Synchrone motortestrit: wat betekent het?
Testrit

Synchrone motortestrit: wat betekent het?

Synchrone motortestrit: wat betekent het?

Elektrische auto's worden nog steeds overschaduwd door de ontwikkeling van batterijen

De snelle ontwikkeling van hybride aandrijflijnen en de ongekende vooruitgang in de afgelopen jaren op het gebied van elektrische voertuigen staan ​​centraal in de ontwikkeling van batterijtechnologie. Ze vereisen maximale middelen van ontwikkelaars en vormen de grootste uitdaging voor ontwerpers. Men mag echter niet onderschatten dat vooruitgang in de ontwikkeling van geavanceerde lithium-ion-technologieën gepaard gaat met aanzienlijke vooruitgang op het gebied van vermogensregeling van elektrische stromen en elektromotoren. Het bleek dat hoewel elektromotoren een hoog rendement hebben, ze een serieus ontwikkelingsgebied hebben.

Ontwerpers verwachten dat deze industrie extreem snel zal groeien, niet alleen omdat elektrische voertuigen steeds gebruikelijker worden, maar ook omdat de elektrificatie van door verbranding aangedreven voertuigen een belangrijk onderdeel is van de emissieniveaus die in de Europese Unie worden vastgesteld.

Hoewel de elektromotor een oude geschiedenis heeft, staan ​​ontwerpers tegenwoordig voor nieuwe uitdagingen. Elektromotoren kunnen, afhankelijk van het doel, een smal ontwerp hebben en een grote diameter of een kleine diameter en een lang lichaam. Hun gedrag in puur elektrische voertuigen verschilt van dat in hybrides, waarbij rekening moet worden gehouden met de warmte die wordt gegenereerd door de verbrandingsmotor. Voor elektrische voertuigen is het snelheidsbereik groter en die die in een parallel hybride systeem in de transmissie zijn geïnstalleerd, moeten worden geoptimaliseerd om binnen het snelheidsbereik van de verbrandingsmotor te werken. De meeste machines werken op hoogspanning, maar elektrische machines van 48 volt zullen steeds populairder worden.

Waarom AC-motoren

Ondanks het feit dat de elektriciteitsbron in de persoon van de batterij gelijkstroom is, denken ontwerpers van elektrische systemen momenteel niet aan het gebruik van DC-elektromotoren. Zelfs met conversieverliezen presteren AC-eenheden, vooral synchrone, beter dan DC-eenheden. Maar wat betekent een synchrone of asynchrone motor eigenlijk? We laten je kennismaken met dit deel van de autowereld, want hoewel elektrische auto's al lang bestaan ​​in auto's in de vorm van starters en alternatoren, zijn er recentelijk volledig nieuwe technologieën op dit gebied geïntroduceerd.

Toyota, GM en BMW zijn inmiddels enkele van de weinige fabrikanten die de ontwikkeling en productie van elektromotoren zelf hebben overgenomen. Zelfs Toyota's dochteronderneming Lexus levert deze toestellen aan een ander bedrijf, het Japanse Aisin. De meeste bedrijven vertrouwen op leveranciers zoals ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec of Chinese bedrijven. Het is duidelijk dat de snelle ontwikkeling van dit bedrijf dergelijke bedrijven in staat stelt te profiteren van partnerschappen met autofabrikanten. Wat de technologische kant betreft, worden tegenwoordig, voor de behoeften van elektrische voertuigen en hybrides, voornamelijk AC-synchrone motoren met een externe of interne rotor gebruikt.

De mogelijkheid om DC-batterijen efficiënt om te zetten in driefasige wisselstroom en vice versa is grotendeels te danken aan de vooruitgang in de besturingstechnologie. De stroomniveaus in vermogenselektronica bereiken echter niveaus die vele malen hoger zijn dan die in een huishoudelijk elektriciteitsnetwerk, en overschrijden vaak de 150 ampère. Hierdoor ontstaat veel warmte waar vermogenselektronica mee te maken heeft. Momenteel is het volume van elektronische besturingsapparaten nog steeds groot omdat elektronische halfgeleiderbesturingsapparaten niet kunnen worden verkleind met een toverstaf.

Zowel synchrone als asynchrone motoren zijn een soort elektrische machines met een roterend magnetisch veld die een hogere vermogensdichtheid hebben. Over het algemeen bestaat de rotor van een inductiemotor uit een eenvoudig pakket massieve platen met kortgesloten wikkelingen. Stroom vloeit in de statorwikkelingen in tegengestelde paren, met stroom van een van de drie fasen die in elk paar vloeien. Omdat het in elk van hen 120 graden in fase is verschoven ten opzichte van de ander, wordt het zogenaamde roterende magnetische veld verkregen. Dit veroorzaakt op zijn beurt een magnetisch veld in de rotor, en de interactie tussen twee magnetische velden - roterend in de stator en het magnetische veld van de rotor - leidt tot meevoering van de laatste en daaropvolgende rotatie. Bij dit type elektromotor loopt de rotor echter altijd achter op het veld, want als er geen relatieve beweging is tussen het veld en de rotor, zal deze geen magnetisch veld in de rotor opwekken. Het niveau van de maximale snelheid wordt dus bepaald door de frequentie van de voedingsstroom en de belasting. Vanwege de hogere efficiëntie van synchrone motoren houden de meeste fabrikanten zich er echter aan.

Synchrone motoren

Deze units hebben een aanzienlijk hoger rendement en vermogensdichtheid. Een significant verschil met een inductiemotor is dat het magnetische veld in de rotor niet wordt gecreëerd door interactie met de stator, maar het resultaat is van ofwel de stroom die door de extra wikkelingen die erin zijn geïnstalleerd, ofwel permanente magneten. Het veld in de rotor en het veld in de stator zijn dus synchroon, en het maximale motortoerental hangt ook af van de rotatie van het veld, respectievelijk van de frequentie van de stroom en de belasting. Om de noodzaak van extra stroomtoevoer naar de wikkelingen te vermijden, wat het stroomverbruik verhoogt en de huidige regeling in moderne elektrische voertuigen en hybride modellen ingewikkelder maakt, worden elektromotoren met de zogenaamde constante bekrachtiging gebruikt, d.w.z. met permanente magneten. Zoals eerder vermeld, gebruiken bijna alle fabrikanten van dergelijke auto's momenteel eenheden van dit type, daarom zal er volgens veel experts nog steeds een probleem zijn met een tekort aan dure zeldzame aardelementen, neodymium en dysprosium. Synchrone motoren zijn er in verschillende varianten en gemengde technologische oplossingen zoals BMW of GM, maar we zullen u er meer over vertellen.

constructie

Puur elektrische voertuigmotoren zijn meestal rechtstreeks gekoppeld aan het differentieel van de aandrijfas en het vermogen wordt via asassen op de wielen overgebracht, waardoor mechanische transmissieverliezen worden verminderd. Met deze indeling onder de vloer wordt het zwaartepunt verkleind en wordt het algehele blokontwerp compacter. De situatie is compleet anders met de lay-out van hybride modellen. Voor volledige hybrides zoals single mode (Toyota en Lexus) en dual mode (Chevrolet Tahoe), zijn de elektromotoren op de een of andere manier gekoppeld aan de planetaire tandwielen in de hybride aandrijflijn, in welk geval compactheid vereist dat hun ontwerp langer en kleiner is in diameter. Bij klassieke parallelle hybrides betekenen compacte eisen dat het geheel dat tussen het vliegwiel en de versnellingsbak past een grotere diameter heeft en redelijk plat is, waarbij fabrikanten als Bosch en ZF Sachs zelfs vertrouwen op een schijfvormig rotorontwerp. Er zijn ook variaties op de rotor - terwijl in de Lexus LS 600h het roterende element zich aan de binnenkant bevindt, bevindt de roterende rotor zich bij sommige Mercedes-modellen aan de buitenkant. Dit laatste ontwerp is ook erg handig als de elektromotoren in de wielnaven zijn gemonteerd.

Tekst: Georgy Kolev

Voeg een reactie