Mesin Elektrik Nicola Tesla

Motor elektrik jauh lebih cekap daripada enjin pembakaran dalaman. Mengapa dan bila

Kebenaran asas ialah masalah kenderaan elektrik berkaitan dengan sumber tenaga, tetapi ia boleh dilihat dari perspektif yang berbeza. Seperti banyak perkara dalam kehidupan yang kita ambil mudah, motor elektrik dan sistem kawalan dalam kenderaan elektrik dianggap sebagai peranti yang paling cekap dan boleh dipercayai dalam kenderaan ini. Walau bagaimanapun, untuk mencapai keadaan ini, mereka telah menempuh perjalanan yang jauh dalam evolusi - daripada menemui kaitan antara elektrik dan kemagnetan kepada transformasi berkesannya kepada kuasa mekanikal. Topik ini sering dipandang remeh dalam konteks bercakap tentang perkembangan teknologi enjin pembakaran dalaman, tetapi semakin perlu untuk bercakap lebih lanjut mengenai mesin yang dipanggil motor elektrik.

Satu atau dua motor

Jika anda melihat graf prestasi motor elektrik, tanpa mengira jenisnya, anda akan dapati bahawa ia adalah lebih 85 peratus cekap, selalunya melebihi 90 peratus, dan ia berada pada tahap paling cekap pada kira-kira 75 peratus beban. maksimum. Apabila kuasa dan saiz motor elektrik meningkat, julat kecekapan berkembang dengan sewajarnya, di mana ia boleh mencapai maksimum lebih awal - kadangkala pada beban 20 peratus. Walau bagaimanapun, terdapat sisi lain kepada syiling - walaupun julat kecekapan yang lebih tinggi, penggunaan motor yang sangat berkuasa dengan beban yang sangat rendah sekali lagi boleh membawa kepada kemasukan yang kerap ke zon kecekapan rendah. Oleh itu, keputusan mengenai saiz, kuasa, nombor (satu atau dua) dan penggunaan (satu atau dua bergantung pada beban) motor elektrik adalah proses yang merupakan sebahagian daripada kerja reka bentuk dalam pembinaan kereta. Dalam konteks ini, dapat difahami mengapa lebih baik untuk mempunyai dua motor daripada yang sangat berkuasa, iaitu supaya ia tidak sering memasuki kawasan kecekapan rendah, dan kerana kemungkinan mematikannya pada beban rendah. Oleh itu, pada beban separa, contohnya, dalam Tesla Model 3 Performance, hanya enjin belakang digunakan. Dalam versi yang kurang berkuasa, ia adalah satu-satunya, dan dalam versi yang lebih dinamik, yang tak segerak disambungkan ke gandar hadapan. Ini adalah satu lagi kelebihan kenderaan elektrik - kuasa boleh ditingkatkan dengan lebih mudah, mod digunakan bergantung pada keperluan kecekapan, dan dwi kuasa adalah kesan sampingan yang berguna. Walau bagaimanapun, kecekapan yang lebih rendah pada beban rendah tidak menghalang fakta bahawa, tidak seperti enjin pembakaran dalaman, motor elektrik menghasilkan tujahan pada kelajuan sifar disebabkan oleh prinsip operasi dan interaksi yang pada asasnya berbeza antara medan magnet walaupun dalam keadaan sedemikian. Fakta kecekapan yang dinyatakan di atas adalah teras kepada reka bentuk enjin dan mod operasi - seperti yang telah kami katakan, enjin bersaiz besar yang terus berjalan pada beban rendah akan menjadi tidak cekap.

Dengan perkembangan pesat mobiliti elektrik, kepelbagaian dari segi pengeluaran motor semakin berkembang. Semakin banyak perjanjian dan pengaturan sedang dibangunkan, di mana beberapa pengeluar seperti BMW dan VW mereka bentuk dan mengeluarkan kereta mereka sendiri, yang lain membeli saham dalam syarikat yang berkaitan dengan perniagaan ini, dan yang lain penyumberan luar kepada pembekal seperti Bosch. Dalam kebanyakan kes, jika anda membaca spesifikasi model berkuasa elektrik, anda akan mendapati bahawa motornya adalah "AC magnet kekal segerak". Walau bagaimanapun, perintis Tesla menggunakan penyelesaian lain ke arah ini - motor tak segerak dalam semua model sebelumnya dan gabungan tak segerak dan apa yang dipanggil. “Motor pensuisan rintangan sebagai pemacu gandar belakang dalam model 3 Performance. Dalam versi yang lebih murah dengan pacuan roda belakang sahaja, ia adalah satu-satunya. Audi juga menggunakan motor aruhan untuk model q-tron dan gabungan motor segerak dan tak segerak untuk e-tron Q4 yang akan datang. tentang apa sebenarnya?

Mesin Elektrik Nicola Tesla

Fakta bahawa Nikola Tesla mencipta asynchronous atau, dengan kata lain, motor elektrik "asynchronous" (kembali pada akhir abad ke-19) tidak mempunyai kaitan langsung dengan fakta bahawa model Tesla Motors adalah salah satu daripada beberapa kereta yang dikuasakan oleh mesin sedemikian ... Sebenarnya, prinsip operasi motor Tesla menjadi lebih popular pada tahun 60-an, ketika peranti semikonduktor secara beransur-ansur muncul di bawah cahaya matahari, dan jurutera Amerika Alan Coconi mengembangkan penyongsang semikonduktor mudah alih yang dapat menukar bateri arus terus (DC) menjadi arus bolak-balik (AC ) seperti yang diperlukan untuk motor induksi, dan sebaliknya (dalam proses pemulihan). Kombinasi penyongsang ini (juga dikenali sebagai pengubah teknik) dan motor elektrik yang dikembangkan oleh Coconi menjadi asas untuk GM EV1 yang terkenal dan, dalam bentuk yang lebih halus, tZERO yang sporty. Sama seperti pencarian jurutera Jepun dari Toyota dalam proses membuat Prius dan membuka paten TRW, pencipta Tesla menemui kereta tZERO. Akhirnya, mereka membeli lesen tZero dan menggunakannya untuk membina roadster.
Kelebihan terbesar motor induksi ialah ia tidak menggunakan magnet kekal dan tidak memerlukan logam mahal atau jarang, yang juga sering dilombong dalam keadaan yang menimbulkan dilema moral bagi pengguna. Walau bagaimanapun, kedua-dua motor segerak magnet tak segerak dan kekal menggunakan kemajuan teknologi sepenuhnya dalam peranti semikonduktor, serta dalam penciptaan MOSFET dengan transistor kesan medan dan transistor kemudian dengan pengasingan bipolar (IGBT). Kemajuan inilah yang memungkinkan kita membuat peranti penyongsang kompak yang disebutkan dan, secara umum, semua elektronik kuasa dalam kenderaan elektrik. Fakta bahawa keupayaan untuk menukar bateri DC dengan berkesan ke pemboleh ubah tiga fasa dan sebaliknya disebabkan oleh kemajuan teknologi kawalan mungkin kelihatan remeh, tetapi perlu diingat bahawa arus elektronik kuasa mencapai tahap berkali-kali lebih tinggi daripada biasa di rumah tangga rangkaian elektrik, dan nilai selalunya melebihi 150 ampere. Ini menghasilkan sejumlah besar haba, yang mesti ditangani oleh elektronik kuasa.

Tetapi kembali kepada masalah motor elektrik. Seperti enjin pembakaran dalaman, mereka dapat dibahagikan kepada pelbagai parameter kelayakan, dan "sinkronisasi" adalah salah satu daripadanya. Sebenarnya, ini adalah akibat pendekatan konstruktif lain yang jauh lebih penting dari segi penjanaan dan interaksi medan magnet. Walaupun sumber elektrik di hadapan bateri adalah arus searah, pereka sistem elektrik tidak terfikir untuk menggunakan motor DC. Walaupun dengan mengambil kira kerugian penukaran, unit AC dan terutamanya unit segerak memenangi persaingan dengan elemen DC. Oleh itu, apakah maksud motor segerak atau tak segerak?

Syarikat Motor Auto

Kedua-dua motor segerak dan tak segerak tergolong dalam jenis mesin elektrik dengan medan magnet berputar, yang mempunyai ketumpatan daya yang lebih tinggi. Secara amnya, rotor tak segerak terdiri daripada bungkusan sederhana dari kepingan padat, batang logam dari aluminium atau tembaga (semakin kerap digunakan baru-baru ini) dengan gegelung dalam gelung tertutup. Arus mengalir dalam belitan stator dalam pasangan yang berlawanan, dan arus dari salah satu daripada tiga fasa mengalir pada setiap pasangan. Oleh kerana di masing-masing fasa beralih fasa sebanyak 120 darjah berbanding yang lain, yang disebut medan magnet berputar. Persimpangan belitan rotor dengan garis medan magnet dari medan yang dibuat oleh stator membawa kepada aliran arus dalam pemutar, serupa dengan interaksi pada pengubah.
Medan magnet yang dihasilkan berinteraksi dengan "berputar" di stator, yang menyebabkan penangkapan pemutar mekanikal dan putaran berikutnya. Namun, dengan motor elektrik jenis ini, rotor selalu ketinggalan di belakang medan, kerana jika tidak ada gerakan relatif antara medan dan rotor, medan magnet tidak akan diinduksi dalam pemutar. Oleh itu, tahap kelajuan maksimum ditentukan oleh kekerapan arus bekalan dan beban. Walau bagaimanapun, kerana kecekapan motor segerak yang lebih tinggi, kebanyakan pengeluar mematuhinya, tetapi atas beberapa sebab di atas, Tesla tetap menjadi penyokong tak segerak.

Ya, mesin ini lebih murah, tetapi mereka mempunyai kelemahannya, dan semua orang yang telah menguji beberapa pecutan berturut-turut dengan Model S akan memberitahu anda bagaimana prestasi menurun secara drastik dengan setiap lelaran. Proses aruhan dan aliran arus membawa kepada pemanasan, dan apabila mesin tidak disejukkan di bawah beban tinggi, haba terkumpul dan keupayaannya berkurangan dengan ketara. Untuk tujuan perlindungan, elektronik mengurangkan jumlah arus dan prestasi pecutan merosot. Dan satu lagi - untuk digunakan sebagai penjana, motor aruhan mesti dimagnetkan - iaitu, untuk "melepasi" arus awal melalui stator, yang menjana medan dan arus dalam pemutar untuk memulakan proses. Kemudian dia boleh makan sendiri.

Motor tak segerak atau segerak

Blok segerak mempunyai kecekapan dan ketumpatan kuasa yang jauh lebih tinggi. Perbezaan yang signifikan antara motor induksi adalah bahawa medan magnet di pemutar tidak disebabkan oleh interaksi dengan stator, tetapi adalah hasil arus yang mengalir melalui belitan tambahan yang dipasang di dalamnya, atau magnet kekal. Oleh itu, medan di rotor dan medan di stator adalah segerak, tetapi kelajuan motor maksimum juga bergantung pada putaran medan, masing-masing, pada frekuensi dan beban semasa. Untuk mengelakkan perlunya daya tambahan pada belitan, yang meningkatkan penggunaan tenaga dan menyukarkan kawalan semasa, kenderaan elektrik moden dan model hibrid menggunakan motor elektrik dengan apa yang disebut sebagai pengujaan berterusan N., iaitu dengan magnet kekal. Seperti yang telah disebutkan, hampir semua pengeluar kereta seperti ini menggunakan unit jenis ini, oleh itu, menurut banyak pakar, masih akan ada masalah dengan kekurangan unsur neodymium dan dysprosium. Mengurangkan penggunaannya adalah sebahagian daripada permintaan jurutera di kawasan ini.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Reka bentuk teras pemutar memberikan potensi terbesar untuk meningkatkan prestasi mesin elektrik.
Terdapat pelbagai penyelesaian teknologi dengan magnet yang dipasang di permukaan, rotor berbentuk cakera, dengan magnet terbina dalam. Menarik di sini ialah penyelesaian Tesla, yang menggunakan teknologi yang disebut di atas yang dipanggil Switched Reluctance Motor untuk memacu gandar belakang Model 3. "Keengganan", atau rintangan magnet, ialah istilah yang bertentangan dengan kekonduksian magnet, serupa dengan rintangan elektrik dan kekonduksian elektrik bahan. Motor jenis ini menggunakan fenomena bahawa fluks magnet cenderung melalui bahagian bahan dengan rintangan magnet yang paling sedikit. Akibatnya, ia secara fizikal menyesarkan bahan yang mengalir melaluinya untuk melalui bahagian yang mempunyai rintangan paling sedikit. Kesan ini digunakan dalam motor elektrik untuk mencipta pergerakan putaran - untuk ini, bahan dengan rintangan magnet berbeza silih berganti dalam pemutar: keras (dalam bentuk cakera neodymium ferit) dan lembut (cakera keluli). Dalam percubaan untuk melalui bahan rintangan yang lebih rendah, fluks magnet dari stator memutar pemutar sehingga ia diposisikan untuk berbuat demikian. Dengan kawalan semasa, medan sentiasa memutar pemutar dalam kedudukan yang selesa. Iaitu, putaran tidak dimulakan ke tahap sedemikian oleh interaksi medan magnet seperti kecenderungan medan mengalir melalui bahan dengan rintangan paling sedikit dan kesan terhasil daripada putaran pemutar. Dengan berselang seli bahan yang berbeza, bilangan komponen mahal dikurangkan.

Bergantung pada reka bentuk, lengkung kecekapan dan tork berubah mengikut kelajuan enjin. Pada mulanya, motor aruhan mempunyai kecekapan yang paling rendah, dan yang tertinggi mempunyai magnet permukaan, tetapi pada yang terakhir ia berkurangan dengan mendadak dengan kelajuan. Enjin BMW i3 mempunyai watak hibrid yang unik, terima kasih kepada reka bentuk yang menggabungkan magnet kekal dan kesan "keengganan" yang diterangkan di atas. Oleh itu, motor elektrik mencapai tahap kuasa malar dan tork yang tinggi yang merupakan ciri mesin dengan pemutar teruja elektrik, tetapi mempunyai berat yang jauh lebih rendah daripada mereka (yang terakhir adalah cekap dalam banyak aspek, tetapi bukan dari segi berat). Selepas semua ini, jelas bahawa kecekapan menurun pada kelajuan tinggi, itulah sebabnya semakin banyak pengeluar mengatakan mereka akan menumpukan pada transmisi dua kelajuan untuk motor elektrik.

Soalan dan Jawapan:

Apakah enjin yang digunakan oleh Tesla? Semua model Tesla adalah kenderaan elektrik, jadi ia dilengkapi secara eksklusif dengan motor elektrik. Hampir setiap model akan mempunyai motor aruhan AC 3 fasa di bawah hud.

Bagaimanakah enjin Tesla berfungsi? Motor elektrik tak segerak berfungsi kerana berlakunya EMF disebabkan oleh putaran dalam stator pegun medan magnet. Perjalanan songsang disediakan oleh pembalikan kekutuban pada gegelung pemula.

Di manakah terletaknya enjin Tesla? Kereta Tesla adalah pacuan roda belakang. Oleh itu, motor terletak di antara aci gandar belakang. Motor terdiri daripada pemutar dan pemegun, yang hanya bersentuhan antara satu sama lain melalui galas.

Berapakah berat enjin Tesla? Berat motor elektrik yang dipasang untuk model Tesla ialah 240 kilogram. Pada asasnya satu pengubahsuaian enjin digunakan.