Електрични аутомобил Никола Тесла

Електромотори су много ефикаснији од мотора са унутрашњим сагоревањем. Зашто и када

Основна истина је да су проблеми електричних возила повезани са извором енергије, али се могу посматрати из другачије перспективе. Као и многе ствари у животу које узимамо здраво за готово, електромотор и систем управљања у електричним возилима сматрају се најефикаснијим и најпоузданијим уређајем у овим возилима. Међутим, да би постигли овакво стање ствари, они су прешли дуг пут у еволуцији – од откривања везе између електрицитета и магнетизма до његове ефективне трансформације у механичку силу. Ова тема се често потцењује у контексту разговора о технолошком развоју мотора са унутрашњим сагоревањем, али постаје све потребније говорити о машини која се зове електромотор.

Један или два мотора

Ако погледате графикон перформанси електричног мотора, без обзира на његов тип, приметићете да је ефикасан преко 85 процената, често преко 90 процената, и да је најефикаснији при оптерећењу од око 75 процената. максимум. Како се повећавају снага и величина електромотора, распон ефикасности се сходно томе шири, где може достићи свој максимум и раније – понекад при оптерећењу од 20 одсто. Међутим, постоји и друга страна медаље – упркос проширеном опсегу веће ефикасности, употреба веома снажних мотора са веома малим оптерећењем поново може довести до честог уласка у зону ниске ефикасности. Стога су одлуке о величини, снази, броју (један или два) и употреби (један или два у зависности од оптерећења) електромотора процеси који су део пројектантских радова у конструкцији аутомобила. У том контексту, разумљиво је зашто је боље имати два мотора уместо веома моћног, наиме да не би често улазио у подручја ниске ефикасности и због могућности гашења при малим оптерећењима. Стога, при делимичном оптерећењу, на пример, у Тесла Модел 3 Перформанце, користи се само задњи мотор. У мање снажним верзијама је једини, а у динамичнијим верзијама асинхрони је повезан са предњом осовином. Ово је још једна предност електричних возила – снага се може лакше повећати, режими се користе у зависности од захтева ефикасности, а двоструки погонски агрегати су користан споредни ефекат. Међутим, нижа ефикасност при малом оптерећењу не спречава чињеницу да, за разлику од мотора са унутрашњим сагоревањем, електромотор генерише потисак при нултој брзини због свог фундаментално другачијег принципа рада и интеракције између магнетних поља чак и под таквим условима. Горе поменута чињеница ефикасности је у срцу дизајна мотора и режима рада - као што смо рекли, превелики мотор који непрекидно ради при малом оптерећењу био би неефикасан.

Са брзим развојем електричне мобилности, шири се разноликост у погледу производње мотора. Развија се све више споразума и аранжмана, при чему неки произвођачи попут БМВ-а и ВВ-а сами дизајнирају и производе своје аутомобиле, други купују акције компанија које се баве овим послом, а трећи ангажују добављаче као што је Босцх. У већини случајева, ако прочитате спецификације модела са електричним погоном, видећете да је његов мотор „АЦ перманент магнет синцхроноус“. Међутим, Теслин пионир користи друга решења у овом правцу – асинхроне моторе у свим досадашњим моделима и комбинацију асинхроних и тзв. „Мотор за пребацивање отпора као погон задње осовине у моделу 3 Перформанце. У јефтинијим верзијама само са погоном на задње точкове, он је једини. Ауди такође користи индукционе моторе за модел к-трон и комбинацију синхроних и асинхроних мотора за предстојећи е-трон К4. О чему се заправо ради?

Електрични аутомобил Никола Тесла

Чињеница да је Никола Тесла изумио асинхрони или, другим речима, "асинхрони" електромотор (још крајем 19. века) нема директну везу са чињеницом да су модели Тесла Моторс један од ретких аутомобила које покреће таква машина ... ... У ствари, принцип рада Теслиног мотора постао је популарнији 60 -их година, када су се полуводички уређаји постепено појављивали под сунцем, а амерички инжењер Алан Цоцони развио је пријеносне полуводичке претвараче који могу претварати истосмјерне (ДЦ) батерије у измјеничну струју (АЦ). ) колико је потребно за асинхрони мотор, и обрнуто (у процесу опоравка). Ова комбинација претварача (познатог и као инжењерски претварач) и електричног мотора који је развио Цоцони постала је основа за злогласни ГМ ЕВ1 и, у профињенијем облику, спортски тЗЕРО. По аналогији са потрагом за јапанским инжењерима из Тоиоте током стварања Приуса и открићем патента ТРВ, творци Тесле открили су аутомобил тЗЕРО. На крају су купили тЗеро лиценцу и користили је за изградњу роадстера.
Највећа предност индукционог мотора је у томе што не користи трајне магнете и нису му потребни скупи или ретки метали, који се такође често копају у условима који стварају моралне дилеме за потрошаче. Међутим, и синхрони и синхрони мотори са трајним магнетима у потпуности користе технолошки напредак полупроводничких уређаја, као и у стварању МОСФЕТ-ова са транзисторима са ефектом поља и каснијим биполарним изолационим транзисторима (ИГБТ). Управо тај напредак омогућава стварање поменутих компактних претварача и уопште све енергетске електронике у електричним возилима. Можда се чини тривијалним да је способност ефикасног претварања једносмерне у трофазне батерије наизменичне струје и обрнуто углавном резултат напретка у технологији управљања, али треба имати на уму да струја у енергетској електроници достиже нивое вишеструко веће од уобичајених у домаћинству електричне мреже, а често вредности прелазе 150 ампера. Ово генерише велику количину топлоте са којом се енергетска електроника мора носити.

Али, вратимо се питању електричних мотора. Као и мотори са унутрашњим сагоревањем, и они се могу сврстати у различите квалификације, а „мерење времена“ је једно од њих. Заправо, ово је последица много важнијег различитог конструктивног приступа у погледу стварања и интеракције магнетних поља. Упркос чињеници да је извор електричне енергије у особи батерије једносмерна струја, дизајнери електричних система ни не помишљају на употребу једносмерних мотора. Чак и узимајући у обзир претворбене губитке, јединице наизменичне струје и посебно синхроне јединице надмашују конкуренцију са једносмерним елементима. Па шта заправо значи синхрони или асинхрони мотор?

Компанија за електрични мотор

И синхрони и асинхрони мотори су типа ротационих електричних машина са магнетним пољем који имају већу густину снаге. Генерално, индукциони ротор се састоји од једноставне хрпе чврстих лимова, алуминијумских или бакарних металних шипки (све чешће коришћених последњих година) са калемима у затвореној петљи. Струја тече у намотајима статора у супротним паровима, при чему у сваком пару тече струја из једне од три фазе. Пошто се у сваком од њих он фазно помера за 120 степени у односу на друго, такозвано ротирајуће магнетно поље. Пресек намотаја ротора са линијама магнетног поља од поља које ствара статор доводи до протока струје у ротору, слично интеракцији на трансформатору.
Добијено магнетно поље комуницира са „ротирањем“ у статору, што доводи до механичког захватања ротора и накнадне ротације. Међутим, код ове врсте електромотора, ротор увек заостаје за пољем, јер ако нема релативног кретања између поља и ротора, у ротору неће бити индуковано магнетно поље. Дакле, максимални ниво брзине одређује фреквенција струје напајања и оптерећења. Међутим, због веће ефикасности синхроних мотора, већина произвођача се држи њих, али из неких од горе наведених разлога, Тесла остаје заговорник асинхроних мотора.

Да, ове машине су јефтиније, али имају своје недостатке, а сви људи који су тестирали вишеструка узастопна убрзања са моделом С ће вам рећи како перформансе драстично опадају са сваком итерацијом. Процеси индукције и протока струје доводе до загревања, а када се машина не хлади под великим оптерећењем, топлота се акумулира и њене могућности се значајно смањују. У сврху заштите, електроника смањује количину струје и перформансе убрзања су деградиране. И још нешто – да би се користио као генератор, асинхрони мотор мора бити магнетизован – односно да „прође” почетну струју кроз статор, чиме се генерише поље и струја у ротору за покретање процеса. Онда може да се храни.

Асинхрони или синхрони мотори

Синхроне јединице имају знатно већу ефикасност и густину снаге. Значајна разлика између асинхроног мотора је у томе што магнетно поље у ротору није индуковано интеракцијом са статором, већ је резултат струје која протиче кроз додатне намотаје уграђене у њега или трајне магнете. Дакле, поље у ротору и поље у статору су синхрони, али максимална брзина мотора такође зависи од ротације поља, односно од тренутне фреквенције и оптерећења. Да би се избегла потреба за додатним напајањем намотаја, што повећава потрошњу енергије и компликује контролу струје, у савременим електричним возилима и хибридним моделима користе се електромотори са такозваним сталним побуђивањем. са трајним магнетима. Као што је већ поменуто, готово сви произвођачи таквих возила тренутно користе јединице овог типа, па ће, према многим стручњацима, и даље постојати проблем са недостатком скупих ретких земаља неодимијума и диспрозијума. Смањење њихове употребе део је захтева инжењера у овој области.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Дизајн језгра ротора нуди највећи потенцијал за побољшање перформанси електричне машине.
Постоје разна технолошка решења са површинским магнетима, ротором у облику диска, са унутрашње уграђеним магнетима. Овде је интересантно Теслино решење, које користи поменуту технологију под називом Свитцхед Релуцтанце Мотор за погон задње осовине модела 3. „Релуктанција“, или магнетна отпорност, је термин супротан магнетној проводљивости, сличан електричном отпору и електричној проводљивости материјала. Мотори овог типа користе феномен да магнетни флукс тежи да прође кроз део материјала са најмањим магнетним отпором. Као резултат, он физички помера материјал кроз који протиче како би прошао кроз део са најмањим отпором. Овај ефекат се користи у електромотору за стварање ротационог кретања - за то се у ротору смењују материјали са различитим магнетним отпором: тврди (у облику феритних неодимијумских дискова) и меки (челични дискови). У покушају да прође кроз материјал нижег отпора, магнетни флукс из статора ротира ротор док се не постави да то уради. Са контролом струје, поље стално ротира ротор у удобном положају. Односно, ротација није иницирана у толикој мери интеракцијом магнетних поља као што је тенденција поља да протиче кроз материјал са најмањим отпором и резултујући ефекат ротације ротора. Смењивањем различитих материјала смањује се број скупих компоненти.

У зависности од дизајна, крива ефикасности и обртни момент се мењају са бројем обртаја мотора. У почетку, индукциони мотор има најмању ефикасност, а највећи има површинске магнете, али у последњем нагло опада са брзином. БМВ и3 мотор има јединствен хибридни карактер, захваљујући дизајну који комбинује трајне магнете и горе описани ефекат „невољности“. Тако електромотор постиже високе нивое константне снаге и обртног момента који су карактеристични за машине са електричним побуђеним ротором, али има знатно мању тежину од њих (ови други су ефикасни у многим аспектима, али не и по тежини). После свега овога, јасно је да ефикасност опада при великим брзинама, због чега све више произвођача каже да ће се фокусирати на двобрзинске мењаче за електричне моторе.

Питања и одговори:

Које моторе користи Тесла? Сви Тесла модели су електрична возила, тако да су опремљени искључиво електромоторима. Скоро сваки модел ће имати 3-фазни АЦ индукциони мотор испод хаубе.

Како ради Теслин мотор? Асинхрони електромотор ради због појаве ЕМФ-а услед ротације у стационарном статору магнетног поља. Реверзно кретање се обезбеђује променом поларитета на намотајима стартера.

Где се налази Теслин мотор? Тесла аутомобили су са погоном на задње точкове. Због тога се мотор налази између осовина задње осовине. Мотор се састоји од ротора и статора, који се међусобно додирују само преко лежајева.

Колико је тежак Теслин мотор? Тежина склопљеног електромотора за Тесла моделе је 240 килограма. У основи се користи једна модификација мотора.