Ηλεκτροκίνηση – Τρέχουσες και μελλοντικές τεχνολογίες

Abstract

Σύντομη ιστορία της Ηλεκτροκίνησης. Μια ιστορική αναδρομή – περιήγηση στο χρόνο είναι αναγκαία για την ανάπτυξη αυτής της εργασίας. Η πρώτη προσπάθεια ηλεκτροκίνησης άρχισε το 1828 από τον AnyosJedlik από την Ουγγαρία. Ακολούθησε ο Σκωτσέζος RobertAnderson στο διάστημα 1832 – 1839 και ενδιάμεσα το 1834 ο ThomasDavenpor από το Βερμόντ των ΗΠΑ. Ακολούθησαν αρκετές προσπάθειες μέχρι τα τέλη του 19ου και αρχές του 20ου αιώνα τόσο στην Βρετανία όσο και στην Αμερική, με τόσο σημαντική πρόοδο ώστε να απειλείτε σοβαρά η προ υπάρχουσα μηχανοκίνηση (κίνηση με κινητήρες εσωτερικής καύσης). Τελικά η όλη προσπάθεια ανάπτυξης της Ηλεκτροκίνησης φρενάρισε για λιγότερο από έναν αιώνα. Οι λόγοι είναι τόσο η ταχύτατη εξέλιξη των μηχανών εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ) οσο και τα φθηνά υγρά καύσιμα κ.λπ. Τέλος η γενίκευση της χρήσης των μηχανών εσωτερικής καύσης στα μέσα μεταφοράς για λιγότερο από έναν αιώνα έφτασε στα όριά της. Η δραματική αύξηση των καυσαερίων στην ατμόσφαιρα καθώς και η ορατή μείωση των υγρών καυσίμων έφεραν ξανά στο προσκήνιο την Ηλεκτροκίνηση. Ηλεκτρικές Μηχανές Σε αυτό το κεφάλαιο θα γίνει μια στοχευμένη θεωρητική ανάλυση και παρουσίαση των ηλεκτρικών μηχανών που χρησιμοποιήθηκαν και χρησιμοποιούνται στην ηλεκτροκίνηση. Αρχικά θα παρουσιαστεί η ηλεκτρική μηχανή συνεχούς ρεύματος (DC) και θα ακολουθήσει η μηχανή εναλλασσομένου ρεύματος (AC). Σε κάθε περίπτωση θα εξηγηθεί η αρχή λειτουργίας, η δυνατότητα ανάπτυξης ροπής στο κινούμενο μέρος της μηχανής, η ταχύτητα περιστροφής της μηχανής αρα και του οχήματος. Τα ηλεκτρικά και τα μαγνητικά χαρακτηριστικά και πως αυτά εκφράζονται μέσω των αντίστοιχων ηλεκτρικών ισοδύναμων. Θα εξαχθούν οι μαθηματικές σχέσεις και τα διάφορα φυσικά μεγέθη όπως τάση, ρεύμα, ροπή κ.λπ. όπως αυτά προκύπτουν από τις αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού. Τέλος θα παρουσιαστούν εκείνες οι ηλεκτρικές μηχανές που έχουν επικρατήσει απο διάφορους κατασκευαστές που θα χρησιμοποιούνται στην ηλεκτρική κίνηση και θα γίνει μια μεταξύ τους σύγκρισης. 5 Έλεγχος και ρύθμιση της ισχύος και της ηλεκτρικής μηχανής. Η ταχύτητα ανάπτυξης των ηλεκτρονικών ισχύος είχε σαν αποτέλεσμα πλην των άλλων να δώσει σημαντικό ¨χέρι βοηθείας¨ και στην ηλεκτροκίνηση, τόσο στην ηλεκτροκίνηση σταθερής τροχιάς όσο και της μεταβλητής τροχιάς. Σε αυτό το κεφάλαιο θα αναπτύξουμε την μετατροπή της AC ισχύος σε DC. Ανορθωτικές διατάξεις μη ελεγχόμενες καθώς και ελεγχόμενες (μέσω της γωνίας έναυσης) θα ¨ξεδιπλωθούν¨ σε πλήρη ανάπτυξη. Θα ακολουθήσουν ρυθμιστές της AC τάσης δηλαδή μετατροπείς AC-AC (ACcontrollers) και ρυθμιστές DC τάσης (DCchopper). Από την άλλη πλευρά για την ρύθμιση της AC τάσης θα αναφερθούμε στους λεγόμενους αντιστροφείς, DC-AC και πώς μπορούμε να ρυθμίσουμε τάση και συχνότητα. Ποια είναι τα διάφορα είδη των διαμορφώσεων; Ποιες είναι οι αντίστοιχες τεχνικές και πώς χρησιμοποιείται από αυτές. Αποθήκευση Ηλεκτρικής Ενέργειας Ένα από τα σημαντικότερα προβλήματα που είχε να αντιμετωπίσει η ηλεκτροκίνηση, και έχει ακόμα, είναι να επιλύσει το πρόβλημα της αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας. Αφορά τουλάχιστον την κίνηση οχημάτων ελεύθερης τροχιάς (τυχαίας διαδρομής) αφού η ηλεκτροκίνηση σταθερής τροχιάς μπορεί να συνδεθεί με ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. Το πρόβλημα εδώ έρχεται να επιλύσει ο γνωστός συσσωρευτής ηλεκτρικής ενέργειας . Στο κεφάλαιο αυτό θα ξεκινήσουμε από την ηλεκτροχημεία, από το πρώτο γνωστό στοιχείο του Θ. Έντισον (1910) και τις χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα. Από τους πρώτους συσσωρευτές μολύβδου (Pb) θα περάσουμε σε αυτούς τους Νικελίου – Καδμίου (Ni - Cb), θα ακολουθήσουν οι Νατρίου – Θείου (Na - S) μέχρι και τις σχετικά νεότερους Λιθίου (Li). Θα γίνει μια καταγραφή των χαρακτηριστικών για κάθε συσσωρευτή που θα αναδείξει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Τέλος στο κεφάλαιο αυτό θα αναπτύξουμε τις συνηθισμένες μεθόδους φόρτισης των συσσωρευτών, προτεινόμενα κυκλώματα φορτιστών, ο τρόπος λειτουργίας τους και τα χαρακτηριστικά τους. Υπάρχουσα και μελλοντική κατάσταση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Σε αυτό το κεφάλαιο θα παραθέσουμε τιε τρέχουσες τεχνολογίες στον τομέα της ηλεκτροκίνησης και αυτές που βρίσκονται σε 6 εξέλλιξη για το μέλλον, καθώς, επίσης, θα παραθέσουμε παραδείγματα και μοντέλα αυτοκινήτων που σκοπεύουν να βγούν άμεσα στην αγορά.