Synkronmotorprøvekjøring: hva betyr det?

Elektriske biler blir fortsatt overskygget av batteriutviklingen

Den raske utviklingen av hybrid-drivlinjer og enestående fremgang de siste årene innen elektriske kjøretøyer er hovedfokus for utviklingen av batteriteknologi. De krever maksimale ressurser fra utviklere og er den største utfordringen for designere. Man skal imidlertid ikke undervurdere det faktum at fremgang i utviklingen av avanserte litiumionteknologier er ledsaget av betydelig fremgang innen kraftregulering av elektriske strømmer og elektriske motorer. Det viste seg at selv om elektriske motorer har høy effektivitet, har de et seriøst felt for utvikling.

Designere forventer at denne industrien vil vokse i ekstremt høy hastighet, ikke bare fordi elektriske kjøretøy blir mer vanlig, men også fordi elektrifisering av forbrenningsdrevne biler er et viktig element i utslippsnivåene som er satt i EU.

Selv om den elektriske motoren har en eldgammel historie, står designere i dag overfor nye utfordringer. Elektriske motorer, avhengig av formålet, kan ha en smal design og en stor diameter eller en liten diameter og en lang kropp. Deres oppførsel i rene elektriske kjøretøy skiller seg fra hybrider, der det må tas hensyn til varmen som genereres av forbrenningsmotoren. For elektriske biler er hastighetsområdet bredere, og de som er installert i et parallelt hybridsystem i transmisjonen, må optimaliseres for å fungere innenfor forbrenningsmotorens hastighetsområde. De fleste maskiner går på høyspenning, men elektriske maskiner på 48 volt vil bli mer og mer populære.

Hvorfor vekselstrømsmotorer

Til tross for at kilden til strøm til personen til batteriet er likestrøm, tenker foreløpig ikke elektriske systemdesignere på å bruke DC-elektriske motorer. Selv med konverteringstap, overgår vekselstrømsenheter, spesielt synkrone, de jevnlige enhetene. Men hva betyr egentlig en synkron eller asynkron motor? Vi vil introdusere deg for denne delen av bilverdenen, for mens elektriske biler lenge har eksistert i biler i form av startere og generatorer, har det nylig blitt introdusert helt nye teknologier i dette området.

Toyota, GM og BMW er nå noen av de få produsentene som har overtatt utviklingen og produksjonen av elektriske motorer selv. Selv Toyotas datterselskap Lexus leverer disse enhetene til et annet selskap, Japans Aisin. De fleste selskaper stoler på leverandører som ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec eller kinesiske selskaper. Den raske utviklingen av denne virksomheten lar åpenbart slike selskaper dra fordel av partnerskap med bilprodusenter. Når det gjelder den teknologiske siden av ting, brukes i dag, for behovene til elektriske kjøretøyer og hybrider, hovedsakelig synkronmotorer med ekstern eller intern rotor.

Evnen til effektivt å konvertere likestrømsbatterier til trefaset vekselstrøm og omvendt skyldes i stor grad fremskritt innen styringsteknologi. Imidlertid når nåværende nivåer i kraftelektronikk nivåer mange ganger høyere enn de som finnes i et elektrisk husholdningsnett, og overstiger ofte 150 ampere. Dette genererer mye varme som kraftelektronikk må takle. For tiden er volumet av elektroniske kontrollenheter fortsatt stort fordi elektroniske halvlederstyringsenheter ikke kan reduseres med en tryllestav.

Både synkrone og asynkrone motorer er en type elektriske maskiner med roterende magnetfelt som har høyere effekttetthet. Generelt består rotoren til en induksjonsmotor av en enkel pakke med solide plater med kortsluttede viklinger. Strøm går i statorviklingene i motsatte par, med strøm fra en av de tre fasene i hvert par. Siden den i hver av dem er forskjøvet i fase med 120 grader i forhold til den andre, oppnås det såkalte roterende magnetfeltet. Dette induserer i sin tur et magnetfelt i rotoren, og samspillet mellom to magnetiske felt - rotasjon i statoren og rotorens magnetfelt fører til medføring av sistnevnte og påfølgende rotasjon. Men i denne typen elektrisk motor ligger rotoren alltid etter feltet fordi hvis det ikke er noen relativ bevegelse mellom feltet og rotoren, vil det ikke indusere et magnetisk felt i rotoren. Dermed bestemmes nivået på maksimal hastighet av frekvensen til forsyningsstrømmen og belastningen. Men på grunn av den høyere effektiviteten til synkronmotorer, holder de fleste produsenter seg til dem.

Synkronmotorer

Disse enhetene har betydelig høyere effektivitet og effekttetthet. En betydelig forskjell fra en induksjonsmotor er at magnetfeltet i rotoren ikke opprettes ved interaksjon med statoren, men er resultatet av enten strømmen som strømmer gjennom de ekstra viklingene som er installert i den, eller permanente magneter. Dermed er feltet i rotoren og feltet i statoren synkron, og den maksimale motorhastigheten avhenger også av henholdsvis feltets rotasjon, på frekvensen av strømmen og belastningen. For å unngå behovet for ekstra strømforsyning til viklingene, noe som øker strømforbruket og kompliserer dagens regulering i moderne elektriske kjøretøyer og hybridmodeller, brukes elektriske motorer med såkalt konstant eksitasjon, dvs. med permanente magneter. Som allerede nevnt bruker nesten alle produsenter av slike biler for tiden enheter av denne typen, derfor vil det ifølge mange eksperter fortsatt være et problem med mangel på dyre sjeldne jordartselementer neodym og dysprosium. Synkronmotorer kommer i forskjellige varianter og blandede teknologiløsninger som BMW eller GM, men vi vil fortelle deg mer om dem.

konstruksjon

Rent elektriske kjøretøymotorer er vanligvis koblet direkte til drivakseldifferensialen og kraft overføres til hjulene via akselaksler, noe som reduserer mekaniske transmisjonstap. Med denne layouten under gulvet reduseres tyngdepunktet og den generelle blokkdesignen blir mer kompakt. Situasjonen er helt annerledes med utformingen av hybridmodeller. For fullhybrider som enkeltmodus (Toyota og Lexus) og dobbelmodus (Chevrolet Tahoe), er de elektriske motorene koblet på en eller annen måte til planetgirene i hybriddrivverket, i så fall krever kompaktheten at designen deres er lengre og mindre i diameter. I klassiske parallellhybrider betyr kompakte krav at sammenstillingen som passer mellom svinghjul og girkasse har større diameter og er ganske flat, med produsenter som Bosch og ZF Sachs som til og med stoler på en skiveformet rotordesign. Det finnes også variasjoner av rotoren – mens i Lexus LS 600h er det roterende elementet plassert inne, i noen Mercedes-modeller er den roterende rotoren utenfor. Sistnevnte design er også ekstremt praktisk i tilfeller der de elektriske motorene er installert i hjulnavene.

Tekst: Georgy Kolev