими ресурсами Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ,
• Мария Рыкина — преподаватель департамента организационного поведения и управления человеческими ресурсами Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ

Кроме того, мы разобрали вторую часть исследования — о том, как гибридный формат влияет на управление людьми.

Основные отличия гибридного офиса

После полутора лет пандемии бизнес, похоже, определился с форматами работы. Наиболее предпочтительным вариантом стало сочетание очного и удаленного формата: 70% компаний заявляют, что оно станет новой нормой. В России эту модель собираются внедрять более половины работодателей (53%).

Такое сочетание офисного и удаленного режимов получило название гибридного формата, или гибридного офиса. Причем под понятием «офис» понимаются не просто кабинеты и переговорные, но и то, каким образом проходит деятельность. То есть термин включает в себя не только физическое, но и социальное пространство, подчеркивают эксперты НИУ ВШЭ в аналитическом докладе «Гибридные офисы».

По их словам, несмотря на популярность модели и множество тематических публикаций, ее сложно четко определить и описать. До конца непонятно, каким должно быть соотношение удаленных и офисных работников на «гибриде». Эксперты сходятся во мнении, что степень такой «гибридности» должна определяться в каждом случае отдельно — в зависимости от специфики работы, целей и предпосылок перехода на гибрид.

Тем не менее, кое-какие ориентиры все-таки есть. В качестве примера авторы доклада приводят выкладки аналитиков из BCG. Последние называют гибридным офисом такую комбинацию офисного и удаленного формата, при которой более 30% сотрудников работают вне офиса больше половины времени. «Говорить о новом формате работы обоснованно в том случае, если компания сталкивается с необходимостью существенно менять основные и вспомогательные бизнес-процессы. А это происходит, когда значительное количество сотрудников работают удаленно», — отмечают эксперты из ВШЭ.

Они выделяют несколько основных черт новой модели.

Характеристики гибридного формата работы:

• частичное присутствие персонала в офисе по гибкому, но заранее согласованному графику;
• офисные пространства перестраиваются под совместную работу проектных команд, используются коворкинги;
• неперсонифицированные рабочие места;
• четкое планирование времени и содержания личных встреч и совместных активностей;
• адаптивное рабочее пространство, которое можно трансформировать в зависимости от актуальных задач.

Как внедрять новый формат

Потенциальная возможность удаленки и, соответственно, гибридного формата, зависит от особенностей работы, корпоративной культуры компании и сложившегося стиля лидерства. При этом подходы к такому формату и детали его реализации могут меняться не только от компании к компании, но и от одного подразделения к другому. Но в любом случае переход на новую модель требует определенной последовательности действий.

Пошаговый переход на гибрид: рекомендации экспертов ВШЭ

Собрать основных стейкхолдеров и определить, зачем требуется внедрение гибридного формата. На этом этапе нужно очертить цели и предполагаемые результаты проекта.

Определить лидера проекта, который будет отвечать за разработку бизнес-плана и руководить его реализацией. В команду по реализации проекта должны войти:

• финансисты;
• менеджеры по работе с персоналом;
• специалисты по безопасности и ИТ;
• менеджеры по бизнес-трансформации и внутренним коммуникациям;
• представители административно-хозяйственного отдела.

Разработать бизнес-план. В нем необходимо отразить, во сколько обойдется внедрение гибридного формата и какие выгоды оно принесет. Также нужно выработать критерии оценки результативности проекта.

Эксперты из ВШЭ советуют учитывать только те затраты, которых бы не возникло без гибридного формата. То есть если в бюджете компании и так были заложены затраты на ИТ-оборудование и безопасность, их учитывать не нужно.

Потенциальные статьи расходов:

• безопасность каналов передачи данных, техники;
• ИТ-инфраструктура, организация доступа к ИТ-системам за пределами офиса;
• оборудование и мебель для домашних офисов сотрудников;
• изменение процессов, которыми пока невозможно управлять из любого места.

Потенциальные статьи экономии:

• аренда офисных помещений;
• эксплуатация здания;
• питание для сотрудников;
• канцелярия;
• расходные материалы;
• расходы на релокацию;
• оптимизация ФОТ за счет найма сотрудников из регионов;
• командировочные расходы.

Выбрать пилотное подразделение для внедрения гибридного офиса.

Проанализировать роли и категории задач для сотрудников, которые могут быть переведены в гибридный формат с учетом требований информационной безопасности. Стоит учесть целый ряд факторов — например, насколько рабочие операции связаны с физическими объектами и социальными взаимодействиями (в том числе с клиентами — внешними или внутренними), насколько сложно переместить оборудование или обеспечить к нему удаленный доступ.

Проанализировать бизнес-процессы, которые придется менять в связи с переходом на гибрид.

Оценить систему постановки задач и удаленного контроля результативности. Причем здесь важен не только контроль, но и процедуры обратной связи.

Проанализировать инфраструктуру и каналы коммуникации, которые понадобятся для гибридного формата. Доступ к командной работе должен быть одинаковым вне зависимости от географии.

Изучить корпоративную культуру и выявить аспекты, которые потребуют повышенного внимания.

Определиться с редизайном офисного пространства. Как правило, это означает сокращение площадей под персонализированные рабочие места и расширение пространств для командной работы.

Составить план мероприятий. Здесь эксперты советуют обратить внимание на наиболее сложные аспекты гибрида. Например, мониторинг уровня стресса сотрудников, наполнение информационного пространства компании, поддержание коммуникации и обратной связи.

Обеспечить мониторинг гибридного формата. Авторы доклада рекомендуют продолжать такой мониторинг в течение трех-шести месяцев. В этот период нужно регулярно замерять эффективность и проводить опросы сотрудников, чтобы оценить ситуацию и выявить проблемные точки.

По окончании пилотного периода определить, от каких решений лучше отказаться, что улучшить, а что можно смело тиражировать на всю компанию.

Как крупные компании переходят на гибрид

В процессе подготовки аналитического доклада авторы из ВШЭ провели две конференции и серию интервью с представителями компаний, которые уже внедряют гибридный формат. Они поделились опытом, рассказали о сложностях удаленки и решениях, которые делают дистанционку и гибрид более эффективными и менее болезненными.

Компания заранее подготовилась к локдауну и обеспечила сотрудников ноутбуками для удаленной работы. Основные трудности были связаны с системой электронного документооборота: потребовалось дополнительное оборудование и найм курьеров. Но затраты окупились за счет сокращения командировок и расходов на офис. В следующем финансовом году компания будет планировать 50%-ное сокращение бюджета на командировки.

По словам представителей IKEA, гибридный формат расширяет возможности для найма сотрудников из других регионов. И если до пандемии были сложности с привлечением узких специалистов, то теперь их удалось успешно нанять. Среди негативных моментов удаленной работы здесь отмечают высокий стресс, переработки и выгорание сотрудников.

Решения для удаленки и гибрида

• Цифровой кодекс с правилами онлайн-работы. Он ограничивает длину встреч (не более 45 минут), устанавливает обязательные перерывы между встречами и не рекомендует назначать их после 17:00 или в обеденный перерыв.
• Упрощенный доступ к руководителям и увеличенная частота встреч с ними.
• Более частные опросы по удовлетворенности сотрудников.
• Совместные активности для сотрудников — например, занятия йогой или кулинарные классы.
• Пошаговые инструкции для новичков, в которых прописаны все шаги, которые нужно совершить в первые месяцы работы.

Выбранный компанией формат гибрида предполагает, что 50% сотрудников работает в офисе и 50% — удаленно. В России за сотрудниками сохранятся закрепленные рабочие места. В других странах (Германия, Швеция) они останутся только у тех работников, чья деятельность физически привязана к месту — например, к зоне хранения документов.

«Росбанк»

Частичный удаленный формат в банке начали практиковать еще до пандемии, но он не был особенно популярен. Дистанционно сотрудники работали только один раз в неделю. Во время массового внедрения удаленки сложности, как и у большинства работодателей, были связаны с документооборотом и дефицитом привычной коммуникации.

Решения для удаленки и гибрида

• Инструкции по организации удаленной работы и планированию дня для сотрудников.
• Запуск канала в Telegram, усиление фокуса на развитие корпоративной социальной сети.
• Обучающие корпоративные каналы, посвященные правильной организации команд в режиме онлайн и управлению удаленными сотрудниками.

По оценкам компании, в процессе перехода к гибридному формату 75% затрат ушло на ИТ-инфраструктуру и информационную безопасность (ноутбуки для сотрудников и защита данных), 15% — на реновацию помещений, 10% — на остальные статьи. Но расходы полностью окупились за счет сокращения офисных площадей.

HeadHunter

До пандемии компания использовала решения для удаленной работы — прежде всего, для сотрудников, у которых было много командировок. Также на дистанционку перевели несколько специалистов по продажам. Однако ментально руководители не были к этому готовы, признают в компании.

При внедрении дистанционного режима во время пандемии основное время ушло на настройку систем безопасности звонков, а также поддержку удаленных сотрудников. Экстренный переход потребовал роста затрат примерно на 25% (перемещение рабочих мест, наем дополнительных сотрудников для решения срочных вопросов, резервные каналы связи и так далее). В то же время компания сэкономила на командировках, а эффективность команд выросла.

Решения для удаленки и гибрида

• Индивидуальные встречи с руководителем по постановке задач — не реже одного раза в две недели.
• Еженедельные статус-митинги в открытом формате (к ним может присоединиться любой сотрудник). К встрече готовятся презентации, по итогам — ревью, которое выкладывается в общий доступ.
• Обучение самодисциплине, персональному тайм-менеджменту и методам удаленной или гибридной работы.
• Планируется более широко вовлекать сотрудников в принятие решений через возможность участвовать в любых внутренних проектах и бизнес-разработках.
• Мониторинг психологического и эмоционального состояния сотрудников, психологическая поддержка.
• Запрет на работу в выходные дни.

Последние опросы внутри компании показали, что более 50% менеджеров не планируют возвращаться к 100% присутствию в офисе и полностью выводить свою команду в офлайн. 30% вообще не намерены выходить в офис, около 20% поддерживают гибридный формат.

Как работает гибридный автомобиль

Авто гибрид ‒ это транспортное средство, которое приводится в движение одновременно двигателем внутреннего сгорание и электромотором. В последние годы с появлением тренда на более экологический транспорт автомобиль с гибридным двигателем стал все более популярным. Многие мировые производители выпускают свои гибриды, которые пользуются переменным успехом.

Однако гибрид автомобили ‒ это далеко не новое изобретение. Первые наработки и модели машин появились еще в XIX веке. С тех пор технологии пошли далеко вперед. Современная машина гибрид ‒ это транспорт, который ничем не уступает автомобилям на ДВС.

Что такое гибридный автомобиль

Авто с гибридным двигателем работает не от одного источника энергии. Двигатель внутреннего сгорания и электромотор дополняют особенности друг друга, что позволяет одновременно снизить нагрузку и повысить эффективность транспортного средства.

Несмотря на то, что тренд на экологичность транспорта только возрастает вместе с количеством автомобилей исключительно на электротяге, hybrid машина остается популярным вариантом для тех, кто заботиться о природе и ценит свой комфорт.

Автомобили с гибридным двигателем состоят из таких основных элементов конструкции:

двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Следует понимать, что автомобиль гибрид ‒ это универсальный вариант транспорта. Он отлично подойдет тем людям, которые желают воспользоваться новыми наработками автомобилестроения, однако в их регионе еще недостаточно зарядных станций для электрокаров.

Конструктивные особенности гибридного автомобиля

Прежде чем узнать, как работают гибридные автомобили, следует разобраться с конструктивными особенностями данного транспорта, чтобы лучше понимать его принцип работы.

Машины с гибридным двигателем отличаются такими особенностями:

ДВС устанавливается меньшего веса и мощности в гибридное авто, это позволяет снизить нагрузку и вредные выбросы, а также значительно уменьшить расход топлива.

Электромотор может размещаться внутри силовой установки или отдельно. Установленный электрический двигатель в гибридные автомобили, принцип работы которого может отличаться, дополнительно вырабатывает энергию для аккумуляторной батареи. Это также уменьшает расход заряда.

Трансмиссия ‒ эта часть конструкции гибрида практически ничем не отличается от обычного у транспорта на ДВС. Используются как механические, так и автоматические коробки передач. Дополнительно можно выделить гибридные коробки передач, которые напрямую соединяются с электродвигателем.

Топливный бак размещается в задней части автомобиля. Необходим для корректной работы ДВС.

Аккумулятор выполняет для электромотора ту же роль, что и топливный бак для двигателя внутреннего сгорания, то есть служит источником энергии. В гибридах используются два вида аккумулятора: высоковольтный ‒ для питания электромотора, обычный ‒ для питания бортовой сети (электроники) машины.

Инвертор преобразовывает постоянный ток в переменный для корректной работы электромотора.

Генератор авто гибрид, принцип работы которого идентичен с электродвигателем, вырабатывает электроэнергию в процессе движения, а не использует ее.

Как видите, гибридные автомобили ‒ это транспорт, который отличается усложненной конструкцией и принципом работы.

Принцип работы гибридного автомобиля

Если вас интересует принцип работы гибридных автомобилей, то обобщенно процесс можно разделить на 4 этапа:

Начало движения. На небольшой скорости в гибриде используется исключительно электромотор. Поэтому сперва АКБ направляет заряд на блок электропитания и дальше на электромоторы.

Движение. В процессе работы включается ДВС. Моторы равномерно распределяют энергию, которая необходима для движения транспорта. Если энергия остается, ее забирает генератор и возвращает в аккумуляторную батарею.

Разгон. На данном этапе в основном работает двигатель внутреннего сгорания. Электромотор просто поддерживает динамику работы системы. Генератор все также распределяет излишки энергии на блок управления электричеством.

При торможении ДВС работает в штатном режиме. А вот электромотор возвращает энергию в БУЭ, который передает ее назад в аккумулятор.

Авто гибрид (что это подробнее вы можете узнать дальше) отличается достаточно сложным принципом работы, который зависит от разновидности силового агрегата.

Автомобиль гибрид ‒ принцип работы в зависимости от вида силовой установки

Как уже было указано ранее, гибридные авто ‒ это транспорт, который передвигается за счет гибридной установки – комбинации электромотора и двигателя внутреннего сгорания. Чтобы лучше узнать, что такое гибрид авто, нужно ознакомиться с устройством гибридного силового агрегата. Они бывают 3 основных видов:

микрогибридный силовой агрегат;

среднегибридный силовой агрегат;

полногибридный силовой агрегат.

В первом варианте электрический привод используется лишь в процессе старта и торможения движения. Конструкция предусматривает наличие аккумулятора на 12 вольт, поэтому движение автомобиля исключительно за счет электромотора невозможно. В процессе движения остатки кинетической энергии преобразуются в электрическую через принцип рекуперации.

Среднегибридный силовой агрегат используется не только при старте и торможении, но и во время тяги. В конструкции уже предусмотрена высоковольтная батарея, однако самостоятельное движение за счет электромотора все еще невозможно.

Как работает гибридный авто на полногибридном силовом агрегате? В последнем варианте конструкция автомобиля предусматривает наличие мощного электромотора, который способен обеспечивать движение автомобиля без помощи ДВС (например, когда в баке закончилось топливо). Однако большую часть работы гибрид выполняет по принципу среднегибридного силового агрегата.

Вот вы и узнали, что такое машина гибрид ‒ автомобиль, который сумел объединить в себе две совершенно разные технологии.

Гибридные автомобили: плюсы и минусы

Стоит ли покупать гибридный автомобиль ‒ этот вопрос мучает многих автолюбителей, находящихся в поиске нового транспорта. Преимущества и недостатки такого авто помогут четко обозначить, что значит машина гибрид и как она используется современными водителями.

К основным достоинствам гибридного автомобиля относится:

Экономичный расход топлива. На 25% меньше нежели у моделей машин, которые работают только на ДВС.

Экологичность. Уменьшение количества бензина, которое необходимо для движения автомобиля, также снижает объем выхлопных газов, попадающих в атмосферу планеты.

Бесшумность. Уменьшенная мощность работы ДВС обеспечивает более низкий шум при движении автомобиля.

Увеличение дальности пробега на одном заряде. Полногибридный силовой агрегат способен продолжить работу даже в случае, когда топливо в баке закончилось.

Накопление энергии. Использование принципа рекуперации при торможении уменьшает расход электроэнергии и увеличивает дальность работы автомобиля.

Если вы хотите на 100% узнать, что такое автомобиль гибрид, ознакомьтесь также и с его недостатками:

Стоимость. В среднем гибридные модели на 50% дороже обычных.

Ремонтопригодность. Осуществлять ремонт гибридной установки сложнее, поэтому стоимость ремонта будет дороже.

Аккумуляторы. Литий-ионные аккумуляторы со временем теряют максимальный объем заряда.

Тихая работа. По статистике гибриды на 20% чаще попадают в аварии с участием пешеходов, которые не могут их услышать. Покупайте модели со специальным звуковым сигналом, чтобы избежать этого.

Что такое автомобиль гибрид? Это уверенность в том, что вы сможете продолжить путь даже после того, как закончилось топливо. Гибрид ‒ это авто с уникальным объединением разных технологий, которые делают движение транспорта более эффективным и экономичным.

Все, что нужно знать о гибридных машинах: типы, нюансы, характеристики

Если максимально кратко, то гибрид — это автомобиль, в котором одновременно используются двигатель внутреннего сгорания и электромотор.

Во многом такое решение можно рассматривать как переходный этап между двумя мирами — машинами, которые сжигают топливо, и стопроцентными электрокарами.

Трудно сказать, когда состоится окончательный переход из одной эры в другую (и состоится ли он вообще), но прямо сейчас производители заявляют, что через 5-10 лет все выпускаемые модели будут в той или иной степени электрифицированы. Это не значит, что ДВС исчезнет как класс, но с высокой долей вероятности можно говорить, что гибриды станут повсеместной нормой. Правда, решать они будут очень разные задачи — в зависимости от конструкции и общей философии.

Типы гибридных автомобилей

Первое и главное, зачем делаются такие машины, — экономия топлива и необходимость вписываться во все более жесткие экологические нормы. Помимо прочего, оценивается средний уровень вредных выбросов по всей модельной линейке каждого производителя, поэтому компании идут на некоторые ухищрения.

«Мягкие» гибриды (mild hybrid)

Самая простая и доступная технология, позволяющая не сильно перекраивать конструкцию автомобиля и при этом демонстрировать нужные показатели по выбросам. В большинстве случаев все сводится к установке мощного стартер-генератора — электромотора, который может как запасать энергию, так и расходовать ее.

Например, в пробках это позволяет расширить функционал системы старт-стоп: двигатель глушится еще до полной остановки автомобиля (в это время как раз накапливается заряд), а при трогании стартер-генератор запускает его и помогает разгоняться в первые несколько секунд. Еще не полноценная езда на электротяге, но уже небольшие ее отголоски.

Помимо некоторой экономии топлива, такая система позволяет сгладить переходные процессы — ведь традиционная схема старт-стоп зачастую работает с рывками, например, когда мотор приходится запускать через секунду после того, как он был заглушен. Кроме того, «мягкому» гибриду не требуется большая батарея, которая увеличивала бы массу и отбирала пространство у пассажиров или багажа. Наконец, большинство подобных автомобилей вместо стандартной 12-вольтовой бортовой сети использует 48-вольтовую, от которой, помимо стартер-генератора, питаются современные технические решения вроде электрических турбонагнетателей и активных стабилизаторов поперечной устойчивости — особенно любят такие решения в немецком премиуме.

При этом традиционная 12-вольтовая сеть в «мягких» гибридах (как, впрочем, и полноценных электромобилях вплоть до Tesla) сохранена: гораздо проще питать фары, мультимедийку, дворники и прочие вспомогательные устройства от традиционного аккумулятора, чем заново изобретать все процессы.

Параллельные гибриды (parallel hybrid)

Именно такие машины можно называть обычными, самыми распространенными гибридами. Емкость батарей здесь уже выше, а электромотор обычно располагается между ДВС и трансмиссией, причем элементы этой цепочки могут работать и сообща, и отдельно друг от друга.

Это позволяет автомобилю перемещаться как на чистой электротяге — когда ДВС заглушен и отсоединен от колес — так и в настоящем гибридном режиме, когда на разгон работают и топливо, и электричество. Кроме того, аккумуляторы можно заряжать на торможениях за счет рекуперации, а также от обычного двигателя, который в этом случае выполняет роль генератора.

Получается своеобразная игра: во дворах и в пробках параллельный гибрид вполне может ездить, не загрязняя атмосферу, а если вам потребуется больше динамики — на помощь придут оба типа энергии и позволят разгоняться активнее, чем на одном только ископаемом топливе. И пусть запас хода на чистой электротяге чаще всего составляет всего несколько километров, при городских режимах эксплуатации экономия топлива оказывается уже ощутимой.

Последовательные гибриды (series hybrid)

В этой схеме вообще не предусмотрена механическая связь двигателя внутреннего сгорания и колес — он только производит энергию для электромоторов. Теоретические плюсы понятны: водитель получает «электрическое» удобство управления тягой без пауз и задержек, ДВС работает в оптимальном режиме и не крутится в отсечку, а машина превращается в милое и почти экологичное привидение с моторчиком.

Но в реальности этот метод приводит к двойным потерям энергии: сначала на преобразование топлива в электричество, а потом на передачу его к колесам. Поэтому в чистом виде такая схема не используется, зато отдельные модели вроде BMW i3 или Chevrolet Volt отметились опциями под названием range extender, то есть увеличитель запаса хода — ДВС в большинстве случаев бездействует, но готов прийти на помощь, если у вас закончилось электричество. Считайте, просто генератор, который всегда с собой.

Последовательно-параллельные гибриды (parallel-series-hybrid)

Особая категория, представленная, по сути, только запатентованными изобретениями компании Toyota и отдельными силовыми установками, сделанными по лицензии. Здесь ДВС и электричество работают как единое целое, постоянно и бесшовно распределяя энергию туда, где она нужна. Самое массовое применение технология нашла на Toyota Prius, где без особых изменений используется уже почти 15 лет.

Называется этот уникальный привод Hybrid Synergy Drive, а примечателен он в первую очередь тем, что лишен обычной трансмиссии — в то время как в большинстве гибридов используются вариаторы, «роботы» или классические «автоматы». Здесь же два электромотора объединены с ДВС через хитрую планетарную передачу, которая вообще стирает границу между двумя мирами для конечного пользователя. Самый яркий пример — бензиновый двигатель здесь может одновременно работать на разгон и заряжать батареи, если вы не требуете от машины максимальной динамики.

Подключаемые гибриды (plug-in hybrid, PHEV)

Главный принцип здесь один: наличие отдельного разъема для зарядки аккумуляторов. При этом сам гибрид может быть как последовательным (тот же BMW i3 или Fisker Karma), так и параллельным (Porsche Cayenne e-Hybrid или Volvo XC60 Recharge). И если с первым случаем все понятно (по сути это электромобили с бензиновыми генераторами), то параллельные подключаемые гибриды интереснее. Идея заключается в том, что емкость батарей у таких автомобилей уже действительно солидная — например, у современного «Кайена» это 18 кВтч, то есть примерно треть от того, что можно найти в среднем электромобиле. Да и электромотор вполне самостоятелен: на многих подключаемых гибридах его мощность превышает 100 лошадиных сил.

Иными словами, при определенных сценариях вы можете ездить на такой машине, как на настоящем электрокаре: запас хода составляет несколько десятков километров, разгоняться можно до сотни с лишним километров в час — но делать надо все плавно. Прикатили по пробкам в центр на работу, вечером вернулись домой, подзарядились от розетки — и никаких выбросов. При этом в вашем распоряжении остается и настоящий бензиновый двигатель — со всей своей мощностью, универсальностью и возможностью заправляться когда угодно и сколько угодно. Нажимаете акселератор посильнее, и он включается в работу.

Никто не отменял и дополнительной помощи от электромотора: в спортивном режиме бензоэлектрическая силовая установка даст динамику, на которую традиционный ДВС в одиночку будет не способен. Но надо понимать, что без питания от розетки подключаемые гибриды мало чем отличаются от обычных параллельных: да, запас электричества можно принудительно пополнять от бензинового мотора, но эффективности, экологичности и смысла в этом откровенно мало.

Экзотические разновидности

Не во всех случаях гибридная тяга применяется исключительно ради экономии топлива. Например, французы из Peugeot и Citroen при помощи электричества компенсируют отсутствие полноценных полноприводных машин: задние колеса вращаются при помощи электромотора. Для тяжелого бездорожья такая схема подходит слабо, но задачу всепогодного вождения решает довольно успешно.

А производители спорткаров уже давно используют гибридные технологии для того, чтобы их машины ехали быстрее — ведь максимум тяги электромотора доступен всегда и везде, и это здорово помогает на разгонах, когда бензиновый двигатель еще не вышел на пиковую отдачу. Среди ранних образцов подобных машин можно вспомнить Porsche 918 Spyder, а среди современных Koenigsegg Regera или Aston Martin Valkyrie— одни из самых быстрых гиперкаров планеты.

Гибридные автомобили в России

В наших широтах официальные продажи гибридов невелики, причем часть ранее представленных вариантов выкосило кризисом — например, Nissan Murano, Mitsubishi Outlander и даже Toyota Prius. В строю пока остаются кроссоверы Lexus NX и RX, Porsche Cayenne и Panamera, несколько моделей Mercedes-Benz, «подключаемый» Volvo XC90 и россыпь Audi — но там речь идет о «мягком» гибриде.

Впрочем, есть и пополнения: внезапно на российский рынок вышел «мягкий» Geely Atlas Pro, а плюс к тому недавно началось серийное производство отечественного седана Aurus Senat, который по конструкции является самым настоящим параллельным гибридом.