Nikola Tesla elektromos autó

Az elektromos motorok sokkal hatékonyabbak, mint a belső égésű motorok. Miért és mikor

Az alapigazság az, hogy az elektromos járművek problémái összefüggenek az energiaforrással, de más szemszögből is szemlélhetők. Mint sok olyan dolog az életben, amit természetesnek tartunk, az elektromos járművek elektromos motorja és vezérlőrendszere ezekben a járművekben a leghatékonyabb és legmegbízhatóbb eszköz. Ahhoz azonban, hogy ezt az állapotot elérjék, hosszú utat tettek meg az evolúcióban - az elektromosság és a mágnesesség közötti kapcsolat felfedezésétől a mechanikai erővé való hatékony átalakulásig. Ezt a témát gyakran alábecsülik a belső égésű motor technológiai fejlődéséről beszélve, de egyre inkább szükséges az elektromos motornak nevezett gépről bővebben beszélni.

Egy vagy két motor

Ha megnézi egy villanymotor teljesítménydiagramját, függetlenül annak típusától, észreveszi, hogy 85 százalék feletti, gyakran 90 százalék feletti a hatásfoka, és a leghatékonyabb 75 százalék körüli terhelésnél. maximális. A villanymotor teljesítményének és méretének növekedésével ennek megfelelően bővül a hatásfok tartománya, ahol még korábban - esetenként 20 százalékos terhelés mellett - elérheti maximumát. Az éremnek azonban van egy másik oldala is – a nagyobb hatásfok kiterjesztett tartománya ellenére a nagyon nagy teljesítményű, nagyon alacsony terhelésű motorok használata ismét az alacsony hatásfokú zónába való gyakori belépéshez vezethet. Ezért az elektromos motorok méretére, teljesítményére, számára (egy vagy kettő) és felhasználására (terheléstől függően egy vagy kettő) vonatkozó döntések olyan folyamatok, amelyek egy autó építésénél a tervezési munka részét képezik. Ebben az összefüggésben érthető, hogy miért jobb két motort használni egy nagyon erős motor helyett, mégpedig azért, hogy gyakran ne kerüljön be az alacsony hatásfokú területekre, és mivel alacsony terhelés esetén leállhat. Ezért részleges terhelésnél, például a Tesla Model 3 Performance esetében, csak a hátsó motort használják. A kisebb teljesítményű változatoknál ez az egyetlen, a dinamikusabb változatoknál pedig az aszinkron az első tengelyre csatlakozik. Ez egy másik előnye az elektromos járműveknek - a teljesítmény könnyebben növelhető, az üzemmódok a hatékonysági követelmények függvényében használhatók, és a kettős hajtáslánc hasznos mellékhatás. Az alacsony terhelésnél tapasztalható alacsonyabb hatásfok azonban nem akadályozza meg, hogy a belső égésű motorral ellentétben a villanymotor alapvetően eltérő működési elve és a mágneses mezők közötti kölcsönhatás miatt ilyen körülmények között is nulla fordulatszámon hozzon létre tolóerőt. A hatékonyság fent említett ténye áll a motor kialakításának és üzemmódjainak középpontjában – mint mondtuk, egy túlméretezett, folyamatosan alacsony terhelésen működő motor nem lenne hatékony.

Az elektromos mobilitás rohamos fejlődésével a motorgyártás sokszínűsége bővül. Egyre több megállapodást és megállapodást dolgoznak ki, amelyek során egyes gyártók, mint például a BMW és a VW saját maguk tervezik és gyártják autóikat, mások részesedést vásárolnak ehhez az üzletághoz kapcsolódó cégekben, megint mások pedig olyan beszállítókat szerveznek ki, mint a Bosch. A legtöbb esetben, ha elolvassa egy elektromos meghajtású modell műszaki adatait, azt találja, hogy a motorja "AC állandó mágneses szinkron". A Tesla úttörője azonban más megoldásokat is alkalmaz ebben az irányban - minden korábbi modellben aszinkron motorokat és aszinkron és ún. „Ellenállás kapcsoló motor hátsó tengely meghajtásként a 3 Performance modellben. Az olcsóbb, csak hátsókerék-hajtású változatokban ez az egyetlen. Az Audi aszinkron motorokat is használ a q-tron modellhez, valamint szinkron és aszinkron motorok kombinációját a hamarosan megjelenő e-tron Q4-hez. Miről is van szó valójában?

Nikola Tesla elektromos autó

Az a tény, hogy Nikola Tesla feltalálta az aszinkron vagy más szóval "aszinkron" villanymotort (még a 19. század végén), nincs közvetlen kapcsolatban azzal a ténnyel, hogy a Tesla Motors modellek azon kevés autók egyike, amelyeket ilyen gép hajt. ... ... Valójában a Tesla motor működési elve a 60 -as években vált népszerűbbé, amikor a félvezető eszközök fokozatosan megjelentek a nap alatt, és Alan Coconi amerikai mérnök olyan hordozható félvezető invertereket fejlesztett ki, amelyek képesek egyenáramú (DC) akkumulátorokat váltóárammá alakítani. ) az indukciós motorhoz szükséges, és fordítva (a helyreállítás folyamatában). Ez az inverter (más néven mérnöki átalakító) és a Coconi által kifejlesztett villanymotor kombinációja lett az alapja a hírhedt GM EV1 -nek, és kifinomultabb formában a sportos tZERO -nak. A Toyota japán mérnökeihez hasonlóan a Prius létrehozása és a TRW szabadalom megnyitása során a Tesla alkotói felfedezték a tZERO autót. Végül megvásároltak egy tZero licencet, és egy roadster építéséhez használták fel.
Az indukciós motor legnagyobb előnye, hogy nem használ állandó mágneseket, és nincs szüksége drága vagy ritka fémekre, amelyeket szintén gyakran bányásznak olyan körülmények között, amelyek morális dilemmákat okoznak a fogyasztók számára. Azonban mind az aszinkron, mind az állandó mágneses szinkron motorok teljes mértékben kihasználják a félvezető eszközök technológiai fejlődését, valamint a terepi hatású tranzisztorokkal és az újabb bipoláris izolációs tranzisztorokkal (IGBT) rendelkező MOSFET-ek létrehozását. Ez az előrelépés teszi lehetővé az említett kompakt inverteres eszközök és általában az összes elektromos elektronika létrehozását az elektromos járművekben. Triviálisnak tűnhet, hogy az egyenáram hatékony átalakítása 150 fázisú váltakozó áramú akkumulátorokká és fordítva nagyrészt az irányítási technológia fejlődésének köszönhető, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy a teljesítményelektronika áramának sokszorosa magasabb, mint a háztartásokban elektromos hálózat, és az értékek gyakran meghaladják a XNUMX ampert. Ez nagy mennyiségű hőt generál, amellyel a teljesítményelektronikának meg kell birkóznia.

De visszatérve az elektromos motorok kérdésére. A belső égésű motorokhoz hasonlóan ezeket is különböző minősítésekbe lehet sorolni, és ezek közé tartozik az "időzítés" is. Valójában ez a mágneses mezők létrehozása és kölcsönhatása szempontjából sokkal fontosabb, eltérő konstruktív megközelítés következménye. Annak ellenére, hogy az akkumulátor személyében az áramforrás egyenáram, az elektromos rendszerek tervezői nem is gondolnak az egyenáramú motorok használatára. Még az átalakítási veszteségeket is figyelembe véve, az AC egységek és különösen a szinkron egységek felülmúlják a versenyt a DC elemekkel. Tehát mit jelent valójában egy szinkron vagy aszinkron motor?

Elektromos autóipari vállalat

A szinkron és az aszinkron motorok egyaránt olyan forgó mágneses mezővel rendelkező elektromos gépek, amelyek nagyobb teljesítménysűrűségűek. Általában az indukciós rotor egyszerű tömör lemezekből, alumíniumból vagy rézből készült fémrudakból áll (az utóbbi években egyre gyakrabban használják), tekercsekkel zárt hurokban. Az állórész tekercsében az áram ellentétes párokban folyik, az egyes párokban a három fázis egyikéből áramlik. Mivel mindegyikben fázisban eltolódik 120 fokkal a másikhoz képest, az úgynevezett forgó mágneses mező. A rotor tekercselésének metszéspontja a mágneses mező vonalaival az állórész által generált térből áramláshoz vezet a forgórészben, hasonlóan a transzformátor kölcsönhatásához.
A keletkező mágneses mező kölcsönhatásba lép az állórészben lévő "forgással", ami a rotor mechanikai megfogásához és az azt követő forgatáshoz vezet. Az ilyen típusú villanymotoroknál azonban a rotor mindig elmarad a mezőtől, mert ha a mező és a rotor között nincs relatív mozgás, akkor a forgórészben nem indukálódik mágneses mező. Így a maximális fordulatszámot a tápfeszültség és a terhelés frekvenciája határozza meg. A szinkron motorok nagyobb hatékonysága miatt azonban a legtöbb gyártó ragaszkodik hozzájuk, de a fenti okok miatt a Tesla továbbra is az aszinkron motorok szószólója.

Igen, ezek a gépek olcsóbbak, de vannak árnyoldalaik, és mindazok, akik több egymást követő gyorsulást teszteltek a Model S-sel, elmondják, hogyan csökken drasztikusan a teljesítmény minden iterációnál. Az indukciós folyamatok és az áram áramlása felmelegedéshez vezet, és ha a gépet nem hűtik nagy terhelés mellett, akkor felhalmozódik a hő, és jelentősen csökkennek a képességei. Védelmi okokból az elektronika csökkenti az áramerősséget, és a gyorsítási teljesítmény romlik. És még valami - generátorként való használathoz az indukciós motort mágnesezni kell - vagyis az állórészen "átvezetni" a kezdeti áramot, ami a forgórészben teret és áramot generál a folyamat elindításához. Aztán etetni tudja magát.

Aszinkron vagy szinkron motorok

A szinkron egységek lényegesen nagyobb hatékonysággal és teljesítménysűrűséggel rendelkeznek. Jelentős különbség az indukciós motor között az, hogy a rotorban lévő mágneses mezőt nem az állórész kölcsönhatása váltja ki, hanem a benne beépített kiegészítő tekercseken vagy állandó mágneseken keresztül áramló áram eredménye. Így a rotorban lévő mező és az állórészben lévő mező szinkron, de a maximális motor fordulatszáma a mező forgásától, illetve az aktuális frekvenciától és terheléstől is függ. Annak elkerülése érdekében, hogy szükség legyen a tekercsek további áramellátására, ami növeli az áramfogyasztást és bonyolítja az áramszabályozást, úgynevezett állandó gerjesztésű villanymotorokat használnak a modern elektromos járművekben és hibrid modellekben. állandó mágnesekkel. Mint már említettük, az ilyen járművek szinte minden gyártója jelenleg ilyen típusú egységeket használ, ezért sok szakértő szerint továbbra is probléma lesz a drága ritkaföldfémek neodímiuma és diszpróziumának hiányával. Használatuk csökkentése része a mérnökök igényének ezen a területen.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

A rotormag kialakítása kínálja a legnagyobb lehetőséget az elektromos gép teljesítményének javítására.
Különféle technológiai megoldások léteznek felületre szerelt mágnesekkel, tárcsa alakú rotorral, belső beépített mágnesekkel. Érdekes itt a Tesla megoldása, amely a már említett Switched Reluctance Motor nevű technológiát használja a Model 3 hátsó tengelyének meghajtására. A "reluktancia" vagy a mágneses ellenállás a mágneses vezetőképesség ellentéte, hasonló az anyagok elektromos ellenállásához és elektromos vezetőképességéhez. Az ilyen típusú motorok azt a jelenséget használják ki, hogy a mágneses fluxus hajlamos áthaladni az anyag azon részén, amelynél a legkisebb mágneses ellenállás van. Ennek eredményeként fizikailag kiszorítja az anyagot, amelyen átfolyik, hogy a legkisebb ellenállású alkatrészen haladjon át. Ezt a hatást az elektromotorban forgómozgás létrehozására használják - ehhez a rotorban különböző mágneses ellenállású anyagok váltják egymást: kemény (ferrit neodímium korongok formájában) és lágy (acél tárcsák). A kisebb ellenállású anyagon való áthaladás megkísérlésekor az állórészből kiáramló mágneses fluxus addig forgatja a forgórészt, amíg az erre nem kerül. Áramszabályozás mellett a mező folyamatosan kényelmes helyzetben forgatja a rotort. Azaz a forgást nem olyan mértékben indítja be a mágneses terek kölcsönhatása, mint a térnek az anyagon való legkisebb ellenállással való átáramlási tendenciája és a forgórész forgásának ebből eredő hatása. Különböző anyagok váltogatásával csökken a drága alkatrészek száma.

Kiviteltől függően a hatásfok görbe és a nyomaték a motor fordulatszámával változik. Kezdetben az indukciós motor a legalacsonyabb hatásfokú, a legmagasabb pedig felületi mágnesekkel rendelkezik, de az utóbbinál a fordulatszámmal meredeken csökken. A BMW i3 motor egyedi hibrid karakterrel rendelkezik, köszönhetően az állandó mágneseket és a fentebb leírt "reluktancia" hatást ötvöző kialakításnak. Így a villanymotor eléri az elektromosan gerjesztett forgórészű gépekre jellemző, de náluk lényegesen kisebb tömegű (utóbbiak sok tekintetben hatékonyak, de tömegben nem) magas állandó teljesítményt és nyomatékot. Mindezek után jól látható, hogy nagy fordulatszámon csökken a hatékonyság, ezért egyre több gyártó állítja, hogy az elektromos motorok kétsebességes váltóira helyezi a hangsúlyt.

Kérdések és válaszok:

Milyen motorokat használ a Tesla? Minden Tesla modell elektromos jármű, ezért kizárólag elektromos motorral szerelték fel. Szinte minden modellben lesz egy 3 fázisú váltakozó áramú indukciós motor a motorháztető alatt.

Hogyan működik a Tesla motor? Az aszinkron villanymotor a mágneses tér állórészében történő forgás következtében fellépő EMF miatt működik. A fordított haladást az indítótekercseken lévő polaritásváltás biztosítja.

Hol található a Tesla motor? A Tesla autók hátsókerék-hajtásúak. Ezért a motor a hátsó tengely tengelyei között helyezkedik el. A motor egy forgórészből és egy állórészből áll, amelyek csak csapágyakon keresztül érintkeznek egymással.

Mennyit nyom egy Tesla motor? A Tesla modellekhez összeszerelt villanymotor tömege 240 kilogramm. Alapvetően egy motormódosítást alkalmaznak.