Električni avto Nikola Tesla

Elektromotorji so veliko bolj učinkoviti kot motorji z notranjim zgorevanjem. Zakaj in kdaj

Osnovna resnica je, da so problemi električnih vozil povezani z virom energije, vendar jih je mogoče pogledati z drugačne perspektive. Tako kot mnoge stvari v življenju, ki jih jemljemo za samoumevne, tudi elektromotor in krmilni sistem v električnih vozilih veljata za najbolj učinkovito in zanesljivo napravo v teh vozilih. Da pa so dosegli to stanje, so prehodili dolgo pot evolucije – od odkritja povezave med elektriko in magnetizmom do njegove učinkovite transformacije v mehansko silo. Ta tema je pogosto podcenjena v kontekstu govora o tehnološkem razvoju motorja z notranjim zgorevanjem, vendar pa je vedno bolj potrebno govoriti o stroju, imenovanem elektromotor.

Eden ali dva motorja

Če pogledate graf zmogljivosti elektromotorja, ne glede na vrsto, boste opazili, da ima več kot 85-odstotno učinkovitost, pogosto tudi več kot 90-odstotno, in da je najbolj učinkovita pri približno 75-odstotni obremenitvi. maksimum. Z večanjem moči in velikosti elektromotorja se ustrezno širi območje izkoristka, kjer lahko doseže svoj maksimum tudi prej – včasih že pri 20-odstotni obremenitvi. Vendar pa obstaja tudi druga plat medalje – kljub razširjenemu območju višjega izkoristka lahko uporaba zelo zmogljivih motorjev z zelo nizko obremenitvijo ponovno povzroči pogost vstop v cono nizkega izkoristka. Zato so odločitve glede velikosti, moči, števila (enega ali dveh) in uporabe (enega ali dveh glede na obremenitev) elektromotorjev procesi, ki so del projektiranja pri izdelavi avtomobila. V tem kontekstu je razumljivo, zakaj je bolje imeti dva motorja namesto enega zelo zmogljivega, in sicer zato, da ne zahaja pogosto v območja nizkega izkoristka, in zaradi možnosti izklopa pri nizkih obremenitvah. Zato se pri delni obremenitvi, na primer v Tesla Model 3 Performance, uporablja samo zadnji motor. Pri manj zmogljivih izvedbah je edini, pri bolj dinamičnih izvedbah pa je asinhronski povezan s prednjo premo. To je še ena prednost električnih vozil - moč je mogoče lažje povečati, načini se uporabljajo glede na zahteve glede učinkovitosti, dvojni pogonski sklopi pa so koristen stranski učinek. Nižji izkoristek pri nizki obremenitvi pa ne preprečuje dejstva, da za razliko od motorja z notranjim zgorevanjem elektromotor ustvarja potisk pri ničelni hitrosti zaradi bistveno drugačnega principa delovanja in interakcije med magnetnimi polji tudi v takih pogojih. Zgoraj omenjeno dejstvo učinkovitosti je v središču zasnove motorja in načinov delovanja – kot smo rekli, bi bil prevelik motor, ki neprekinjeno deluje pri nizki obremenitvi, neučinkovit.

S hitrim razvojem električne mobilnosti se pestrost v proizvodnji motorjev širi. Razvija se vedno več dogovorov in dogovorov, pri čemer nekateri proizvajalci, kot sta BMW in VW, načrtujejo in izdelujejo lastne avtomobile, drugi kupujejo deleže v podjetjih, povezanih s to dejavnostjo, tretji pa oddajajo dobaviteljem, kot je Bosch. V večini primerov, če preberete specifikacije modela z električnim pogonom, boste ugotovili, da je njegov motor "sinhronski AC trajni magnet". Vendar pionir Tesla v tej smeri uporablja druge rešitve – asinhrone motorje v vseh dosedanjih modelih ter kombinacijo asinhronih in t.i. »Motor z upornostnim preklapljanjem kot pogon zadnje osi v modelu 3 Performance. Pri cenejših različicah s samo zadnjim pogonom je le ta. Audi uporablja tudi indukcijske motorje za model q-tron ter kombinacijo sinhronih in asinhronih motorjev za prihajajoči e-tron Q4. Za kaj pravzaprav gre?

Električni avto Nikola Tesla

Dejstvo, da je Nikola Tesla izumil asinhroni ali z drugimi besedami »asinhroni« elektromotor (nazaj v poznem 19. stoletju), nima neposredne povezave z dejstvom, da so modeli Tesla Motors eden redkih avtomobilov, ki jih poganja tak stroj ... ... Dejansko je načelo delovanja Teslovega motorja postalo bolj priljubljeno v 60. letih, ko so se polprevodniške naprave postopoma pojavljale pod soncem, ameriški inženir Alan Coconi pa je razvil prenosne polprevodniške pretvornike, ki lahko pretvorijo enosmerne (DC) baterije v izmenični tok (AC). ), kot je potrebno za asinhronski motor, in obratno (v postopku predelave). Ta kombinacija pretvornika (znanega tudi kot inženirski pretvornik) in elektromotorja, ki ga je razvil Coconi, je postala osnova za zloglasni GM EV1 in v bolj prefinjeni obliki športni tZERO. Podobno kot pri iskanju japonskih inženirjev iz Toyote v procesu ustvarjanja Priusa in odpiranja patenta TRW so Teslini ustvarjalci odkrili avtomobil tZERO. Sčasoma so kupili licenco tZero in jo uporabili za izdelavo roadsterja.
Največja prednost asinhronskega motorja je, da ne uporablja trajnih magnetov in ne potrebuje dragih ali redkih kovin, ki jih prav tako pogosto kopljejo v razmerah, ki potrošnikom ustvarjajo moralne dileme. Vendar pa tako sinhroni kot sinhroni motorji s trajnimi magneti v celoti izkoriščajo tehnološki napredek polprevodniških naprav, pa tudi pri ustvarjanju MOSFET-jev s tranzistorji s poljskimi učinki in kasneje bipolarnimi izolacijskimi tranzistorji (IGBT). Prav ta napredek omogoča ustvarjanje omenjenih kompaktnih pretvorniških naprav in na splošno vse močnostne elektronike v električnih vozilih. Morda se zdi nepomembno, da je zmožnost učinkovitega pretvorbe enosmernega v trifazne izmenične baterije in obratno v veliki meri posledica napredka v nadzorni tehnologiji, vendar je treba upoštevati, da tok v močnostni elektroniki doseže ravni, ki so velikokrat višje kot običajno v gospodinjstvu. električno omrežje, pogosto pa vrednosti presegajo 150 amperov. Tako nastane velika količina toplote, s katero se mora spopasti močnostna elektronika.

Toda nazaj k vprašanju električnih motorjev. Tako kot motorje z notranjim zgorevanjem jih je mogoče razvrstiti v različne kvalifikacije in "merjenje časa" je eno izmed njih. Pravzaprav je to posledica veliko pomembnejšega drugačnega konstruktivnega pristopa v smislu nastajanja in interakcije magnetnih polj. Kljub temu, da je vir električne energije v osebi akumulatorja enosmerni tok, oblikovalci električnih sistemov niti ne razmišljajo o uporabi enosmernih motorjev. Tudi če upoštevamo pretvorbene izgube, enote izmeničnega toka in zlasti sinhrone enote presegajo konkurenco z enosmernimi elementi. Torej, kaj pravzaprav pomeni sinhroni ali asinhroni motor?

Podjetje za elektromotorje

Tako sinhroni kot asinhroni motorji so tipa vrtljivih električnih strojev z magnetnim poljem, ki imajo večjo gostoto moči. Na splošno je indukcijski rotor sestavljen iz preprostega svežnja trdnih pločevin, kovinskih palic iz aluminija ali bakra (v zadnjem času vse pogosteje uporabljenih) z tuljavami v zaprti zanki. Tok teče v navitjih statorja v nasprotnih parih, pri čemer tok iz ene od treh faz teče v vsakem paru. Ker se v vsakem od njih v fazi premakne za 120 stopinj glede na drugo, tako imenovano vrtljivo magnetno polje. Presečišče navitij rotorja s črtami magnetnega polja od polja, ki ga ustvarja stator, vodi v tok toka v rotorju, podobno kot pri interakciji na transformatorju.
Nastalo magnetno polje sodeluje z "vrtenjem" v statorju, kar vodi do mehanskega oprijema rotorja in nadaljnjega vrtenja. Vendar pri tej vrsti elektromotorja rotor vedno zaostaja za poljem, ker če med poljem in rotorjem ni relativnega gibanja, v rotorju ne bo inducirano magnetno polje. Tako je največja raven hitrosti določena s frekvenco napajalnega toka in obremenitvijo. Zaradi večje učinkovitosti sinhronih motorjev pa se jih večina proizvajalcev drži, a iz nekaterih zgoraj navedenih razlogov Tesla ostaja zagovornik asinhronih motorjev.

Da, ti stroji so cenejši, vendar imajo svoje slabosti in vsi ljudje, ki so preizkusili več zaporednih pospeškov z modelom S, vam bodo povedali, kako zmogljivost drastično upada z vsako ponovitvijo. Procesi indukcije in pretoka toka vodijo do segrevanja, in ko stroj ni ohlajen pod visoko obremenitvijo, se toplota kopiči in njegove zmogljivosti se bistveno zmanjšajo. Za namene zaščite elektronika zmanjša količino toka in zmogljivost pospeševanja se poslabša. In še nekaj - za uporabo kot generator mora biti indukcijski motor magnetiziran - torej "prepeljati" začetni tok skozi stator, ki generira polje in tok v rotorju za zagon procesa. Potem se lahko hrani sam.

Asinhroni ali sinhroni motorji

Sinhrone enote imajo bistveno večjo učinkovitost in gostoto moči. Pomembna razlika med asinhronim motorjem je, da magnetno polje v rotorju ne povzroča interakcija s statorjem, temveč je rezultat toka, ki teče skozi dodatna navitja, nameščena v njem, ali trajne magnete. Tako sta polje v rotorju in polje v statorju sinhrono, vendar je največja hitrost motorja odvisna tudi od vrtenja polja, oziroma od trenutne frekvence in obremenitve. Da bi se izognili potrebi po dodatnem napajanju navitij, kar poveča porabo električne energije in oteži nadzor toka, se v sodobnih električnih vozilih in hibridnih modelih uporabljajo elektromotorji s tako imenovanim stalnim vzbujanjem. s trajnimi magneti. Kot smo že omenili, skoraj vsi proizvajalci takih vozil trenutno uporabljajo tovrstne enote, zato bo po mnenju mnogih strokovnjakov še vedno težava s pomanjkanjem dragih redkih zemelj neodim in disprozij. Zmanjševanje njihove uporabe je del povpraševanja inženirjev na tem področju.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Zasnova jedra rotorja ponuja največ možnosti za izboljšanje zmogljivosti električnega stroja.
Obstajajo različne tehnološke rešitve z nadometnimi magneti, diskastim rotorjem, z interno vgrajenimi magneti. Pri tem je zanimiva Teslina rešitev, ki za pogon zadnje osi modela 3 uporablja prej omenjeno tehnologijo, imenovano Switched Reluctance Motor. "Reluktanca" ali magnetni upor je izraz, ki je nasproten magnetni prevodnosti, podobno kot električni upor in električna prevodnost materialov. Motorji te vrste uporabljajo pojav, da magnetni tok teži, da gre skozi del materiala z najmanjšim magnetnim uporom. Posledično fizično premakne material, skozi katerega teče, da bi šel skozi del z najmanjšim uporom. Ta učinek se uporablja v elektromotorju za ustvarjanje rotacijskega gibanja - za to se v rotorju izmenjujejo materiali z različno magnetno odpornostjo: trdi (v obliki feritnih neodimovih diskov) in mehki (jekleni diski). V poskusu prehajanja skozi material z nižjim uporom magnetni tok iz statorja vrti rotor, dokler ni v tem položaju. S krmiljenjem toka polje nenehno vrti rotor v udobnem položaju. To pomeni, da rotacije ne sproži v tolikšni meri interakcija magnetnih polj kot težnja polja, da teče skozi material z najmanjšim uporom in posledični učinek vrtenja rotorja. Z menjavanjem različnih materialov se zmanjša število dragih komponent.

Glede na zasnovo se krivulja učinkovitosti in navor spreminjata z vrtilno frekvenco motorja. Sprva ima najmanjši izkoristek indukcijski motor, največji pa površinski magneti, pri slednjih pa s hitrostjo močno upada. Motor BMW i3 ima edinstven hibridni značaj, zahvaljujoč zasnovi, ki združuje trajne magnete in zgoraj opisani učinek "odpora". Tako elektromotor dosega visoke ravni konstantne moči in navora, ki so značilni za stroje z električno vzbujenim rotorjem, vendar ima bistveno manjšo težo od njih (slednji so učinkoviti v marsičem, ne pa v teži). Po vsem tem je jasno, da učinkovitost pri visokih vrtljajih pada, zato vse več proizvajalcev napoveduje, da se bodo usmerili v dvosklopčne menjalnike za elektromotorje.

Vprašanja in odgovori:

Katere motorje uporablja Tesla? Vsi modeli Tesla so električna vozila, zato so opremljeni izključno z elektromotorji. Skoraj vsak model bo imel pod pokrovom 3-fazni AC indukcijski motor.

Kako deluje Teslin motor? Asinhroni elektromotor deluje zaradi pojava EMF zaradi vrtenja v statorju magnetnega polja. Povratni hod je zagotovljen z obratom polarnosti na tuljavah zaganjalnika.

Kje se nahaja motor Tesla? Avtomobili Tesla imajo pogon na zadnja kolesa. Zato se motor nahaja med gredi zadnje osi. Motor je sestavljen iz rotorja in statorja, ki sta v stiku le preko ležajev.

Koliko tehta Teslin motor? Teža sestavljenega elektromotorja za modele Tesla je 240 kilogramov. V bistvu se uporablja ena modifikacija motorja.