Nikola Tesla elektrikli araba

Elektrik motorları, içten yanmalı motorlara göre çok daha verimlidir. Neden ve ne zaman

Temel gerçek, elektrikli araçların sorunlarının enerji kaynağı ile ilgili olduğu ancak farklı bir bakış açısıyla bakılabileceğidir. Hayatta kanıksadığımız birçok şey gibi elektrikli araçlarda da elektrik motoru ve kontrol sistemi bu araçlarda en verimli ve güvenilir cihaz olarak kabul ediliyor. Bununla birlikte, bu duruma ulaşmak için, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı keşfetmekten mekanik bir kuvvete etkili dönüşümüne kadar evrimde uzun bir yol kat ettiler. Bu konu, içten yanmalı motorların teknolojik gelişimi bağlamında genellikle hafife alınıyor, ancak elektrik motoru olarak adlandırılan makine hakkında daha fazla konuşmak giderek daha gerekli hale geliyor.

Bir veya iki motor

Bir elektrik motorunun türüne bakılmaksızın performans grafiğine bakarsanız, yüzde 85'in üzerinde, genellikle yüzde 90'ın üzerinde verimli olduğunu ve yüzde 75 civarında yükte en verimli durumda olduğunu fark edeceksiniz. maksimum. Elektrik motorunun gücü ve boyutu arttıkça, verimlilik aralığı da buna uygun olarak genişler ve maksimuma daha erken, hatta bazen yüzde 20 yükte ulaşabilir. Bununla birlikte, madalyonun başka bir yüzü daha var - daha yüksek verimlilik aralığının genişletilmesine rağmen, çok düşük yükle çok güçlü motorların kullanılması yine sık sık düşük verimlilik bölgesine girmeye yol açabilir. Bu nedenle elektrik motorlarının boyutu, gücü, sayısı (bir veya iki) ve kullanım (yüke göre bir veya iki) ile ilgili kararlar, bir arabanın yapımında tasarım çalışmasının bir parçası olan süreçlerdir. Bu bağlamda, çok güçlü bir motor yerine iki motora sahip olmanın neden daha iyi olduğu, yani genellikle düşük verimli alanlara girmemesi ve düşük yüklerde kapatma olasılığı nedeniyle anlaşılabilir. Bu nedenle kısmi yükte, örneğin Tesla Model 3 Performance'ta sadece arka motor kullanılır. Daha az güçlü versiyonlarda tektir ve daha dinamik versiyonlarda asenkron olan ön aksa bağlanır. Bu, elektrikli araçların bir başka avantajıdır - güç daha kolay artırılabilir, modlar verimlilik gereksinimlerine göre kullanılır ve çift güç aktarma organları yararlı bir yan etkidir. Bununla birlikte, düşük yükte daha düşük verimlilik, bir içten yanmalı motordan farklı olarak, bir elektrik motorunun bu tür koşullar altında bile temelde farklı çalışma prensibi ve manyetik alanlar arasındaki etkileşim nedeniyle sıfır hızda itme üretmesini engellemez. Daha önce bahsedilen verimlilik olgusu, motor tasarımının ve çalışma modlarının merkezinde yer alır - daha önce de belirttiğimiz gibi, sürekli olarak düşük yükte çalışan büyük boyutlu bir motor verimsiz olacaktır.

Elektrikli hareketliliğin hızla gelişmesiyle birlikte motor üretimi açısından çeşitlilik artıyor. BMW ve VW gibi bazı üreticilerin kendi arabalarını tasarlayıp ürettikleri, diğerlerinin bu işle ilgili şirketlerde hisse satın aldığı ve yine bazılarının Bosch gibi tedarikçilere taşeronluk yaptığı daha fazla anlaşma ve düzenleme geliştirilmektedir. Çoğu durumda, elektrikle çalışan bir modelin özelliklerini okursanız, motorunun "AC sabit mıknatıslı senkron" olduğunu göreceksiniz. Bununla birlikte, Tesla öncüsü bu yönde başka çözümler kullanıyor - önceki tüm modellerde asenkron motorlar ve asenkron ve sözde kombinasyonu. “3 Performance modelinde arka aks tahriki olarak direnç anahtarlama motoru. Yalnızca arkadan çekişli daha ucuz versiyonlarda, tektir. Audi ayrıca q-tron modeli için endüksiyon motorları ve yakında çıkacak olan e-tron Q4 için senkron ve asenkron motorların bir kombinasyonunu kullanıyor. Gerçekten ne hakkında?

Nikola Tesla elektrikli araba

Nikola Tesla'nın asenkron veya başka bir deyişle "asenkron" elektrik motorunu (19. yüzyılın sonlarında) icat etmesi, Tesla Motors modellerinin böyle bir makineyle çalışan birkaç arabadan biri olduğu gerçeğiyle doğrudan bağlantılı değildir. ... ... Aslında Tesla motorunun çalışma prensibi, yarı iletken cihazların güneş altında yavaş yavaş ortaya çıktığı 60'lı yıllarda daha popüler hale geldi ve Amerikalı mühendis Alan Coconi, doğru akım (DC) pilleri alternatif akıma (AC) dönüştürebilen taşınabilir yarı iletken invertörler geliştirdi. ) bir asenkron motor için gerektiği gibi ve tam tersi (kurtarma sürecinde). Coconi tarafından geliştirilen bir invertör (bir mühendislik dönüştürücüsü olarak da bilinir) ve bir elektrik motorunun bu kombinasyonu, kötü şöhretli GM EV1'in ve daha rafine bir biçimde sportif tZERO'nun temeli oldu. Prius'u yaratma ve TRW patentini açma sürecinde Toyota'dan Japon mühendisleri aramaya benzer şekilde, Tesla'nın yaratıcıları tZERO arabasını keşfetti. Sonunda bir tZero lisansı aldılar ve onu bir roadster yapmak için kullandılar.
Bir endüksiyon motorunun en büyük avantajı, kalıcı mıknatıslar kullanmaması ve pahalı ya da nadir metallere ihtiyaç duymamasıdır; bunlar genellikle tüketiciler için ahlaki ikilemler yaratan koşullarda çıkarılır. Bununla birlikte, hem asenkron hem de kalıcı mıknatıs senkron motorları, yarı iletken cihazlarda ve ayrıca alan etkili transistörlü ve daha sonra bipolar izolasyon transistörlerine (IGBT'ler) sahip MOSFET'lerin oluşturulmasında teknolojik gelişmelerden tam olarak yararlanır. Elektrikli araçlarda bahsedilen kompakt invertör cihazlarının ve genel olarak tüm güç elektroniğinin oluşturulmasını mümkün kılan işte bu ilerlemedir. DC'yi 150 fazlı AC pillere ve bunun tersini verimli bir şekilde dönüştürme yeteneğinin büyük ölçüde kontrol teknolojisindeki ilerlemelerden kaynaklandığı önemsiz görünebilir, ancak güç elektroniğindeki akımın evde normalden çok daha yüksek seviyelere ulaştığı akılda tutulmalıdır. elektrik şebekesi ve genellikle değerler XNUMX amperden fazladır. Bu, güç elektroniğinin uğraşması gereken büyük miktarda ısı üretir.

Ancak elektrik motorları konusuna geri dönelim. İçten yanmalı motorlar gibi, farklı niteliklere ayrılabilirler ve "zamanlama" bunlardan biridir. Aslında bu, manyetik alanların oluşumu ve etkileşimi açısından çok daha önemli ve farklı bir yapıcı yaklaşımın sonucudur. Akünün şahsındaki elektrik kaynağının doğru akım olmasına rağmen, elektrik sistemleri tasarımcıları DC motor kullanmayı düşünmez bile. Dönüşüm kayıpları hesaba katıldığında bile, AC üniteleri ve özellikle senkron üniteler, DC elementlerle rekabette üstündür. Peki senkronize veya asenkron bir motor aslında ne anlama geliyor?

Elektrikli otomobil şirketi

Hem senkron hem de asenkron motorlar, daha yüksek güç yoğunluğuna sahip dönen manyetik alan elektrik makineleri türüdür. Genel olarak, bir indüksiyon rotoru, kapalı bir döngüde bobinlere sahip basit bir katı levha, alüminyum veya bakır metal çubuk istifinden (son yıllarda giderek daha fazla kullanılmaktadır) oluşur. Stator sargılarında akım, her çiftteki üç fazdan birinden gelen akımla zıt çiftler halinde akar. Her birinde, fazda diğerine göre 120 derece kaydırıldığı için, sözde dönen manyetik alan. Rotor sargılarının, stator tarafından oluşturulan alandan manyetik alan çizgileri ile kesişmesi, bir transformatör üzerindeki etkileşime benzer şekilde rotordaki akımın akışına yol açar.
Elde edilen manyetik alan, statordaki "dönme" ile etkileşime girerek rotorun mekanik olarak kavranmasına ve ardından dönmesine yol açar. Bununla birlikte, bu tür bir elektrik motoruyla rotor her zaman alanın gerisinde kalır, çünkü alan ile rotor arasında bağıl hareket yoksa rotorda manyetik alan oluşmaz. Böylece maksimum hız seviyesi, besleme akımının frekansı ve yük tarafından belirlenir. Bununla birlikte, senkron motorların daha yüksek verimliliği nedeniyle, çoğu üretici bunlara sadık kalır, ancak yukarıdaki nedenlerden bazıları için Tesla, asenkron motorların savunucusu olmaya devam etmektedir.

Evet, bu makineler daha ucuz, ancak dezavantajları var ve Model S ile art arda birden çok ivmeyi test eden herkes size performansın her yinelemede nasıl büyük ölçüde düştüğünü söyleyecektir. Endüksiyon işlemleri ve akım akışı ısınmaya yol açar ve makine yüksek yük altında soğutulmadığında ısı birikir ve yetenekleri önemli ölçüde azalır. Koruma amacıyla, elektronik aksam akım miktarını azaltır ve hızlanma performansı düşer. Ve bir şey daha - bir jeneratör olarak kullanılmak üzere, endüksiyon motorunun mıknatıslanması gerekir - yani, süreci başlatmak için rotordaki alanı ve akımı oluşturan ilk akımı statordan "geçirmek" için. Sonra kendini besleyebilir.

Asenkron veya senkron motorlar

Senkron birimler, önemli ölçüde daha yüksek verimlilik ve güç yoğunluğuna sahiptir. Bir endüksiyon motoru arasındaki önemli bir fark, rotordaki manyetik alanın stator ile etkileşime girerek indüklenmemesi, içine yerleştirilmiş ek sargılardan veya kalıcı mıknatıslardan akan akımın sonucudur. Bu nedenle, rotordaki alan ve statordaki alan senkrondur, ancak maksimum motor hızı aynı zamanda alanın dönüşüne, sırasıyla akım frekansına ve yüke bağlıdır. Sargılara elektrik tüketimini artıran ve akım kontrolünü zorlaştıran ek güç kaynağı ihtiyacını ortadan kaldırmak için, modern elektrikli araçlarda ve hibrit modellerde sabit uyarımlı elektrik motorları kullanılır. kalıcı mıknatıslarla. Daha önce de belirtildiği gibi, bu tür araçların hemen hemen tüm üreticileri şu anda bu tip birimleri kullanıyor, bu nedenle birçok uzmana göre, pahalı nadir topraklar neodim ve disprosyum sıkıntısı ile ilgili hala bir sorun olacak. Kullanımlarını azaltmak, bu alandaki mühendislerden gelen talebin bir parçasıdır.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Rotor çekirdeğinin tasarımı, bir elektrikli makinenin performansını iyileştirmek için en büyük potansiyeli sunar.
Sıva üstü mıknatıslar, disk şeklinde rotor, dahili mıknatıslar ile çeşitli teknolojik çözümler mevcuttur. Burada ilginç olan Tesla'nın, Model 3'ün arka aksını sürmek için daha önce bahsedilen Anahtarlamalı Relüktans Motoru adlı teknolojiyi kullanan çözümü. "Relüktans" veya manyetik direnç, malzemelerin elektriksel direncine ve elektriksel iletkenliğine benzer, manyetik iletkenliğin zıttı bir terimdir. Bu tür motorlar, manyetik akının malzemenin en az manyetik dirence sahip kısmından geçme eğiliminde olduğu olgusunu kullanır. Sonuç olarak içinden aktığı malzemeyi en az dirençli kısımdan geçebilmek için fiziksel olarak yer değiştirir. Bu etki, bir elektrik motorunda dönme hareketi oluşturmak için kullanılır - bunun için, rotorda farklı manyetik dirençli malzemeler değişir: sert (ferrit neodimyum diskler şeklinde) ve yumuşak (çelik diskler). Daha düşük dirençli malzemeden geçme girişiminde, statordan gelen manyetik akı, bunu yapacak şekilde konumlandırılana kadar rotoru döndürür. Akım kontrolü ile alan, rotoru sürekli olarak rahat bir konumda döndürür. Yani dönme, manyetik alanların etkileşimi ile, alanın en az dirençle malzeme boyunca akma eğilimi ve bunun sonucunda rotorun dönüşünün sonuç etkisi kadar başlatılmaz. Farklı malzemeler değiştirilerek, pahalı bileşenlerin sayısı azaltılır.

Tasarıma bağlı olarak, verimlilik eğrisi ve tork motor hızıyla değişir. Başlangıçta, endüksiyon motoru en düşük verime sahiptir ve en yüksek olanı yüzey mıknatıslarına sahiptir, ancak ikincisinde hız ile keskin bir şekilde azalır. Kalıcı mıknatısları ve yukarıda açıklanan "isteksizlik" etkisini birleştiren bir tasarım sayesinde BMW i3 motoru benzersiz bir hibrit karaktere sahiptir. Böylece, elektrik motoru, elektriksel olarak uyarılmış bir rotora sahip makinelerin özelliği olan, ancak onlardan önemli ölçüde daha az ağırlığa sahip olan yüksek sabit güç ve tork seviyelerine ulaşır (ikincisi, ağırlık açısından değil, birçok açıdan etkilidir). Tüm bunlardan sonra, yüksek hızlarda verimliliğin düştüğü açık, bu nedenle giderek daha fazla üretici elektrik motorları için iki hızlı şanzımanlara odaklanacaklarını söylüyor.

Sorular ve Cevaplar:

Tesla hangi motorları kullanıyor? Tüm Tesla modelleri elektrikli araçlardır, bu nedenle yalnızca elektrik motorları ile donatılmıştır. Hemen hemen her model, kaputun altında 3 fazlı bir AC endüksiyon motoruna sahip olacaktır.

Tesla motoru nasıl çalışır? Asenkron bir elektrik motoru, bir manyetik alanın sabit bir statorundaki dönüş nedeniyle bir EMF'nin oluşması nedeniyle çalışır. Ters hareket, marş bobinlerinde ters polarite ile sağlanır.

Tesla motoru nerede bulunur? Tesla arabaları arkadan çekişlidir. Bu nedenle motor arka aks milleri arasında yer almaktadır. Motor, yalnızca yataklar aracılığıyla birbiriyle temas eden bir rotor ve statordan oluşur.

Tesla motorunun ağırlığı ne kadardır? Tesla modelleri için montajı yapılan elektrik motorunun ağırlığı 240 kilogramdır. Temel olarak bir motor modifikasyonu kullanılır.