Nikola Tesla elektrikli avtomobil

Elektrik mühərrikləri daxili yanma mühərriklərindən daha effektivdir. Niyə və nə vaxt

Əsas həqiqət ondan ibarətdir ki, elektrik nəqliyyat vasitələrinin problemləri enerji mənbəyi ilə bağlıdır, lakin onlara fərqli prizmadan baxmaq olar. Həyatda təbii olaraq qəbul etdiyimiz bir çox şey kimi, elektrikli nəqliyyat vasitələrindəki elektrik mühərriki və idarəetmə sistemi bu nəqliyyat vasitələrində ən səmərəli və etibarlı cihaz hesab olunur. Lakin bu vəziyyətə nail olmaq üçün onlar təkamüldə uzun bir yol keçmişlər - elektrik və maqnetizm arasındakı əlaqəni kəşf etməkdən tutmuş onun mexaniki qüvvəyə effektiv çevrilməsinə qədər. Daxili yanma mühərrikinin texnoloji inkişafı haqqında danışmaq kontekstində bu mövzu çox vaxt lazımınca qiymətləndirilmir, lakin elektrik mühərriki adlanan maşın haqqında daha çox danışmaq zərurətinə çevrilir.

Bir və ya iki motor

Növündən asılı olmayaraq elektrik mühərrikinin performans qrafikinə baxsanız, onun 85 faizdən çox, çox vaxt 90 faizdən çox səmərəli olduğunu və təxminən 75 faiz yüklənmədə ən səmərəli olduğunu görəcəksiniz. maksimum. Elektrik mühərrikinin gücü və ölçüsü artdıqca, səmərəlilik diapazonu müvafiq olaraq genişlənir, burada o, maksimuma daha tez çata bilər - bəzən 20 faiz yüklə. Bununla belə, sikkənin başqa tərəfi də var - daha yüksək səmərəliliyin genişləndirilmiş diapazonuna baxmayaraq, çox aşağı yüklə çox güclü mühərriklərin istifadəsi yenidən aşağı səmərəlilik zonasına tez-tez daxil olmağa səbəb ola bilər. Buna görə də, elektrik mühərriklərinin ölçüsü, gücü, sayı (bir və ya iki) və istifadəsi (yükdən asılı olaraq bir və ya iki) ilə bağlı qərarlar avtomobilin tikintisində dizayn işlərinin bir hissəsi olan proseslərdir. Bu kontekstdə, çox güclü bir mühərrik əvəzinə iki mühərrikin olmasının niyə daha yaxşı olduğunu başa düşmək olar, yəni tez-tez aşağı səmərəlilik sahələrinə girməməsi və aşağı yüklərdə onu bağlamaq ehtimalı. Buna görə də, qismən yüklənmədə, məsələn, Tesla Model 3 Performance-də yalnız arxa mühərrik istifadə olunur. Daha az güclü versiyalarda o, yeganədir, daha dinamik versiyalarda isə asinxron ön oxa qoşulur. Bu, elektrikli nəqliyyat vasitələrinin başqa bir üstünlüyüdür - güc daha asan artırıla bilər, səmərəlilik tələblərindən asılı olaraq rejimlər istifadə olunur və ikili güc aqreqatları faydalı yan təsirdir. Bununla belə, aşağı yükdə səmərəliliyin aşağı olması, daxili yanma mühərrikindən fərqli olaraq, elektrik mühərrikinin belə şəraitdə belə prinsipcə fərqli işləmə prinsipi və maqnit sahələri arasında qarşılıqlı təsir sayəsində sıfır sürətlə təkan yaratmasına mane olmur. Yuxarıda qeyd olunan səmərəlilik faktı mühərrik dizaynının və iş rejimlərinin əsasını təşkil edir - dediyimiz kimi, davamlı olaraq aşağı yükdə işləyən böyük ölçülü mühərrik səmərəsiz olardı.

Elektrik hərəkətliliyinin sürətli inkişafı ilə motor istehsalı baxımından müxtəliflik genişlənir. BMW və VW kimi bəzi istehsalçılar öz avtomobillərini dizayn edib istehsal edir, digərləri bu bizneslə əlaqəli şirkətlərin səhmlərini alır, digərləri isə Bosch kimi tədarükçülərə autsorsing edir. Əksər hallarda, elektriklə işləyən modelin texniki xüsusiyyətlərini oxusanız, onun motorunun "AC daimi maqnit sinxron" olduğunu görəcəksiniz. Bununla belə, Tesla pioneri bu istiqamətdə digər həllərdən istifadə edir - bütün əvvəlki modellərdə asinxron mühərriklər və asinxron və sözdə birləşmələr. “3 Performans modelində arxa ox sürücüsü kimi müqavimət dəyişdirən motor. Yalnız arxa təkərli daha ucuz versiyalarda o, yeganədir. Audi həmçinin q-tron modeli üçün induksiya mühərriklərindən və qarşıdan gələn e-tron Q4 üçün sinxron və asinxron mühərriklərin birləşməsindən istifadə edir. Söhbət əslində nədən gedir?

Nikola Tesla elektrikli avtomobil

Nikola Teslanın asinxron və ya başqa sözlə "asenkron" elektrik mühərrikini icad etməsinin (19 -cu əsrin sonlarında) Tesla Motors modellərinin belə bir maşınla işləyən nadir avtomobillərdən biri olması ilə birbaşa əlaqəsi yoxdur. .... Əslində, Tesla motorunun işləmə prinsipi 60 -cı illərdə, günəş altında yarıkeçirici qurğuların tədricən ortaya çıxdığı zaman daha məşhur oldu və amerikalı mühəndis Alan Coconi, sabit cərəyan (DC) batareyalarını alternativ cərəyana (AC) çevirə bilən portativ yarımkeçirici çeviricilər hazırladı. ) induksiya mühərriki üçün lazım olduğu kimi və əksinə (bərpa prosesində). Coconi tərəfindən hazırlanan bir inverter (mühəndislik çeviricisi olaraq da bilinir) və elektrik mühərrikinin birləşməsi, bədnam GM EV1 və daha zərif formada idman tZERO üçün əsas oldu. Priusun yaradılması və TRW patentinin açılması prosesində Toyota -dan yapon mühəndislərin axtarışına bənzər Teslanın yaradıcıları tZERO avtomobilini kəşf etdilər. Nəhayət, bir tZero lisenziyası aldılar və bundan bir rodster tikmək üçün istifadə etdilər.
İndüksiyon mühərrikin ən böyük üstünlüyü, daimi mıknatıslardan istifadə etməməsi və istehlakçılar üçün mənəvi çıxılmazlıqlar yaradan şəraitdə tez-tez çıxarılan bahalı və ya nadir metallara ehtiyac duymamasıdır. Bununla birlikdə, həm asenkron, həm də daimi maqnit sinxron mühərriklər, yarımkeçirici cihazlarda texnoloji inkişafdan, eləcə də sahə effektli tranzistorlar və daha sonra bipolyar izolyasiya transistorları (IGBT) olan MOSFET-lərin yaradılmasından tam istifadə edirlər. Sözügedən kompakt çevirici cihazların və ümumiyyətlə elektrikli nəqliyyat vasitələrində bütün güc elektronikalarının yaradılmasına imkan verən bu irəliləyişdir. DC-ni 150 fazalı AC batareyalarına və əksinə səmərəli çevirmə qabiliyyətinin böyük ölçüdə idarəetmə texnologiyasındakı inkişafdan qaynaqlandığı mənasız görünə bilər, ancaq güc elektronikasındakı cərəyanın ev təsərrüfatlarında adi haldan dəfələrlə yüksək səviyyələrə çatdığı nəzərə alınmalıdır. elektrik şəbəkəsi və tez-tez dəyərlər XNUMX amperi aşır. Bu, güc elektronikasının həll etməli olduğu çox miqdarda istilik yaradır.

Ancaq elektrik mühərrikləri məsələsinə qayıdaq. Daxili yanma mühərrikləri kimi, onlar da müxtəlif keyfiyyətlərə bölünə bilər və "zamanlama" da bunlardan biridir. Əslində, bu, maqnit sahələrinin yaranması və qarşılıqlı təsiri baxımından daha əhəmiyyətli bir fərqli konstruktiv yanaşmanın nəticəsidir. Batareyanın şəxsindəki elektrik mənbəyinin birbaşa cərəyan olmasına baxmayaraq, elektrik sistemlərinin dizaynçıları DC mühərriklərindən istifadə etməyi düşünmürlər. Dönüşüm itkilərini nəzərə alsaq da, AC vahidləri və xüsusilə sinxron vahidlər DC elementləri ilə rəqabəti üstələyir. Bəs sinxron və ya asenkron mühərrik əslində nə deməkdir?

Elektrik motorlu avtomobil şirkəti

Həm sinxron, həm də asenkron mühərriklər daha yüksək güc sıxlığına malik fırlanan maqnit sahəli elektrik maşınları tipinə aiddir. Ümumiyyətlə, induksiya rotoru sadə bir bərk təbəqədən, alüminiumdan və ya misdən hazırlanmış metal çubuqlardan (son illərdə getdikcə daha çox istifadə olunur) qapalı döngədə sarımlardan ibarətdir. Stator sarımlarında cərəyan əks cütlərdə olur, hər cütdə üç fazadan birinin cərəyanı axır. Hər birində faza digərinə nisbətən 120 dərəcə dəyişdirildiyi üçün fırlanan maqnit sahəsi deyilir. Rotor sarımlarının statorun yaratdığı sahədən maqnit sahəsinin xətləri ilə kəsişməsi, bir transformatorda qarşılıqlı əlaqəyə bənzər rotorda cərəyan axınına səbəb olur.
Yaranan maqnit sahəsi, statordakı "fırlanan" ilə qarşılıqlı təsir göstərir, bu da rotorun mexaniki tutulmasına və sonrakı fırlanmasına səbəb olur. Bununla birlikdə, bu tip elektrik mühərriki ilə rotor həmişə sahədən geri qalır, çünki sahə ilə rotor arasında nisbi bir hərəkət olmazsa, rotorda heç bir maqnit sahəsi meydana çıxmaz. Beləliklə, maksimum sürət səviyyəsi tədarük cərəyanının və yükün tezliyi ilə müəyyən edilir. Bununla birlikdə, sinxron mühərriklərin daha yüksək məhsuldarlığı səbəbindən əksər istehsalçılar onlara sadiq qalırlar, lakin yuxarıdakı bəzi səbəblərə görə Tesla asinxron mühərriklərin vəkili olaraq qalır.

Bəli, bu maşınlar daha ucuzdur, lakin onların mənfi cəhətləri var və Model S ilə bir neçə ardıcıl sürətlənməni sınaqdan keçirmiş bütün insanlar sizə hər iterasiya ilə performansın necə kəskin şəkildə aşağı düşdüyünü söyləyəcəklər. İnduksiya prosesləri və cərəyanın axını istiliyə gətirib çıxarır və maşın yüksək yük altında soyudulmadıqda, istilik yığılır və onun imkanları əhəmiyyətli dərəcədə azalır. Mühafizə məqsədləri üçün elektronika cərəyanın miqdarını azaldır və sürətlənmə performansı pisləşir. Və daha bir şey - generator kimi istifadə etmək üçün induksiya mühərriki maqnitləşdirilməlidir - yəni prosesi başlamaq üçün rotorda sahə və cərəyan yaradan ilkin cərəyanı statordan "keçmək" üçün. Sonra özünü qidalandıra bilər.

Asenkron və ya sinxron mühərriklər

Sinxron bölmələr daha yüksək səmərəliliyə və güc sıxlığına malikdir. İndüksiyon mühərriki arasındakı əhəmiyyətli bir fərq, rotordakı maqnit sahəsinin stator ilə qarşılıqlı təsir ilə induksiya edilməməsi, ancaq ona quraşdırılmış əlavə sarımlardan və ya daimi maqnitlərdən keçən cərəyanın nəticəsidir. Beləliklə, rotordakı sahə və statordakı sahə sinxrondur, lakin maksimum motor sürəti, eyni zamanda, cari tezliyə və yükə görə sahənin fırlanmasından asılıdır. Elektrik istehlakını artıran və cərəyan nəzarətini çətinləşdirən sarımlara əlavə enerji təchizatı ehtiyacından qaçınmaq üçün müasir elektrikli nəqliyyat vasitələrində və hibrid modellərdə daimi həyəcan deyilən elektrik mühərrikləri istifadə olunur. daimi maqnit ilə. Artıq qeyd edildiyi kimi, bu cür nəqliyyat vasitələrinin demək olar ki, bütün istehsalçıları hazırda bu tip vahidlərdən istifadə edirlər, buna görə də bir çox mütəxəssisin fikrincə, bahalı nadir torpaq neodimiyum və disprosium qıtlığı ilə bağlı problem qalacaqdır. Onların istifadəsinin azaldılması bu sahədəki mühəndislərin tələbinin bir hissəsidir.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Rotor nüvəsinin dizaynı bir elektrik maşınının performansını artırmaq üçün ən böyük potensialı təklif edir.
Səthə quraşdırılmış maqnitlər, disk formalı rotorlu, daxili quraşdırılmış maqnitlərlə müxtəlif texnoloji həllər var. Burada maraqlı olan Teslanın Model 3-ün arxa oxunu idarə etmək üçün yuxarıda adı çəkilən Switched Reluctance Motor adlı texnologiyasından istifadə etdiyi həllidir. "İstəksizlik" və ya maqnit müqaviməti, materialların elektrik müqavimətinə və elektrik keçiriciliyinə bənzər maqnit keçiriciliyinə əks olan bir termindir. Bu tip mühərriklər maqnit axınının materialın ən az maqnit müqaviməti olan hissəsindən keçməyə meylli olması fenomenindən istifadə edirlər. Nəticədə, ən az müqavimət göstərən hissədən keçmək üçün içindən axan materialı fiziki olaraq yerindən çıxarır. Bu təsir elektrik mühərrikində fırlanma hərəkəti yaratmaq üçün istifadə olunur - bunun üçün rotorda müxtəlif maqnit müqavimətinə malik materiallar alternativ olur: sərt (ferrit neodim diskləri şəklində) və yumşaq (polad disklər). Daha aşağı müqavimətli materialdan keçmək üçün statordan gələn maqnit axını rotoru yerləşdirənə qədər fırladır. Cari idarəetmə ilə sahə daim rotoru rahat bir vəziyyətdə fırladır. Yəni fırlanma maqnit sahələrinin qarşılıqlı təsiri ilə sahənin ən az müqavimət göstərən materialdan keçmə meyli və rotorun fırlanması nəticəsində yaranan təsir kimi başlanmır. Müxtəlif materialları əvəz etməklə, bahalı komponentlərin sayı azalır.

Dizayndan asılı olaraq, səmərəlilik əyrisi və fırlanma anı mühərrik sürəti ilə dəyişir. Başlanğıcda, induksiya mühərriki ən aşağı səmərəliliyə malikdir və ən yüksəkdə səth maqnitləri var, lakin ikincisində sürətlə kəskin şəkildə azalır. BMW i3 mühərriki daimi maqnitləri birləşdirən dizayn və yuxarıda təsvir edilən “istəksizlik” effekti sayəsində unikal hibrid xarakterə malikdir. Beləliklə, elektrik mühərriki elektriklə həyəcanlanan rotorlu maşınlar üçün xarakterik olan yüksək sabit güc və fırlanma momentinə nail olur, lakin onlardan əhəmiyyətli dərəcədə az çəkiyə malikdir (sonuncular bir çox cəhətdən səmərəlidir, lakin çəki baxımından deyil). Bütün bunlardan sonra aydındır ki, yüksək sürətlərdə səmərəlilik azalır, buna görə də getdikcə daha çox istehsalçı elektrik mühərrikləri üçün iki pilləli transmissiyaya diqqət yetirəcəklərini deyir.

Suallar və cavablar:

Tesla hansı mühərriklərdən istifadə edir? Tesla-nın bütün modelləri elektrik avtomobilləridir, ona görə də onlar yalnız elektrik mühərrikləri ilə təchiz olunublar. Demək olar ki, hər bir modelin kapotun altında 3 fazalı AC asinxron mühərriki olacaq.

Tesla mühərriki necə işləyir? Asinxron elektrik mühərriki bir maqnit sahəsinin stasionar statorunda fırlanma nəticəsində EMF-nin meydana gəlməsi səbəbindən işləyir. Ters hərəkət başlanğıc rulonlarda polaritenin dəyişdirilməsi ilə təmin edilir.

Tesla mühərriki harada yerləşir? Tesla avtomobilləri arxa təkərlidir. Buna görə də, motor arxa ox valları arasında yerləşir. Mühərrik yalnız rulmanlar vasitəsilə bir-biri ilə əlaqə saxlayan bir rotor və statordan ibarətdir.

Tesla mühərrikinin çəkisi nə qədərdir? Tesla modelləri üçün yığılmış elektrik mühərrikinin çəkisi 240 kiloqramdır. Əsasən bir mühərrik modifikasiyası istifadə olunur.