Електрична машина никола тесла

Електродвигуни набагато ефективніше двигунів внутрішнього згоряння. Чому і коли

Основна істина полягає в тому, що проблеми електромобілів пов'язані з джерелом енергії, але їх можна розглядати з іншого погляду. Як і багато речей у житті, які ми сприймаємо як належне, електродвигун та система управління в електромобілях вважаються найбільш ефективним та надійним пристроєм у цих машинах. Однак, щоб досягти такого стану речей, вони пройшли довгий шлях в еволюції – від виявлення зв'язку між електрикою та магнетизмом до його ефективного перетворення на механічну силу. Цю тему часто недооцінюють у контексті розмов про технологічний розвиток двигуна внутрішнього згоряння, але стає все більш необхідним розповісти більше про машину, яка називається електродвигуном.

Один або два мотора

Якщо ви подивитеся на графік продуктивності електродвигуна, незалежно від його типу, ви помітите, що його ККД складає більше 85 відсотків, часто більше 90 відсотків, і що він має найвищий ККД при рівні навантаження близько 75 відсотків. максимум. Зі збільшенням потужності та розмірів електродвигуна, відповідно, розширюється діапазон ККД, де він може досягти свого максимуму ще раніше – іноді при навантаженні 20 відсотків. Однак монета має й іншу сторону – незважаючи на розширений діапазон вищої ефективності, використання дуже потужних двигунів з дуже низьким навантаженням може знову призвести до частого входу в зону з низькою ефективністю. Отже, рішення щодо розміру, потужності, кількості (одного чи двох) та використання (одного чи двох залежно від навантаження) електродвигунів є процесами, які є частиною проектних робіт під час конструювання автомобіля. У цьому контексті зрозуміло, чому краще мати два двигуни замість дуже потужного, а саме щоб він не часто входив у зони з низьким ККД, і через можливість його відключення при низьких навантаженнях. Тому при частковому навантаженні, наприклад, Tesla Model 3 Performance використовується тільки задній двигун. У менш потужних версіях він є єдиним, а в динамічніших версіях асинхронний з'єднаний з передньою віссю. Це ще одна перевага електромобілів - потужність може бути збільшена легше, режими використовуються в залежності від вимог ефективності, а побічним ефектом є подвійна трансмісія. Однак нижчий ККД при низькому навантаженні не перешкоджає тому факту, що, на відміну від двигуна внутрішнього згоряння, електродвигун створює тягу на нульовій швидкості завдяки своєму принципово іншому принципу роботи та взаємодії між магнітними полями навіть у таких умовах. Вищезгаданий факт ефективності лежить в основі конструкції двигуна та режимів роботи – як ми вже говорили, двигун збільшеного розміру, який безперервно працює в режимах низького навантаження, був би неефективним.

З швидким розвитком електричної мобільності, різноманітність з погляду виробництва двигунів розширюється. Розробляються нові та нові угоди та домовленості, відповідно до яких деякі виробники, такі як BMW та VW, проектують та виробляють свої власні машини, інші купують акції у компаніях, пов'язаних з цим бізнесом, а треті передають на аутсорсинг таким постачальникам, як Bosch. У більшості випадків, якщо ви прочитаєте характеристики моделі з електричним живленням, ви виявите, що її двигун є синхронним з постійним магнітом змінного струму. Тим не менш, піонер Tesla використовує інші рішення в цьому напрямі – асинхронні двигуни у всіх попередніх моделях та поєднання асинхронних та так званих. «Двигун з перемиканням опору як привод заднього моста в моделі 3 Performance. У більш дешевих версіях тільки із заднім приводом він єдиний. Audi також використовує асинхронні двигуни для q-tron моделі і комбінацію синхронних і асинхронних двигунів для очікуваного e-tron Q4. Про що це насправді?

Електрична машина никола тесла

Той факт, що Нікола Тесла винайшов асинхронний або, іншими словами, «асинхронний» електродвигун (ще в кінці 19-го століття), не має прямого зв'язку з тим фактом, що моделі Tesla Motors є одними з небагатьох автомобілів, що приводяться в дію такою машиною . Фактично, принцип роботи двигуна Тесла став більш популярним в 60-х роках, коли напівпровідникові прилади поступово з'явилися під сонцем, і американський інженер Алан кокон розробив портативні напівпровідникові інвертори, які можуть перетворювати постійний струм (DC) батареї в змінний струм (AC), як потрібно для асинхронного двигуна, і навпаки (в процесі відновлення). Ця комбінація інвертора (також відомого як інженерний трансвертера) і електродвигуна, розробленого компанією Coconi, стала основою для створення горезвісного GM EV1 і в більш досконалої формі спортивного tZERO. За аналогією з пошуком японських інженерів з Toyota в процесі створення Prius і відкриття патенту компанії TRW, творці Tesla виявили автомобіль tZERO. Зрештою, вони купили ліцензію tZero і використовували її для створення родстера.
Найбільшою перевагою асинхронного двигуна є те, що він не використовує постійні магніти і не потребує дорогих або рідкісних металах, які також часто видобуваються в умовах, які створюють моральні дилеми для споживачів. Однак як асинхронні, так і синхронні двигуни з постійними магнітами в повній мірі використовують технологічні досягнення в напівпровідникових пристроях, а також в створенні МОП-транзисторів з польовим транзистором і більш пізніх транзисторів з біполярної ізоляцією (IGBT). Саме цей прогрес дозволяє створювати згадані компактні інверторні пристрою і взагалі всю силову електроніку в електромобілях. Той факт, що здатність ефективно перетворювати батареї постійного струму в трифазні змінні і навпаки багато в чому обумовлена ​​досягненнями в технології управління, може здатися тривіальним, але слід враховувати, що величина струму в силовій електроніці досягає рівнів у багато разів вище, ніж зазвичай у побутовій електричної мережі, і часто значення перевищують 150 ампер. Це генерує велику кількість тепла, з яким силова електроніка повинна мати справу.

Але повернемося до питання електродвигунів. Як і двигуни внутрішнього згоряння, їх можна розділити на різні кваліфікаційні параметри, і «синхронізація» є одним з них. Фактично, це є наслідком набагато важливішого іншого конструктивного підходу з точки зору генерації і взаємодії магнітних полів. Незважаючи на те, що джерелом електрики в особі батареї є постійний струм, конструктори електричних систем навіть не думають використовувати електродвигуни постійного струму. Навіть беручи до уваги втрати від перетворень, блоки змінного струму і особливо синхронні блоки виграють конкуренцію з елементами постійного струму. Так що ж насправді означає синхронний або асинхронний двигун?

автокомпанія електродвигунів

Як синхронні, так і асинхронні двигуни відносяться до типу електричних машин з обертовим магнітним полем, які мають більш високу щільність потужності. Загалом, асинхронний ротор складається з простого пакету суцільних листів, металевих стрижнів з алюмінію або міді (все частіше використовується останнім часом) з котушками в замкнутому контурі. Струм тече в обмотках статора в протилежних парах, причому струм з однієї з трьох фаз тече в кожній парі. Так як в кожному з них він зрушений по фазі на 120 градусів щодо іншого, так званий обертове магнітне поле. Перетин обмоток ротора лініями магнітного поля від поля, створюваного статором, призводить до протікання струму в роторі, аналогічного взаємодії на трансформаторі.
Результуюче магнітне поле взаємодіє з «обертовим» в статорі, що призводить до механічного захоплення ротора і подальшого обертанню. Однак з цим типом електродвигуна ротор завжди відстає від поля, тому що якщо немає відносного руху між полем і ротором, магнітне полі не буде індуковано в роторі. Таким чином, рівень максимальної швидкості визначається частотою струму харчування і навантаженням. Однак через більш високу ефективність синхронних двигунів більшість виробників дотримуються їх, але за деякими з вищевказаних причин Тесла залишається прихильником асинхронних.

Так, ці машини дешевші, але у них є свої недоліки, і всі люди, які тестували кілька послідовних прискорень із Model S, скажуть вам, як різко знижується продуктивність з кожним повторенням. Процеси індукції та протікання струму призводять до нагрівання, і коли при високому навантаженні машина не охолоджується, тепло накопичується та його можливості значно знижуються. З метою захисту електроніка зменшує величину струму, а характеристики прискорення погіршуються. І ще одна річ – для використання як генератор асинхронний двигун повинен бути намагнічений – тобто, щоб «пропустити» початковий струм через статор, який генерує поле і струм у роторі, щоб почати процес. Потім він може прогодувати себе.

Асинхронні або синхронні двигуни

Синхронні блоки мають значно вищу ефективність і питому потужність. Істотна відмінність асинхронного двигуна полягає в тому, що магнітне поле в роторі не індуцируется взаємодією зі статором, а є результатом струму, що протікає через встановлені в ньому додаткові обмотки, або постійних магнітів. Таким чином, поле в роторі і поле в статорі є синхронними, але максимальна швидкість двигуна також залежить від обертання поля, відповідно від поточної частоти і навантаження. Щоб уникнути необхідності додаткового харчування обмоток, що збільшує споживання електроенергії і ускладнює управління струмом, в сучасних електромобілях і гібридних моделях використовуються електродвигуни з т. Зв постійне порушення, тобто з постійними магнітами. Як уже згадувалося, майже всі виробники таких автомобілів в даний час використовують агрегати такого типу, тому, на думку багатьох експертів, все ще буде виникати проблема з нестачею дорогих рідкоземельних елементів неодиму та диспрозия. Скорочення їх використання є частиною попиту інженерів в цій області.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Конструкція сердечника ротора дає найбільші можливості для підвищення продуктивності електричної машини.
Існують різні технологічні рішення з поверхневим монтажем магнітів, дисковою формою ротора, із внутрішньо вбудованими магнітами. Тут цікавим є рішення Tesla, в якому для керування заднім мостом моделі 3 використовується вищезгадана технологія, звана двигуном з опором, що перемикається. «Небажання», або магнітний опір, є терміном, протилежним магнітній провідності, подібним до електричного опору та електричної провідності матеріалів. У двигунах цього використовується явище, у якому магнітний потік має тенденцію проходити через частину матеріалу з найменшим магнітним опором. В результаті він фізично витісняє матеріал, через який він протікає, щоб пройти через деталь з найменшим опором. Цей ефект використовується в електродвигуні для створення обертального руху – для цього в роторі чергуються матеріали з різним магнітним опором: тверді (у вигляді неодимових феритових дисків) і м'які (сталеві диски). У спробі пройти через матеріал з нижчим опором магнітний потік від статора обертає ротор до тих пір, поки він не буде розташований так, щоб це сталося. При поточному контролі поле постійно обертає ротор у зручному положенні. Тобто обертання не ініціюється настільки взаємодією магнітних полів, як схильність поля текти через матеріал з найменшим опором і ефект обертання ротора, що виникає. Чергуючи різні матеріали, кількість дорогих компонентів зменшується.

Залежно від конструкції крива ефективності і момент, що крутить, змінюються в залежності від частоти обертання двигуна. Спочатку найнижчий ККД у асинхронного двигуна, а найвищий – у поверхневих магнітів, але в останньому він різко зменшується зі швидкістю. Двигун BMW i3 має унікальний гібридний характер, завдяки дизайну, який поєднує в собі постійні магніти та ефект «небажання», описаний вище. Таким чином, електродвигун досягає високих рівнів постійної потужності і моменту, що крутить, характерних для машин з електричним збудженням ротора, але має значно меншу вагу, ніж їх (останні ефективні в багатьох відносинах, але не з точки зору ваги). Після цього стає ясно, що ефективність знижується на високих швидкостях, і тому все більше і більше виробників говорять, що вони зосередяться на двошвидкісних трансмісіях для електродвигунів.

Питання та відповіді:

Які двигуни використовує Тесла? Усі моделі марки Tesla – електромобілі, тому вони оснащуються виключно електродвигунами. Під капотом практично кожної моделі стоятиме 3-фазний асинхронний двигун змінного струму.

Як працює двигун Тесла? Асинхронний електромотор працює за рахунок виникнення ЕРС завдяки обертанню в нерухомому статорі магнітного поля. Задній хід забезпечується перемиканням полярності на стартерних котушках.

Де розташований двигун Тесла? Автомобілі Тесла задньопривідні. Тому двигун розташовується між задніми півосями. Двигун складається з ротора та статора, які контактують один з одним лише через підшипники.

Скільки важить двигун Тесла? Вага зібраного електричного двигуна для моделей Tesla становить 240 кілограм. Здебільшого використовується одна модифікація двигунів.