Никола Тесла электр машинасы

Электр қозғалтқыштары ішкі жану қозғалтқыштарына қарағанда әлдеқайда тиімді. Неге және қашан

Негізгі шындық - электр көліктерінің проблемалары энергия көзіне байланысты, бірақ оларды басқа көзқараспен қарауға болады. Біз өмірдегі көптеген нәрселер сияқты, электрлік көліктердегі электр қозғалтқышы мен басқару жүйесі осы көліктердегі ең тиімді және сенімді құрылғы болып саналады. Дегенмен, бұл жағдайға жету үшін олар эволюцияның ұзақ жолын өтті - электр және магнетизм арасындағы байланысты ашудан оның механикалық күшке тиімді айналуына дейін. Бұл тақырып көбінесе іштен жанатын қозғалтқыштың технологиялық дамуы туралы әңгімелесу аясында бағаланбайды, бірақ электр қозғалтқышы деп аталатын машина туралы көбірек айту қажет.

Бір немесе екі мотор

Электр қозғалтқышының өнімділік графигіне қарасаңыз, оның түріне қарамастан, оның 85 пайыздан астам тиімді екенін, көбінесе 90 пайыздан жоғары екенін және шамамен 75 пайыз жүктеме кезінде ең тиімді екенін байқайсыз. максимум. Электр қозғалтқышының қуаты мен көлемі ұлғайған сайын тиімділік ауқымы сәйкесінше кеңейеді, мұнда ол ең жоғары деңгейге тіпті ертерек жетуі мүмкін - кейде 20 пайыздық жүктеме кезінде. Дегенмен, монетаның басқа жағы бар - жоғары тиімділіктің кеңейтілген диапазонына қарамастан, өте төмен жүктемесі бар өте қуатты қозғалтқыштарды пайдалану қайтадан төмен тиімділік аймағына жиі кіруге әкелуі мүмкін. Сондықтан электр қозғалтқыштарының көлеміне, қуатына, санына (бір немесе екі) және қолданылуына (жүктемеге байланысты бір немесе екі) қатысты шешімдер автомобильді құрастырудағы жобалау жұмыстарының бөлігі болып табылатын процестер болып табылады. Бұл тұрғыда неліктен өте қуатты қозғалтқыштың орнына екі қозғалтқыштың болғаны жақсы екені түсінікті, атап айтқанда, тиімділігі төмен аймақтарға жиі кірмейтіндіктен және оны төмен жүктемелерде өшіру мүмкіндігіне байланысты. Сондықтан, ішінара жүктеме кезінде, мысалы, Tesla Model 3 Performance-де тек артқы қозғалтқыш қолданылады. Аз қуатты нұсқаларда ол жалғыз, ал динамикалық нұсқаларда асинхронды алдыңғы оське қосылады. Бұл электрлік көліктердің тағы бір артықшылығы - қуатты оңайырақ арттыруға болады, тиімділік талаптарына байланысты режимдер пайдаланылады, ал қосарлы қуат беру - пайдалы жанама әсер. Дегенмен, төмен жүктеме кезіндегі төмен ПӘК ішкі жану қозғалтқышынан айырмашылығы, электр қозғалтқышы оның жұмыс принципі және магнит өрістері арасындағы өзара әрекеттесу принципі бойынша нөлдік жылдамдықта нөлдік жылдамдықта күш тудыратын фактіні болдырмайды. Жоғарыда айтылған тиімділік фактісі қозғалтқыштың дизайны мен жұмыс режимдерінің негізінде жатыр - жоғарыда айтқанымыздай, аз жүктемеде үздіксіз жұмыс істейтін үлкен қозғалтқыш тиімсіз болады.

Электрлік ұтқырлықтың қарқынды дамуымен мотор өндірісі бойынша әртүрлілік кеңейеді. Көбірек келісімдер мен келісімдер әзірленуде, соның арқасында BMW және VW сияқты кейбір өндірушілер өздерінің автокөліктерін жобалайды және шығарады, басқалары осы бизнеске қатысты компаниялардың акцияларын сатып алады, ал үшіншілері Bosch сияқты жеткізушілерге аутсорсинг жасайды. Көптеген жағдайларда, егер сіз электр қуатымен жұмыс істейтін модельдің сипаттамаларын оқысаңыз, оның қозғалтқышы «айнымалы ток тұрақты магнит синхронды» екенін көресіз. Дегенмен, Tesla пионері осы бағытта басқа шешімдерді пайдаланады - барлық алдыңғы үлгілердегі асинхронды қозғалтқыштар және асинхронды және деп аталатын комбинациясы. «3 Performance моделіндегі артқы осьтің жетегі ретінде кедергіні ауыстыратын қозғалтқыш. Тек артқы жетегі бар арзанырақ нұсқаларда бұл жалғыз. Audi сонымен қатар q-tron үлгісі үшін асинхронды қозғалтқыштарды және алдағы e-tron Q4 үшін синхронды және асинхронды қозғалтқыштардың комбинациясын пайдаланады. Бұл шынымен не туралы?

Никола Тесла электр машинасы

Никола Тесла асинхронды немесе басқаша айтқанда «асинхронды» электр қозғалтқышын ойлап тапқаны (19 ғасырдың аяғында) Tesla Motors модельдерінің мұндай машинамен жұмыс істейтін санаулы машиналардың бірі екендігіне тікелей қатысы жоқ. .... Шындығында, Tesla қозғалтқышының жұмыс принципі 60 -шы жылдары жартылай өткізгіш қондырғылар күн астында біртіндеп пайда болған кезде танымал болды, ал американдық инженер Алан Кокони тұрақты ток (тұрақты ток) батареяларын айнымалы токқа (айнымалы токқа) айналдыра алатын портативті жартылай өткізгіш инверторлар жасады. ) асинхронды қозғалтқыш үшін қажет болғанда және керісінше (қалпына келтіру процесінде). Кокони әзірлеген инвертор (инженерлік түрлендіргіш ретінде де белгілі) мен электр қозғалтқышының бұл комбинациясы атақты GM EV1 -ге және нақтырақ айтқанда, спорттық tZERO -ға негіз болды. Prius құру мен TRW патентін ашу барысында Toyota -дан жапондық инженерлерді іздеуге ұқсас, Tesla құрушылары tZERO автокөлігін тапты. Ақырында, олар tZero лицензиясын сатып алып, оны родстер жасау үшін қолданды.
Индукциялық қозғалтқыштың ең үлкен артықшылығы - ол тұрақты магниттерді пайдаланбайды және қымбат немесе сирек кездесетін металдарды қажет етпейді, олар сонымен бірге тұтынушылар үшін моральдық дилемма туғызатын жағдайларда жиі алынады. Алайда, асинхронды және тұрақты магнитті синхронды қозғалтқыштар жартылай өткізгіш құрылғылардағы технологиялық жетістіктерді, сонымен қатар өріс эффектісі транзисторлары бар MOSFET-ті және кейінгі биполярлы оқшаулау транзисторларын (IGBTs) құруда толық қолданады. Дәл осы прогресс жоғарыда аталған ықшам инвертор құрылғыларын және жалпы электромобильдерде барлық электрлік электроникаларды жасауға мүмкіндік береді. Тұрақты токты 150 фазалық айнымалы аккумуляторларға тиімді түрде айналдыру мүмкіндігі керісінше болып көрінуі мүмкін және керісінше басқару технологиясының жетілуіне байланысты, бірақ электрлік электр тогы үй шаруашылығында әдеттегіден бірнеше есе жоғары деңгейге жететінін есте ұстаған жөн. электр желісі, және көбінесе мәндер XNUMX амперден асады. Бұл электрлік электроникамен айналысу керек көп мөлшерде жылу шығарады.

Бірақ электр қозғалтқыштары мәселесіне қайта оралсақ. Ішкі жану қозғалтқыштары сияқты, оларды әртүрлі біліктілікке бөлуге болады, ал «уақыт» - солардың бірі. Шындығында, бұл магниттік өрістердің пайда болуы мен өзара әрекеттесуі тұрғысынан анағұрлым маңызды әртүрлі конструктивті тәсілдердің салдары. Батареяның адамындағы электр көзі тікелей ток болғанына қарамастан, электр жүйелерінің дизайнерлері тұрақты токтың қозғалтқыштарын пайдалану туралы ойланбайды. Конверсия шығындарын есепке алсақ, айнымалы ток және әсіресе синхронды қондырғылар тұрақты ток элементтерімен бәсекеден озып кетеді. Сонымен синхронды немесе асинхронды қозғалтқыш нені білдіреді?

Электрлік автомобильдер компаниясы

Синхронды да, асинхронды қозғалтқыштар да жоғары тығыздыққа ие айналмалы магнит өрісі электр машиналарының түріне жатады. Тұтастай алғанда, индукциялық ротор қарапайым қабықтан, алюминийден немесе мыстан жасалған металл шыбықтардан тұрады (соңғы жылдары кеңінен қолданылады) тұйық циклдегі катушкалар. Статор орамаларындағы ағымдар қарама-қарсы жұптарда, әр жұпта үш фазаның біреуінен ток өтеді. Өйткені олардың әрқайсысында ол айналмалы магнит өрісі деп аталатын фазаға басқаларына қарағанда 120 градусқа ауысады. Ротор орамаларының магнит өрісінің сызықтарымен қиылысуы статор жасаған өрістен трансформатордағы өзара әрекеттесуге ұқсас ротордағы ток ағымына әкеледі.
Алынған магнит өрісі статордағы «айналумен» әрекеттеседі, бұл ротордың механикалық тартылуына және одан кейін айналуына әкеледі. Алайда, электр қозғалтқышының бұл түрімен ротор әрдайым өрістен артта қалады, өйткені өріс пен ротордың арасында салыстырмалы қозғалыс болмаса, роторда ешқандай магнит өрісі пайда болмайды. Осылайша, жылдамдықтың максималды деңгейі жеткізу тогының жиілігі мен жүктеме бойынша анықталады. Алайда, синхронды қозғалтқыштардың жоғары тиімділігіне байланысты өндірушілердің көпшілігі оларға жабысады, бірақ жоғарыда аталған кейбір себептерге байланысты Tesla асинхронды қозғалтқыштардың жақтаушысы болып қала береді.

Иә, бұл машиналар арзанырақ, бірақ олардың кемшіліктері бар және Model S көмегімен бірнеше дәйекті жеделдетулерді сынаған барлық адамдар әр итерацияда өнімділіктің қалай күрт төмендейтінін айтып береді. Индукция процестері және ток ағыны қыздыруға әкеледі, ал машина үлкен жүктемеде салқындатылмаса, жылу жиналады және оның мүмкіндіктері айтарлықтай төмендейді. Қорғау мақсатында электроника ток мөлшерін азайтады және жеделдету өнімділігі төмендейді. Және тағы бір нәрсе - генератор ретінде пайдалану үшін асинхронды қозғалтқыш магниттелген болуы керек - яғни процесті бастау үшін ротордағы өріс пен токты тудыратын статор арқылы бастапқы токты «өткізу». Содан кейін ол өзін тамақтандырады.

Асинхронды немесе синхронды қозғалтқыштар

Синхронды қондырғылардың тиімділігі мен қуаттылығы едәуір жоғары. Индукциялық қозғалтқыштың айтарлықтай айырмашылығы - ротордағы магнит өрісі статормен өзара әрекеттескенде емес, оған орнатылған қосымша орамалар немесе тұрақты магниттер арқылы өтетін токтың нәтижесі. Осылайша, ротордағы өріс және статордағы өріс синхронды, бірақ қозғалтқыштың максималды жылдамдығы өрістің айналуына, сәйкесінше, ағымдағы жиілікке және жүктемеге байланысты болады. Қуатты тұтынуды арттыратын және ағымдық басқаруды қиындататын орамаларға қосымша қуат беру қажеттілігін болдырмау үшін қазіргі электромобильдерде және гибридті модельдерде тұрақты қоздыру деп аталатын электр қозғалтқыштары қолданылады. тұрақты магниттермен. Жоғарыда айтылғандай, қазіргі кезде мұндай көлік құралдарын өндірушілердің барлығы дерлік осы типтегі агрегаттарды қолданады, сондықтан көптеген сарапшылардың пікірінше, сирек кездесетін жердегі неодимий мен диспросийдің жетіспеушілігі проблемасы бар. Оларды пайдалануды азайту - осы саладағы инженерлердің сұранысының бір бөлігі.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Ротор өзегінің дизайны электр машинасының жұмысын жақсартудың үлкен мүмкіндіктерін ұсынады.
Үстіне орнатылған магниттері бар, диск тәрізді роторы бар, ішіне орнатылған магниттері бар әртүрлі технологиялық шешімдер бар. Бұл жерде қызық Тесла шешімі болып табылады, ол модель 3-тің артқы осін басқару үшін жоғарыда аталған коммутациялық құлықсыз қозғалтқыш деп аталатын технологияны пайдаланады. «Қалаусыздық» немесе магниттік қарсылық — материалдардың электрлік кедергісі мен электр өткізгіштігіне ұқсас магнит өткізгіштікке қарама-қарсы термин. Бұл түрдегі қозғалтқыштар магниттік ағынның ең аз магниттік кедергісі бар материал бөлігінен өтуге бейім болатын құбылысты пайдаланады. Нәтижесінде ең аз кедергісі бар бөліктен өту үшін ол ағып жатқан материалды физикалық түрде ығыстырады. Бұл әсер электр қозғалтқышында айналмалы қозғалысты жасау үшін қолданылады - бұл үшін роторда әртүрлі магниттік кедергісі бар материалдар кезектесіп отырады: қатты (феррит неодим дискілері түрінде) және жұмсақ (болат дискілер). Төменгі кедергісі бар материалдан өту әрекеті кезінде статордан келетін магнит ағыны роторды ол орынға қойылғанша айналдырады. Ағымды басқару арқылы өріс үнемі роторды ыңғайлы күйде айналдырады. Яғни, айналу магнит өрістерінің өзара әрекеттесуімен өрістің ең аз кедергісі бар материал арқылы өту үрдісі және ротордың айналуының нәтижелі әсері сияқты дәрежеде басталмайды. Әртүрлі материалдарды ауыстыра отырып, қымбат компоненттердің саны азаяды.

Конструкцияға байланысты тиімділік қисығы мен айналу моменті қозғалтқыш жылдамдығымен өзгереді. Бастапқыда асинхронды қозғалтқыштың тиімділігі ең төмен, ал ең жоғарысы беткі магниттерге ие, бірақ соңғысында ол жылдамдықпен күрт төмендейді. BMW i3 қозғалтқышы тұрақты магниттерді біріктіретін дизайн мен жоғарыда сипатталған «құлықсыздық» әсерінің арқасында бірегей гибридті сипатқа ие. Осылайша, электр қозғалтқышы электр қозғаушы роторы бар машиналарға тән, бірақ олардан айтарлықтай аз салмаққа ие тұрақты қуат пен моменттің жоғары деңгейіне жетеді (соңғылары көптеген көрсеткіштер бойынша тиімді, бірақ салмақ бойынша емес). Осының бәрінен кейін жоғары жылдамдықта тиімділік төмендейтіні анық, сондықтан көбірек өндірушілер электр қозғалтқыштары үшін екі жылдамдықты беріліс қорабына назар аударатындарын айтады.

Сұрақтар мен жауаптар:

Tesla қандай қозғалтқыштарды пайдаланады? Tesla-ның барлық модельдері электрлік көліктер болып табылады, сондықтан олар тек электр қозғалтқыштарымен жабдықталған. Әрбір дерлік модельде сорғыштың астында 3 фазалы айнымалы ток асинхронды қозғалтқышы болады.

Tesla қозғалтқышы қалай жұмыс істейді? Асинхронды электр қозғалтқышы магнит өрісінің статорында айналу нәтижесінде ЭҚК пайда болуына байланысты жұмыс істейді. Кері қозғалыс стартер катушкаларында полярлықты өзгерту арқылы қамтамасыз етіледі.

Tesla қозғалтқышы қайда орналасқан? Tesla көліктері артқы жетекті. Сондықтан қозғалтқыш артқы ось біліктерінің арасында орналасқан. Қозғалтқыш ротор мен статордан тұрады, олар тек мойынтіректер арқылы бір-бірімен байланысады.

Tesla қозғалтқышының салмағы қанша? Tesla модельдері үшін жиналған электр қозғалтқышының салмағы 240 келі. Негізінде бір қозғалтқыш модификациясы қолданылады.