Nikola Tesla elektriese motor

Elektriese motors is baie doeltreffender as binnebrandenjins. Hoekom en wanneer

Die basiese waarheid is dat die probleme van elektriese voertuie verband hou met die energiebron, maar dit kan vanuit 'n ander perspektief beskou word. Soos baie dinge in die lewe wat ons as vanselfsprekend aanvaar, word die elektriese motor en beheerstelsel in elektriese voertuie beskou as die doeltreffendste en betroubaarste toestel in hierdie voertuie. Om hierdie toedrag van sake te bereik, het hulle egter 'n lang pad in evolusie gevorder – van die ontdekking van die verband tussen elektrisiteit en magnetisme tot die effektiewe transformasie daarvan in 'n meganiese krag. Hierdie onderwerp word dikwels onderskat in die konteks van praat oor die tegnologiese ontwikkeling van die binnebrandenjin, maar dit word toenemend nodig om meer te praat oor die masjien wat die elektriese motor genoem word.

Een of twee motors

As jy na die prestasiegrafiek van 'n elektriese motor kyk, ongeag die tipe, sal jy sien dat dit meer as 85 persent doeltreffend is, dikwels meer as 90 persent, en dat dit op sy doeltreffendste is teen ongeveer 75 persent lading. maksimum. Soos die krag en grootte van die elektriese motor toeneem, brei die omvang van doeltreffendheid dienooreenkomstig uit, waar dit sy maksimum selfs vroeër kan bereik – soms teen 20 persent lading. Daar is egter ’n ander kant aan die munt – ten spyte van die uitgebreide reeks van hoër doeltreffendheid, kan die gebruik van baie kragtige motors met ’n baie lae las weer daartoe lei dat gereelde toegang tot die lae doeltreffendheidsone betree word. Daarom is besluite oor die grootte, krag, aantal (een of twee) en gebruik (een of twee na gelang van die vrag) van elektriese motors prosesse wat deel uitmaak van die ontwerpwerk in die konstruksie van 'n motor. In hierdie konteks is dit verstaanbaar waarom dit beter is om twee motors in plaas van 'n baie kragtige een te hê, naamlik sodat dit nie dikwels gebiede met lae doeltreffendheid betree nie, en as gevolg van die moontlikheid om dit by lae vragte af te skakel. Daarom, by gedeeltelike vrag, byvoorbeeld, in die Tesla Model 3 Performance, word slegs die agterste enjin gebruik. In minder kragtige weergawes is dit die enigste, en in meer dinamiese weergawes is die asinchroniese een aan die vooras gekoppel. Dit is nog 'n voordeel van elektriese voertuie - krag kan makliker verhoog word, modusse word gebruik na gelang van doeltreffendheidvereistes, en dubbele kraglyne is 'n nuttige newe-effek. Die laer doeltreffendheid by lae las verhoed egter nie die feit dat, anders as 'n binnebrandenjin, 'n elektriese motor stukrag teen 'n nulspoed genereer as gevolg van sy fundamenteel verskillende werkingsbeginsel en interaksie tussen magnetiese velde selfs onder sulke toestande. Die bogenoemde feit van doeltreffendheid is die kern van die enjinontwerp en bedryfsmodusse - soos ons gesê het, sal 'n groot enjin wat voortdurend teen lae vrag loop, ondoeltreffend wees.

Met die vinnige ontwikkeling van elektriese mobiliteit brei die diversiteit in terme van motorproduksie uit. Al hoe meer ooreenkomste en reëlings word ontwikkel, waardeur sommige vervaardigers soos BMW en VW hul eie motors ontwerp en vervaardig, ander aandele koop in maatskappye wat met dié besigheid verband hou, en nog ander aan verskaffers soos Bosch uitkontrakteer. In die meeste gevalle, as jy die spesifikasies van 'n elektries aangedrewe model lees, sal jy vind dat sy motor "AC permanente magneet sinchroon" is. Die Tesla-pionier gebruik egter ander oplossings in hierdie rigting – asinchroniese motors in alle vorige modelle en ’n kombinasie van asinchrone en sg. “Weerstandskakelmotor as agterasaandrywing in die 3 Performance-model. In goedkoper weergawes met net agterwielaandrywing is dit die enigste een. Audi gebruik ook induksiemotors vir die q-tron-model en 'n kombinasie van sinchrone en asinchrone motors vir die komende e-tron Q4. Waaroor gaan dit regtig?

Nikola Tesla elektriese motor

Die feit dat Nikola Tesla die asynchrone of, met ander woorde, die "asynchrone" elektriese motor (in die laat 19de eeu) uitgevind het, het geen direkte verband daarmee dat Tesla Motors -modelle een van die min motors is wat deur so 'n masjien aangedryf word nie. . ... Trouens, die werkingsbeginsel van die Tesla -motor het in die 60's gewilder geword toe halfgeleiertoestelle geleidelik onder die son ontstaan ​​het, en die Amerikaanse ingenieur Alan Coconi ontwikkel draagbare halfgeleieromvormers wat gelykstroombatterye in wisselstroom (wisselstroom) kan omskakel ) soos benodig vir 'n induksiemotor, en omgekeerd (in die proses van herstel). Hierdie kombinasie van 'n omskakelaar (ook bekend as 'n ingenieurswisselaar) en 'n elektriese motor wat deur Coconi ontwikkel is, het die basis geword vir die berugte GM EV1 en, in 'n meer verfynde vorm, die sportiewe tZERO. Net soos die soektog na Japannese ingenieurs van Toyota in die proses om die Prius te skep en die TRW -patent oop te maak, het die skeppers van Tesla die tZERO -motor ontdek. Uiteindelik het hulle 'n tZero -lisensie gekoop en dit gebruik om 'n roadster te bou.
Die grootste voordeel van 'n induksiemotor is dat dit nie permanente magnete gebruik nie en nie duur of seldsame metale benodig nie, wat ook dikwels ontgin word in toestande wat morele dilemmas vir verbruikers skep. Beide asynchrone en permanente magneet-sinchrone motors benut egter die tegnologiese vooruitgang ten opsigte van halfgeleiertoestelle, sowel as die skepping van MOSFET's met veldeffektransistors en later bipolêre isolasietransistors (IGBT's). Dit is die vordering wat dit moontlik maak om die genoemde kompakte invertertoestelle en in die algemeen alle kragelektronika in elektriese voertuie te skep. Dit lyk dalk onbenullig dat die vermoë om DC effektief na 150-fase AC-batterye om te skakel en omgekeerd, grootliks te wyte is aan die vordering in beheerstegnologie, maar daar moet in gedagte gehou word dat die stroom in kragelektronika baie keer hoër is as gewoonlik in huishoudings elektriese netwerk, en die waardes oorskry dikwels XNUMX ampère. Dit genereer baie hitte waarmee die kragelektronika te doen het.

Maar terug by die kwessie van elektriese motors. Net soos binnebrandenjins, kan dit in verskillende kwalifikasies ingedeel word, en 'tydsberekening' is een daarvan. In werklikheid is dit 'n gevolg van 'n baie belangriker verskillende konstruktiewe benadering in terme van die opwekking en interaksie van magnetiese velde. Ondanks die feit dat die bron van elektrisiteit by die persoon van die battery gelykstroom is, dink die ontwerpers van elektriese stelsels nie eens daaraan om GS-motors te gebruik nie. Selfs met inagneming van omskakelingsverliese, oortref AC-eenhede en veral sinchrone eenhede beter as die kompetisie met DC-elemente. Wat beteken 'n sinchrone of asynchrone motor eintlik?

Elektriese motoronderneming

Beide sinchrone en asinchrone motors is van die soort roterende magnetiese veld elektriese masjiene wat 'n hoër drywingsdigtheid het. Oor die algemeen bestaan ​​'n induksierotor uit 'n eenvoudige stapel soliede plate, metaalstawe gemaak van aluminium of koper (wat die afgelope tyd toenemend gebruik word) met rolle in 'n geslote lus. Stroom vloei in teenoorgestelde pare in die statorwindings, met stroom uit een van die drie fases wat in elke paar vloei. Aangesien dit in elk van hulle in die fase met 120 grade verskuif word, die sogenaamde roterende magneetveld. Die kruising van die rotorwikkelings met lyne van die magneetveld vanaf die veld wat deur die stator geskep word, lei tot die stroom in die rotor, soortgelyk aan die interaksie op 'n transformator.
Die resulterende magneetveld wissel met die "draai" in die stator, wat lei tot meganiese greep van die rotor en daaropvolgende rotasie. Met hierdie soort elektriese motor bly die rotor egter altyd agter die veld, want as daar geen relatiewe beweging tussen die veld en die rotor is nie, sal geen magnetiese veld in die rotor geïnduseer word nie. Die maksimum spoedvlak word dus bepaal deur die frekwensie van die toevoerstroom en die lading. As gevolg van die hoër doeltreffendheid van sinchrone motors hou die meeste vervaardigers egter daarby, maar om sommige van die bogenoemde redes bly Tesla 'n voorstander van asynchrone motors.

Ja, hierdie masjiene is goedkoper, maar hulle het wel hul nadele, en al die mense wat verskeie opeenvolgende versnellings met die Model S getoets het, sal jou vertel hoe werkverrigting drasties daal met elke iterasie. Die prosesse van induksie en die vloei van stroom lei tot verhitting, en wanneer die masjien nie onder hoë las afgekoel word nie, versamel hitte en sy vermoëns word aansienlik verminder. Vir beskermingsdoeleindes verminder die elektronika die hoeveelheid stroom en die versnellingsprestasie word verswak. En nog een ding - om as 'n kragopwekker gebruik te word, moet die induksiemotor gemagnetiseer word - dit wil sê om die aanvanklike stroom deur die stator te "laat", wat die veld en stroom in die rotor genereer om die proses te begin. Dan kan hy homself voed.

Asinchrone of sinchrone motors

Sinchroniese eenhede het aansienlik hoër doeltreffendheid en drywingsdigtheid. 'N Belangrike verskil tussen 'n induksiemotor is dat die magnetiese veld in die rotor nie veroorsaak word deur interaksie met die stator nie, maar dat dit die gevolg is van die stroom wat vloei deur die addisionele kronkels wat daarin geïnstalleer is, of permanente magnete. Dus, die veld in die rotor en die veld in die stator is sinchroon, maar die maksimum motorsnelheid hang ook af van die veldrotasie, onderskeidelik, van die huidige frekwensie en belasting. Om die nodige kragvoorsiening aan die windings te vermy, wat die elektrisiteitsverbruik verhoog en die stroombeheer bemoeilik, word elektriese motors met die sogenaamde konstante opwinding in moderne elektriese voertuie en hibriede modelle gebruik. met permanente magnete. Soos reeds genoem, gebruik byna alle vervaardigers van sulke voertuie tans eenhede van hierdie soort, en volgens baie kenners sal daar steeds 'n probleem wees met 'n tekort aan duur seldsame aardse neodymium en dysprosium. Die vermindering van hul gebruik is deel van die vraag van ingenieurs in hierdie veld.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Die ontwerp van die rotorkern bied die grootste potensiaal om die werkverrigting van 'n elektriese masjien te verbeter.
Daar is verskeie tegnologiese oplossings met oppervlak-gemonteerde magnete, skyfvormige rotor, met intern ingeboude magnete. Interessant hier is Tesla se oplossing, wat die voorgenoemde tegnologie genaamd Switched Reluctance Motor gebruik om die Model 3 se agteras aan te dryf. "Teësinnigheid", of magnetiese weerstand, is 'n term teenoor magnetiese geleiding, soortgelyk aan elektriese weerstand en elektriese geleidingsvermoë van materiale. Motors van hierdie tipe gebruik die verskynsel dat magnetiese vloed geneig is om deur die deel van die materiaal met die minste magnetiese weerstand te beweeg. As gevolg hiervan, verplaas dit fisies die materiaal waardeur dit vloei om deur die deel met die minste weerstand te beweeg. Hierdie effek word in 'n elektriese motor gebruik om 'n rotasiebeweging te skep - hiervoor wissel materiale met verskillende magnetiese weerstand in die rotor af: hard (in die vorm van ferriet-neodymiumskywe) en sag (staalskywe). In 'n poging om deur laer weerstand materiaal te beweeg, draai die magnetiese vloed vanaf die stator die rotor totdat dit geposisioneer is om dit te doen. Met stroombeheer draai die veld die rotor voortdurend in 'n gemaklike posisie. Dit wil sê, die rotasie word nie in so 'n mate geïnisieer deur die interaksie van die magnetiese velde as die neiging van die veld om deur die materiaal te vloei met die minste weerstand en die gevolglike effek van die rotasie van die rotor nie. Deur verskillende materiale af te wissel, word die aantal duur komponente verminder.

Afhangende van die ontwerp, verander die doeltreffendheidskurwe en wringkrag met enjinspoed. Aanvanklik het die induksiemotor die laagste doeltreffendheid, en die hoogste een het oppervlakmagnete, maar in laasgenoemde neem dit skerp af met spoed. Die BMW i3-enjin het 'n unieke hibriede karakter, danksy 'n ontwerp wat permanente magnete kombineer en die "teësinnigheid"-effek wat hierbo beskryf is. Die elektriese motor bereik dus die hoë vlakke van konstante drywing en wringkrag wat kenmerkend is van masjiene met 'n elektries opgewekte rotor, maar het aansienlik minder gewig as hulle (laasgenoemde is in baie opsigte doeltreffend, maar nie in terme van gewig nie). Na dit alles is dit duidelik dat doeltreffendheid teen hoë snelhede afneem, en daarom sê al hoe meer vervaardigers hulle sal fokus op tweespoedtransmissies vir elektriese motors.

Vrae en antwoorde:

Watter enjins gebruik Tesla? Alle Tesla-modelle is elektriese voertuie, so hulle is uitsluitlik toegerus met elektriese motors. Byna elke model sal 'n 3-fase AC induksiemotor onder die enjinkap hê.

Hoe werk 'n Tesla-enjin? 'n Asinchroniese elektriese motor werk as gevolg van die voorkoms van 'n EMK as gevolg van die rotasie in 'n stilstaande stator van 'n magnetiese veld. Omgekeerde beweging word verskaf deur polariteitsomkering op die aansitterspoele.

Waar is die Tesla-enjin geleë? Tesla-motors is agterwielaangedrewe. Daarom is die motor tussen die agteras-asse geleë. Die motor bestaan ​​uit 'n rotor en stator, wat slegs via laers met mekaar in aanraking kom.

Hoeveel weeg 'n Tesla-enjin? Die gewig van die saamgestelde elektriese motor vir Tesla-modelle is 240 kilogram. Basies word een enjinmodifikasie gebruik.