Пробни синхрони мотор: шта то значи?

Електрични аутомобили су и даље у сенци развоја батерија

Брзи развој хибридних погонских склопова и невиђени напредак последњих година на пољу електричних возила главни су фокус развоја технологије батерија. Они захтевају максималне ресурсе од програмера и највећи су изазов за дизајнере. Међутим, не треба потценити чињеницу да је напредак у развоју напредних литијум-јонских технологија праћен значајним напретком на пољу регулације снаге електричних струја и електромотора. Испоставило се да иако електромотори имају високу ефикасност, они имају озбиљно поље за развој.

Дизајнери очекују да ће ова индустрија расти изузетно високом брзином, не само зато што су електрична возила све чешћа, већ и зато што је електрификација возила са погоном на сагоревање важан елемент нивоа емисија утврђених у Европској унији.

Иако електрични мотор има древну историју, данас се дизајнери суочавају са новим изазовима. Електромотори, у зависности од намене, могу имати уски дизајн и велики пречник или мали пречник и дуго тело. Њихово понашање у чисто електричним возилима разликује се од хибрида, где се мора узети у обзир топлота коју генерише мотор са унутрашњим сагоревањем. За електрична возила, опсег брзине је шири, а она уграђена у паралелни хибридни систем у мењачу морају бити оптимизована да раде у опсегу брзина мотора са унутрашњим сагоревањем. Већина машина ради на високом напону, али електричне машине од 48 волти постаће све популарније.

Зашто мотори наизменичне струје

Упркос чињеници да је извор електричне енергије у особи батерије једносмерна струја, дизајнери електричних система тренутно не размишљају о употреби једносмерних мотора. Чак и са претворбеним губицима, јединице наизменичне струје, посебно синхроне, надмашују једносмерне јединице. Али шта заправо значи синхрони или асинхрони мотор? Упознаћемо вас са овим делом аутомобилског света, јер док електрични аутомобили већ дуго постоје у аутомобилима у облику стартера и алтернатора, у ову област су недавно уведене потпуно нове технологије.

Тоиота, ГМ и БМВ су сада неки од ретких произвођача који су сами преузели развој и производњу електромотора. Чак и Тоиотина подружница Лекус испоручује ове уређаје другој компанији, јапанској Аисин. Већина компанија се ослања на добављаче као што су ЗФ Сацхс, Сиеменс, Босцх, Зитец или кинеске компаније. Очигледно, брзи развој овог посла омогућава таквим компанијама да имају користи од партнерства са произвођачима аутомобила. Што се тиче технолошке стране ствари, у данашње време се за потребе електричних возила и хибрида углавном користе синхрони мотори наизменичне струје са спољним или унутрашњим ротором.

Способност ефикасног претварања једносмерних батерија у трофазне наизменичне и обрнуто углавном је резултат напретка у технологији управљања. Међутим, тренутни нивои у енергетској електроници достижу нивое вишеструко више од оних који се налазе у електричној мрежи у домаћинству и често прелазе 150 ампера. Ово генерише пуно топлоте са којом се енергетска електроника мора носити. Тренутно је обим електронских управљачких уређаја још увек велик, јер се електронски полупроводнички управљачки уређаји не могу смањити чаробним штапићем.

И синхрони и асинхрони мотори су врста електричних машина са ротирајућим магнетним пољем које имају већу густину снаге. Генерално, ротор индукционог мотора се састоји од једноставног пакета чврстих листова са краткоспојним намотајима. Струја тече у намотајима статора у супротним паровима, при чему струја из једне од три фазе тече у сваком пару. Пошто је у свакој од њих померено у фази за 120 степени у односу на другу, добија се такозвано ротационо магнетно поље. Ово, заузврат, индукује магнетно поље у ротору, а интеракција између два магнетна поља - ротирајућег у статору и магнетног поља ротора, доводи до увлачења потоњег и накнадне ротације. Међутим, код овог типа електромотора ротор увек заостаје за пољем јер ако нема релативног кретања између поља и ротора, он неће индуковати магнетно поље у ротору. Дакле, ниво максималне брзине је одређен фреквенцијом струје напајања и оптерећења. Међутим, због веће ефикасности синхроних мотора, већина произвођача се држи њих.

Синхрони мотори

Ове јединице имају знатно већу ефикасност и густину снаге. Значајна разлика од асинхроног мотора је та што магнетно поље у ротору не настаје интеракцијом са статором, већ је резултат или струје која протиче кроз додатне намотаје инсталиране у њему, или трајних магнета. Дакле, поље у ротору и поље у статору су синхрони, а максимална брзина мотора такође зависи од ротације поља, односно од фреквенције струје и оптерећења. Да би се избегла потреба за додатним напајањем намотаја, што повећава потрошњу енергије и компликује тренутну регулацију у савременим електричним возилима и хибридним моделима, користе се електромотори са такозваним сталним побуђивањем, тј. са трајним магнетима. Као што је већ поменуто, скоро сви произвођачи таквих аутомобила тренутно користе јединице ове врсте, па ће према многим стручњацима и даље постојати проблем са недостатком скупих ретких земаљских елемената неодимијума и диспрозијума. Синхрони мотори долазе у различитим варијантама и мешовитим технолошким решењима као што су БМВ или ГМ, али рећи ћемо вам више о њима.

Изградња

Мотори чисто електричних возила су обично спојени директно на диференцијал погонске осовине и снага се преноси на точкове преко осовинских осовина, смањујући губитке механичког преноса. Са овим распоредом испод пода, центар гравитације је смањен и укупни дизајн блока постаје компактнији. Сасвим другачија ситуација је са распоредом хибридних модела. За потпуне хибриде као што су сингле моде (Тоиота и Лекус) и дуал моде (Цхевролет Тахое), електрични мотори су на неки начин повезани са планетарним зупчаницима у хибридном погону, у ком случају компактност захтева да њихов дизајн буде дужи и мањи у пречника. Код класичних паралелних хибрида, захтеви за компактношћу значе да склоп који се уклапа између замајца и мењача има већи пречник и прилично раван, а произвођачи као што су Босцх и ЗФ Сацхс се чак ослањају на дизајн ротора у облику диска. Постоје и варијације ротора - док се код Лекуса ЛС 600х ротирајући елемент налази унутра, код неких Мерцедесових модела ротирајући ротор је споља. Последњи дизајн је такође изузетно згодан у случајевима када су електромотори уграђени у главчине точкова.

Текст: Георгије Колев