Mobil listrik Nikola Tesla
Perangkat kendaraan,  Pengoperasian mesin

Mobil listrik Nikola Tesla

Motor listrik jauh lebih efisien daripada mesin pembakaran internal. Mengapa dan kapan

Kebenaran dasarnya adalah bahwa masalah kendaraan listrik terkait dengan sumber energi, tetapi dapat dilihat dari sudut pandang yang berbeda. Seperti banyak hal dalam hidup yang kita terima begitu saja, motor listrik dan sistem kontrol pada kendaraan listrik dianggap sebagai perangkat yang paling efisien dan andal di kendaraan ini. Namun, untuk mencapai keadaan ini, mereka telah menempuh perjalanan panjang dalam evolusi - dari menemukan hubungan antara listrik dan magnet hingga transformasi efektifnya menjadi gaya mekanis. Topik ini sering diremehkan dalam konteks pembicaraan tentang perkembangan teknologi mesin pembakaran dalam, tetapi menjadi semakin perlu untuk berbicara lebih banyak tentang mesin yang disebut motor listrik.

Satu atau dua motor

Jika Anda melihat grafik kinerja motor listrik, apa pun jenisnya, Anda akan melihat bahwa efisiensinya lebih dari 85 persen, seringkali lebih dari 90 persen, dan paling efisien pada beban sekitar 75 persen. maksimum. Ketika daya dan ukuran motor listrik meningkat, kisaran efisiensi juga meluas, di mana ia dapat mencapai maksimumnya lebih awal - kadang-kadang pada beban 20 persen. Namun, ada sisi lain dari koin - meskipun rentang efisiensi yang lebih tinggi diperpanjang, penggunaan motor yang sangat bertenaga dengan beban yang sangat rendah dapat kembali menyebabkan seringnya masuk ke zona efisiensi rendah. Oleh karena itu, keputusan mengenai ukuran, daya, jumlah (satu atau dua) dan penggunaan (satu atau dua tergantung pada beban) motor listrik adalah proses yang merupakan bagian dari pekerjaan desain dalam konstruksi mobil. Dalam konteks ini, dapat dimaklumi mengapa lebih baik memiliki dua motor daripada yang sangat bertenaga, yaitu agar tidak sering memasuki area dengan efisiensi rendah, dan karena kemungkinan mematikannya pada beban rendah. Oleh karena itu, pada beban parsial, misalnya pada Performa Tesla Model 3, hanya mesin belakang yang digunakan. Dalam versi yang kurang bertenaga, ini adalah satu-satunya, dan dalam versi yang lebih dinamis, versi asinkron terhubung ke gandar depan. Ini adalah keuntungan lain dari kendaraan listrik - tenaga dapat ditingkatkan dengan lebih mudah, mode digunakan tergantung pada persyaratan efisiensi, dan powertrain ganda merupakan efek samping yang berguna. Namun, efisiensi yang lebih rendah pada beban rendah tidak menghalangi fakta bahwa, tidak seperti mesin pembakaran internal, motor listrik menghasilkan daya dorong pada kecepatan nol karena prinsip operasi dan interaksi medan magnet yang berbeda secara fundamental bahkan dalam kondisi seperti itu. Fakta efisiensi yang disebutkan di atas adalah inti dari desain engine dan mode pengoperasian - seperti yang telah kami katakan, engine berukuran besar yang terus bekerja pada beban rendah akan menjadi tidak efisien.

Dengan pesatnya perkembangan mobilitas listrik, keragaman produksi motor semakin meluas. Semakin banyak perjanjian dan pengaturan yang dikembangkan, dimana beberapa pabrikan seperti BMW dan VW mendesain dan memproduksi mobil mereka sendiri, yang lain membeli saham di perusahaan yang terkait dengan bisnis ini, dan yang lainnya melakukan outsourcing ke pemasok seperti Bosch. Dalam kebanyakan kasus, jika Anda membaca spesifikasi model bertenaga listrik, Anda akan menemukan bahwa motornya adalah "sinkronisasi magnet permanen AC". Namun, perintis Tesla menggunakan solusi lain ke arah ini - motor asinkron di semua model sebelumnya dan kombinasi asinkron dan yang disebut. “Motor pengalih resistansi sebagai penggerak gandar belakang dalam model 3 Performa. Dalam versi yang lebih murah dengan penggerak roda belakang saja, ini adalah satu-satunya. Audi juga menggunakan motor induksi untuk model q-tron dan kombinasi motor sinkron dan asinkron untuk e-tron Q4 yang akan datang. Tentang apa ini sebenarnya?

Mobil listrik Nikola Tesla

Fakta bahwa Nikola Tesla menemukan motor listrik asinkron atau, dengan kata lain, "asinkron" (pada akhir abad ke-19) tidak memiliki hubungan langsung dengan fakta bahwa model Tesla Motors adalah salah satu dari sedikit mobil yang ditenagai oleh mesin seperti itu. ... ... Faktanya, prinsip pengoperasian motor Tesla menjadi lebih populer di tahun 60-an, ketika perangkat semikonduktor secara bertahap muncul di bawah matahari, dan insinyur Amerika Alan Coconi mengembangkan inverter semikonduktor portabel yang dapat mengubah baterai arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC). ) seperti yang diperlukan untuk motor induksi, dan sebaliknya (dalam proses pemulihan). Kombinasi inverter (juga dikenal sebagai transverter teknik) dan motor listrik yang dikembangkan oleh Coconi ini menjadi dasar untuk GM EV1 yang terkenal dan, dalam bentuk yang lebih halus, tZERO yang sporty. Mirip dengan pencarian insinyur Jepang dari Toyota dalam proses menciptakan Prius dan membuka paten TRW, pencipta Tesla menemukan mobil tZERO. Akhirnya, mereka membeli lisensi tZero dan menggunakannya untuk membangun sebuah roadster.
Keuntungan terbesar motor induksi adalah tidak menggunakan magnet permanen dan tidak membutuhkan logam mahal atau langka, yang juga sering ditambang dalam kondisi yang menimbulkan dilema moral bagi konsumen. Namun, motor sinkron magnet asinkron dan permanen memanfaatkan sepenuhnya kemajuan teknologi dalam perangkat semikonduktor, serta dalam pembuatan MOSFET dengan transistor efek medan dan transistor isolasi bipolar (IGBT) yang lebih baru. Kemajuan inilah yang memungkinkan untuk membuat perangkat inverter kompak tersebut dan, secara umum, semua elektronika daya di kendaraan listrik. Mungkin tampak sepele bahwa kemampuan untuk mengubah DC ke baterai AC 150 fase secara efisien dan sebaliknya sebagian besar disebabkan oleh kemajuan dalam teknologi kontrol, tetapi harus diingat bahwa arus dalam elektronika daya mencapai tingkat yang berkali-kali lipat lebih tinggi dari biasanya di rumah tangga. jaringan listrik, dan seringkali nilainya melebihi XNUMX ampere. Ini menghasilkan banyak panas yang harus ditangani oleh elektronika daya.

Namun kembali ke masalah motor listrik. Seperti mesin pembakaran internal, mereka dapat dikategorikan ke dalam kualifikasi yang berbeda, dan "timing" adalah salah satunya. Sebenarnya, ini adalah konsekuensi dari pendekatan konstruktif yang jauh lebih penting dalam hal pembangkitan dan interaksi medan magnet. Terlepas dari kenyataan bahwa sumber listrik pada baterai adalah arus searah, perancang sistem kelistrikan bahkan tidak mempertimbangkan untuk menggunakan motor DC. Bahkan dengan memperhitungkan kerugian konversi, unit AC dan terutama unit sinkron mengungguli persaingan dengan elemen DC. Jadi, apa sebenarnya arti motor sinkron atau asinkron?

Perusahaan mobil motor listrik

Baik motor sinkron dan asinkron adalah jenis mesin listrik medan magnet berputar yang memiliki kepadatan daya lebih tinggi. Secara umum, rotor induksi terdiri dari tumpukan sederhana lembaran padat, batang logam aluminium atau tembaga (semakin banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir) dengan gulungan dalam loop tertutup. Arus mengalir pada belitan stator pada pasangan yang berlawanan, dengan arus dari salah satu dari tiga fasa mengalir pada setiap pasangan. Karena di masing-masing bidang itu bergeser dalam fase sebesar 120 derajat relatif terhadap yang lain, yang disebut medan magnet berputar. Perpotongan belitan rotor dengan garis-garis medan magnet dari medan yang dibangkitkan oleh stator menyebabkan aliran arus pada rotor, mirip dengan interaksi pada transformator.
Medan magnet yang dihasilkan berinteraksi dengan "rotasi" di stator, yang mengarah ke grip mekanis rotor dan rotasi selanjutnya. Namun pada motor listrik jenis ini, rotor selalu tertinggal di belakang medan, karena jika tidak ada gerakan relatif antara medan dan rotor, maka tidak ada medan magnet yang akan terinduksi pada rotor. Dengan demikian, tingkat kecepatan maksimum ditentukan oleh frekuensi arus suplai dan beban. Namun, karena efisiensi yang lebih tinggi dari motor sinkron, sebagian besar pabrikan tetap menggunakannya, tetapi karena beberapa alasan di atas, Tesla tetap menganjurkan motor asinkron.

Ya, mesin ini lebih murah, tetapi memiliki kelemahan, dan semua orang yang telah menguji beberapa akselerasi berturut-turut dengan Model S akan memberi tahu Anda bagaimana kinerja turun secara drastis di setiap iterasi. Proses induksi dan aliran arus menyebabkan pemanasan, dan ketika mesin tidak didinginkan di bawah beban tinggi, panas terakumulasi dan kemampuannya berkurang secara signifikan. Untuk tujuan perlindungan, elektronik mengurangi jumlah arus dan kinerja akselerasi menurun. Dan satu hal lagi - untuk digunakan sebagai generator, motor induksi harus dimagnetisasi - yaitu "melewati" arus awal melalui stator, yang menghasilkan medan dan arus di rotor untuk memulai proses. Lalu dia bisa makan sendiri.

Motor asinkron atau sinkron

Mobil listrik Nikola Tesla


Unit sinkron memiliki efisiensi dan kepadatan daya yang jauh lebih tinggi. Perbedaan yang signifikan antara motor induksi adalah medan magnet pada rotor tidak diinduksi oleh interaksi dengan stator, tetapi merupakan hasil dari arus yang mengalir melalui belitan tambahan yang dipasang di dalamnya, atau magnet permanen. Jadi, medan di rotor dan medan di stator adalah sinkron, tetapi kecepatan motor maksimum juga bergantung pada putaran medan, masing-masing pada frekuensi arus dan beban. Untuk menghindari kebutuhan catu daya tambahan ke belitan, yang meningkatkan konsumsi daya dan mempersulit kontrol arus, motor listrik dengan apa yang disebut eksitasi konstan digunakan pada kendaraan listrik modern dan model hybrid. dengan magnet permanen. Seperti yang telah disebutkan, hampir semua pabrikan kendaraan tersebut saat ini menggunakan jenis unit ini, oleh karena itu, menurut banyak ahli, masih akan ada masalah dengan kekurangan neodymium dan dysprosium tanah jarang yang mahal. Mengurangi penggunaannya adalah bagian dari permintaan dari para insinyur di bidang ini.

Desain inti rotor menawarkan potensi terbesar untuk meningkatkan kinerja mesin listrik.
Ada berbagai solusi teknologi dengan magnet yang dipasang di permukaan, rotor berbentuk cakram, dengan magnet internal. Yang menarik di sini adalah solusi Tesla, yang menggunakan teknologi yang disebut Switched Reluctance Motor untuk menggerakkan poros belakang Model 3. "Keengganan", atau resistansi magnetik, adalah istilah yang berlawanan dengan konduktivitas magnetik, serupa dengan resistansi listrik dan konduktivitas listrik material. Motor jenis ini menggunakan fenomena bahwa fluks magnet cenderung melewati bagian material dengan hambatan magnet paling kecil. Akibatnya, secara fisik memindahkan material yang mengalir melaluinya untuk melewati bagian dengan hambatan paling kecil. Efek ini digunakan dalam motor listrik untuk membuat gerakan rotasi - untuk ini, bahan dengan resistansi magnet berbeda bergantian di rotor: keras (dalam bentuk cakram neodymium ferit) dan lunak (cakram baja). Dalam upaya untuk melewati material yang resistansinya lebih rendah, fluks magnet dari stator memutar rotor hingga diposisikan untuk melakukannya. Dengan kontrol arus, medan memutar rotor secara konstan dalam posisi yang nyaman. Artinya, rotasi tidak dimulai sedemikian rupa oleh interaksi medan magnet sebagai kecenderungan medan untuk mengalir melalui material dengan hambatan paling kecil dan efek resultan dari rotasi rotor. Dengan mengganti bahan yang berbeda, jumlah komponen yang mahal berkurang.

Mobil listrik Nikola Tesla

Tergantung pada desainnya, kurva efisiensi dan torsi berubah dengan putaran mesin. Awalnya, motor induksi memiliki efisiensi terendah, dan yang tertinggi memiliki magnet permukaan, tetapi yang terakhir berkurang tajam dengan kecepatan. Mesin BMW i3 memiliki karakter hybrid yang unik, berkat desain yang memadukan magnet permanen dan efek "keengganan" yang dijelaskan di atas. Dengan demikian, motor listrik mencapai tingkat daya dan torsi konstan yang tinggi yang merupakan karakteristik mesin dengan rotor yang dieksitasi secara elektrik, tetapi memiliki bobot yang jauh lebih ringan daripada mereka (yang terakhir efisien dalam banyak hal, tetapi tidak dalam bobot). Setelah semua ini, jelas bahwa efisiensi menurun pada kecepatan tinggi, itulah sebabnya semakin banyak produsen mengatakan bahwa mereka akan fokus pada transmisi dua kecepatan untuk motor listrik.

Pertanyaan dan Jawaban:

Mesin apa yang digunakan Tesla? Semua model Tesla adalah kendaraan listrik, jadi mereka dilengkapi secara eksklusif dengan motor listrik. Hampir setiap model akan memiliki motor induksi AC 3-fase di bawah kapnya.

Bagaimana cara kerja mesin Tesla? Motor listrik asinkron bekerja karena terjadinya EMF akibat perputaran medan magnet pada stator stasioner. Perjalanan terbalik disediakan oleh pembalikan polaritas pada kumparan starter.

Di mana letak mesin Tesla? Mobil Tesla adalah penggerak roda belakang. Oleh karena itu, motor terletak di antara poros gandar belakang. Motor terdiri dari rotor dan stator, yang hanya saling berhubungan melalui bantalan.

Berapa berat mesin Tesla? Berat motor listrik yang dirakit untuk model Tesla adalah 240 kilogram. Pada dasarnya satu modifikasi mesin digunakan.

satu komentar

Tambah komentar