Nikola Tesla elektriskā automašīna
Transportlīdzekļa ierīce,  Mašīnu darbība

Nikola Tesla elektriskā automašīna

Elektromotori ir daudz efektīvāki nekā iekšdedzes dzinēji. Kāpēc un kad

Pamatpatiesība ir tāda, ka elektrisko transportlīdzekļu problēmas ir saistītas ar enerģijas avotu, taču tās var aplūkot no cita skatu punkta. Tāpat kā daudzas lietas dzīvē, ko mēs uzskatām par pašsaprotamu, elektromotors un vadības sistēma elektriskajos transportlīdzekļos tiek uzskatīta par visefektīvāko un uzticamāko ierīci šajos transportlīdzekļos. Tomēr, lai sasniegtu šo lietu stāvokli, viņi ir nogājuši garu ceļu evolūcijā - no elektrības un magnētisma saiknes atklāšanas līdz tās efektīvai pārvēršanai mehāniskā spēkā. Šī tēma nereti tiek novērtēta par zemu kontekstā, kad tiek runāts par iekšdedzes dzinēja tehnoloģisko attīstību, taču arvien vairāk kļūst nepieciešams runāt par mašīnu, ko sauc par elektromotoru.

Viens vai divi motori

Ja skatāties uz elektromotora veiktspējas grafiku neatkarīgi no tā veida, jūs pamanīsit, ka tā efektivitāte pārsniedz 85 procentus, bieži vien vairāk nekā 90 procentus, un ka tas ir visefektīvākais pie aptuveni 75 procentu slodzes. maksimums. Palielinoties elektromotora jaudai un izmēriem, attiecīgi paplašinās lietderības diapazons, kur tas savu maksimumu var sasniegt pat agrāk – dažkārt pie 20 procentu slodzes. Tomēr medaļai ir arī otra puse – neskatoties uz paplašināto augstākas efektivitātes diapazonu, ļoti jaudīgu motoru izmantošana ar ļoti zemu slodzi atkal var novest pie biežas iekļūšanas zemas efektivitātes zonā. Tāpēc lēmumi par elektromotoru izmēru, jaudu, skaitu (viens vai divi) un lietojumu (viens vai divi atkarībā no slodzes) ir procesi, kas ietilpst projektēšanas darbā automobiļa konstrukcijā. Šajā kontekstā ir saprotams, kāpēc labāk ir divi motori, nevis ļoti jaudīgs, proti, lai tas bieži neiekļūtu zemas efektivitātes zonās, un tāpēc, ka ir iespēja to izslēgt pie zemas slodzes. Tāpēc pie daļējas slodzes, piemēram, Tesla Model 3 Performance, tiek izmantots tikai aizmugurējais dzinējs. Mazāk jaudīgās versijās tas ir vienīgais, un dinamiskākās versijās asinhronais ir savienots ar priekšējo asi. Tā ir vēl viena elektrisko transportlīdzekļu priekšrocība – jaudu var palielināt vienkāršāk, tiek izmantoti režīmi atkarībā no efektivitātes prasībām, kā arī noderīgs blakusefekts ir dubultie spēka agregāti. Taču zemāka efektivitāte pie mazas slodzes neliedz tam, ka atšķirībā no iekšdedzes dzinēja elektromotors ģenerē vilci pie nulles ātruma, jo tam ir principiāli atšķirīgs darbības princips un magnētisko lauku mijiedarbība pat šādos apstākļos. Iepriekš minētais efektivitātes fakts ir dzinēja konstrukcijas un darbības režīmu pamatā - kā jau teicām, pārāk liels dzinējs, kas nepārtraukti darbojas ar zemu slodzi, būtu neefektīvs.

Strauji attīstoties elektromobilitātei, paplašinās motoru ražošanas daudzveidība. Arvien vairāk tiek izstrādāti līgumi un vienošanās, saskaņā ar kurām daži ražotāji, piemēram, BMW un VW, paši projektē un ražo automašīnas, citi iegādājas ar šo biznesu saistīto uzņēmumu akcijas, bet vēl citi veic ārpakalpojumus piegādātājiem, piemēram, Bosch. Vairumā gadījumu, izlasot elektriski darbināma modeļa specifikācijas, jūs atklāsit, ka tā motors ir "sinhronais maiņstrāvas pastāvīgā magnēta sinhrons". Taču Tesla pionieris šajā virzienā izmanto citus risinājumus - asinhronos motorus visos iepriekšējos modeļos un asinhrono un t.s. "Pretestības pārslēgšanas motors kā aizmugurējās ass piedziņa 3 Performance modelī. Lētākās versijās ar tikai aizmugurējo riteņu piedziņu tā ir vienīgā. Audi izmanto arī asinhronos motorus q-tron modelim un sinhrono un asinhrono motoru kombināciju gaidāmajam e-tron Q4. Par ko īsti ir runa?

Nikola Tesla elektriskā automašīna

Fakts, ka Nikola Tesla izgudroja asinhrono vai, citiem vārdiem sakot, "asinhrono" elektromotoru (vēl 19. gadsimta beigās), nav tieši saistīts ar faktu, ka Tesla Motors modeļi ir viena no nedaudzajām automašīnām, ko darbina šāda mašīna. .... Faktiski Tesla motora darbības princips kļuva populārāks 60. gados, kad zem saules pamazām parādījās pusvadītāju ierīces, un amerikāņu inženieris Alans Kokoni izstrādāja pārnēsājamus pusvadītāju invertorus, kas spēj pārveidot līdzstrāvas (DC) baterijas maiņstrāvā (AC) ) kā nepieciešams indukcijas motoram, un otrādi (reģenerācijas procesā). Šī invertora (pazīstams arī kā inženiertehniskais pārveidotājs) un Coconi izstrādātā elektromotora kombinācija kļuva par bēdīgi slavenā GM EV1 un, izsmalcinātākā veidā, sportiskā tZERO pamatu. Pēc analoģijas ar japāņu inženieru meklēšanu no Toyota Prius izveides laikā un TRW patenta atklāšanas laikā Tesla radītāji atklāja automašīnu tZERO. Galu galā viņi nopirka tZero licenci un izmantoja to rodstera būvēšanai.
Asinhronā motora lielākā priekšrocība ir tā, ka tas neizmanto pastāvīgos magnētus un tam nav nepieciešami dārgi vai reti metāli, kurus arī bieži iegūst apstākļos, kas patērētājiem rada morālas dilemmas. Tomēr gan asinhronie, gan pastāvīgā magnēta sinhronie motori pilnībā izmanto tehnoloģiskos sasniegumus pusvadītāju ierīcēs, kā arī MOSFET izveidē ar lauka tranzistoriem un jaunākiem bipolāriem izolācijas tranzistoriem (IGBT). Tieši šis progress ļauj izveidot minētās kompaktās invertora ierīces un kopumā visu spēka elektroniku elektriskajos transportlīdzekļos. Tas var šķist triviāls, ka spēja efektīvi pārveidot līdzstrāvas trīsfāzu maiņstrāvas akumulatoros un otrādi lielā mērā ir saistīta ar vadības tehnoloģiju attīstību, taču jāpatur prātā, ka strāvas elektronikā strāva sasniedz daudzkārt lielāku līmeni nekā parasti mājsaimniecībā elektrotīklā, un bieži vien vērtības pārsniedz 150 ampērus. Tas rada lielu siltuma daudzumu, ar kuru jātiek galā spēka elektronikai.

Bet, atgriežoties pie elektromotoru jautājuma. Tāpat kā iekšdedzes dzinējus, tos var iedalīt dažādās kvalifikācijās, un viens no tiem ir "laiks". Faktiski tas ir daudz svarīgākas atšķirīgas konstruktīvas pieejas sekas attiecībā uz magnētisko lauku radīšanu un mijiedarbību. Neskatoties uz to, ka elektroenerģijas avots akumulatora personā ir līdzstrāva, elektrisko sistēmu projektētāji pat neuzskata par līdzstrāvas motoru izmantošanu. Pat ņemot vērā pārveidošanas zaudējumus, maiņstrāvas un īpaši sinhronās vienības pārspēj konkurenci ar līdzstrāvas elementiem. Tātad, ko patiesībā nozīmē sinhronais vai asinhronais motors?

Elektromotoru uzņēmums

Gan sinhronie, gan asinhronie motori ir tāda veida rotējošu magnētiskā lauka elektrisko mašīnu tipi, kuriem ir lielāks jaudas blīvums. Parasti indukcijas rotors sastāv no vienkāršas cietu lokšņu, alumīnija vai vara metāla stieņu kaudzes (pēdējā laikā arvien biežāk izmantotas) ar spolēm slēgtā lokā. Statora plūsma statora tinumos notiek pretējos pāros, katrā no pāri plūstot strāvai no vienas no trim fāzēm. Tā kā katrā no tām tas ir nobīdīts fāzē par 120 grādiem attiecībā pret otru, tā saukto rotējošo magnētisko lauku. Rotora tinumu krustojums ar magnētiskā lauka līnijām no statora radītā lauka noved pie strāvas plūsmas rotorā, līdzīgi kā mijiedarbība ar transformatoru.
Iegūtais magnētiskais lauks mijiedarbojas ar statorā esošo "rotējošo", kas noved pie rotora mehāniskas saķeres un sekojošas rotācijas. Tomēr ar šāda veida elektromotoriem rotors vienmēr atpaliek no lauka, jo, ja starp lauku un rotoru nav relatīvas kustības, rotorā netiks ierosināts magnētiskais lauks. Tādējādi maksimālo ātruma līmeni nosaka barošanas strāvas un slodzes biežums. Tomēr, pateicoties lielākai sinhrono motoru efektivitātei, lielākā daļa ražotāju pie tiem pieturas, taču dažu iepriekš minēto iemeslu dēļ Tesla joprojām ir asinhrono motoru aizstāvis.

Jā, šīs mašīnas ir lētākas, taču tām ir savas negatīvās puses, un visi cilvēki, kuri ir pārbaudījuši vairākus secīgus paātrinājumus ar Model S, pastāstīs, kā veiktspēja krasi samazinās katrā atkārtojumā. Indukcijas un strāvas plūsmas procesi noved pie sildīšanas, un, ja iekārta netiek atdzesēta ar lielu slodzi, uzkrājas siltums un ievērojami samazinās tās iespējas. Aizsardzības nolūkos elektronika samazina strāvas daudzumu un tiek pasliktināta paātrinājuma veiktspēja. Un vēl viena lieta - lai to izmantotu kā ģeneratoru, asinhronais motors ir jāmagnetizē - tas ir, lai "izvadītu" sākotnējo strāvu caur statoru, kas ģenerē lauku un strāvu rotorā, lai sāktu procesu. Tad viņš var pabarot sevi.

Asinhronie vai sinhronie motori

Nikola Tesla elektriskā automašīna


Sinhronajām vienībām ir ievērojami lielāka efektivitāte un jaudas blīvums. Būtiska atšķirība starp asinhrono motoru ir tā, ka rotora magnētisko lauku neizraisa mijiedarbība ar statoru, bet tas ir strāvas rezultāts, kas plūst caur tajā uzstādītajiem papildu tinumiem vai pastāvīgajiem magnētiem. Tādējādi lauks rotorā un lauks statorā ir sinhrons, taču maksimālais motora apgriezienu skaits ir atkarīgs arī no lauka rotācijas attiecīgi no pašreizējās frekvences un slodzes. Lai izvairītos no nepieciešamības pēc papildu barošanas tinumiem, kas palielina enerģijas patēriņu un sarežģī strāvas vadību, mūsdienu elektriskajos transportlīdzekļos un hibrīdu modeļos tiek izmantoti elektromotori ar tā saucamo pastāvīgo ierosmi. ar pastāvīgiem magnētiem. Kā jau minēts, gandrīz visi šādu transportlīdzekļu ražotāji pašlaik izmanto šāda veida agregātus, tāpēc, pēc daudzu ekspertu domām, joprojām būs problēma ar dārgu retzemju neodīma un disprozija trūkumu. To izmantošanas samazināšana ir daļa no inženieru pieprasījuma šajā jomā.

Rotora kodola konstrukcija piedāvā vislielāko potenciālu elektriskās mašīnas veiktspējas uzlabošanai.
Ir dažādi tehnoloģiskie risinājumi ar virspusē montētiem magnētiem, diskveida rotoru, ar iekšēji iebūvētiem magnētiem. Interesants šeit ir Tesla risinājums, kas izmanto iepriekš minēto tehnoloģiju, ko sauc par Switched Reluctance Motor, lai vadītu 3. modeļa aizmugurējo asi. "Nevēlēšanās" vai magnētiskā pretestība ir termins, kas ir pretējs magnētiskajai vadītspējai, līdzīgs materiālu elektriskajai pretestībai un elektrovadītspējai. Šāda veida motori izmanto fenomenu, ka magnētiskā plūsma mēdz iziet cauri materiāla daļai ar vismazāko magnētisko pretestību. Rezultātā tas fiziski izspiež materiālu, caur kuru tas plūst, lai izietu cauri daļai ar vismazāko pretestību. Šo efektu izmanto elektromotorā, lai radītu rotācijas kustību - šim nolūkam rotorā mijas materiāli ar dažādu magnētisko pretestību: cietie (ferīta neodīma disku veidā) un mīksti (tērauda diski). Mēģinot iziet cauri zemākas pretestības materiālam, magnētiskā plūsma no statora griež rotoru, līdz tas tiek novietots tā. Ar strāvas vadību lauks pastāvīgi griež rotoru ērtā stāvoklī. Tas nozīmē, ka rotāciju neierosina tik lielā mērā magnētisko lauku mijiedarbība, kā lauka tendence plūst caur materiālu ar vismazāko pretestību un no tā izrietošā rotora rotācijas ietekme. Mainot dažādus materiālus, tiek samazināts dārgo komponentu skaits.

Nikola Tesla elektriskā automašīna

Atkarībā no konstrukcijas efektivitātes līkne un griezes moments mainās līdz ar dzinēja apgriezienu skaitu. Sākotnēji indukcijas motoram ir viszemākā efektivitāte, un augstākajam ir virsmas magnēti, bet pēdējā tas strauji samazinās līdz ar ātrumu. BMW i3 dzinējam ir unikāls hibrīda raksturs, pateicoties dizainam, kas apvieno pastāvīgos magnētus un iepriekš aprakstīto "nevēlēšanās" efektu. Tādējādi elektromotors sasniedz augstus nemainīgas jaudas un griezes momenta līmeņus, kas raksturīgi mašīnām ar elektriski ierosinātu rotoru, taču tam ir ievērojami mazāks svars nekā tiem (pēdējie ir efektīvi daudzos aspektos, bet ne svara ziņā). Pēc visa šī ir skaidrs, ka efektivitāte samazinās pie liela ātruma, tāpēc arvien vairāk ražotāju saka, ka koncentrēsies uz divu ātrumu transmisiju elektromotoriem.

Jautājumi un atbildes:

Kādus dzinējus izmanto Tesla? Visi Tesla modeļi ir elektriskie transportlīdzekļi, tāpēc tie ir aprīkoti tikai ar elektromotoriem. Gandrīz katram modelim zem pārsega būs 3 fāžu maiņstrāvas asinhronais motors.

Kā darbojas Tesla dzinējs? Asinhronais elektromotors darbojas EML rašanās dēļ, kas rodas magnētiskā lauka stacionārā statora rotācijas dēļ. Apgriezto kustību nodrošina polaritātes maiņa uz startera spolēm.

Kur atrodas Tesla dzinējs? Tesla automašīnām ir aizmugurējo riteņu piedziņa. Tāpēc motors atrodas starp aizmugurējās ass vārpstām. Motors sastāv no rotora un statora, kas viens ar otru saskaras tikai caur gultņiem.

Cik sver Tesla dzinējs? Saliktā elektromotora svars Tesla modeļiem ir 240 kilogrami. Pamatā tiek izmantota viena dzinēja modifikācija.

Viens komentārs

Pievieno komentāru