Sinchroninio variklio bandomasis važiavimas: ką tai reiškia?

Elektromobilius vis dar temdo akumuliatorių tobulėjimas

Spartus hibridinių jėgainių vystymasis ir precedento neturinti pažanga pastaraisiais metais elektrinių transporto priemonių srityje yra pagrindinis akumuliatorių technologijos vystymo akcentas. Jie reikalauja didžiausių kūrėjų išteklių ir yra didžiausias iššūkis dizaineriams. Tačiau nereikia nuvertinti fakto, kad pažangių ličio jonų technologijų kūrimo pažanga lydi didelę pažangą elektros srovių ir elektros variklių galios reguliavimo srityje. Paaiškėjo, kad nors elektriniai varikliai ir pasižymi dideliu efektyvumu, jie turi rimtą vystymosi sritį.

Dizaineriai tikisi, kad ši pramonė augs itin sparčiai ne tik todėl, kad elektra varomos transporto priemonės vis dažniau pasitaiko, bet ir todėl, kad degimo varikliais varomų transporto priemonių elektrifikavimas yra svarbus Europos Sąjungoje nustatyto išmetamųjų teršalų lygio elementas.

Nors elektrinis variklis turi ilgą istoriją, dizaineriai šiandien susiduria su naujais iššūkiais. Elektriniai varikliai, atsižvelgiant į paskirtį, gali būti siauros konstrukcijos, didelio skersmens arba mažo skersmens ir ilgo korpuso. Jų elgesys grynose elektrinėse transporto priemonėse skiriasi nuo hibridų, kur reikia atsižvelgti į vidaus degimo variklio generuojamą šilumą. Elektromobilių greičių diapazonas yra platesnis, o greičių dėžėje sumontuotos lygiagrečios hibridinės sistemos greičio diapazonas turi būti optimizuotas, kad veiktų degimo variklio sūkių diapazone. Dauguma mašinų veikia aukšta įtampa, tačiau 48 voltų varomos elektrinės mašinos taps vis populiaresnės.

Kodėl kintamosios srovės varikliai

Nepaisant to, kad akumuliatoriaus asmenyje elektros šaltinis yra nuolatinė srovė, elektros sistemų projektuotojai šiuo metu negalvoja apie nuolatinės srovės elektrinių variklių naudojimą. Net atsižvelgiant į konversijos nuostolius, kintamosios srovės įrenginiai, ypač sinchroniniai, pranoksta nuolatinės srovės įrenginius. Bet ką iš tikrųjų reiškia sinchroninis ar asinchroninis variklis? Supažindinsime jus su šia automobilių pasaulio dalimi, nes nors elektromobiliai jau seniai egzistuoja automobiliuose starterių ir generatorių pavidalu, neseniai šioje srityje buvo įdiegtos visiškai naujos technologijos.

„Toyota“, GM ir BMW dabar yra vieni iš nedaugelio gamintojų, kurie patys perėmė elektros variklių kūrimą ir gamybą. Net „Toyota“ dukterinė įmonė „Lexus“ tiekia šiuos įrenginius kitai įmonei - Japonijos „Aisin“. Dauguma įmonių pasikliauja tokiais tiekėjais kaip „ZF Sachs“, „Siemens“, „Bosch“, „Zytec“ ar Kinijos įmonės. Akivaizdu, kad sparti šio verslo plėtra leidžia tokioms įmonėms pasinaudoti partnerystėmis su automobilių gamintojais. Kalbant apie technologinę dalykų pusę, šiais laikais elektrinių transporto priemonių ir hibridų reikmėms dažniausiai naudojami kintamosios srovės sinchroniniai varikliai su išoriniu arba vidiniu rotoriumi.

Gebėjimą efektyviai paversti nuolatinės srovės baterijas į trifazes kintamąsias ir atvirkščiai daugiausia lemia valdymo technologijos pažanga. Tačiau dabartinis galios elektronikos lygis pasiekia daug kartų aukštesnį lygį nei nustatytas buitiniame elektros tinkle, ir dažnai viršija 150 amperų. Tai sukuria daug šilumos, su kuria susiduria galios elektronika. Šiuo metu elektroninių valdymo įtaisų tūris vis dar didelis, nes elektroninių puslaidininkių valdymo įtaisų negalima sumažinti burtų lazdele.

Tiek sinchroniniai, tiek asinchroniniai varikliai yra besisukančių magnetinio lauko elektrinių mašinų tipas, turintis didesnį galios tankį. Apskritai asinchroninio variklio rotorius susideda iš paprasto kietų lakštų paketo su trumpo jungimo apvijomis. Srovė statoriaus apvijose teka priešingomis poromis, o srovė iš vienos iš trijų fazių teka kiekvienoje poroje. Kadangi kiekvienoje iš jų fazė kito atžvilgiu pasislenka 120 laipsnių, gaunamas vadinamasis besisukantis magnetinis laukas. Tai, savo ruožtu, indukuoja magnetinį lauką rotoriuje, o sąveika tarp dviejų magnetinių laukų - besisukančių statoriuje ir rotoriaus magnetinio lauko, sukelia pastarojo įtraukimą ir vėlesnį sukimąsi. Tačiau tokio tipo elektros varikliuose rotorius visada atsilieka nuo lauko, nes jei tarp lauko ir rotoriaus nėra santykinio judėjimo, jis nesukels rotoriaus magnetinio lauko. Taigi didžiausio greičio lygį lemia maitinimo srovės dažnis ir apkrova. Tačiau dėl didesnio sinchroninių variklių efektyvumo dauguma gamintojų jų laikosi.

Sinchroniniai varikliai

Šie įrenginiai turi žymiai didesnį efektyvumą ir galios tankį. Reikšmingas skirtumas nuo asinchroninio variklio yra tas, kad rotoriaus magnetinis laukas nėra sukurtas sąveikaujant su statoriumi, bet yra arba srovės, tekančios per jame įmontuotas papildomas apvijas, arba nuolatinių magnetų rezultatas. Taigi laukas rotoriuje ir laukas statoriuje yra sinchroniški, o didžiausias variklio greitis taip pat priklauso nuo lauko sukimosi, atitinkamai, nuo srovės ir apkrovos dažnio. Siekiant išvengti papildomo apvijų maitinimo poreikio, kuris padidina energijos suvartojimą ir apsunkina dabartinių elektromobilių ir hibridinių modelių dabartinį reguliavimą, naudojami elektriniai varikliai su vadinamuoju nuolatiniu sužadinimu, t. su nuolatiniais magnetais. Kaip jau minėta, beveik visi tokių automobilių gamintojai šiuo metu naudoja šio tipo agregatus, todėl, pasak daugelio ekspertų, vis tiek kils problema dėl brangių retųjų žemių elementų - neodimio ir disprozio - trūkumo. Sinchroniniai varikliai yra įvairių rūšių ir mišrių technologijų sprendimai, tokie kaip BMW ar GM, tačiau mes jums apie juos daugiau pasakysime.

Statyba

Grynai elektrinių transporto priemonių varikliai paprastai yra tiesiogiai sujungti su varančiosios ašies diferencialu, o galia perduodama ratams per ašies velenus, taip sumažinant mechaninės transmisijos nuostolius. Dėl tokio išdėstymo po grindimis svorio centras sumažėja, o bendra bloko konstrukcija tampa kompaktiškesnė. Visai kitokia situacija yra su hibridinių modelių išdėstymu. Visiškiems hibridams, pvz., vieno režimo („Toyota“ ir „Lexus“) ir dviejų režimų („Chevrolet Tahoe“), elektros varikliai tam tikru būdu yra susieti su hibridinės pavaros planetinėmis pavaromis. Tokiu atveju dėl kompaktiškumo jų konstrukcija turi būti ilgesnė ir mažesnė. skersmuo. Klasikiniuose lygiagrečiuose hibriduose kompaktiški reikalavimai reiškia, kad mazgas, kuris telpa tarp smagračio ir pavarų dėžės, turi didesnį skersmenį ir yra gana plokščias, o tokie gamintojai kaip Bosch ir ZF Sachs netgi pasikliauja disko formos rotoriaus konstrukcija. Taip pat yra ir rotoriaus variacijų – kai Lexus LS 600h sukamasis elementas yra viduje, kai kuriuose Mercedes modeliuose besisukantis rotorius yra išorėje. Pastaroji konstrukcija itin patogi ir tais atvejais, kai elektros varikliai montuojami ratų stebulėse.

Tekstas: Georgijus Kolevas