Gari la umeme la Nikola Tesla

Magari ya umeme ni bora zaidi kuliko injini za mwako wa ndani. Kwanini na lini

Ukweli wa msingi ni kwamba matatizo ya magari ya umeme yanahusiana na chanzo cha nishati, lakini yanaweza kutazamwa kutoka kwa mtazamo tofauti. Sawa na mambo mengi maishani ambayo sisi huchukulia kawaida, injini ya umeme na mfumo wa kudhibiti katika magari ya umeme huchukuliwa kuwa kifaa bora na cha kutegemewa zaidi katika magari haya. Hata hivyo, ili kufikia hali hii ya mambo, wamekuja kwa muda mrefu katika mageuzi - kutoka kwa kugundua uhusiano kati ya umeme na sumaku hadi mabadiliko yake ya ufanisi katika nguvu ya mitambo. Mada hii mara nyingi haizingatiwi katika muktadha wa kuzungumza juu ya maendeleo ya kiteknolojia ya injini ya mwako wa ndani, lakini inazidi kuwa muhimu kuzungumza zaidi juu ya mashine inayoitwa motor ya umeme.

Motors moja au mbili

Ikiwa unatazama grafu ya utendaji wa motor ya umeme, bila kujali aina yake, utaona kwamba ni zaidi ya asilimia 85 ya ufanisi, mara nyingi zaidi ya asilimia 90, na kwamba ni bora zaidi kwa karibu asilimia 75 ya mzigo. upeo. Kadiri nguvu na saizi ya gari la umeme inavyoongezeka, anuwai ya ufanisi hupanuka ipasavyo, ambapo inaweza kufikia kiwango cha juu hata mapema - wakati mwingine kwa asilimia 20 ya mzigo. Hata hivyo, kuna upande mwingine wa sarafu - licha ya upeo wa kupanuliwa wa ufanisi wa juu, matumizi ya motors yenye nguvu sana yenye mzigo mdogo sana yanaweza tena kusababisha kuingia mara kwa mara kwenye eneo la ufanisi mdogo. Kwa hiyo, maamuzi kuhusu saizi, nguvu, nambari (moja au mbili) na matumizi (moja au mbili kulingana na mzigo) wa motors za umeme ni michakato ambayo ni sehemu ya kazi ya kubuni katika ujenzi wa gari. Katika hali hii, inaeleweka kwa nini ni bora kuwa na motors mbili badala ya nguvu sana, yaani ili si mara nyingi kuingia maeneo ya ufanisi mdogo, na kwa sababu ya uwezekano wa kuifunga kwa mizigo ya chini. Kwa hiyo, kwa mzigo wa sehemu, kwa mfano, katika Utendaji wa Tesla Model 3, tu injini ya nyuma hutumiwa. Katika matoleo yenye nguvu kidogo, ni pekee, na katika matoleo ya nguvu zaidi, moja ya asynchronous imeunganishwa na axle ya mbele. Hii ni faida nyingine ya magari ya umeme - nguvu inaweza kuongezeka kwa urahisi zaidi, modes hutumiwa kulingana na mahitaji ya ufanisi, na nguvu mbili za nguvu ni athari muhimu. Walakini, ufanisi wa chini kwa mzigo mdogo hauzuii ukweli kwamba, tofauti na injini ya mwako wa ndani, gari la umeme hutoa msukumo kwa kasi ya sifuri kwa sababu ya kanuni yake tofauti ya operesheni na mwingiliano kati ya uwanja wa sumaku hata chini ya hali kama hizo. Ukweli uliotajwa hapo juu wa ufanisi ndio kiini cha muundo wa injini na njia za kufanya kazi - kama tulivyosema, injini kubwa zaidi inayoendelea kufanya kazi kwa mzigo mdogo haitakuwa na ufanisi.

Pamoja na maendeleo ya haraka ya uhamaji wa umeme, utofauti katika suala la uzalishaji wa magari unaongezeka. Mikataba na mipango zaidi na zaidi inaendelezwa, ambapo baadhi ya watengenezaji kama vile BMW na VW hutengeneza na kutengeneza magari yao wenyewe, wengine hununua hisa katika makampuni yanayohusiana na biashara hii, na bado wengine hutoa kwa wauzaji bidhaa kama vile Bosch. Katika hali nyingi, ukisoma vipimo vya mfano unaoendeshwa na umeme, utapata kwamba motor yake ni "AC permanent magnet synchronous". Hata hivyo, painia wa Tesla hutumia ufumbuzi mwingine katika mwelekeo huu - motors asynchronous katika mifano yote ya awali na mchanganyiko wa asynchronous na kinachojulikana. "Motor ya kubadili upinzani kama kiendesha axle ya nyuma katika modeli ya Utendaji 3. Katika matoleo ya bei nafuu na gari la nyuma-gurudumu pekee, ni moja pekee. Audi pia inatumia injini za induction kwa modeli ya q-tron na mchanganyiko wa motors zinazolingana na asynchronous kwa e-tron Q4 inayokuja. Inahusu nini hasa?

Gari la umeme la Nikola Tesla

Ukweli kwamba Nikola Tesla aligundua asynchronous au, kwa maneno mengine, gari la umeme "asynchronous" (nyuma mwishoni mwa karne ya 19) halina uhusiano wa moja kwa moja na ukweli kwamba mifano ya Tesla Motors ni moja wapo ya magari machache yanayotumiwa na mashine kama hiyo. ... Kwa kweli, kanuni ya uendeshaji wa gari la Tesla ilijulikana zaidi katika miaka ya 60, wakati vifaa vya semiconductor vilikuwa vikiibuka polepole chini ya jua, na mhandisi wa Amerika Alan Coconi alitengeneza inverters za semiconductor zinazoweza kubeba ambazo zinaweza kubadilisha betri za moja kwa moja za sasa (DC) kuwa mbadala wa sasa (AC ) inavyotakiwa kwa gari la kuingizwa, na kinyume chake (katika mchakato wa kupona). Mchanganyiko huu wa inverter (pia inajulikana kama ubadilishaji wa uhandisi) na gari ya umeme iliyotengenezwa na Coconi ikawa msingi wa umaarufu GM EV1 na, kwa fomu iliyosafishwa zaidi, tZERO ya michezo. Sawa na utaftaji wa wahandisi wa Kijapani kutoka Toyota katika mchakato wa kuunda Prius na kufungua hati miliki ya TRW, waundaji wa Tesla waligundua gari la tZERO. Mwishowe, walinunua leseni ya tZero na kuitumia kujenga barabara.
Faida kubwa ya gari la kuingiza ni kwamba haitumii sumaku za kudumu na haiitaji metali ghali au adimu, ambazo pia huchimbwa mara nyingi katika hali ambazo hutengeneza mtanziko wa maadili kwa watumiaji. Walakini, motors za kusawazisha za kudumu na za kudumu hutumia kikamilifu maendeleo ya kiteknolojia katika vifaa vya semiconductor, na vile vile katika uundaji wa MOSFETs na transistors ya athari ya shamba na baadaye transistors ya kutengwa kwa bipolar (IGBTs). Ni maendeleo haya ambayo inafanya uwezekano wa kuunda vifaa vilivyotajwa vya inverter na kwa jumla umeme wote wa umeme katika magari ya umeme. Inaweza kuonekana kuwa dogo kuwa uwezo wa kubadilisha DC kwa kiwango cha 150 betri za AC na kinyume chake ni kwa sababu ya maendeleo katika teknolojia ya kudhibiti, lakini inapaswa kuzingatiwa kuwa ya sasa katika umeme wa umeme hufikia viwango mara nyingi zaidi kuliko kawaida katika kaya. mtandao wa umeme, na mara nyingi maadili huzidi amperes XNUMX. Hii inazalisha joto kubwa ambalo umeme wa umeme lazima ushughulikie.

Lakini nyuma ya suala la motors umeme. Kama injini za mwako wa ndani, zinaweza kugawanywa katika sifa tofauti, na "muda" ni moja wapo. Kwa kweli, hii ni matokeo ya njia muhimu zaidi ya kujenga kwa suala la kizazi na mwingiliano wa uwanja wa sumaku. Licha ya ukweli kwamba chanzo cha umeme ndani ya betri ni ya sasa ya moja kwa moja, wabuni wa mifumo ya umeme hawafikiria hata juu ya kutumia motors DC. Hata kuzingatia upotezaji wa ubadilishaji, vitengo vya AC na vitengo haswa vya maingiliano hushinda mashindano na vitu vya DC. Kwa hivyo injini ya synchronous au asynchronous inamaanisha nini?

Kampuni ya gari ya umeme

Wote motors synchronous na asynchronous ni aina ya mashine zinazozunguka za uwanja wa umeme ambazo zina nguvu kubwa zaidi. Kwa ujumla, rotor ya kuingizwa inajumuisha safu rahisi ya shuka ngumu, fimbo za chuma zilizotengenezwa na aluminium au shaba (inazidi kutumika katika miaka ya hivi karibuni) na coils kwenye kitanzi kilichofungwa. Mtiririko wa sasa katika upepo wa stator katika jozi tofauti, na ya sasa kutoka kwa moja ya awamu tatu inapita katika kila jozi. Kwa kuwa katika kila mmoja wao hubadilishwa kwa awamu na digrii 120 kulingana na nyingine, ile inayoitwa uwanja unaozunguka wa sumaku. Makutano ya vilima vya rotor na mistari ya uwanja wa sumaku kutoka kwenye uwanja ulioundwa na stator husababisha mtiririko wa sasa kwenye rotor, sawa na mwingiliano kwenye transformer.
Shamba la sumaku linalosababishwa linashirikiana na "kupokezana" kwenye stator, ambayo husababisha mshikamano wa mitambo ya rotor na mzunguko unaofuata. Walakini, na aina hii ya motor ya umeme, rotor iko nyuma nyuma ya uwanja, kwa sababu ikiwa hakuna mwendo wa jamaa kati ya shamba na rotor, hakuna uwanja wa sumaku utakaosababishwa kwenye rotor. Kwa hivyo, kiwango cha kasi cha juu kimedhamiriwa na masafa ya usambazaji wa sasa na mzigo. Walakini, kwa sababu ya ufanisi wa hali ya juu wa motors synchronous, wazalishaji wengi huwashikilia, lakini kwa sababu zingine hapo juu, Tesla bado ni mtetezi wa motors asynchronous.

Ndio, mashine hizi ni za bei nafuu, lakini zina mapungufu yao, na watu wote ambao wamejaribu kuongeza kasi nyingi mfululizo na Model S watakuambia jinsi utendaji hushuka sana kwa kila marudio. Michakato ya kuingizwa na mtiririko wa sasa inapokanzwa, na wakati mashine haijapozwa chini ya mzigo mkubwa, joto hujilimbikiza na uwezo wake umepunguzwa sana. Kwa madhumuni ya ulinzi, vifaa vya elektroniki hupunguza kiwango cha sasa na utendakazi wa kuongeza kasi huharibika. Na jambo moja zaidi - kutumika kama jenereta, motor introduktionsutbildning lazima magnetized - yaani, "kupitisha" sasa ya awali kupitia stator, ambayo inazalisha shamba na sasa katika rotor kuanza mchakato. Kisha anaweza kujilisha mwenyewe.

Motors zenye kufanana au za kusawazisha

Vitengo vya synchronous vina ufanisi mkubwa zaidi na wiani wa nguvu. Tofauti kubwa kati ya gari la kuingizwa ni kwamba uwanja wa sumaku kwenye rotor haushawishiwi na mwingiliano na stator, lakini ni matokeo ya sasa inapita kupitia vilima vya ziada vilivyowekwa ndani yake, au sumaku za kudumu. Kwa hivyo, uwanja ulio kwenye rotor na uwanja kwenye stator ni sawa, lakini kasi kubwa ya gari pia inategemea mzunguko wa shamba, mtawaliwa kwa mzunguko wa sasa na mzigo. Ili kuzuia hitaji la usambazaji wa umeme kwa vilima, ambavyo huongeza matumizi ya umeme na ugumu wa udhibiti wa sasa, motors za umeme na kile kinachoitwa uchochezi wa mara kwa mara hutumiwa katika magari ya kisasa ya umeme na mifano ya mseto. na sumaku za kudumu. Kama ilivyotajwa tayari, karibu wazalishaji wote wa magari kama hayo hutumia vitengo vya aina hii, kwa hivyo, kulingana na wataalam wengi, bado kutakuwa na shida na uhaba wa ghali nadra za dunia neodymium na dysprosium. Kupunguza matumizi yao ni sehemu ya mahitaji kutoka kwa wahandisi katika uwanja huu.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Ubunifu wa msingi wa rotor hutoa uwezekano mkubwa wa kuboresha utendaji wa mashine ya umeme.
Kuna ufumbuzi mbalimbali wa kiteknolojia na sumaku zilizowekwa kwenye uso, rotor yenye umbo la diski, na sumaku zilizojengwa ndani. Jambo la kufurahisha hapa ni suluhisho la Tesla, ambalo hutumia teknolojia iliyotajwa hapo juu inayoitwa Switched Reluctance Motor kuendesha axle ya nyuma ya Model 3. "Kusita", au upinzani wa magnetic, ni neno kinyume na conductivity magnetic, sawa na upinzani wa umeme na conductivity ya umeme ya vifaa. Motors ya aina hii hutumia jambo ambalo flux ya sumaku inaelekea kupitia sehemu ya nyenzo na upinzani mdogo wa sumaku. Kama matokeo, huondoa nyenzo ambayo inapita kupitia sehemu hiyo na upinzani mdogo. Athari hii hutumiwa katika motor ya umeme ili kuunda harakati za mzunguko - kwa hili, vifaa vilivyo na upinzani tofauti wa magnetic mbadala katika rotor: ngumu (kwa namna ya disks za ferrite neodymium) na laini (disks za chuma). Katika jaribio la kupitisha nyenzo za chini za upinzani, flux ya magnetic kutoka kwa stator inazunguka rotor mpaka inapowekwa kufanya hivyo. Kwa udhibiti wa sasa, shamba huzunguka mara kwa mara rotor katika nafasi nzuri. Hiyo ni, mzunguko haujaanzishwa kwa kiasi kikubwa na mwingiliano wa mashamba ya sumaku kama tabia ya shamba kutiririka kupitia nyenzo na upinzani mdogo na matokeo ya mzunguko wa rotor. Kwa kubadilisha vifaa tofauti, idadi ya vipengele vya gharama kubwa hupunguzwa.

Kulingana na muundo, curve ya ufanisi na torque hubadilika na kasi ya injini. Awali, motor induction ina ufanisi wa chini zaidi, na moja ya juu ina sumaku za uso, lakini mwisho hupungua kwa kasi kwa kasi. Injini ya BMW i3 ina tabia ya kipekee ya mseto, shukrani kwa muundo unaochanganya sumaku za kudumu na athari ya "kusitasita" iliyoelezwa hapo juu. Kwa hivyo, motor ya umeme inafikia viwango vya juu vya nguvu ya mara kwa mara na torque ambayo ni tabia ya mashine na rotor ya msisimko wa umeme, lakini ina uzito mdogo sana kuliko wao (mwisho ni ufanisi katika mambo mengi, lakini si kwa suala la uzito). Baada ya yote haya, ni wazi kwamba ufanisi unapungua kwa kasi ya juu, ndiyo sababu wazalishaji zaidi na zaidi wanasema watazingatia maambukizi ya kasi mbili kwa motors za umeme.

Maswali na Majibu:

Je, Tesla hutumia injini gani? Mifano zote za Tesla ni magari ya umeme, hivyo yana vifaa vya pekee na motors za umeme. Karibu kila mtindo utakuwa na motor ya awamu ya 3 ya induction ya AC chini ya kofia.

Je, injini ya Tesla inafanya kazi gani? Asynchronous motor motor kazi kutokana na tukio la EMF kutokana na mzunguko katika stator stationary ya shamba magnetic. Usafiri wa kurudi nyuma hutolewa na ubadilishaji wa polarity kwenye koili za kuanza.

Injini ya Tesla iko wapi? Magari ya Tesla ni gari la gurudumu la nyuma. Kwa hiyo, motor iko kati ya shafts ya nyuma ya axle. Motor ina rotor na stator, ambayo huwasiliana tu kwa njia ya fani.

Je injini ya Tesla ina uzito gani? Uzito wa gari la umeme lililokusanyika kwa mifano ya Tesla ni kilo 240. Kimsingi marekebisho ya injini moja hutumiwa.