Makinë elektrike Nikola Tesla

Motorët elektrikë janë shumë më efikasë sesa motorët me djegie të brendshme. Pse dhe kur

E vërteta themelore është se problemet e automjeteve elektrike lidhen me burimin e energjisë, por ato mund të shihen nga një këndvështrim tjetër. Ashtu si shumë gjëra në jetë që ne i marrim si të mirëqenë, motori elektrik dhe sistemi i kontrollit në automjetet elektrike konsiderohen si pajisja më efikase dhe më e besueshme në këto automjete. Megjithatë, për të arritur këtë gjendje, ata kanë bërë një rrugë të gjatë në evolucion - nga zbulimi i lidhjes midis elektricitetit dhe magnetizmit deri në shndërrimin e tij efektiv në një forcë mekanike. Kjo temë shpesh nënvlerësohet në kontekstin e të folurit për zhvillimin teknologjik të motorit me djegie të brendshme, por po bëhet gjithnjë e më e nevojshme të flitet më shumë për makinën e quajtur motor elektrik.

Një ose dy motorë

Nëse shikoni grafikun e performancës së një motori elektrik, pavarësisht nga lloji i tij, do të vini re se ai është mbi 85 për qind efikas, shpesh mbi 90 për qind, dhe se është më efikas me rreth 75 për qind ngarkesë. maksimale. Ndërsa fuqia dhe madhësia e motorit elektrik rritet, diapazoni i efikasitetit zgjerohet në përputhje me rrethanat, ku mund të arrijë maksimumin e tij edhe më herët - ndonjëherë me ngarkesë 20 përqind. Megjithatë, ka një anë tjetër të medaljes - pavarësisht nga diapazoni i zgjeruar i efikasitetit më të lartë, përdorimi i motorëve shumë të fuqishëm me ngarkesë shumë të ulët mund të çojë përsëri në hyrje të shpeshtë në zonën e efikasitetit të ulët. Prandaj, vendimet në lidhje me madhësinë, fuqinë, numrin (një ose dy) dhe përdorimin (një ose dy në varësi të ngarkesës) të motorëve elektrikë janë procese që janë pjesë e punës së projektimit në ndërtimin e një makine. Në këtë kontekst, është e kuptueshme pse është më mirë të kemi dy motorë në vend të një motori shumë të fuqishëm, domethënë që të mos hyjë shpesh në zona me efikasitet të ulët dhe për shkak të mundësisë së fikjes së tij në ngarkesa të ulëta. Prandaj, me ngarkesë të pjesshme, për shembull, në Tesla Model 3 Performance, përdoret vetëm motori i pasmë. Në versionet më pak të fuqishme, është i vetmi, dhe në versionet më dinamike, ai asinkron lidhet me boshtin e përparmë. Ky është një tjetër avantazh i automjeteve elektrike - fuqia mund të rritet më lehtë, modalitetet përdoren në varësi të kërkesave të efikasitetit dhe grupet e dyfishta të fuqisë janë një efekt anësor i dobishëm. Sidoqoftë, efikasiteti më i ulët në ngarkesë të ulët nuk e pengon faktin që, ndryshe nga një motor me djegie të brendshme, një motor elektrik gjeneron shtytje me shpejtësi zero për shkak të parimit të tij thelbësisht të ndryshëm të funksionimit dhe ndërveprimit midis fushave magnetike edhe në kushte të tilla. Fakti i lartpërmendur i efikasitetit është në qendër të modelit të motorit dhe mënyrave të funksionimit - siç kemi thënë, një motor i madh që punon vazhdimisht me ngarkesë të ulët do të ishte joefikas.

Me zhvillimin e shpejtë të lëvizshmërisë elektrike, diversiteti në drejtim të prodhimit motorik po zgjerohet. Gjithnjë e më shumë marrëveshje dhe aranzhime janë duke u zhvilluar, ku disa prodhues si BMW dhe VW projektojnë dhe prodhojnë makinat e tyre, të tjerë blejnë aksione në kompanitë e lidhura me këtë biznes dhe të tjerë të tjerë i japin furnizuesve si Bosch. Në shumicën e rasteve, nëse lexoni specifikimet e një modeli me energji elektrike, do të zbuloni se motori i tij është "magnet i përhershëm AC sinkron". Sidoqoftë, pionieri Tesla përdor zgjidhje të tjera në këtë drejtim - motorë asinkronë në të gjitha modelet e mëparshme dhe një kombinim i asinkronëve dhe të ashtuquajturave. “Motori i ndërrimit me rezistencë si ngasje në boshtin e pasmë në modelin 3 Performance. Në versionet më të lira vetëm me lëvizje me rrota të pasme, është i vetmi. Audi po përdor gjithashtu motorë me induksion për modelin q-tron dhe një kombinim të motorëve sinkron dhe asinkron për e-tron Q4 të ardhshëm. Për çfarë bëhet fjalë në të vërtetë?

Makinë elektrike Nikola Tesla

Fakti që Nikola Tesla shpiku motorin elektronik asinkron ose, me fjalë të tjera, "asinkron" (përsëri në fund të shekullit të 19 -të) nuk ka lidhje të drejtpërdrejtë me faktin se modelet e Tesla Motors janë një nga makinat e pakta të mundësuar nga një makinë e tillë .... Në fakt, parimi i funksionimit të motorit Tesla u bë më i popullarizuar në vitet 60, kur pajisjet gjysmëpërçuese po dilnin gradualisht nën diell, dhe inxhinieri amerikan Alan Coconi zhvilloi invertorë gjysmëpërçues portativë që mund të konvertojnë bateritë e rrymës direkte (DC) në rrymë alternative (AC). ) siç kërkohet për një motor induksioni, dhe anasjelltas (në procesin e rimëkëmbjes). Ky kombinim i një inverteri (i njohur gjithashtu si një transformator inxhinierik) dhe një motori elektrik i zhvilluar nga Coconi u bë baza për famëkeqin GM EV1 dhe, në një formë më të rafinuar, tZERO sportive. Për analogji me kërkimin e inxhinierëve japonezë nga Toyota gjatë krijimit të Prius dhe zbulimit të patentës TRW, krijuesit e Tesla zbuluan makinën tZERO. Përfundimisht, ata blenë një licencë tZero dhe e përdorën atë për të ndërtuar një roadster.
Përparësia më e madhe e një motori induksion është se ai nuk përdor magnet të përhershëm dhe nuk ka nevojë për metale të shtrenjta ose të rralla, të cilat gjithashtu shpesh nxirren në kushte që krijojnë dilema morale për konsumatorët. Sidoqoftë, të dy motorët sinkronë magnet asinkron dhe të përhershëm përfitojnë plotësisht nga përparimet teknologjike në pajisjet gjysmëpërçuese, si dhe në krijimin e MOSFET-eve me tranzistorë të efektit në terren dhe tranzistorëve më vonë të izolimit bipolar (IGBT). Thisshtë ky progres që bën të mundur krijimin e pajisjeve të përmendura inverter kompakte dhe në përgjithësi të gjithë elektronikës së fuqisë në automjetet elektrike. Mund të duket e parëndësishme që aftësia për të kthyer në mënyrë efikase bateritë AC në 150 faza dhe anasjelltas është kryesisht për shkak të përparimeve në teknologjinë e kontrollit, por duhet të kihet parasysh se rryma në elektronikën e energjisë arrin nivele shumë herë më të larta se zakonisht në familje rrjet elektrik, dhe shpesh vlerat tejkalojnë XNUMX amper. Kjo gjeneron një sasi të madhe nxehtësie me të cilën duhet të merret elektronika e energjisë.

Por përsëri në çështjen e motorëve elektrikë. Ashtu si motorët me djegie të brendshme, ato mund të kategorizohen në kualifikime të ndryshme, dhe "koha" është një prej tyre. Në fakt, kjo është pasojë e një qasje konstruktive shumë më të rëndësishme për sa i përket gjenerimit dhe bashkëveprimit të fushave magnetike. Përkundër faktit se burimi i energjisë elektrike në personin e baterisë është rrymë e drejtpërdrejtë, projektuesit e sistemeve elektrike as nuk mendojnë të përdorin motorë DC. Edhe duke marrë parasysh humbjet e konvertimit, njësitë AC dhe veçanërisht njësitë sinkrone tejkalojnë konkurrencën me elementët DC. Pra, çfarë do të thotë në të vërtetë një motor sinkron ose asinkron?

Kompania e makinave elektrike

Të dy motorët sinkron dhe asinkron janë të llojit të makinave elektrike të fushës magnetike rrotulluese që kanë një dendësi më të lartë të energjisë. Në përgjithësi, një rotor induksioni përbëhet nga një pirg i thjeshtë fletësh të ngurta, shufra metalike të bëra prej alumini ose bakri (përdoren gjithnjë e më shumë vitet e fundit) me mbështjellje në një lak të mbyllur. Rryma rrjedh në mbështjelljet e statorit në çifte të kundërta, me rrymën nga një nga tre fazat që rrjedhin në secilën palë. Meqenëse në secilën prej tyre zhvendoset në fazë për 120 gradë në krahasim me tjetrën, e ashtuquajtura fushë magnetike rrotulluese. Kryqëzimi i mbështjelljeve të rotorit me linjat e fushës magnetike nga fusha e krijuar nga statori çon në rrjedhën e rrymës në rotor, e ngjashme me ndërveprimin në një transformator.
Fusha magnetike që rezulton bashkëvepron me "rrotullimin" në stator, gjë që çon në kapje mekanike të rotorit dhe rrotullimin pasues. Sidoqoftë, me këtë lloj të motorit elektrik, rotor gjithmonë mbetet prapa fushës, sepse nëse nuk ka lëvizje relative midis fushës dhe rotorit, asnjë fushë magnetike nuk do të induktohet në rotor. Kështu, niveli maksimal i shpejtësisë përcaktohet nga frekuenca e rrymës së furnizimit dhe ngarkesës. Sidoqoftë, për shkak të efikasitetit më të lartë të motorëve sinkronë, shumica e prodhuesve u përmbahen atyre, por për disa nga arsyet e mësipërme, Tesla mbetet një avokat i motorëve asinkronë.

Po, këto makina janë më të lira, por ato kanë anët e tyre negative dhe të gjithë njerëzit që kanë testuar përshpejtime të shumta të njëpasnjëshme me Model S do t'ju tregojnë se si performanca bie në mënyrë drastike me çdo përsëritje. Proceset e induksionit dhe rrjedha e rrymës çojnë në ngrohje, dhe kur makina nuk ftohet nën ngarkesë të lartë, nxehtësia grumbullohet dhe aftësitë e saj zvogëlohen ndjeshëm. Për qëllime mbrojtjeje, elektronika zvogëlon sasinë e rrymës dhe performanca e përshpejtimit është e degraduar. Dhe një gjë tjetër - për t'u përdorur si gjenerator, motori i induksionit duhet të magnetizohet - domethënë të "kalojë" rrymën fillestare përmes statorit, i cili gjeneron fushën dhe rrymën në rotor për të filluar procesin. Atëherë ai mund të ushqehet vetë.

Motorë asinkronë ose sinkronë

Njësitë sinkrone kanë efikasitet dhe dendësi të fuqisë dukshëm më të lartë. Një ndryshim i rëndësishëm midis një motori induksioni është se fusha magnetike në rotor nuk induktohet nga bashkëveprimi me statorin, por është rezultat i rrymës që rrjedh përmes mbështjellësve shtesë të instaluar në të, ose magneteve të përhershme. Kështu, fusha në rotor dhe fusha në stator janë sinkrone, por shpejtësia maksimale e motorit gjithashtu varet nga rrotullimi i fushës, përkatësisht nga frekuenca dhe ngarkesa aktuale. Për të shmangur nevojën për furnizim me energji elektrike shtesë në dredha-dredha, gjë që rrit konsumin e energjisë elektrike dhe komplikon kontrollin e rrymës, motorët elektrikë me të ashtuquajturën ngacmim konstant përdoren në automjetet elektrike moderne dhe modelet hibride. me magnet të përhershëm. Siç është përmendur tashmë, pothuajse të gjithë prodhuesit e automjeteve të tilla aktualisht përdorin njësi të këtij lloji, prandaj, sipas shumë ekspertëve, do të ketë akoma një problem me mungesën e tokave të rralla të shtrenjta neodymium dhe dysprosium. Ulja e përdorimit të tyre është pjesë e kërkesës nga inxhinierët në këtë fushë.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Projektimi i bërthamës së rotorit ofron potencialin më të madh për përmirësimin e performancës së një makine elektrike.
Ekzistojnë zgjidhje të ndryshme teknologjike me magnet të montuar në sipërfaqe, rotor në formë disku, me magnet të integruar brenda. Interesante këtu është zgjidhja e Tesla-s, e cila përdor teknologjinë e lartpërmendur të quajtur Switched Reluctance Motor për të drejtuar boshtin e pasëm të Modelit 3. "Ngurrimi", ose rezistenca magnetike, është një term i kundërt me përçueshmërinë magnetike, i ngjashëm me rezistencën elektrike dhe përçueshmërinë elektrike të materialeve. Motorët e këtij lloji përdorin fenomenin që fluksi magnetik tenton të kalojë nëpër pjesën e materialit me rezistencën më të vogël magnetike. Si rezultat, ai zhvendos fizikisht materialin nëpër të cilin rrjedh në mënyrë që të kalojë nëpër pjesën me rezistencën më të vogël. Ky efekt përdoret në një motor elektrik për të krijuar një lëvizje rrotulluese - për këtë, materialet me rezistencë të ndryshme magnetike alternojnë në rotor: të forta (në formën e disqeve neodymium ferrit) dhe të butë (disqe çeliku). Në një përpjekje për të kaluar përmes materialit me rezistencë më të ulët, fluksi magnetik nga statori rrotullon rotorin derisa të pozicionohet për ta bërë këtë. Me kontrollin e rrymës, fusha vazhdimisht rrotullon rotorin në një pozicion të rehatshëm. Kjo do të thotë, rrotullimi nuk fillon në një masë të tillë nga bashkëveprimi i fushave magnetike si tendenca e fushës për të rrjedhur nëpër material me rezistencën më të vogël dhe efekti rezultant i rrotullimit të rotorit. Duke alternuar materiale të ndryshme, numri i komponentëve të shtrenjtë zvogëlohet.

Në varësi të dizajnit, kurba e efikasitetit dhe çift rrotullimi ndryshojnë me shpejtësinë e motorit. Fillimisht, motori me induksion ka efikasitetin më të ulët, dhe më i larti ka magnet sipërfaqësor, por në këtë të fundit zvogëlohet ndjeshëm me shpejtësi. Motori BMW i3 ka një karakter unik hibrid, falë një dizajni që kombinon magnet të përhershëm dhe efektin "ngurrim" të përshkruar më sipër. Kështu, elektromotori arrin nivelet e larta të fuqisë dhe çift rrotullues konstant që janë karakteristikë për makinat me rotor të ngacmuar elektrikisht, por që kanë peshë dukshëm më të vogël se ata (këto të fundit janë efikas në shumë aspekte, por jo në peshë). Pas gjithë kësaj, është e qartë se efikasiteti po bie me shpejtësi të lartë, kjo është arsyeja pse gjithnjë e më shumë prodhues thonë se do të fokusohen në transmetimet me dy shpejtësi për motorët elektrikë.

Pyetje dhe Përgjigje:

Çfarë motorësh përdor Tesla? Të gjitha modelet e Tesla janë automjete elektrike, ndaj janë të pajisura ekskluzivisht me motorë elektrikë. Pothuajse çdo model do të ketë një motor induksioni 3-fazor AC nën kapuç.

Si funksionon një motor Tesla? Një motor elektrik asinkron funksionon për shkak të shfaqjes së një EMF për shkak të rrotullimit në një stator të palëvizshëm të një fushe magnetike. Udhëtimi i kundërt sigurohet nga ndryshimi i polaritetit në bobinat e motorit.

Ku ndodhet motori Tesla? Makinat Tesla janë me rrota të pasme. Prandaj, motori ndodhet midis boshteve të boshtit të pasmë. Motori përbëhet nga një rotor dhe stator, të cilët kontaktojnë njëri-tjetrin vetëm nëpërmjet kushinetave.

Sa peshon një motor Tesla? Pesha e motorit elektrik të montuar për modelet Tesla është 240 kilogramë. Në thelb përdoret një modifikim i motorit.