Nikola Tesla rafbíll
Ökutæki,  Rekstur véla

Nikola Tesla rafbíll

Rafmótorar eru mun skilvirkari en brunahreyflar. Af hverju og hvenær

Grundvallarsannleikurinn er sá að vandamál rafknúinna farartækja tengjast orkugjafanum, en hægt er að skoða þau frá öðru sjónarhorni. Eins og margt í lífinu sem við tökum sem sjálfsögðum hlut, er rafmótorinn og stýrikerfið í rafknúnum farartækjum talið skilvirkasta og áreiðanlegasta tækið í þessum farartækjum. Hins vegar, til að ná þessu ástandi, hafa þeir náð langt í þróuninni - frá því að uppgötva tengsl rafmagns og segulmagns til áhrifaríkrar umbreytingar þess í vélrænan kraft. Þetta efni er oft vanmetið í samhengi við að tala um tækniþróun brunahreyfilsins, en sífellt verður nauðsynlegt að tala meira um vélina sem kallast rafmótor.

Einn eða tveir mótorar

Ef þú skoðar afkastagraf rafmótors, óháð gerð hans, muntu taka eftir því að hann er yfir 85 prósent skilvirkni, oft yfir 90 prósent, og að hann er bestur við um 75 prósent álag. hámarki. Eftir því sem afl og stærð rafmótorsins eykst stækkar hagkvæmnisviðið í samræmi við það, þar sem það getur náð hámarki enn fyrr - stundum við 20 prósent álag. Hins vegar er önnur hlið á peningnum - þrátt fyrir útvíkkað svið meiri skilvirkni getur notkun mjög öflugra mótora með mjög lágt álag aftur leitt til tíðar inngöngu í lágnýtingarsvæðið. Þess vegna eru ákvarðanir varðandi stærð, afl, fjölda (einn eða tvo) og notkun (einn eða tveir eftir álagi) rafmótora ferli sem eru hluti af hönnunarvinnu við smíði bíls. Í þessu samhengi er skiljanlegt hvers vegna það er betra að hafa tvo mótora í stað mjög öflugs, nefnilega þannig að hann fari ekki oft inn á svæði þar sem afköst eru lítil og vegna möguleika á að slökkva á honum við lítið álag. Þess vegna, við hlutaálag, til dæmis í Tesla Model 3 Performance, er aðeins afturvélin notuð. Í kraftminni útfærslum er hann sá eini og í kraftmeiri útgáfum er sá ósamstillti tengdur framás. Þetta er annar kostur rafknúinna ökutækja - afl er auðveldara að auka, stillingar eru notaðar eftir skilvirknikröfum og tvöföld aflrás er gagnleg aukaverkun. Hins vegar kemur minni skilvirkni við lágt álag ekki í veg fyrir þá staðreynd að, ólíkt brunahreyfli, framleiðir rafmótor þrýsting á núllhraða vegna grundvallarreglunnar um rekstur og samspil segulsviða jafnvel við slíkar aðstæður. Áðurnefnd staðreynd um hagkvæmni er kjarninn í hönnun vélarinnar og notkunarstillingum - eins og við höfum sagt, væri of stór vél sem keyrir stöðugt við lítið álag óhagkvæm.

Með hraðri þróun rafhreyfanleika stækkar fjölbreytileikinn hvað varðar mótorframleiðslu. Sífellt fleiri samningar og fyrirkomulag eru í þróun þar sem sumir framleiðendur eins og BMW og VW hanna og framleiða sína eigin bíla, aðrir kaupa hlutabréf í fyrirtækjum sem tengjast þessum viðskiptum og enn aðrir útvista til birgja eins og Bosch. Í flestum tilfellum, ef þú lest forskriftir rafknúins líkans, muntu komast að því að mótor hennar er "AC varanleg segull samstilltur". Tesla frumkvöðullinn notar hins vegar aðrar lausnir í þessa átt - ósamstillta mótora í öllum fyrri gerðum og blöndu af ósamstilltum og svokölluðum. „Viðnámsskiptamótor sem afturásdrif í 3 Performance gerðinni. Í ódýrari útgáfum með afturhjóladrifi eingöngu er hann sá eini. Audi notar einnig örvunarmótora fyrir q-tron gerðina og blöndu af samstilltum og ósamstilltum mótorum fyrir væntanlegan e-tron Q4. Um hvað snýst þetta eiginlega?

Nikola Tesla rafbíll

Sú staðreynd að Nikola Tesla fann upp ósamstilltu eða, með öðrum orðum, „ósamstilltur“ rafmótorinn (aftur seint á 19. öld) hefur engin bein tengsl við þá staðreynd að Tesla Motors gerðir eru ein af fáum bílum sem knúin eru af slíkri vél . ... Reyndar varð vinnureglan fyrir Tesla mótorinn vinsælli á sjötta áratugnum þegar hálfleiðara tæki voru smám saman að koma fram undir sólinni og bandaríski verkfræðingurinn Alan Coconi þróaði færanlega hálfleiðara inverters sem geta breytt jafnstraum (DC) rafhlöðum í skiptisstraum (AC) ) eins og krafist er fyrir örvunarmótor, og öfugt (í bataferlinu). Þessi samsetning af inverter (einnig þekkt sem verkfræðibreytir) og rafmótor þróaður af Coconi varð grundvöllurinn að hinum alræmda GM EV60 og í fágaðri formi sportlega tZERO. Með hliðstæðum hætti við leitina að japönskum verkfræðingum frá Toyota við gerð Prius og uppgötvun TRW einkaleyfisins uppgötvuðu höfundar Tesla tZERO bílinn. Að lokum keyptu þeir tZero leyfi og notuðu það til að smíða roadster.
Stærsti kosturinn við virkjunar mótor er að hann notar ekki varanlegan segul og þarf hvorki dýra né sjaldgæfa málma, sem einnig eru oft náðir við aðstæður sem skapa neytendum siðferðileg vandamál. Samt sem áður, bæði ósamstilltur og varanlegur segull samstilltur mótor nýtir sér tækniframfarir í hálfleiðara tækjum, svo og til að búa til MOSFET með geislavirkum smári og síðar tvíhverfum einangrunartækjum (IGBT). Það er þessi framþróun sem gerir það mögulegt að búa til nefnd samningur invert tæki og almennt öll rafræn rafmagn í rafknúnum ökutækjum. Það kann að virðast léttvægt að hæfileikinn til að umbreyta hagkvæmni í DC í 150 fasa rafhlöður og öfugt stafar að miklu leyti af framförum í stjórnunartækni, en hafa ber í huga að straumurinn í rafrænum rafmagni nær stigum margfalt hærri en venjulega á heimilinu rafkerfi, og oft eru gildin yfir XNUMX amper. Þetta býr til mikinn hita sem rafrafeindatækið verður að takast á við.

En aftur að útgáfu rafmótora. Eins og brunahreyflar geta þeir verið flokkaðir í mismunandi hæfi og „tímasetning“ er ein þeirra. Reyndar er þetta afleiðing af miklu mikilvægari mismunandi uppbyggilegri nálgun hvað varðar myndun og samspil segulsviða. Þrátt fyrir þá staðreynd að rafmagnslaust rafgeymirinn er jafnstraumur, hugsa hönnuðir rafkerfa ekki einu sinni um að nota DC mótora. Jafnvel ef tekið er tillit til umbreytingartaps eru AC einingar og sérstaklega samstilltar einingar betri en samkeppni við DC þætti. Svo hvað þýðir samstilltur eða ósamstilltur mótor í raun og veru?

Rafbifreiðafyrirtæki

Bæði samstilltur og ósamstilltur mótor eru af gerð snúnings segulsviðs rafmagnsvéla sem eru með meiri aflþéttleika. Almennt samanstendur af örvunarmótor úr einfaldri stafla af föstum blöðum, ál- eða koparmálmstöngum (sífellt notaðir á undanförnum árum) með vafningum í lokuðum lykkju. Straumur rennur í stator vindunum í gagnstæðum pörum, með straumi frá einum af þremur stigum sem flæða í hverju pari. Þar sem í hverju þeirra er það færst í fasa um 120 gráður miðað við hitt, svokallað snúnings segulsvið. Skurð snúningsvindanna og línur segulsviðsins frá reitnum sem stofnað er til leiðir til straumstreymis í númerinu, svipað og samspilið á spenninum.
Segulsviðið, sem myndast, hefur samskipti við „snúninginn“ í statornum, sem leiðir til vélræns grips á snúningi og síðan snúningi. Hins vegar, með þessari tegund af rafmótor, leggst róorinn alltaf að baki reitnum, vegna þess að ef ekki er tiltölulega hreyfing á milli akursins og snúningsins, verður ekkert segulsvið framkallað í númerinu. Þannig er hámarkshraðastig ákvarðað af tíðni framboðsstraums og álags. Vegna meiri skilvirkni samstilltra mótora halda flestir framleiðendur sig við þá, en af ​​einhverjum af ofangreindum ástæðum er Tesla áfram talsmaður ósamstilltra mótora.

Já, þessar vélar eru ódýrari, en þær hafa sína galla, og allir þeir sem hafa prófað margar hröðanir í röð með Model S munu segja þér hvernig afköst lækka verulega við hverja endurtekningu. Framleiðsluferlar og straumstreymi leiða til upphitunar og þegar vélin er ekki kæld undir miklu álagi safnast hiti og getu hennar minnkar verulega. Í verndarskyni dregur rafeindabúnaðurinn úr straummagninu og hröðunarafköst eru rýrð. Og eitt í viðbót - til að nota sem rafall, verður örvunarmótorinn að vera segulmagnaðir - það er að "hleypa" upphafsstraumnum í gegnum statorinn, sem myndar sviðið og strauminn í snúningnum til að hefja ferlið. Þá getur hann nært sjálfum sér.

Ósamstilltur eða samstilltur mótor

Nikola Tesla rafbíll


Samstilltur eining hefur verulega meiri afköst og aflþéttleika. Verulegur munur á virkjunarmótor er að segulsviðið í númerinu er ekki framkallað af samspili við statorinn, heldur er það afleiðing þess að straumurinn streymir um viðbótar vindana sem settir eru upp í honum eða varanlegum seglum. Þannig er akurinn í snúningi og akurinn í kyrrstöðu samstilltur, en hámarkshraði hreyfils fer einnig eftir snúningi akursins, hver um sig, af núverandi tíðni og álagi. Til að forðast þörf fyrir viðbótaraflgjafa til vindanna, sem eykur orkunotkun og flækir núverandi stjórn, eru rafmótorar með svokölluðum stöðugri örvun notaðir í nútíma rafknúnum ökutækjum og blendingum. með varanlegum seglum. Eins og áður hefur komið fram, nota næstum allir framleiðendur slíkra ökutækja þessa tegund eininga, og samkvæmt mörgum sérfræðingum mun enn vera vandamál með skort á dýrum sjaldgæfum jörðum neodymium og dysprosium. Að draga úr notkun þeirra er hluti af eftirspurn verkfræðinga á þessu sviði.

Hönnun nótukjarnans býður upp á mesta möguleika til að bæta afköst rafmagnsvélar.
Til eru ýmsar tæknilausnir með yfirborðsseglum, disklaga snúningi, með innbyggðum seglum. Athyglisverð hér er lausn Tesla, sem notar fyrrnefnda tækni sem kallast Switched Reluctance Motor til að knýja afturás Model 3. "Tregða", eða segulviðnám, er hugtak andstæða segulleiðni, svipað og rafviðnám og rafleiðni efna. Mótorar af þessari gerð nota það fyrirbæri að segulflæði hefur tilhneigingu til að fara í gegnum þann hluta efnisins sem hefur minnsta segulviðnám. Þar af leiðandi færir það efnislega til baka efni sem það flæðir í gegnum til að fara í gegnum þann hluta sem hefur minnsta mótstöðu. Þessi áhrif eru notuð í rafmótor til að búa til snúningshreyfingu - fyrir þetta skiptast efni með mismunandi segulviðnám í snúningnum: hörð (í formi ferrít neodymium diska) og mjúk (stáldiskar). Til að reyna að fara í gegnum lægra viðnámsefni, snýr segulflæðið frá statornum snúningnum þar til hann er staðsettur til að gera það. Með straumstýringu snýr sviðið stöðugt snúningnum í þægilegri stöðu. Það er, snúningurinn er ekki hafinn að svo miklu leyti af víxlverkun segulsviðanna eins og tilhneiging sviðsins til að flæða í gegnum efnið með minnstu viðnám og afleiðingin af snúningi snúningsins. Með því að skipta um mismunandi efni minnkar dýrum íhlutum.

Nikola Tesla rafbíll

Það fer eftir hönnun, skilvirkniferill og tog breytast með snúningshraða vélarinnar. Upphaflega hefur örvunarmótorinn minnstu skilvirkni og sá hæsti hefur yfirborðssegla, en í þeim síðari minnkar hann verulega með hraðanum. BMW i3 vélin hefur einstakan tvinn karakter, þökk sé hönnun sem sameinar varanlega segla og „tregðu“ áhrifin sem lýst er hér að ofan. Þannig nær rafmótorinn því háa stöðuga afli og togi sem einkennir vélar með rafspennta snúning, en hefur umtalsvert minni þyngd en þær (síðarnefndu eru skilvirkar að mörgu leyti, en ekki miðað við þyngd). Eftir allt þetta er ljóst að skilvirkni fer minnkandi á miklum hraða og þess vegna segja æ fleiri framleiðendur að þeir muni einbeita sér að tveggja gíra skiptingum fyrir rafmótora.

Spurningar og svör:

Hvaða vélar notar Tesla? Allar Tesla gerðir eru rafknúnar farartæki, þannig að þær eru eingöngu búnar rafmótorum. Næstum allar gerðir verða með 3-fasa AC örvunarmótor undir húddinu.

Hvernig virkar Tesla vél? Ósamstilltur rafmótor virkar vegna þess að EMF kemur fram vegna snúnings í kyrrstæðum stator segulsviðs. Öfugt ferðalag er veitt með pólunarsnúningi á startspólunum.

Hvar er Tesla vélin staðsett? Tesla bílar eru afturhjóladrifnir. Þess vegna er mótorinn staðsettur á milli afturásásanna. Mótorinn samanstendur af snúningi og stator, sem aðeins hafa samband í gegnum legur.

Hvað vegur Tesla vél? Þyngd samsetts rafmótors fyrir Tesla gerðir er 240 kíló. Í grundvallaratriðum er notuð ein vélbreyting.

Ein athugasemd

Bæta við athugasemd