ماشین برقی نیکولا تسلا

موتورهای الکتریکی بسیار کارآمدتر از موتورهای احتراق داخلی هستند. چرا و کی

حقیقت اساسی این است که مشکلات خودروهای الکتریکی به منبع انرژی مربوط می شود، اما می توان از منظر دیگری به آنها نگاه کرد. مانند بسیاری از چیزهای زندگی که ما آنها را بدیهی می دانیم، موتور الکتریکی و سیستم کنترل در خودروهای برقی کارآمدترین و قابل اعتمادترین وسیله در این وسایل نقلیه محسوب می شوند. با این حال، برای دستیابی به این وضعیت، آنها راه درازی را در تکامل طی کرده اند - از کشف ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس تا تبدیل مؤثر آن به یک نیروی مکانیکی. این موضوع اغلب در زمینه صحبت در مورد توسعه فناوری موتور احتراق داخلی دست کم گرفته می شود، اما نیاز به صحبت بیشتر در مورد ماشینی به نام موتور الکتریکی می شود.

یکی دو موتور

اگر به نمودار عملکرد یک موتور الکتریکی، صرف نظر از نوع آن نگاه کنید، متوجه خواهید شد که بیش از 85 درصد کارایی دارد، اغلب بیش از 90 درصد، و در حدود 75 درصد بار در بیشترین کارایی خود است. بیشترین. همانطور که قدرت و اندازه موتور الکتریکی افزایش می یابد، دامنه کارایی متناسب با آن افزایش می یابد، جایی که می تواند حتی زودتر به حداکثر خود برسد - گاهی اوقات در بارگذاری 20 درصد. با این حال، روی دیگر این سکه وجود دارد - علیرغم دامنه گسترده بازده بالاتر، استفاده از موتورهای بسیار قدرتمند با بار بسیار کم می تواند دوباره منجر به ورود مکرر به منطقه با راندمان پایین شود. بنابراین تصمیم گیری در مورد اندازه، قدرت، تعداد (یک یا دو) و استفاده (یک یا دو بسته به بار) موتورهای الکتریکی فرآیندهایی هستند که بخشی از کار طراحی در ساخت خودرو هستند. در این زمینه، قابل درک است که چرا بهتر است به جای یک موتور بسیار قوی، دو موتور داشته باشیم، یعنی اغلب وارد مناطق با راندمان پایین نمی شود و به دلیل امکان خاموش شدن آن در بارهای کم. بنابراین، در بار جزئی، به عنوان مثال، در تسلا مدل 3 پرفورمنس، فقط از موتور عقب استفاده می شود. در نسخه های کمتر قدرتمند تنها و در نسخه های پویا تر، ناهمزمان به محور جلو متصل می شود. این یکی دیگر از مزایای وسایل نقلیه الکتریکی است - قدرت را می توان به راحتی افزایش داد، بسته به نیازهای بازده از حالت ها استفاده می شود، و پیشرانه های دوگانه یک عارضه جانبی مفید هستند. با این حال، راندمان کمتر در بار کم مانع از این واقعیت نمی شود که برخلاف موتور احتراق داخلی، یک موتور الکتریکی به دلیل اصل متفاوت عملکرد و تعامل بین میدان های مغناطیسی حتی در چنین شرایطی، نیروی رانش را با سرعت صفر تولید می کند. واقعیت کارایی فوق در قلب طراحی موتور و حالت های کار قرار دارد - همانطور که گفتیم، یک موتور بزرگ که به طور مداوم در بار کم کار می کند ناکارآمد خواهد بود.

با توسعه سریع تحرک الکتریکی، تنوع از نظر تولید موتور در حال گسترش است. قراردادها و ترتیبات بیشتری در حال توسعه است که به موجب آن برخی از تولیدکنندگان مانند BMW و VW خودروهای خود را طراحی و تولید می کنند، برخی دیگر سهام شرکت های مرتبط با این تجارت را خریداری می کنند و برخی دیگر به تامین کنندگانی مانند بوش برون سپاری می کنند. در بیشتر موارد، اگر مشخصات یک مدل برقی را مطالعه کنید، متوجه می شوید که موتور آن "ACD دائمی سنکرون" است. با این حال، پیشگام تسلا از راه حل های دیگری در این راستا استفاده می کند - موتورهای آسنکرون در تمام مدل های قبلی و ترکیبی از ناهمزمان و به اصطلاح. موتور سوئیچینگ مقاومتی به عنوان محرک محور عقب در مدل 3 Performance. در نسخه‌های ارزان‌تر فقط با دیفرانسیل عقب، تنها یکی است. آئودی همچنین از موتورهای القایی برای مدل q-tron و ترکیبی از موتورهای سنکرون و ناهمزمان برای e-tron Q4 آینده استفاده می کند. واقعا در مورد چیست؟

ماشین برقی نیکولا تسلا

این واقعیت که نیکولا تسلا موتور الکتریکی ناهمزمان یا به عبارتی "ناهمزمان" را اختراع کرد (در اواخر قرن نوزدهم) هیچ ارتباط مستقیمی با این واقعیت ندارد که مدلهای تسلا موتورز یکی از معدود خودروهایی هستند که از چنین دستگاهی استفاده می کنند. .... در حقیقت ، اصل عملکرد موتور تسلا در دهه 19 محبوبیت بیشتری پیدا کرد ، زمانی که وسایل نیمه هادی به تدریج در زیر نور خورشید ظاهر می شدند و مهندس آمریکایی آلن کوکونی اینورترهای نیمه هادی قابل حمل را توسعه داد که می تواند باتری های جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل کند. ) همانطور که برای یک موتور القایی لازم است و بالعکس (در روند بازیابی). این ترکیب اینورتر (که به عنوان ترانسفورماتور مهندسی نیز شناخته می شود) و موتور الکتریکی توسعه یافته توسط کوکونی پایه و اساس GM EV60 بدنام و در یک شکل دقیق تر ، tZERO اسپرت شد. در قیاس با جستجوی مهندسان ژاپنی از تویوتا در هنگام ایجاد Prius و کشف حق ثبت اختراع TRW ، سازندگان تسلا خودرو tZERO را کشف کردند. در نهایت ، آنها مجوز tZero را خریداری کردند و از آن برای ساخت رودستر استفاده کردند.
بزرگترین مزیت موتور القایی این است که از آهن ربا دائمی استفاده نمی کند و نیازی به فلزات گران قیمت یا کمیاب ندارد که اغلب در شرایطی استخراج می شوند که معضلات اخلاقی را برای مصرف کنندگان ایجاد می کند. با این حال ، هر دو موتور سنکرون مغناطیسی ناهمزمان و دائمی از پیشرفتهای فنی در دستگاههای نیمه رسانا و همچنین در ایجاد MOSFET با ترانزیستورهای اثر میدانی و ترانزیستورهای جداسازی دو قطبی (IGBT) استفاده کامل می کنند. همین پیشرفت است که امکان ایجاد دستگاه های اینورتر جمع و جور ذکر شده و به طور کلی ، کلیه وسایل الکترونیکی قدرت در وسایل نقلیه الکتریکی را فراهم می کند. ممکن است پیش پا افتاده باشد که توانایی تبدیل کارآمد باتری های DC به 150 فاز AC و بالعکس عمدتا به دلیل پیشرفت تکنولوژی کنترل است ، اما باید در نظر داشت که جریان در الکترونیک قدرت به چندین برابر بیشتر از حد معمول در خانوار می رسد شبکه الکتریکی ، و اغلب مقادیر بیش از XNUMX آمپر است. این گرمای زیادی تولید می کند که الکترونیک قدرت باید با آن کنار بیاید.

اما دوباره به موضوع موتورهای الکتریکی برگردیم. مانند موتورهای احتراق داخلی ، می توان آنها را در مدارک مختلف دسته بندی کرد و "زمان بندی" یکی از آنهاست. در واقع ، این نتیجه یک رویکرد سازنده متفاوت بسیار مهم تر از نظر تولید و برهم کنش میدان های مغناطیسی است. علی رغم اینکه منبع برق در شخص باتری جریان مستقیم دارد ، طراحان سیستم های الکتریکی حتی به استفاده از موتورهای DC فکر نمی کنند. حتی با در نظر گرفتن تلفات تبدیل ، واحدهای AC و به ویژه واحدهای همزمان از رقابت با عناصر DC پیشی می گیرند. بنابراین موتور همزمان یا ناهمزمان در واقع به چه معناست؟

شرکت اتومبیل های الکتریکی

هر دو موتور سنکرون و ناهمزمان از نوع ماشین های الکتریکی میدان مغناطیسی چرخان هستند که چگالی توان بالاتری دارند. به طور کلی ، یک روتور القایی از یک دسته ساده ورق های جامد ، میله های فلز آلومینیوم یا مس (که به طور فزاینده ای در زمان های اخیر استفاده می شود) با سیم پیچ در یک حلقه بسته تشکیل شده است. جریان در سیم پیچ های استاتور به صورت جفت مخالف جریان می یابد ، جریان از یکی از سه فاز در هر جفت جریان دارد. از آنجا که در هر یک از آنها نسبت به دیگری ، به اصطلاح میدان مغناطیسی چرخشی ، 120 درجه تغییر فاز می کند. تقاطع سیم پیچ های روتور با خطوط میدان مغناطیسی از میدان ایجاد شده توسط استاتور ، منجر به جریان جریان در روتور می شود ، مانند تعامل بر روی ترانسفورماتور.
میدان مغناطیسی حاصل با "چرخش" در استاتور تعامل دارد که منجر به گرفتن مکانیکی روتور و چرخش بعدی می شود. اما با وجود این نوع موتورهای الکتریکی ، روتور همیشه از میدان عقب می ماند ، زیرا اگر حرکت نسبی بین میدان و روتور وجود نداشته باشد ، هیچ میدان مغناطیسی در روتور القا نمی شود. بنابراین ، حداکثر سطح سرعت توسط فرکانس جریان تغذیه و بار تعیین می شود. با این حال ، به دلیل بهره وری بیشتر موتورهای سنکرون ، اکثر تولیدکنندگان به آنها پایبند هستند ، اما به دلایل بالا ، تسلا همچنان طرفدار موتورهای ناهمزمان است.

بله، این ماشین‌ها ارزان‌تر هستند، اما جنبه‌های منفی خود را دارند، و همه افرادی که چندین شتاب متوالی را با مدل S آزمایش کرده‌اند، به شما خواهند گفت که چگونه با هر بار تکرار، عملکرد به شدت کاهش می‌یابد. فرآیندهای القایی و جریان جریان منجر به گرمایش می شود و زمانی که دستگاه تحت بار زیاد خنک نمی شود، گرما جمع می شود و قابلیت های آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. برای اهداف حفاظتی، الکترونیک مقدار جریان را کاهش می دهد و عملکرد شتاب کاهش می یابد. و یک چیز دیگر - برای استفاده به عنوان یک ژنراتور، موتور القایی باید مغناطیسی شود - یعنی جریان اولیه را از طریق استاتور "عبور" کند، که میدان و جریان را در روتور برای شروع فرآیند ایجاد می کند. سپس می تواند خودش را سیر کند.

موتورهای ناهمزمان یا همزمان

واحدهای سنکرون از کارایی و چگالی توان قابل توجهی بالاتر برخوردار هستند. تفاوت معنادار بین موتور القایی این است که میدان مغناطیسی در روتور در اثر تعامل با استاتور ایجاد نمی شود ، بلکه نتیجه جریان جریان از طریق سیم پیچ های اضافی نصب شده در آن یا آهنرباهای دائمی است. بنابراین ، میدان در روتور و میدان در استاتور همزمان هستند ، اما حداکثر دور موتور نیز به ترتیب به چرخش میدان به فرکانس و بار جریان بستگی دارد. برای جلوگیری از نیاز به منبع تغذیه اضافی سیم پیچ ها ، که باعث افزایش مصرف برق و کنترل جریان پیچیده می شود ، از موتورهای الکتریکی با اصطلاح تحریک ثابت در وسایل نقلیه الکتریکی مدرن و مدل های هیبریدی استفاده می شود. با آهن ربا دائمی. همانطور که قبلاً ذکر شد ، تقریباً تمام تولیدکنندگان اینگونه وسایل نقلیه در حال حاضر از واحدهایی از این نوع استفاده می کنند ، بنابراین ، به گفته بسیاری از کارشناسان ، هنوز مشکل کمبود زمین نادر و گران قیمت نئودیمیم و دیسپروزیم وجود خواهد داشت. کاهش استفاده از آنها بخشی از تقاضای مهندسان در این زمینه است.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

طراحی هسته روتور بیشترین پتانسیل را برای بهبود عملکرد ماشین الکتریکی فراهم می کند.
راه حل های تکنولوژیکی مختلفی با آهنرباهای روی سطح، روتور دیسکی شکل، با آهنرباهای داخلی وجود دارد. نکته جالب در اینجا راه حل تسلا است که از فناوری فوق الذکر به نام Switched Reluctance Motor برای به حرکت درآوردن محور عقب مدل 3 استفاده می کند. «مقاومت» یا مقاومت مغناطیسی، اصطلاحی است مخالف رسانایی مغناطیسی، مشابه مقاومت الکتریکی و رسانایی الکتریکی مواد. موتورهای این نوع از این پدیده استفاده می کنند که شار مغناطیسی تمایل دارد از قسمتی از ماده با کمترین مقاومت مغناطیسی عبور کند. در نتیجه موادی را که از آن در جریان است جابجا می کند تا از قطعه ای با کمترین مقاومت عبور کند. این اثر در موتور الکتریکی برای ایجاد یک حرکت چرخشی استفاده می شود - برای این، مواد با مقاومت مغناطیسی متفاوت در روتور جایگزین می شوند: سخت (به شکل دیسک های فریت نئودیمیم) و نرم (دیسک های فولادی). در تلاش برای عبور از مواد با مقاومت کمتر، شار مغناطیسی از استاتور روتور را می‌چرخاند تا زمانی که برای انجام این کار قرار گیرد. با کنترل جریان، میدان به طور مداوم روتور را در یک موقعیت راحت می چرخاند. به این معنا که چرخش به اندازه‌ای از اثر متقابل میدان‌های مغناطیسی آغاز نمی‌شود که میل میدان به جریان یافتن از مواد با کمترین مقاومت و اثر حاصل از چرخش روتور. با جایگزین کردن مواد مختلف، تعداد قطعات گران قیمت کاهش می یابد.

بسته به طراحی، منحنی بازده و گشتاور با دور موتور تغییر می کند. در ابتدا موتور القایی کمترین راندمان را دارد و بالاترین آن دارای آهنرباهای سطحی است اما در دومی با سرعت به شدت کاهش می یابد. موتور بی‌ام‌و i3 به لطف طراحی ترکیبی از آهنرباهای دائمی و اثر "اکراه" که در بالا توضیح داده شد، دارای یک شخصیت هیبریدی منحصر به فرد است. بنابراین، موتور الکتریکی به سطوح بالایی از قدرت و گشتاور ثابت دست می یابد که مشخصه ماشین هایی با روتور تحریک شده الکتریکی است، اما وزن آن به طور قابل توجهی کمتر از آنها است (این دومی از بسیاری جهات کارآمد هستند، اما نه از نظر وزن). پس از همه اینها، واضح است که راندمان در سرعت های بالا در حال کاهش است، به همین دلیل است که سازندگان بیشتر و بیشتری می گویند که روی گیربکس های دو سرعته برای موتورهای الکتریکی تمرکز خواهند کرد.

سوالات و پاسخ ها:

تسلا از چه موتورهایی استفاده می کند؟ تمام مدل‌های تسلا خودروهای الکتریکی هستند، بنابراین منحصراً به موتورهای الکتریکی مجهز هستند. تقریباً هر مدلی دارای یک موتور القایی AC 3 فاز در زیر کاپوت خواهد بود.

موتور تسلا چگونه کار می کند؟ یک موتور الکتریکی ناهمزمان به دلیل وقوع یک EMF به دلیل چرخش در یک استاتور ثابت یک میدان مغناطیسی کار می کند. حرکت معکوس با معکوس شدن قطبیت روی سیم پیچ های استارت فراهم می شود.

موتور تسلا در کجا قرار دارد؟ خودروهای تسلا دیفرانسیل عقب هستند. بنابراین موتور بین محورهای محور عقب قرار می گیرد. موتور از یک روتور و استاتور تشکیل شده است که فقط از طریق یاتاقان ها با یکدیگر تماس دارند.

وزن موتور تسلا چقدر است؟ وزن موتور الکتریکی مونتاژ شده برای مدل های تسلا 240 کیلوگرم است. اساساً از یک اصلاح موتور استفاده می شود.