Električni automobil Nikola Tesla
Car device,  Rukovanje mašinama

Električni automobil Nikola Tesla

Elektromotori su mnogo efikasniji od motora sa unutrašnjim sagorevanjem. Zašto i kada

Osnovna istina je da su problemi električnih vozila vezani za izvor energije, ali se mogu sagledati iz drugačije perspektive. Kao i mnoge stvari u životu koje uzimamo zdravo za gotovo, električni motor i upravljački sistem u električnim vozilima smatraju se najefikasnijim i najpouzdanijim uređajem u ovim vozilima. Međutim, da bi se postiglo ovakvo stanje stvari, prešli su dug put u evoluciji – od otkrivanja veze između elektriciteta i magnetizma do njegove efektivne transformacije u mehaničku silu. Ova tema se često potcjenjuje u kontekstu razgovora o tehnološkom razvoju motora s unutarnjim sagorijevanjem, ali je sve potrebnije govoriti o mašini zvanoj elektromotor.

Jedan ili dva motora

Ako pogledate grafikon performansi elektromotora, bez obzira na njegovu vrstu, primijetit ćete da je efikasan preko 85 posto, često preko 90 posto, i da je najefikasniji pri oko 75 posto opterećenja. maksimum. Kako se povećavaju snaga i veličina elektromotora, raspon efikasnosti se u skladu s tim širi, gdje može dostići svoj maksimum i ranije - ponekad pri opterećenju od 20 posto. Međutim, postoji i druga strana medalje – unatoč proširenom rasponu veće efikasnosti, upotreba vrlo snažnih motora sa vrlo malim opterećenjem opet može dovesti do čestog ulaska u zonu niske efikasnosti. Stoga su odluke o veličini, snazi, broju (jedan ili dva) i upotrebi (jedan ili dva ovisno o opterećenju) elektromotora procesi koji su dio projektantskog rada u konstrukciji automobila. U tom kontekstu, razumljivo je zašto je bolje imati dva motora umjesto vrlo snažnog, odnosno da ne bi često ulazio u područja niske efikasnosti, te zbog mogućnosti gašenja pri malim opterećenjima. Stoga se pri djelomičnom opterećenju, na primjer, u Tesla Model 3 Performance, koristi samo zadnji motor. U manje snažnim verzijama on je jedini, a u dinamičnijim verzijama asinhroni je povezan s prednjom osovinom. Ovo je još jedna prednost električnih vozila - snaga se može lakše povećati, koriste se načini rada ovisno o zahtjevima efikasnosti, a dvostruki pogonski sklopovi su korisna nuspojava. Međutim, niža efikasnost pri malom opterećenju ne sprečava činjenicu da, za razliku od motora sa unutrašnjim sagorevanjem, elektromotor stvara potisak pri nultoj brzini zbog svog fundamentalno drugačijeg principa rada i interakcije između magnetnih polja čak i pod takvim uslovima. Gore pomenuta činjenica efikasnosti je u srcu dizajna motora i režima rada - kao što smo rekli, preveliki motor koji kontinuirano radi pri malom opterećenju bio bi neefikasan.

Brzim razvojem električne mobilnosti širi se raznolikost u smislu proizvodnje motora. Razvija se sve više sporazuma i aranžmana, pri čemu jedni proizvođači poput BMW-a i VW-a dizajniraju i proizvode vlastite automobile, drugi kupuju udjele u kompanijama vezanim za ovaj posao, a treći angažuju dobavljače kao što je Bosch. U većini slučajeva, ako pročitate specifikacije modela na električni pogon, otkrit ćete da je njegov motor "AC permanent magnet synchronous". Međutim, Teslin pionir koristi druga rješenja u tom pravcu – asinhrone motore u svim dosadašnjim modelima i kombinaciju asinhronih i tzv. „Motor za prebacivanje otpora kao pogon zadnje osovine u modelu 3 Performance. U jeftinijim verzijama samo sa pogonom na zadnje točkove, jedini je. Audi takođe koristi indukcione motore za model q-tron i kombinaciju sinhronih i asinhronih motora za nadolazeći e-tron Q4. O čemu se zapravo radi?

Električni automobil Nikola Tesla

Činjenica da je Nikola Tesla izumio asinhroni ili, drugim riječima, "asinhroni" elektromotor (još krajem 19. stoljeća) nema direktnu vezu s činjenicom da su modeli Tesla Motors jedan od rijetkih automobila koje pokreće takva mašina .... U stvari, princip rada Teslinog motora postao je popularniji 60 -ih godina, kada su se poluvodički uređaji postupno pojavljivali pod suncem, a američki inženjer Alan Coconi razvio je prijenosne poluvodičke pretvarače koji mogu pretvarati istosmjerne (DC) baterije u izmjeničnu (AC). ) koliko je potrebno za asinhroni motor i obrnuto (u procesu oporavka). Ova kombinacija pretvarača (poznatog i kao inženjerski pretvarač) i električnog motora koji je razvio Coconi postala je osnova za zloglasni GM EV1 i, u profinjenijem obliku, sportski tZERO. Slično kao u potrazi za japanskim inženjerima iz Toyote u procesu stvaranja Priusa i otvaranja patenta TRW, Teslini tvorci otkrili su automobil tZERO. Na kraju su kupili tZero licencu i koristili je za izgradnju roadstera.
Najveća prednost asinhronog motora je u tome što ne koristi trajne magnete i nisu mu potrebni skupi ili rijetki metali, koji se također često kopaju u uvjetima koji potrošačima stvaraju moralne dileme. Međutim, i sinhroni i sinhroni motori sa trajnim magnetima u potpunosti koriste tehnološki napredak u poluprovodničkim uređajima, kao i u stvaranju MOSFET-ova s ​​tranzistorom sa poljskim efektom i kasnijim bipolarnim izolacionim tranzistorima (IGBT). Upravo taj napredak omogućuje stvaranje spomenutih kompaktnih pretvarača i općenito sve energetske elektronike u električnim vozilima. Možda se čini trivijalnim da je sposobnost efikasnog pretvaranja jednosmerne u trofazne baterije naizmenične struje i obrnuto u velikoj mjeri rezultat napretka u tehnologiji upravljanja, ali treba imati na umu da struja u energetskoj elektronici dostiže nivoe višestruko veće od uobičajenih u domaćinstvu električne mreže, a često vrijednosti prelaze 150 ampera. Ovo generira veliku količinu toplote s kojom se energetska elektronika mora nositi.

Ali, vratimo se pitanju električnih motora. Kao i motori sa unutrašnjim sagorijevanjem, i oni se mogu svrstati u različite kvalifikacije, a "mjerenje vremena" je jedno od njih. Zapravo, ovo je posljedica mnogo važnijeg različitog konstruktivnog pristupa u smislu stvaranja i interakcije magnetnih polja. Uprkos činjenici da je izvor električne energije u osobi baterije jednosmjerna struja, dizajneri električnih sistema ni ne pomišljaju na upotrebu jednosmjernih motora. Čak i uzimajući u obzir pretvorbene gubitke, jedinice izmjenične struje, a posebno sinhrone jedinice nadmašuju konkurenciju s jednosmjernim elementima. Pa šta zapravo znači sinhroni ili asinhroni motor?

Firma električnih automobila

I sinhroni i asinhroni motori su tipa rotacionih električnih mašina sa magnetnim poljem koji imaju veću gustinu snage. Općenito, indukcijski rotor sastoji se od jednostavne hrpe čvrstih limova, metalnih šipki izrađenih od aluminijuma ili bakra (sve češće korištenih posljednjih godina) s kalemima u zatvorenoj petlji. Struja teče u namotima statora u suprotnim parovima, a struja iz jedne od tri faze teče u svakom paru. Budući da se u svakom od njih on fazno pomiče za 120 stepeni u odnosu na drugo, takozvano rotirajuće magnetno polje. Presek namotaja rotora sa linijama magnetnog polja od polja stvorenog statorom dovodi do protoka struje u rotoru, slično interakciji na transformatoru.
Rezultirajuće magnetsko polje komunicira s "rotiranjem" u statoru, što dovodi do mehaničkog zahvaćanja rotora i naknadne rotacije. Međutim, kod ove vrste elektromotora, rotor uvijek zaostaje za poljem, jer ako nema relativnog kretanja između polja i rotora, u rotoru neće nastati magnetsko polje. Dakle, maksimalni nivo brzine određuje se frekvencijom struje napajanja i opterećenjem. Međutim, zbog veće efikasnosti sinhronih motora, većina proizvođača se drži njih, ali iz nekih od gore navedenih razloga, Tesla ostaje zagovornik asinkronih motora.

Da, ove mašine su jeftinije, ali imaju svoje nedostatke, a svi ljudi koji su testirali više uzastopnih ubrzanja sa Modelom S će vam reći kako performanse drastično opadaju sa svakom iteracijom. Procesi indukcije i protoka struje dovode do zagrevanja, a kada se mašina ne hladi pod velikim opterećenjem, toplota se akumulira i njene mogućnosti se značajno smanjuju. U svrhu zaštite, elektronika smanjuje količinu struje i performanse ubrzanja su degradirane. I još nešto - da bi se koristio kao generator, asinhroni motor mora biti magnetiziran - odnosno da "propušta" početnu struju kroz stator, koja stvara polje i struju u rotoru za pokretanje procesa. Onda može sam da se hrani.

Asinhroni ili sinhroni motori

Električni automobil Nikola Tesla


Sinhroni uređaji imaju znatno veću efikasnost i gustinu snage. Značajna razlika između asinhronog motora je u tome što magnetsko polje u rotoru ne indukuje interakcija sa statorom, već je rezultat struje koja teče kroz dodatne namote ugrađene u njega ili trajne magnete. Dakle, polje u rotoru i polje u statoru su sinhroni, ali maksimalna brzina motora takođe ovisi o rotaciji polja, odnosno o trenutnoj frekvenciji i opterećenju. Da bi se izbjegla potreba za dodatnim napajanjem namotaja, što povećava potrošnju električne energije i otežava kontrolu struje, u modernim električnim vozilima i hibridnim modelima koriste se elektromotori s takozvanim stalnim pobuđivanjem. sa trajnim magnetima. Kao što je već spomenuto, gotovo svi proizvođači takvih vozila trenutno koriste jedinice ovog tipa, stoga će, prema mnogim stručnjacima, i dalje postojati problem s nedostatkom skupih rijetkih zemalja neodimija i disprozijuma. Smanjenje njihove upotrebe dio je zahtjeva inženjera u ovoj oblasti.

Dizajn jezgre rotora nudi najveći potencijal za poboljšanje performansi električne mašine.
Postoje razna tehnološka rješenja sa nadgradnim magnetima, rotorom u obliku diska, sa interno ugrađenim magnetima. Zanimljivo je ovdje Teslino rješenje, koje koristi već spomenutu tehnologiju nazvanu Switched Reluctance Motor za pogon zadnje osovine modela 3. "Reluktancija" ili magnetna otpornost je izraz suprotan magnetnoj provodljivosti, sličan električnom otporu i električnoj provodljivosti materijala. Motori ovog tipa koriste fenomen da magnetni tok teži da prođe kroz dio materijala s najmanjim magnetskim otporom. Kao rezultat, on fizički pomiče materijal kroz koji teče kako bi prošao kroz dio s najmanjim otporom. Ovaj efekat se koristi u elektromotoru za stvaranje rotacijskog kretanja - za to se u rotoru izmjenjuju materijali s različitim magnetskim otporom: tvrdi (u obliku feritnih neodimijskih diskova) i mekani (čelični diskovi). U pokušaju da prođe kroz materijal nižeg otpora, magnetni tok iz statora rotira rotor dok se ne postavi za to. Uz kontrolu struje, polje stalno rotira rotor u udoban položaj. To jest, rotacija nije pokrenuta u tolikoj mjeri interakcijom magnetnih polja kao što je tendencija polja da teče kroz materijal s najmanjim otporom i rezultirajućim efektom rotacije rotora. Izmjenom različitih materijala smanjuje se broj skupih komponenti.

Električni automobil Nikola Tesla

U zavisnosti od dizajna, kriva efikasnosti i obrtni moment se menjaju sa brojem obrtaja motora. U početku, asinhroni motor ima najmanju efikasnost, a najveći ima površinske magnete, ali u potonjem naglo opada sa brzinom. BMW i3 motor ima jedinstven hibridni karakter, zahvaljujući dizajnu koji kombinuje trajne magnete i gore opisani efekat "nevoljnosti". Tako elektromotor postiže visoke nivoe konstantne snage i obrtnog momenta koji su karakteristični za mašine sa električnim pobuđenim rotorom, ali ima znatno manju težinu od njih (ovi poslednji su efikasni u mnogim aspektima, ali ne i u smislu težine). Nakon svega ovoga, jasno je da efikasnost opada pri velikim brzinama, zbog čega sve više proizvođača kaže da će se fokusirati na dvobrzinske mjenjače za električne motore.

Pitanja i odgovori:

Koje motore koristi Tesla? Svi Tesla modeli su električna vozila, tako da su opremljeni isključivo elektromotorima. Gotovo svaki model će imati 3-fazni AC indukcioni motor ispod haube.

Kako radi Teslin motor? Asinhroni elektromotor radi zbog pojave EMF-a zbog rotacije u statoru u nepokretnom magnetnom polju. Povratni hod se osigurava promjenom polariteta na zavojnicama startera.

Gdje se nalazi Teslin motor? Tesla automobili imaju pogon na zadnje točkove. Stoga se motor nalazi između osovina stražnje osovine. Motor se sastoji od rotora i statora koji su u kontaktu samo preko ležajeva.

Koliko je težak Teslin motor? Težina sklopljenog elektromotora za Tesla modele je 240 kilograma. U osnovi se koristi jedna modifikacija motora.

Jedan komentar

Dodajte komentar