Nikola Tesla elektriauto

Elektrimootorid on palju tõhusamad kui sisepõlemismootorid. Miks ja millal

Põhitõde on see, et elektrisõidukite probleemid on seotud energiaallikaga, kuid neid saab vaadelda ka teisest vaatenurgast. Nagu paljusid asju elus, mida peame iseenesestmõistetavaks, peetakse elektrimootorit ja elektrisõidukite juhtimissüsteemi nende sõidukite kõige tõhusamaks ja töökindlamaks seadmeks. Sellise olukorra saavutamiseks on nad aga evolutsioonis kaugele jõudnud – alates elektri ja magnetismi vahelise seose avastamisest kuni selle tõhusa muundumiseni mehaaniliseks jõuks. Sageli alahinnatakse seda teemat sisepõlemismootori tehnoloogilisest arengust rääkimise kontekstis, kuid üha enam on vaja rääkida rohkem masinast nimega elektrimootor.

Üks või kaks mootorit

Kui vaatate elektrimootori jõudluse graafikut, olenemata selle tüübist, märkate, et selle tõhusus on üle 85 protsendi, sageli üle 90 protsendi, ja et see on kõige tõhusam umbes 75 protsendilise koormuse juures. maksimaalselt. Elektrimootori võimsuse ja suuruse kasvades laieneb vastavalt kasuteguri ulatus, kus see võib oma maksimumi saavutada isegi varem - mõnikord 20-protsendilise koormuse juures. Mündil on aga ka teine ​​külg – vaatamata suurema kasuteguri laiendatud vahemikule võib väga võimsate ja väga väikese koormusega mootorite kasutamine taas viia sagedase sisenemiseni madala efektiivsusega tsooni. Seetõttu on otsused elektrimootorite suuruse, võimsuse, arvu (üks või kaks) ja kasutusala (olenevalt koormusest üks või kaks) osas protsessid, mis kuuluvad auto ehituse projekteerimistöö juurde. Selles kontekstis on arusaadav, miks on parem omada väga võimsa mootori asemel kahte mootorit, nimelt selleks, et see ei satuks sageli madala kasuteguriga piirkondadesse, ja võimaluse tõttu see madalal koormusel välja lülitada. Seetõttu kasutatakse osalise koormuse korral näiteks Tesla Model 3 Performance'is ainult tagumist mootorit. Väiksematel versioonidel on see ainuke ja dünaamilisemates versioonides on asünkroonne ühendatud esisillaga. See on veel üks elektrisõidukite eelis – võimsust saab kergemini tõsta, režiime kasutatakse sõltuvalt efektiivsusnõuetest ning kasulikuks kõrvalnähuks on topeltjõuallikad. Väiksem kasutegur madalal koormusel ei takista aga tõsiasja, et erinevalt sisepõlemismootorist tekitab elektrimootor oma põhimõtteliselt erineva tööpõhimõtte ja magnetväljade omavahelise vastasmõju tõttu ka sellistes tingimustes tõukejõudu nullkiirusel. Eelmainitud efektiivsuse fakt on mootori konstruktsiooni ja töörežiimide keskmes – nagu öeldud, ülegabariidiline pidevalt madalal koormusel töötav mootor oleks ebaefektiivne.

Elektrilise mobiilsuse kiire arenguga laieneb mootoritootmise mitmekesisus. Üha enam arendatakse lepinguid ja kokkuleppeid, mille kohaselt osad tootjad nagu BMW ja VW projekteerivad ja toodavad oma autosid, teised ostavad selle äriga seotud ettevõtete aktsiaid ja kolmandad teevad allhankeid tarnijatelt nagu Bosch. Enamasti leiad elektritoitega mudeli tehnilisi andmeid lugedes, et selle mootor on "vahelduvvoolu püsimagnetiga sünkroonne". Tesla teerajaja kasutab aga selles suunas muid lahendusi - asünkroonmootoreid kõigis varasemates mudelites ning kombinatsiooni asünkroonsetest ja nn. „Takistuse lülitusmootor tagatelje ajamina mudelis 3 Performance. Ainult tagaveoga odavamates versioonides on see ainus. Audi kasutab ka asünkroonmootoreid q-tron mudeli jaoks ning sünkroonsete ja asünkroonsete mootorite kombinatsiooni tulevase e-tron Q4 jaoks. Millest see tegelikult räägib?

Nikola Tesla elektriauto

Asjaolu, et Nikola Tesla leiutas asünkroonse või teisisõnu "asünkroonse" elektrimootori (juba 19. sajandi lõpus), ei oma otsest seost tõsiasjaga, et Tesla Motorsi mudelid on üks väheseid autosid, mida selline masin toidab ... ... Tegelikult muutus Tesla mootori tööpõhimõte populaarsemaks 60ndatel, kui päikese all hakkasid tasapisi tekkima pooljuhtseadised ning Ameerika insener Alan Coconi töötas välja kaasaskantavad pooljuhtmuundurid, mis suudavad alalisvoolu (DC) patareid vahelduvvooluks muuta (AC) ) nagu asünkroonmootori puhul ja vastupidi (taastumisprotsessis). See Coconi väljatöötatud inverteri (tuntud ka kui insenermuundur) ja elektrimootori kombinatsioon sai kurikuulsa GM EV1 ja täpsemal kujul sportliku tZERO aluseks. Sarnaselt Toyotaga Jaapani inseneride otsimisele Priuse loomisel ja TRW patendi avamisel avastasid Tesla loojad auto tZERO. Lõpuks ostsid nad tZero litsentsi ja kasutasid seda roadsteri ehitamiseks.
Asünkroonse mootori suurim eelis on see, et see ei kasuta püsimagneteid ega vaja kalleid või haruldasi metalle, mida kaevandatakse sageli ka tingimustes, mis tekitavad tarbijatele moraalseid dilemmasid. Kuid nii asünkroonsed kui ka püsimagnetiga sünkroonmootorid kasutavad täielikult pooljuhtseadmete tehnoloogilisi edusamme, samuti väliefektide ja hilisemate bipolaarsete isolatsioonitransistoridega (IGBT) MOSFET-ide loomisel. Just see edasiminek võimaldab luua mainitud kompaktseid inverteriseadmeid ja üldiselt kogu elektrisõidukite jõuelektroonikat. Võib tunduda triviaalne, et võime alalisvoolu tõhusalt muuta kolmefaasilisteks vahelduvvoolu patareideks ja vastupidi tuleneb suuresti juhtimistehnika edusammudest, kuid tuleb meeles pidada, et jõuelektroonika vool jõuab kodumajapidamistes tavapärasest mitu korda kõrgemale. elektrivõrk ja sageli ületavad väärtused 150 amprit. See tekitab suures koguses soojust, millega jõuelektroonika peab hakkama saama.

Aga tagasi elektrimootorite teema juurde. Sarnaselt sisepõlemismootoritega saab neid liigitada erinevatesse kvalifikatsioonidesse ja "ajastus" on üks neist. Tegelikult on see magnetväljade tekke ja vastastikuse mõju osas palju olulisema erineva konstruktiivse lähenemise tagajärg. Hoolimata asjaolust, et aku inimese elektriallikaks on alalisvool, ei mõtle elektrisüsteemide projekteerijad isegi alalisvoolumootorite kasutamisele. Isegi kui arvestada muundamiskadusid, ületavad vahelduvvoolu ja eriti sünkroonüksused konkurentsi alalisvoolu elementidega. Mida tähendab sünkroon- või asünkroonmootor tegelikult?

Elektriautode ettevõte

Nii sünkroon- kui ka asünkroonsed mootorid on pöörleva magnetvälja tüüpi elektrimasinate tüüpi, millel on suurem võimsustihedus. Üldiselt koosneb induktsioonrootor lihtsast virnast tahketest lehtedest, alumiiniumist või vasest valmistatud metallist vardadest (mida kasutatakse viimastel aastatel üha sagedamini) koos mähistega suletud ahelas. Staatori mähistes voolab vool vastupidises paaris, kusjuures igas paaris voolab vool kolmest faasist. Kuna kummaski neist nihutatakse selle faasis teise kraadi suhtes 120 kraadi, nn pöörleva magnetvälja suhtes. Rootori mähiste ristumine staatori tekitatud välja magnetvälja joontega viib rootori voolu sarnaselt trafo vastasmõjule.
Saadud magnetväli interakteerub staatori "pöörlemisega", mis viib rootori mehaanilise haardumise ja järgneva pöörlemiseni. Seda tüüpi elektrimootorite puhul jääb rootor aga alati väljast välja, sest kui välja ja rootori vahel puudub suhteline liikumine, ei indutseerita rootoris magnetvälja. Seega määratakse maksimaalne kiiruse tase toitevoolu ja koormuse sageduse järgi. Kuid sünkroonmootorite suurema efektiivsuse tõttu jääb enamik tootjaid neist kinni, kuid mõnel ülaltoodud põhjusel jääb Tesla asünkroonmootorite eestkõnelejaks.

Jah, need masinad on odavamad, kuid neil on oma varjuküljed ja kõik inimesed, kes on Model S-iga mitut järjestikust kiirendust katsetanud, räägivad teile, kuidas jõudlus iga iteratsiooniga drastiliselt langeb. Induktsiooni ja voolu liikumise protsessid viivad kuumutamiseni ning kui masinat ei jahutata suure koormuse all, koguneb soojus ja selle võimalused vähenevad oluliselt. Kaitse eesmärgil vähendab elektroonika vooluhulka ja kiirenduse jõudlus halveneb. Ja veel üks asi - generaatorina kasutamiseks peab asünkroonmootor olema magnetiseeritud - ehk siis algvoolu "läbilaskmiseks" staatorist, mis tekitab rootoris välja ja voolu protsessi käivitamiseks. Siis saab ta end toita.

Asünkroon- või sünkroonmootorid

Sünkroonseadmetel on oluliselt suurem efektiivsus ja võimsustihedus. Oluline erinevus asünkroonmootori vahel on see, et rootori magnetvälja ei indutseeri interaktsioon staatoriga, vaid see tuleneb voolust, mis voolab läbi sinna paigaldatud lisamähiste või püsimagnetite. Seega on rootori ja staatori väli sünkroonsed, kuid maksimaalne mootori kiirus sõltub ka välja välja pöörlemisest vastavalt praegusele sagedusele ja koormusele. Vältimaks mähiste täiendava toiteallika vajadust, mis suurendab energiatarvet ja raskendab voolu juhtimist, kasutatakse tänapäevastes elektrisõidukites ja hübriidmudelites nn pideva ergutusega elektrimootoreid. püsimagnetitega. Nagu juba mainitud, kasutavad peaaegu kõik selliste sõidukite tootjad seda tüüpi agregaate, seetõttu on paljude ekspertide sõnul endiselt probleem kallite haruldaste muldmetallide neodüümi ja düsproosiumi puudusega. Nende kasutamise vähendamine on osa inseneride nõudlusest selles valdkonnas.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Rootori südamiku konstruktsioon pakub suurimat potentsiaali elektrimasina jõudluse parandamiseks.
Olemas on erinevaid tehnoloogilisi lahendusi pinnapealsete magnetitega, kettakujulise rootoriga, sisseehitatud magnetitega. Huvitav on siinkohal Tesla lahendus, mis kasutab Model 3 tagatelje juhtimiseks eelmainitud tehnoloogiat nimega Switched Reluctance Motor. "Reluktantsus" või magnettakistus on termin, mis on vastupidine magnetjuhtivusele, mis on sarnane materjalide elektritakistuse ja elektrijuhtivusega. Seda tüüpi mootorid kasutavad nähtust, et magnetvoog kipub läbima materjali väikseima magnettakistusega osa. Selle tulemusena tõrjub see füüsiliselt välja materjali, millest see läbi voolab, et läbida detaili väikseima takistusega. Seda efekti kasutatakse elektrimootoris pöörleva liikumise tekitamiseks - selleks vahelduvad rootoris erineva magnettakistusega materjalid: kõvad (ferriitneodüümketaste kujul) ja pehmed (teraskettad). Püüdes läbida väiksema takistusega materjali, pöörab staatorist tulev magnetvoog rootorit, kuni see on selleks sobivasse asendisse. Voolu juhtimisega pöörab väli pidevalt rootorit mugavas asendis. See tähendab, et pöörlemist ei algata sellisel määral magnetväljade vastastikmõju, kuivõrd välja kalduvus voolata läbi materjali väikseima takistusega ja sellest tulenev rootori pöörlemise mõju. Erinevate materjalide vaheldumisega väheneb kallite komponentide hulk.

Sõltuvalt konstruktsioonist muutuvad efektiivsuskõver ja pöördemoment koos mootori pöörlemiskiirusega. Algselt on madalaima kasuteguriga asünkroonmootor ja kõige kõrgemal pinnamagnetid, kuid viimases väheneb see kiirusega järsult. BMW i3 mootoril on ainulaadne hübriidne iseloom, tänu disainile, mis ühendab endas püsimagnetid ja ülalkirjeldatud "vastumeelsuse" efekti. Seega saavutab elektrimootor kõrged konstantse võimsuse ja pöördemomendi tasemed, mis on omased elektriliselt ergastava rootoriga masinatele, kuid on nendest oluliselt väiksema kaaluga (viimased on mitmes mõttes tõhusad, kuid mitte kaalu poolest). Pärast kõike seda on selge, et efektiivsus suurtel kiirustel langeb, mistõttu üha enam tootjaid ütleb, et keskendub elektrimootorite kahekäigulistele käigukastidele.

Küsimused ja vastused:

Milliseid mootoreid Tesla kasutab? Kõik Tesla mudelid on elektrisõidukid, seega on need varustatud eranditult elektrimootoritega. Peaaegu igal mudelil on kapoti all 3-faasiline vahelduvvoolu asünkroonmootor.

Kuidas Tesla mootor töötab? Asünkroonne elektrimootor töötab magnetvälja statsionaarses staatoris pöörlemise tõttu tekkiva EMF-i tõttu. Pöördkäik on tagatud polaarsuse muutmisega käivituspoolidel.

Kus Tesla mootor asub? Tesla autod on tagaveolised. Seetõttu asub mootor tagatelje võllide vahel. Mootor koosneb rootorist ja staatorist, mis puutuvad omavahel kokku ainult laagrite kaudu.

Kui palju Tesla mootor kaalub? Tesla mudelitele kokkupandud elektrimootori kaal on 240 kilogrammi. Põhimõtteliselt kasutatakse ühte mootori modifikatsiooni.