Nikola Tesla elbil

Elektriske motorer er meget mere effektive end forbrændingsmotorer. Hvorfor og hvornår

Den grundlæggende sandhed er, at problemerne med elektriske køretøjer er relateret til energikilden, men de kan ses fra et andet perspektiv. Som mange ting i livet, som vi tager for givet, betragtes elmotoren og styresystemet i elektriske køretøjer som den mest effektive og pålidelige enhed i disse køretøjer. Men for at opnå denne tilstand er de nået langt i udviklingen - fra at opdage sammenhængen mellem elektricitet og magnetisme til dens effektive transformation til en mekanisk kraft. Dette emne bliver ofte undervurderet i forbindelse med at tale om den teknologiske udvikling af forbrændingsmotoren, men det bliver mere og mere nødvendigt at tale mere om maskinen kaldet elmotoren.

En eller to motorer

Hvis man ser på ydelsesgrafen for en elektrisk motor, uanset dens type, vil man bemærke, at den er over 85 procent effektiv, ofte over 90 procent, og at den er mest effektiv ved omkring 75 procent belastning. maksimum. Efterhånden som elmotorens effekt og størrelse øges, udvides effektivitetsområdet tilsvarende, hvor den kan nå sit maksimum endnu tidligere - nogle gange ved 20 procents belastning. Der er dog en anden side af medaljen - på trods af det udvidede udvalg af højere effektivitet, kan brugen af ​​meget kraftige motorer med meget lav belastning igen føre til hyppig indtræden i laveffektivitetszonen. Derfor er beslutninger vedrørende størrelse, effekt, antal (en eller to) og brug (en eller to afhængig af belastningen) af elektriske motorer processer, der indgår i designarbejdet i konstruktionen af ​​en bil. I denne sammenhæng er det forståeligt, hvorfor det er bedre at have to motorer i stedet for en meget kraftig, nemlig så den ikke ofte kommer ind i områder med lav effektivitet, og på grund af muligheden for at lukke den ned ved lav belastning. Derfor er det ved delvis belastning, for eksempel i Tesla Model 3 Performance, kun den bagerste motor, der bruges. I mindre kraftfulde versioner er den den eneste, og i mere dynamiske versioner er den asynkrone forbundet med forakslen. Dette er en anden fordel ved elektriske køretøjer - kraften kan øges lettere, tilstande bruges afhængigt af effektivitetskravene, og dobbelte drivlinjer er en nyttig bivirkning. Den lavere effektivitet ved lav belastning forhindrer dog ikke det faktum, at en elektrisk motor, i modsætning til en forbrændingsmotor, genererer tryk ved nul hastighed på grund af dets fundamentalt forskellige princip for drift og interaktion mellem magnetiske felter selv under sådanne forhold. Det førnævnte faktum om effektivitet er kernen i motordesignet og driftstilstandene - som vi har sagt, ville en overdimensioneret motor, der kontinuerligt kører ved lav belastning, være ineffektiv.

Med den hurtige udvikling af elektrisk mobilitet udvides mangfoldigheden med hensyn til motorproduktion. Der udvikles flere og flere aftaler og arrangementer, hvor nogle producenter som BMW og VW designer og fremstiller deres egne biler, andre køber aktier i virksomheder relateret til denne forretning, og atter andre outsourcer til leverandører som Bosch. I de fleste tilfælde, hvis du læser specifikationerne for en elektrisk drevet model, vil du opdage, at dens motor er "AC permanent magnet synkron". Tesla-pioneren bruger dog andre løsninger i denne retning – asynkronmotorer i alle tidligere modeller og en kombination af asynkron og såkaldt. “Modstandsomskiftermotor som bagakseldrev i 3 Performance-modellen. I billigere versioner med kun baghjulstræk er den den eneste. Audi bruger også induktionsmotorer til q-tron-modellen og en kombination af synkron- og asynkronmotorer til den kommende e-tron Q4. Hvad handler det egentlig om?

Nikola Tesla elbil

Det faktum, at Nikola Tesla opfandt den asynkrone eller med andre ord den "asynkrone" elmotor (tilbage i slutningen af ​​19 -tallet) har ingen direkte forbindelse til, at Tesla Motors -modeller er en af ​​de få biler, der drives af en sådan maskine ... Faktisk blev driftsprincippet for Tesla -motoren mere populært i 60'erne, da halvlederenheder gradvist dukkede op under solen, og den amerikanske ingeniør Alan Coconi udviklede bærbare halvlederomformere, der kan konvertere jævnstrøm (DC) batterier til vekselstrøm (AC) ) som krævet for en induktionsmotor og omvendt (under genopretning). Denne kombination af en inverter (også kendt som en engineering transverter) og en elektrisk motor udviklet af Coconi blev grundlaget for den berygtede GM EV1 og, i en mere forfinet form, den sporty tZERO. Ligesom søgningen efter japanske ingeniører fra Toyota i processen med at oprette Prius og åbne TRW -patentet, opdagede Teslas skabere tZERO -bilen. Til sidst købte de en tZero -licens og brugte den til at bygge en roadster.
Den største fordel ved en induktionsmotor er, at den ikke bruger permanente magneter og ikke har brug for dyre eller sjældne metaller, som også ofte udvindes under forhold, der skaber moralske dilemmaer for forbrugerne. Imidlertid gør både asynkrone og permanente magnetiske synkronmotorer fuld brug af teknologiske fremskridt i halvlederanordninger samt i oprettelsen af ​​MOSFET'er med en felteffekttransistor og senere bipolære isolationstransistorer (IGBT'er). Det er denne fremgang, der gør det muligt at oprette de nævnte kompakte inverterapparater og generelt al kraftelektronik i elektriske køretøjer. Det kan virke trivielt, at evnen til effektivt at konvertere DC til 150-fase AC-batterier og vice versa stort set skyldes fremskridt inden for kontrolteknologi, men det skal huskes, at strømmen i kraftelektronik når niveauer, mange gange højere end normalt i husholdningen elektrisk netværk, og ofte overstiger værdierne XNUMX ampere. Dette genererer en stor mængde varme, som elelektronikken skal håndtere.

Men tilbage til spørgsmålet om elektriske motorer. Ligesom forbrændingsmotorer kan de kategoriseres i forskellige kvalifikationer, og "timing" er en af ​​dem. Faktisk er dette en konsekvens af en meget vigtigere anderledes konstruktiv tilgang med hensyn til generering og interaktion af magnetfelter. På trods af at kilden til elektricitet i batteriets person er jævnstrøm, tænker designere af elektriske systemer ikke engang på at bruge jævnstrømsmotorer. Selvom der tages hensyn til konverteringstab overgår AC-enheder og især synkrone enheder konkurrencen med DC-elementer. Så hvad betyder en synkron eller asynkron motor egentlig?

Elektrisk bilselskab

Både synkrone og asynkrone motorer er af den type roterende magnetfeltelektriske maskiner, der har en højere effekttæthed. Generelt består en induktionsrotor af en simpel stabel af faste plader, metalstænger lavet af aluminium eller kobber (i stigende grad brugt i de senere år) med spoler i en lukket sløjfe. Strøm flyder i statorviklingerne i modsatte par, med strøm fra en af ​​de tre faser, der flyder i hvert par. Da det i hver af dem forskydes i fase med 120 grader i forhold til den anden, det såkaldte roterende magnetfelt. Krydset mellem rotorviklingerne og linjer i magnetfeltet fra det felt, der er oprettet af statoren, fører til strømmen i rotoren, svarende til interaktionen på en transformer.
Det resulterende magnetfelt interagerer med "rotationen" i statoren, hvilket fører til mekanisk greb af rotoren og efterfølgende rotation. Ved denne type elektrisk motor hænger rotoren imidlertid altid bagefeltet, fordi hvis der ikke er nogen relativ bevægelse mellem feltet og rotoren, vil der ikke induceres noget magnetisk felt i rotoren. Det maksimale hastighedsniveau bestemmes således af frekvensen af ​​forsyningsstrømmen og belastningen. På grund af den højere effektivitet af synkronmotorer holder de fleste producenter sig fast ved dem, men af ​​nogle af de ovennævnte grunde forbliver Tesla en talsmand for asynkrone motorer.

Ja, disse maskiner er billigere, men de har deres ulemper, og alle de mennesker, der har testet flere successive accelerationer med Model S, vil fortælle dig, hvordan ydeevnen falder drastisk med hver iteration. Induktionsprocesserne og strømstrømmen fører til opvarmning, og når maskinen ikke afkøles under høj belastning, akkumuleres varme, og dens evner reduceres betydeligt. Af beskyttelsesformål reducerer elektronikken mængden af ​​strøm, og accelerationsydelsen forringes. Og en ting mere - for at blive brugt som generator, skal induktionsmotoren magnetiseres - det vil sige at "passere" startstrømmen gennem statoren, som genererer feltet og strømmen i rotoren for at starte processen. Så kan han brødføde sig selv.

Asynkrone eller synkrone motorer

Synkrone enheder har betydelig højere effektivitet og effekttæthed. En betydelig forskel mellem en induktionsmotor er, at magnetfeltet i rotoren ikke induceres af interaktion med statoren, men er resultatet af strømmen, der strømmer gennem de yderligere viklinger, der er installeret i den, eller permanente magneter. Feltet i rotoren og feltet i statoren er således synkront, men den maksimale motorhastighed afhænger også af henholdsvis feltets rotation af den aktuelle frekvens og belastning. For at undgå behovet for yderligere strømforsyning til viklingerne, hvilket øger strømforbruget og komplicerer strømstyringen, anvendes elektriske motorer med den såkaldte konstante excitation i moderne elektriske køretøjer og hybridmodeller. med permanente magneter. Som allerede nævnt bruger næsten alle producenter af sådanne køretøjer i øjeblikket enheder af denne type, og ifølge mange eksperter vil der derfor stadig være et problem med en mangel på dyre sjældne jordarter neodym og dysprosium. At reducere brugen er en del af efterspørgslen fra ingeniører på dette felt.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Konstruktionen af ​​rotorkernen giver det største potentiale til at forbedre ydelsen på en elektrisk maskine.
Der findes forskellige teknologiske løsninger med overflademonterede magneter, skiveformet rotor, med indvendigt indbyggede magneter. Interessant her er Teslas løsning, som bruger den førnævnte teknologi kaldet Switched Reluctance Motor til at drive Model 3'erens bagaksel. "Reluktans", eller magnetisk modstand, er et udtryk modsat magnetisk ledningsevne, svarende til elektrisk modstand og elektrisk ledningsevne af materialer. Motorer af denne type bruger det fænomen, at magnetisk flux har en tendens til at passere gennem den del af materialet med den mindste magnetiske modstand. Som et resultat forskyder den fysisk det materiale, den flyder igennem, for at passere gennem delen med mindst modstand. Denne effekt bruges i en elektrisk motor til at skabe en rotationsbevægelse - til dette veksler materialer med forskellig magnetisk modstand i rotoren: hårde (i form af ferrit-neodymskiver) og bløde (stålskiver). I et forsøg på at passere gennem materiale med lavere modstand roterer den magnetiske flux fra statoren rotoren, indtil den er positioneret til at gøre det. Med strømstyring roterer feltet konstant rotoren i en behagelig position. Det vil sige, at rotationen ikke initieres i en sådan grad af vekselvirkningen af ​​de magnetiske felter som feltets tendens til at strømme gennem materialet med den mindste modstand og den resulterende effekt af rotationen af ​​rotoren. Ved at veksle mellem forskellige materialer reduceres antallet af dyre komponenter.

Afhængigt af designet ændres effektivitetskurven og drejningsmomentet med motorhastigheden. I starten har induktionsmotoren den laveste virkningsgrad, og den højeste har overflademagneter, men i sidstnævnte falder den kraftigt med hastigheden. BMW i3-motoren har en unik hybridkarakter, takket være et design, der kombinerer permanente magneter og "modvilje"-effekten beskrevet ovenfor. Således opnår elmotoren de høje niveauer af konstant effekt og drejningsmoment, som er karakteristisk for maskiner med en elektrisk exciteret rotor, men har væsentlig mindre vægt end dem (sidstnævnte er effektive i mange henseender, men ikke vægtmæssigt). Efter alt dette er det klart, at effektiviteten falder ved høje hastigheder, hvorfor flere og flere producenter siger, at de vil fokusere på to-trins transmissioner til elmotorer.

Spørgsmål og svar:

Hvilke motorer bruger Tesla? Alle Tesla-modeller er elektriske køretøjer, så de er udelukkende udstyret med elmotorer. Næsten hver model vil have en 3-faset AC induktionsmotor under hætten.

Hvordan fungerer en Tesla-motor? En asynkron elektrisk motor virker på grund af forekomsten af ​​en EMF på grund af rotationen i en stationær stator af et magnetfelt. Omvendt vandring er tilvejebragt af polaritetsvending på startspolerne.

Hvor er Tesla-motoren placeret? Tesla-biler er baghjulstrukne. Derfor er motoren placeret mellem bagakslerne. Motoren består af en rotor og stator, som kun er i kontakt med hinanden gennem lejer.

Hvor meget vejer en Tesla-motor? Vægten af ​​den samlede elmotor til Tesla-modeller er 240 kg. Grundlæggende bruges en motormodifikation.