Probna vožnja sinkronog motora: što to znači?
Električni automobili i dalje su zasjenjeni razvojem baterija
Brzi razvoj hibridnih pogonskih sklopova i neviđeni napredak posljednjih godina na polju električnih vozila glavni su fokus razvoja tehnologije baterija. Oni zahtijevaju maksimalne resurse od programera i najveći su izazov za dizajnere. Međutim, ne treba podcjenjivati činjenicu da napredak u razvoju napredne litij-ionske tehnologije prati značajan napredak na polju regulacije snage električnih struja i elektromotora. Ispostavilo se da, iako elektromotori imaju visoku učinkovitost, imaju ozbiljno polje za razvoj.
Dizajneri očekuju da će ova industrija rasti izuzetno velikom brzinom, ne samo zato što su električna vozila sve češća, već i zato što je elektrifikacija vozila s pogonom na izgaranje važan element razine emisija postavljenih u Europskoj uniji.
Iako električni motor ima drevnu povijest, danas se dizajneri susreću s novim izazovima. Elektromotori, ovisno o namjeni, mogu imati uski dizajn i velik promjer ili mali promjer i dugo tijelo. Njihovo ponašanje u čisto električnim vozilima razlikuje se od hibrida, gdje se mora uzeti u obzir toplina koju stvara motor s unutarnjim izgaranjem. Za električna vozila raspon brzina je širi, a ona ugrađena u paralelni hibridni sustav u mjenjaču moraju biti optimizirana da rade unutar raspona brzina motora s unutrašnjim izgaranjem. Većina strojeva radi na visokom naponu, ali električni 48-voltni strojevi postat će popularniji.
Zašto AC motori
Unatoč činjenici da je izvor električne energije u osobi baterije istosmjerna struja, dizajneri električnih sustava trenutno ne razmišljaju o korištenju istosmjernih elektromotora. Čak i uzimajući u obzir pretvorbene gubitke, jedinice izmjenične struje, posebno sinkrone, nadmašuju istosmjerne jedinice. Ali što zapravo znači sinkroni ili asinkroni motor? Upoznat ćemo vas s ovim dijelom automobilskog svijeta jer, iako električni automobili već dugo postoje u automobilima u obliku startera i alternatora, na ovom su području nedavno uvedene potpuno nove tehnologije.
Toyota, GM i BMW sada su neki od rijetkih proizvođača koji su sami preuzeli razvoj i proizvodnju elektromotora. Čak i Toyotina podružnica Lexus isporučuje ove uređaje drugoj tvrtki, japanskom Aisinu. Većina tvrtki oslanja se na dobavljače kao što su ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec ili kineske tvrtke. Očigledno, brzi razvoj ovog posla omogućuje takvim tvrtkama da imaju koristi od partnerstva s proizvođačima automobila. Što se tiče tehnološke strane stvari, danas se za potrebe električnih vozila i hibrida uglavnom koriste sinkroni motori naizmjenične struje s vanjskim ili unutarnjim rotorom.
Sposobnost učinkovitog pretvaranja istosmjernih baterija u trofazne izmjenične i obrnuto uglavnom je posljedica napretka u upravljačkoj tehnologiji. Međutim, trenutne razine u energetskoj elektronici dostižu razinu mnogo puta veću od one u kućanskoj električnoj mreži i često prelaze 150 ampera. To generira puno topline s kojom se energetska elektronika mora nositi. Trenutno je volumen elektroničkih upravljačkih uređaja još uvijek velik, jer se elektronički poluvodički upravljački uređaji ne mogu smanjiti čarobnim štapićem.
I sinkroni i asinkroni motori vrsta su električnih strojeva s rotirajućim magnetskim poljem koji imaju veću gustoću snage. Općenito, rotor indukcijskog motora sastoji se od jednostavnog paketa čvrstih ploča s kratko spojenim namotima. Struja teče u namotima statora u suprotnim parovima, pri čemu u svakom paru teče struja iz jedne od tri faze. Budući da je u svakom od njih pomaknut u fazi za 120 stupnjeva u odnosu na drugu, dobiva se takozvano rotirajuće magnetsko polje. To, zauzvrat, inducira magnetsko polje u rotoru, a interakcija između dva magnetska polja - koja se okreću u statoru i magnetskog polja rotora, dovodi do uvlačenja potonjeg i naknadne rotacije. Međutim, kod ovog tipa elektromotora rotor uvijek zaostaje za poljem jer ako nema relativnog gibanja između polja i rotora, neće inducirati magnetsko polje u rotoru. Dakle, razina najveće brzine određena je frekvencijom struje napajanja i opterećenja. Međutim, zbog veće učinkovitosti sinkronih motora, većina proizvođača ostaje pri njima.
Sinkroni motori
Te jedinice imaju znatno veću učinkovitost i gustoću snage. Značajna razlika od asinhronog motora je u tome što magnetsko polje u rotoru ne nastaje interakcijom sa statorom, već je rezultat ili struje koja teče kroz dodatne namote ugrađene u njemu ili trajnih magneta. Dakle, polje u rotoru i polje u statoru su sinkroni, a maksimalna brzina motora također ovisi o rotaciji polja, odnosno o frekvenciji struje i opterećenja. Kako bi se izbjegla potreba za dodatnim napajanjem namota, što povećava potrošnju energije i zakomplicira trenutnu regulaciju u modernim električnim vozilima i hibridnim modelima, koriste se elektromotori s takozvanim stalnim pobuđivanjem, tj. s trajnim magnetima. Kao što je već spomenuto, gotovo svi proizvođači takvih automobila trenutno koriste jedinice ove vrste, stoga će, prema mnogim stručnjacima, i dalje postojati problem s nedostatkom skupih rijetkih zemaljskih elemenata neodimija i disprozija. Sinkroni motori dolaze u različitim varijantama i mješovitim tehnološkim rješenjima kao što su BMW ili GM, ali mi ćemo vam reći više o njima.
izgradnja
Čisto električni motori vozila obično su spojeni izravno na diferencijal pogonske osovine, a snaga se prenosi na kotače preko osovinskih vratila, čime se smanjuju mehanički gubici prijenosa. S ovim rasporedom ispod poda, središte gravitacije je smanjeno, a cjelokupni dizajn bloka postaje kompaktniji. Sasvim drugačija je situacija s rasporedom hibridnih modela. Za potpune hibride kao što su single mode (Toyota i Lexus) i dual mode (Chevrolet Tahoe), električni motori su na neki način povezani s planetarnim zupčanicima u hibridnom pogonskom sklopu, u kojem slučaju kompaktnost zahtijeva da njihov dizajn bude dulji i manji. promjer. U klasičnim paralelnim hibridima zahtjevi za kompaktnošću znače da sklop koji se uklapa između zamašnjaka i mjenjača ima veći promjer i prilično je ravan, a proizvođači kao što su Bosch i ZF Sachs čak se oslanjaju na dizajn rotora u obliku diska. Postoje i varijante rotora - dok je kod Lexusa LS 600h rotirajući element smješten unutra, kod nekih Mercedesovih modela rotirajući rotor je izvana. Potonji dizajn je također izuzetno prikladan u slučajevima kada su električni motori ugrađeni u glavčine kotača.
Tekst: Georgy Kolev
