Nikola Tesla elbil

Elektriske motorer er mye mer effektive enn forbrenningsmotorer. Hvorfor og når

Den grunnleggende sannheten er at problemene med elektriske kjøretøy er relatert til energikilden, men de kan sees fra et annet perspektiv. Som mange ting i livet som vi tar for gitt, regnes den elektriske motoren og kontrollsystemet i elektriske kjøretøy som den mest effektive og pålitelige enheten i disse kjøretøyene. For å oppnå denne tilstanden har de imidlertid kommet langt i utviklingen - fra å oppdage sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme til dens effektive transformasjon til en mekanisk kraft. Dette temaet blir ofte undervurdert i sammenheng med å snakke om den teknologiske utviklingen av forbrenningsmotoren, men det blir stadig mer nødvendig å snakke mer om maskinen som kalles elektrisk motor.

En eller to motorer

Ser du på ytelsesgrafen til en elektrisk motor, uansett type, vil du legge merke til at den er over 85 prosent effektiv, ofte over 90 prosent, og at den er på sitt mest effektive ved rundt 75 prosent belastning. maksimum. Etter hvert som kraften og størrelsen på den elektriske motoren øker, utvides effektivitetsområdet tilsvarende, hvor den kan nå sitt maksimum enda tidligere - noen ganger ved 20 prosent belastning. Det er imidlertid en annen side ved mynten - til tross for det utvidede spekteret av høyere effektivitet, kan bruk av svært kraftige motorer med svært lav belastning igjen føre til hyppig inntreden i laveffektivitetssonen. Derfor er beslutninger angående størrelse, effekt, antall (en eller to) og bruk (en eller to avhengig av belastningen) av elektriske motorer prosesser som er en del av designarbeidet i konstruksjonen av en bil. I denne sammenhengen er det forståelig hvorfor det er bedre å ha to motorer i stedet for en veldig kraftig, nemlig slik at den ikke ofte kommer inn i områder med lav effektivitet, og på grunn av muligheten for å stenge den ved lav belastning. Derfor, ved dellast, for eksempel i Tesla Model 3 Performance, er det kun den bakre motoren som brukes. I mindre kraftige versjoner er den den eneste, og i mer dynamiske versjoner er den asynkrone koblet til forakselen. Dette er en annen fordel med elektriske kjøretøy - kraften kan økes lettere, moduser brukes avhengig av effektivitetskrav, og doble drivlinjer er en nyttig bieffekt. Den lavere effektiviteten ved lav belastning forhindrer imidlertid ikke det faktum at, i motsetning til en forbrenningsmotor, genererer en elektrisk motor skyvekraft ved null hastighet på grunn av dets fundamentalt forskjellige prinsipp for drift og interaksjon mellom magnetiske felt selv under slike forhold. Det nevnte faktum om effektivitet er kjernen i motordesignet og driftsmodusene - som vi har sagt, ville en overdimensjonert motor som kontinuerlig kjører med lav belastning være ineffektiv.

Med den raske utviklingen av elektrisk mobilitet utvides mangfoldet når det gjelder motorproduksjon. Stadig flere avtaler og ordninger utvikles, der noen produsenter som BMW og VW designer og produserer sine egne biler, andre kjøper aksjer i selskaper knyttet til denne virksomheten, og atter andre outsourcer til leverandører som Bosch. I de fleste tilfeller, hvis du leser spesifikasjonene til en elektrisk drevet modell, vil du finne at motoren er "AC permanent magnet synkron". Tesla-pioneren bruker imidlertid andre løsninger i denne retningen – asynkronmotorer i alle tidligere modeller og en kombinasjon av asynkron og såkalt. "Motstandsvekslende motor som bakakseldrift i 3 Performance-modellen. I billigere versjoner med kun bakhjulsdrift er den den eneste. Audi bruker også induksjonsmotorer for q-tron-modellen og en kombinasjon av synkron- og asynkronmotorer for den kommende e-tron Q4. Hva handler det egentlig om?

Nikola Tesla elbil

Det faktum at Nikola Tesla oppfant den asynkrone eller, med andre ord, den "asynkrone" elektriske motoren (tilbake på slutten av 19 -tallet) har ingen direkte forbindelse til det faktum at Tesla Motors -modeller er en av få biler som drives av en slik maskin ... Faktisk ble driftsprinsippet til Tesla -motoren mer populært på 60 -tallet, da halvlederenheter gradvis dukket opp under solen, og den amerikanske ingeniøren Alan Coconi utviklet bærbare halvlederomformere som kan konvertere likestrøm (DC) -batterier til vekselstrøm (AC) ) som nødvendig for en induksjonsmotor, og omvendt (i gjenopprettingsprosessen). Denne kombinasjonen av en inverter (også kjent som en engineering transverter) og en elektrisk motor utviklet av Coconi ble grunnlaget for den beryktede GM EV1 og, i en mer forfinet form, den sportslige tZERO. I analogi med søket etter japanske ingeniører fra Toyota under opprettelsen av Prius og oppdagelsen av TRW -patentet, oppdaget skaperne av Tesla tZERO -bilen. Etter hvert kjøpte de en tZero -lisens og brukte den til å bygge en roadster.
Den største fordelen med en induksjonsmotor er at den ikke bruker permanente magneter og ikke trenger dyre eller sjeldne metaller, som også ofte blir utvunnet under forhold som skaper moralske dilemmaer for forbrukerne. Både asynkrone og permanente magnetiske synkronmotorer utnytter imidlertid teknologiske fremskritt i halvlederenheter, så vel som i opprettelsen av MOSFET-er med en felteffekttransistor og senere bipolare isolasjonstransistorer (IGBT). Det er denne fremgangen som gjør det mulig å lage de nevnte kompakte omformerenheter og generelt all kraftelektronikk i elektriske kjøretøy. Det kan virke trivielt at muligheten til å konvertere DC til 150-fase AC-batterier og omvendt i stor grad skyldes fremskritt innen kontrollteknologi, men det må huskes at strømmen i kraftelektronikk når nivåer mange ganger høyere enn vanlig i husholdningen elektrisk nettverk, og ofte overskrider verdiene XNUMX ampere. Dette genererer en stor mengde varme som kraftelektronikken må håndtere.

Men tilbake til spørsmålet om elektriske motorer. Som forbrenningsmotorer kan de kategoriseres i forskjellige kvalifikasjoner, og "timing" er en av dem. Faktisk er dette en konsekvens av en mye viktigere annerledes konstruktiv tilnærming når det gjelder generering og interaksjon av magnetiske felt. Til tross for at strømkilden i personen til batteriet er likestrøm, tenker ikke designerne av elektriske systemer engang å bruke likestrømsmotorer. Selv om man tar hensyn til konverteringstap, overgår vekselstrømsenheter og spesielt synkrone enheter konkurransen med DC-elementer. Så hva betyr egentlig en synkron eller asynkron motor?

Elektrisk bilselskap

Både synkronmotorer og asynkronmotorer er av typen roterende magnetfeltelektriske maskiner som har en høyere effekttetthet. Generelt består en induksjonsrotor av en enkel bunke med faste plater, aluminiums- eller kobbermetallstenger (i økende grad brukt de siste årene) med spoler i en lukket sløyfe. Strøm strømmer i statorviklingene i motsatte par, med strøm fra en av de tre fasene som strømmer i hvert par. Siden det i hver av dem forskyves i fase med 120 grader i forhold til den andre, det såkalte roterende magnetfeltet. Skjæringspunktet mellom rotorviklingene og linjene i magnetfeltet fra feltet opprettet av statoren fører til strømmen i rotoren, ligner interaksjonen på en transformator.
Det resulterende magnetfeltet samvirker med "rotasjonen" i statoren, noe som fører til mekanisk griping av rotoren og påfølgende rotasjon. Imidlertid, med denne typen elektrisk motor, henger rotoren alltid bak feltet, fordi hvis det ikke er noen relativ bevegelse mellom feltet og rotoren, vil ikke noe magnetisk felt bli indusert i rotoren. Dermed bestemmes det maksimale hastighetsnivået av frekvensen på tilførselsstrømmen og lasten. På grunn av den høye effektiviteten til synkronmotorer holder de fleste produsenter seg imidlertid fast, men av noen av de ovennevnte grunnene er Tesla fortsatt en talsmann for asynkrone motorer.

Ja, disse maskinene er billigere, men de har sine ulemper, og alle menneskene som har testet flere påfølgende akselerasjoner med Model S vil fortelle deg hvordan ytelsen synker drastisk med hver iterasjon. Induksjonsprosessene og strømstrømmen fører til oppvarming, og når maskinen ikke avkjøles under høy belastning, akkumuleres varme og dens evner reduseres betydelig. For beskyttelsesformål reduserer elektronikken mengden strøm og akselerasjonsytelsen blir dårligere. Og en ting til - for å brukes som generator, må induksjonsmotoren magnetiseres - det vil si å "passere" startstrømmen gjennom statoren, som genererer feltet og strømmen i rotoren for å starte prosessen. Da kan han mate seg selv.

Asynkrone eller synkrone motorer

Synkrone enheter har betydelig høyere effektivitet og effekttetthet. En betydelig forskjell mellom en induksjonsmotor er at magnetfeltet i rotoren ikke induseres av interaksjon med statoren, men er et resultat av strømmen som strømmer gjennom de ekstra viklingene som er installert i den, eller permanente magneter. Dermed er feltet i rotoren og feltet i statoren synkront, men maksimal motorhastighet avhenger også av rotasjonen av feltet, henholdsvis på strømfrekvensen og belastningen. For å unngå behov for ekstra strømforsyning til viklingene, noe som øker strømforbruket og kompliserer strømstyringen, brukes elektriske motorer med den såkalte konstante eksitasjonen i moderne elektriske kjøretøyer og hybridmodeller. med permanente magneter. Som allerede nevnt bruker nesten alle produsenter av slike kjøretøy i dag enheter av denne typen, derfor vil det ifølge mange eksperter fortsatt være et problem med mangel på dyre sjeldne jordarter neodymium og dysprosium. Å redusere bruken er en del av etterspørselen fra ingeniører på dette feltet.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Utformingen av rotorkjernen gir det største potensialet for å forbedre ytelsen til en elektrisk maskin.
Det finnes ulike teknologiske løsninger med overflatemonterte magneter, skiveformet rotor, med innebygde magneter. Interessant her er Teslas løsning, som bruker den nevnte teknologien kalt Switched Reluctance Motor for å drive Model 3s bakaksel. "Reluktans", eller magnetisk motstand, er et begrep som er motsatt av magnetisk ledningsevne, som ligner på elektrisk motstand og elektrisk ledningsevne til materialer. Motorer av denne typen bruker det fenomenet at magnetisk fluks har en tendens til å passere gjennom den delen av materialet med minst magnetisk motstand. Som et resultat forskyver den fysisk materialet den strømmer gjennom for å passere gjennom delen med minst motstand. Denne effekten brukes i en elektrisk motor for å skape en rotasjonsbevegelse - for dette veksler materialer med forskjellig magnetisk motstand i rotoren: harde (i form av ferritt-neodymskiver) og myke (stålskiver). I et forsøk på å passere gjennom materiale med lavere motstand, roterer den magnetiske fluksen fra statoren rotoren til den er posisjonert for å gjøre det. Med strømstyring roterer feltet hele tiden rotoren i en komfortabel posisjon. Det vil si at rotasjonen ikke initieres i en slik grad av samspillet mellom de magnetiske feltene som feltets tendens til å strømme gjennom materialet med minst motstand og den resulterende effekten av rotasjonen av rotoren. Ved å alternere ulike materialer reduseres antallet dyre komponenter.

Avhengig av designet endres effektivitetskurven og dreiemomentet med motorturtallet. I utgangspunktet har induksjonsmotoren den laveste effektiviteten, og den høyeste har overflatemagneter, men i sistnevnte avtar den kraftig med hastigheten. BMW i3-motoren har en unik hybridkarakter, takket være et design som kombinerer permanente magneter og «motvilje»-effekten beskrevet ovenfor. Dermed oppnår den elektriske motoren de høye nivåene av konstant kraft og dreiemoment som er karakteristisk for maskiner med en elektrisk eksitert rotor, men har betydelig mindre vekt enn dem (sistnevnte er effektive på mange måter, men ikke med tanke på vekt). Etter alt dette er det klart at effektiviteten synker ved høye hastigheter, og det er grunnen til at flere og flere produsenter sier at de vil fokusere på to-trinns girkasser for elektriske motorer.

Spørsmål og svar:

Hvilke motorer bruker Tesla? Alle Tesla-modeller er elektriske kjøretøy, så de er utelukkende utstyrt med elektriske motorer. Nesten hver modell vil ha en 3-fase AC induksjonsmotor under panseret.

Hvordan fungerer en Tesla-motor? En asynkron elektrisk motor fungerer på grunn av forekomsten av en EMF på grunn av rotasjonen i en stasjonær stator av et magnetisk felt. Reversering er gitt av polaritetsreversering på startspolene.

Hvor er Tesla-motoren plassert? Tesla-biler er bakhjulsdrevne. Derfor er motoren plassert mellom bakakselakslene. Motoren består av en rotor og stator, som kun kommer i kontakt med hverandre via lagre.

Hvor mye veier en Tesla-motor? Vekten på den sammensatte elektriske motoren for Tesla-modeller er 240 kilo. I utgangspunktet brukes én motormodifikasjon.