Электрычная машына нікола цесла

Электрарухавікі нашмат больш эфектыўна рухавікоў унутранага згарання. Чаму і калі

Асноўная ісціна заключаецца ў тым, што праблемы электрамабіляў звязаны з крыніцай энергіі, але іх можна разглядаць з іншага пункту гледжання. Як і шматлікія рэчы ў жыцці, якія мы ўспрымаем як належнае, электрарухавік і сістэма кіравання ў электрамабілях лічацца найболей эфектыўнай і надзейнай прыладай у гэтых машынах. Аднак, каб дасягнуць такога становішча рэчаў, яны прайшлі доўгі шлях у эвалюцыі - ад выяўлення сувязі паміж электрычнасцю і магнетызмам да яго эфектыўнага ператварэння ў механічную сілу. Гэтую тэму часта недаацэньваюць у кантэксце размоў аб тэхналагічным развіцці рухавіка ўнутранага згарання, але становіцца ўсё больш неабходным расказаць больш пра машыну, званай электрарухавіком.

Адзін ці два матора

Калі вы паглядзіце на графік прадукцыйнасці электрарухавіка, незалежна ад яго тыпу, вы заўважыце, што яго ККД складае больш за 85 працэнтаў, часта больш за 90 працэнтаў, і што ён мае самы высокі ККД пры ўзроўні нагрузкі каля 75 працэнтаў. максімум. З павелічэннем магутнасці і памераў электрарухавіка, адпаведна, пашыраецца дыяпазон ККД, дзе ён можа дасягнуць свайго максімуму яшчэ раней - часам пры нагрузцы 20 працэнтаў. Аднак у манеты ёсць і іншы бок – нягледзячы на ​​пашыраны дыяпазон больш высокай эфектыўнасці, выкарыстанне вельмі магутных рухавікоў з вельмі нізкай нагрузкай можа зноў прывесці да частага ўваходу ў зону з нізкай эфектыўнасцю. Такім чынам, рашэнні адносна памеру, магутнасці, колькасці (аднаго ці двух) і выкарыстанні (аднаго або двух у залежнасці ад нагрузкі) электрарухавікоў з'яўляюцца працэсамі, якія з'яўляюцца часткай праектных прац пры канструяванні аўтамабіля. У гэтым кантэксце зразумела, чаму лепш мець два рухавіка замест вельмі магутнага, а менавіта, каб ён не часта ўваходзіў у зоны з нізкім ККД, і з-за магчымасці яго адключэння пры нізкіх нагрузках. Таму пры частковай нагрузцы, напрыклад, у Tesla Model 3 Performance выкарыстоўваецца толькі задні рухавік. У меней магутных версіях ён з'яўляецца адзіным, а ў больш дынамічных версіях асінхронны злучаны з перадпакоем воссю. Гэта яшчэ адна перавага электрамабіляў магутнасць можа быць павялічана лягчэй, рэжымы выкарыстоўваюцца ў залежнасці ад патрабаванняў эфектыўнасці, а карысным пабочным эфектам з'яўляецца падвойная трансмісія. Аднак ніжэйшы ККД пры нізкай нагрузцы не перашкаджае таму факту, што, у адрозненне ад рухавіка ўнутранага згарання, электрарухавік стварае цягу на нулявой хуткасці дзякуючы свайму прынцыпова іншаму прынцыпу працы і ўзаемадзеянні паміж магнітнымі палямі нават у такіх умовах. Вышэйзгаданы факт эфектыўнасці ляжыць у аснове канструкцыі рухавіка і рэжымаў працы як мы ўжо казалі, рухавік павялічанага памеру, бесперапынна які працуе ў рэжымах нізкай нагрузкі, быў бы неэфектыўным.

З хуткім развіццём электрычнай мабільнасці, разнастайнасць з пункту гледжання вытворчасці рухавікоў пашыраецца. Распрацоўваюцца новыя і новыя дамовы і дамоўленасці, у адпаведнасці з якімі некаторыя вытворцы, такія як BMW і VW, праектуюць і вырабляюць свае ўласныя машыны, іншыя купляюць акцыі ў кампаніях, злучаных з гэтым бізнэсам, а трэція перадаюць на аўтсорсінг такім пастаўшчыкам, як Bosch. У большасці выпадкаў, калі вы прачытаеце характарыстыкі мадэлі з электрычным сілкаваннем, вы выявіце, што яе рухавік з'яўляецца "сінхронным з пастаянным магнітам пераменнага току". Тым не менш, піянер Tesla выкарыстоўвае іншыя рашэнні ў гэтым кірунку асінхронныя рухавікі ва ўсіх папярэдніх мадэлях і спалучэнне асінхронных і так званых. Рухавік з пераключэннем супраціву ў якасці прывада задняга маста ў мадэлі 3 Performance. У таннейшых версіях толькі з заднім прывадам ён адзіны. Audi таксама выкарыстоўвае асінхронныя рухавікі для мадэлі q-tron і камбінацыю сінхронных і асінхронных рухавікоў для чаканага e-tron Q4. Пра што гэта насамрэч?

Электрычная машына нікола цесла

Той факт, што Нікола Тэсла вынайшаў асінхронны ці, іншымі словамі, "асінхронны" электрарухавік (яшчэ ў канцы 19-га стагоддзя), не мае прамой сувязі з тым фактам, што мадэлі Tesla Motors з'яўляюцца аднымі з нямногіх аўтамабіляў, прыводных у дзеянне такой машынай. Фактычна, прынцып працы рухавіка Тэсла стаў больш папулярным у 60-х гадах, калі паўправадніковыя прыборы паступова з'явіліся пад сонцам, і амерыканскі інжынер Алан Кока распрацаваў партатыўныя паўправадніковыя інвертары, якія могуць ператвараць пастаянны ток (DC) батарэі ў пераменны ток ( AC), як патрабуецца для асінхроннага рухавіка. Гэтая камбінацыя інвертара (таксама вядомага як інжынерны трансвертар) і электрарухавіка, распрацаванага кампаніяй Coconi, стала асновай для стварэння праславутага GM EV1 і ў больш дасканалай форме спартовага tZERO. Па аналогіі з пошукам японскіх інжынераў з Toyota падчас стварэнняў Prius і адкрыцці патэнта кампаніі TRW, стваральнікі Tesla выявілі аўтамабіль tZERO. У рэшце рэшт, яны купілі ліцэнзію tZero і выкарыстоўвалі яе для стварэння родстэра.
Самай вялікай перавагай асінхроннага рухавіка з'яўляецца тое, што ён не выкарыстоўвае пастаянныя магніты і не мае патрэбы ў дарагіх ці рэдкіх металах, якія таксама часта здабываюцца ва ўмовах, якія ствараюць маральныя дылемы для спажыўцоў. Аднак як асінхронныя, так і сінхронныя рухавікі з пастаяннымі магнітамі ў поўнай меры выкарыстоўваюць тэхналагічныя дасягненні ў паўправадніковых прыладах, а таксама ў стварэнні МОП-транзістараў з палявым транзістарам і пазнейшых транзістараў з біпалярнай ізаляцыяй (IGBT). Менавіта гэты прагрэс дазваляе ствараць згаданыя кампактныя інвертарныя прылады і ўвогуле ўсю сілавую электроніку ў электрамабілях. Той факт, што здольнасць эфектыўна пераўтвараць батарэі сталага току ў трохфазныя зменныя і наадварот шмат у чым абумоўлена дасягненнямі ў тэхналогіі кіравання, можа здацца трывіяльным, але варта ўлічваць, што велічыня току ў сілавой электроніцы дасягае ўзроўняў у шмат разоў вышэй, чым звычайна ў бытавой электрычнай сетцы, і часта значэнні перавышаюць 150 . Гэта генеруе вялікую колькасць цяпла, з якім сілавая электроніка павінна мець справу.

Але вернемся да пытання электрарухавікоў. Як і рухавікі ўнутранага згарання, іх можна падзяліць на розныя кваліфікацыйныя параметры, і "сінхранізацыя" з'яўляецца адным з іх. Фактычна, гэта з'яўляецца следствам значна важнейшага іншага канструктыўнага падыходу з пункта гледжання генерацыі і ўзаемадзеянні магнітных палёў. Нягледзячы на ​​тое, што крыніцай электрычнасці ў асобе батарэі з'яўляецца пастаянны ток, канструктары электрычных сістэм нават не думаюць выкарыстоўваць электрарухавікі сталага току. Нават прымаючы да ўвагі страты ад пераўтварэнняў, блокі пераменнага току і асабліва сінхронныя блокі выйграюць канкурэнцыю з элементамі сталага току. Дык што ж на самой справе азначае сінхронны або асінхронны рухавік?

Аўтакампанія электрарухавікоў

Як сінхронныя, так і асінхронныя рухавікі ставяцца да тыпу электрычных машын з якое верціцца магнітным полем, якія маюць больш высокую шчыльнасць магутнасці. Увогуле, асінхронны ротар складаецца з простага пакета суцэльных лістоў, металічных стрыжняў з алюмінія ці медзі (усё гушчару выкарыстоўваецца ў апошні час) з шпулькамі ў замкнёным контуры. Ток цячэ ў абмотках статара ў процілеглых парах, прычым ток з адной з трох фаз цячэ ў кожнай пары. Бо ў кожным з іх ён ссунуты па фазе на 120 градусаў адносна іншага, так званае якое верціцца магнітнае поле. Скрыжаванне абмотак ротара лініямі магнітнага поля ад поля, стваранага статарам, прыводзіць да праходжання току ў ротары, аналагічнаму ўзаемадзеянню на трансфарматары.
Выніковае магнітнае поле ўзаемадзейнічае з «верціцца» у статары, што прыводзіць да механічнага захопу ротара і наступнага кручэння. Аднак з гэтым тыпам электрарухавіка ротар заўсёды адстае ад поля, таму што калі няма адноснага руху паміж полем і ротарам, магнітнае поле не будзе індукавана ў ротары. Такім чынам, узровень максімальнай хуткасці вызначаецца частатой току харчавання і нагрузкай. Аднак з-за больш высокай эфектыўнасці сінхронных рухавікоў большасць вытворцаў прытрымліваюцца іх, але па некаторых з вышэйпаказаных прычын Тэсла застаецца прыхільнікам асінхронных.

Так, гэтыя машыны танней, але ў іх ёсць свае недахопы, і ўсе людзі, якія тэсціравалі некалькі паслядоўных паскарэнняў з Model S, скажуць вам, як рэзка зніжаецца прадукцыйнасць з кожным паўторам. Працэсы індукцыі і праходжанні току прыводзяць да нагрэву, і калі пры высокай нагрузцы машына не астуджаецца, цеплыня назапашваецца і яго магчымасці значна змяншаюцца. У мэтах абароны электроніка памяншае велічыню току, а характарыстыкі паскарэння пагаршаюцца. І яшчэ адна рэч - для выкарыстання ў якасці генератара асінхронны рухавік павінен быць намагнічны - гэта значыць, каб «прапусціць» пачатковы ток праз статар, які генеруе поле і ток у ротары, каб пачаць працэс. Затым ён можа пракарміць сябе.

Асінхронныя ці сінхронныя рухавікі

Сінхронныя блокі маюць значна больш высокую эфектыўнасць і ўдзельную магутнасць. Істотнае адрозненне асінхроннага рухавіка складаецца ў тым, што магнітнае поле ў ротары не индуцируется узаемадзеяннем са статарам, а з'яўляецца вынікам току, які праходзіць праз усталяваныя ў ім дадатковыя абмоткі, ці сталых магнітаў. Такім чынам, поле ў ротары і поле ў статары з'яўляюцца сінхроннымі, але максімальная хуткасць рухавіка таксама залежыць ад кручэння поля, адпаведна ад бягучай частаты і нагрузкі. У пазбяганне неабходнасці дадатковага сілкавання абмотак, што павялічвае спажыванне электраэнергіі і ўскладняе кіраванне токам, у сучасных электрамабілях і гібрыдных мадэлях выкарыстоўваюцца электрарухавікі з т. Н. сталая ўзрушанасць, т.е. з пастаяннымі магнітамі. Як ужо згадвалася, амаль усе вытворцы такіх аўтамабіляў у наш час выкарыстаюць агрэгаты такога тыпу, таму, па меркаванні шматлікіх экспертаў, усё яшчэ будзе ўзнікаць праблема з недахопам дарагіх рэдказямельных элементаў неадыму і дыспрозію. Скарачэнне іх выкарыстання з'яўляецца часткай попыту інжынераў у гэтай галіне.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Канструкцыя стрыжня ротара дае найбольшыя магчымасці для павышэння прадукцыйнасці электрычнай машыны.
Існуюць розныя тэхналагічныя рашэнні з павярхоўным мантажом магнітаў, дыскавай формай ротара, з унутрана ўбудаванымі магнітамі. Тут цікавым з'яўляецца рашэнне Tesla, у якім для кіравання заднім мастом мадэлі 3 выкарыстоўваецца вышэйзгаданая тэхналогія, званая рухавіком з пераключаецца супрацівам. "Нежаданне", або магнітны супраціў, з'яўляецца тэрмінам, процілеглым магнітнай праводнасці, падобным электрычнаму супраціву і электрычнай праводнасці матэрыялаў. У рухавіках гэтага тыпу выкарыстоўваецца з'ява, пры якім магнітны струмень мае тэндэнцыю праходзіць праз частку матэрыялу з найменшым магнітным супрацівам. У выніку ён фізічна выцясняе матэрыял, праз які ён цячэ, каб прайсці праз дэталь з найменшым супрацівам. Гэты эфект выкарыстоўваецца ў электрарухавіку для стварэння круцільнага руху - для гэтага ў ротары чаргуюцца матэрыялы з розным магнітным супрацівам: цвёрдыя (у выглядзе ферытавых неадымавых дыскаў) і мяккія (сталёвыя дыскі). У спробе прайсці праз матэрыял з ніжэйшым супрацівам магнітны струмень ад статара круціць ротар датуль, пакуль ён не будзе размешчаны так, каб гэта адбылося. Пры бягучым кантролі поле стала круціць ротар у зручным становішчы. Гэта значыць кручэнне не ініцыюецца да такой ступені ўзаемадзеяннем магнітных палёў, як схільнасць поля цечу праз матэрыял з найменшым супрацівам і які ўзнікае эфект кручэння ротара. Чаргуючы розныя матэрыялы, колькасць дарагіх кампанентаў памяншаецца.

У залежнасці ад канструкцыі крывая эфектыўнасці і крутоўны момант мяняюцца ў залежнасці ад частаты кручэння рухавіка. Першапачаткова самы нізкі ККД у асінхроннага рухавіка, а самы высокі у паверхневых магнітаў, але ў апошнім ён рэзка памяншаецца са хуткасцю. Рухавік BMW i3 валодае ўнікальным гібрыдным характарам, дзякуючы дызайну, які спалучае ў сабе пастаянныя магніты і эфект нежадання , апісаны вышэй. Такім чынам, электрарухавік дасягае высокіх узроўняў сталай магутнасці і крутоўнага моманту, характэрных для машын з электрычнай узрушанасцю ротара, але мае значна меншую вагу, чым іх (апошнія эфектыўныя ў шматлікіх адносінах, але не з пункта гледжання вагі). Пасля ўсяго гэтага становіцца ясна, што эфектыўнасць змяншаецца на высокіх хуткасцях, і таму ўсё больш і больш вытворцаў кажуць, што яны засяродзяць на двуххуткасных трансмісіях для электрарухавікоў.

Пытанні і адказы:

Якія рухавікі выкарыстоўвае Тэсла? Усе мадэлі маркі Tesla электрамабілі, таму яны абсталёўваюцца выключна электраматорамі. Пад капотам практычна кожнай мадэлі будзе стаяць 3-фазны асінхронны рухавік пераменнага току.

Як працуе рухавік Тэсла? Асінхронны электраматор працуе за кошт узнікнення ЭРС дзякуючы кручэнню ў нерухомым статары магнітнага поля. Задні ход забяспечваецца пераключэннем палярнасці на старцерных шпульках.

Дзе размешчаны рухавік Тэсла? Аўтамабілі Тэсла заднепрывадных. Таму матор размяшчаецца паміж заднімі паўвосямі. Рухавік складаецца з ротара і статара, якія кантактуюць сябар з сябрам толькі праз падшыпнікі.

Колькі важыць рухавік Тэсла? Вага сабранага электрычнага матора для мадэляў Tesla складае 240 кілаграм. У асноўным выкарыстоўваецца адна мадыфікацыя рухавікоў.