Car trydan Nikola Tesla

Mae moduron trydan yn llawer mwy effeithlon na pheiriannau tanio mewnol. Pam a phryd

Y gwir sylfaenol yw bod problemau cerbydau trydan yn gysylltiedig â'r ffynhonnell ynni, ond gellir eu gweld o safbwynt gwahanol. Fel llawer o bethau mewn bywyd yr ydym yn eu cymryd yn ganiataol, ystyrir mai'r modur trydan a'r system reoli mewn cerbydau trydan yw'r ddyfais fwyaf effeithlon a dibynadwy yn y cerbydau hyn. Fodd bynnag, er mwyn cyflawni'r sefyllfa hon, maent wedi dod yn bell yn esblygiad - o ddarganfod y cysylltiad rhwng trydan a magnetedd i'w drawsnewid yn effeithiol yn rym mecanyddol. Mae'r pwnc hwn yn aml yn cael ei danamcangyfrif yng nghyd-destun siarad am ddatblygiad technolegol yr injan hylosgi mewnol, ond mae'n dod yn fwyfwy angenrheidiol i siarad mwy am y peiriant a elwir yn fodur trydan.

Un neu ddau o foduron

Os edrychwch ar graff perfformiad modur trydan, waeth beth fo'i fath, fe sylwch ei fod dros 85 y cant yn effeithlon, yn aml dros 90 y cant, a'i fod ar ei fwyaf effeithlon gyda llwyth o tua 75 y cant. uchafswm. Wrth i bŵer a maint y modur trydan gynyddu, mae'r ystod o effeithlonrwydd yn ehangu yn unol â hynny, lle gall gyrraedd ei uchafswm hyd yn oed yn gynharach - weithiau ar lwyth o 20 y cant. Fodd bynnag, mae ochr arall i'r darn arian - er gwaethaf yr ystod estynedig o effeithlonrwydd uwch, gall defnyddio moduron pwerus iawn gyda llwyth isel iawn eto arwain at fynediad aml i'r parth effeithlonrwydd isel. Felly, mae penderfyniadau ynghylch maint, pŵer, rhif (un neu ddau) a defnydd (un neu ddau yn dibynnu ar y llwyth) o moduron trydan yn brosesau sy'n rhan o'r gwaith dylunio wrth adeiladu car. Yn y cyd-destun hwn, mae'n ddealladwy pam ei bod yn well cael dau fodur yn lle un pwerus iawn, sef fel nad yw'n aml yn mynd i mewn i ardaloedd o effeithlonrwydd isel, ac oherwydd y posibilrwydd o'i gau i lawr ar lwythi isel. Felly, ar lwyth rhannol, er enghraifft, ym Mherfformiad Model 3 Tesla, dim ond yr injan gefn sy'n cael ei ddefnyddio. Mewn fersiynau llai pwerus, dyma'r unig un, ac mewn fersiynau mwy deinamig, mae'r un asyncronig wedi'i gysylltu â'r echel flaen. Mae hyn yn fantais arall o gerbydau trydan - gellir cynyddu pŵer yn haws, defnyddir moddau yn dibynnu ar ofynion effeithlonrwydd, ac mae trenau pŵer deuol yn sgîl-effaith ddefnyddiol. Fodd bynnag, nid yw'r effeithlonrwydd is ar lwyth isel yn atal y ffaith, yn wahanol i injan hylosgi mewnol, bod modur trydan yn cynhyrchu gwthiad ar gyflymder sero oherwydd ei egwyddor sylfaenol wahanol o weithredu a rhyngweithio rhwng meysydd magnetig hyd yn oed o dan amodau o'r fath. Mae'r ffaith effeithlonrwydd a grybwyllwyd uchod wrth wraidd dyluniad a dulliau gweithredu'r injan - fel y dywedasom, byddai injan rhy fawr sy'n rhedeg ar lwyth isel yn barhaus yn aneffeithlon.

Gyda datblygiad cyflym symudedd trydan, mae'r amrywiaeth o ran cynhyrchu moduron yn ehangu. Mae mwy a mwy o gytundebau a threfniadau yn cael eu datblygu, lle mae rhai gweithgynhyrchwyr fel BMW a VW yn dylunio ac yn gweithgynhyrchu eu ceir eu hunain, eraill yn prynu cyfranddaliadau mewn cwmnïau sy'n gysylltiedig â'r busnes hwn, ac eraill yn dal i brynu cyfranddaliadau mewn cwmnïau allanol i gyflenwyr fel Bosch. Yn y rhan fwyaf o achosion, os ydych chi'n darllen manylebau model sy'n cael ei bweru'n drydanol, fe welwch fod ei fodur yn "AC magnet parhaol cydamserol". Fodd bynnag, mae'r arloeswr Tesla yn defnyddio atebion eraill i'r cyfeiriad hwn - moduron asyncronig ym mhob model blaenorol a chyfuniad o asyncronig ac fel y'i gelwir. “Modur newid gwrthiant fel gyriant echel gefn yn y model 3 Perfformiad. Mewn fersiynau rhatach gyda gyriant olwyn gefn yn unig, dyma'r unig un. Mae Audi hefyd yn defnyddio moduron sefydlu ar gyfer y model q-tron a chyfuniad o foduron cydamserol ac asyncronig ar gyfer yr e-tron Q4 sydd ar ddod. Beth ydyw mewn gwirionedd?

Car trydan Nikola Tesla

Nid oes gan y ffaith i Nikola Tesla ddyfeisio'r modur trydan asyncronig neu, mewn geiriau eraill, y modur trydan "asyncronig" (yn ôl ar ddiwedd y 19eg ganrif) unrhyw gysylltiad uniongyrchol â'r ffaith bod modelau Tesla Motors yn un o'r ychydig geir sy'n cael eu pweru gan beiriant o'r fath. . ... Mewn gwirionedd, daeth egwyddor weithredol modur Tesla yn fwy poblogaidd yn y 60au, pan oedd dyfeisiau lled-ddargludyddion yn dod i'r amlwg yn raddol o dan yr haul, a datblygodd y peiriannydd Americanaidd Alan Coconi wrthdroyddion lled-ddargludyddion cludadwy a all drosi batris cerrynt uniongyrchol (DC) yn gerrynt eiledol (AC ) fel sy'n ofynnol ar gyfer modur sefydlu, ac i'r gwrthwyneb (yn y broses adfer). Daeth y cyfuniad hwn o wrthdröydd (a elwir hefyd yn drosglwyddydd peirianneg) a modur trydan a ddatblygwyd gan Coconi yn sail i'r GM EV1 enwog ac, ar ffurf fwy mireinio, y tZERO chwaraeon. Yn debyg i'r chwilio am beirianwyr o Japan o Toyota yn y broses o greu'r Prius ac agor patent TRW, darganfu crewyr Tesla y car tZERO. Yn y pen draw, fe wnaethant brynu trwydded tZero a'i ddefnyddio i adeiladu ffordd.
Mantais fwyaf modur sefydlu yw nad yw'n defnyddio magnetau parhaol ac nad oes angen metelau drud neu brin arnynt, sydd hefyd yn aml yn cael eu cloddio mewn amodau sy'n creu cyfyng-gyngor moesol i ddefnyddwyr. Fodd bynnag, mae moduron cydamserol magnet asyncronig a pharhaol yn manteisio i'r eithaf ar ddatblygiadau technolegol mewn dyfeisiau lled-ddargludyddion, yn ogystal ag wrth greu MOSFETs gyda transistorau effaith maes a transistorau ynysu deubegwn diweddarach (IGBTs). Y cynnydd hwn sy'n ei gwneud hi'n bosibl creu'r dyfeisiau gwrthdröydd cryno a grybwyllwyd ac yn gyffredinol yr holl electroneg pŵer mewn cerbydau trydan. Efallai ei bod yn ymddangos yn ddibwys bod y gallu i drosi DC yn effeithlon i fatris AC 150 cham ac i'r gwrthwyneb yn bennaf oherwydd datblygiadau mewn technoleg reoli, ond dylid cofio bod y cerrynt mewn electroneg pŵer yn cyrraedd lefelau lawer gwaith yn uwch na'r arfer yn y cartref. rhwydwaith trydanol, ac yn aml mae'r gwerthoedd yn fwy na XNUMX amperes. Mae hyn yn cynhyrchu llawer iawn o wres y mae'n rhaid i'r electroneg pŵer ddelio ag ef.

Ond yn ôl at fater moduron trydan. Fel peiriannau tanio mewnol, gellir eu categoreiddio i wahanol gymwysterau, ac mae "amseru" yn un ohonynt. Mewn gwirionedd, mae hyn yn ganlyniad i ddull adeiladol gwahanol llawer pwysicach o ran cynhyrchu a rhyngweithio meysydd magnetig. Er gwaethaf y ffaith bod ffynhonnell y trydan ym mherson y batri yn gyfredol uniongyrchol, nid yw dylunwyr systemau trydanol hyd yn oed yn meddwl am ddefnyddio moduron DC. Hyd yn oed o ystyried colledion trosi, mae unedau AC ac yn enwedig unedau cydamserol yn perfformio'n well na'r gystadleuaeth ag elfennau DC. Felly beth mae modur cydamserol neu asyncronig yn ei olygu mewn gwirionedd?

Cwmni ceir modur trydan

Mae moduron cydamserol ac asyncronig o'r math o beiriannau trydanol maes magnetig cylchdroi sydd â dwysedd pŵer uwch. Yn gyffredinol, mae rotor ymsefydlu yn cynnwys pentwr syml o gynfasau solet, gwiail metel wedi'u gwneud o alwminiwm neu gopr (a ddefnyddiwyd yn gynyddol yn ystod y blynyddoedd diwethaf) gyda choiliau mewn dolen gaeedig. Mae'r cerrynt yn llifo yn y dirwyniadau stator mewn parau gyferbyn, gyda cherrynt o un o'r tri cham yn llifo ym mhob pâr. Ers ym mhob un ohonynt mae'n cael ei symud fesul cam 120 gradd o'i gymharu â'r llall, y maes magnetig cylchdroi fel y'i gelwir. Mae croestoriad troelliadau’r rotor â llinellau o’r maes magnetig o’r cae a grëwyd gan y stator yn arwain at lif cerrynt yn y rotor, yn debyg i’r rhyngweithio ar drawsnewidydd.
Mae'r maes magnetig sy'n deillio o hyn yn rhyngweithio â'r "cylchdroi" yn y stator, sy'n arwain at afael mecanyddol y rotor a chylchdroi dilynol. Fodd bynnag, gyda'r math hwn o fodur trydan, mae'r rotor bob amser yn llusgo y tu ôl i'r cae, oherwydd os nad oes cynnig cymharol rhwng y cae a'r rotor, ni fydd unrhyw faes magnetig yn cael ei gymell yn y rotor. Felly, mae'r lefel cyflymder uchaf yn cael ei bennu gan amlder y cerrynt cyflenwi a'r llwyth. Fodd bynnag, oherwydd effeithlonrwydd uwch moduron cydamserol, mae'r rhan fwyaf o weithgynhyrchwyr yn cadw atynt, ond am rai o'r rhesymau uchod, mae Tesla yn parhau i fod yn eiriolwr dros foduron asyncronig.

Ydy, mae'r peiriannau hyn yn rhatach, ond mae ganddynt eu hanfanteision, a bydd yr holl bobl sydd wedi profi cyflymiadau olynol lluosog gyda'r Model S yn dweud wrthych sut mae perfformiad yn gostwng yn sylweddol gyda phob iteriad. Mae'r prosesau sefydlu a llif y cerrynt yn arwain at wresogi, a phan nad yw'r peiriant yn cael ei oeri o dan lwyth uchel, mae gwres yn cronni ac mae ei alluoedd yn cael eu lleihau'n sylweddol. At ddibenion diogelu, mae'r electroneg yn lleihau faint o gerrynt ac mae'r perfformiad cyflymu yn cael ei ddiraddio. Ac un peth arall - i'w ddefnyddio fel generadur, rhaid i'r modur sefydlu gael ei fagneteiddio - hynny yw, i "basio" y cerrynt cychwynnol trwy'r stator, sy'n cynhyrchu'r cae a'r cerrynt yn y rotor i gychwyn y broses. Yna gall fwydo ei hun.

Moduron asyncronig neu gydamserol

Mae gan unedau cydamserol ddwysedd effeithlonrwydd a phwer sylweddol uwch. Gwahaniaeth sylweddol rhwng modur sefydlu yw nad yw'r maes magnetig yn y rotor yn cael ei gymell gan ryngweithio â'r stator, ond ei fod yn ganlyniad i'r cerrynt sy'n llifo trwy'r dirwyniadau ychwanegol sydd wedi'u gosod ynddo, neu magnetau parhaol. Felly, mae'r maes yn y rotor a'r cae yn y stator yn gydamserol, ond mae'r cyflymder modur uchaf hefyd yn dibynnu ar gylchdroi'r cae, yn ôl eu trefn ar yr amledd a'r llwyth cyfredol. Er mwyn osgoi'r angen am gyflenwad pŵer ychwanegol i'r dirwyniadau, sy'n cynyddu'r defnydd o drydan ac yn cymhlethu'r rheolaeth gyfredol, defnyddir moduron trydan gyda'r hyn a elwir yn gyffro cyson mewn cerbydau trydan modern a modelau hybrid. gyda magnetau parhaol. Fel y soniwyd eisoes, mae bron pob gweithgynhyrchydd cerbydau o'r fath yn defnyddio unedau o'r math hwn ar hyn o bryd, felly, yn ôl llawer o arbenigwyr, bydd problem o hyd gyda phrinder neodymiwm a dysprosiwm daear prin drud. Mae lleihau eu defnydd yn rhan o'r galw gan beirianwyr yn y maes hwn.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

Mae dyluniad y craidd rotor yn cynnig y potensial mwyaf ar gyfer gwella perfformiad peiriant trydanol.
Mae yna amrywiol atebion technolegol gyda magnetau wedi'u gosod ar yr wyneb, rotor siâp disg, gyda magnetau wedi'u hadeiladu'n fewnol. Diddorol yma yw ateb Tesla, sy'n defnyddio'r dechnoleg uchod o'r enw Switched Reluctance Motor i yrru echel gefn Model 3. Mae "cyndynrwydd", neu ymwrthedd magnetig, yn derm gyferbyn â dargludedd magnetig, sy'n debyg i ymwrthedd trydanol a dargludedd trydanol deunyddiau. Mae moduron o'r math hwn yn defnyddio'r ffenomen bod fflwcs magnetig yn tueddu i basio trwy'r rhan o'r deunydd sydd â'r gwrthiant magnetig lleiaf. O ganlyniad, mae'n dadleoli'n gorfforol y deunydd y mae'n llifo drwyddo er mwyn mynd trwy'r rhan sydd â'r gwrthiant lleiaf. Defnyddir yr effaith hon mewn modur trydan i greu symudiad cylchdro - ar gyfer hyn, mae deunyddiau â gwrthiant magnetig gwahanol yn ail yn y rotor: caled (ar ffurf disgiau neodymium ferrite) a meddal (disgiau dur). Mewn ymgais i basio trwy ddeunydd gwrthiant is, mae'r fflwcs magnetig o'r stator yn cylchdroi'r rotor nes ei fod wedi'i leoli i wneud hynny. Gyda rheolaeth gyfredol, mae'r cae yn cylchdroi'r rotor yn gyson mewn sefyllfa gyfforddus. Hynny yw, nid yw'r cylchdro yn cael ei gychwyn i'r fath raddau gan ryngweithiad y meysydd magnetig â thueddiad y cae i lifo trwy'r deunydd gyda'r gwrthiant lleiaf ac effaith ganlyniadol cylchdro'r rotor. Trwy newid gwahanol ddeunyddiau am yn ail, mae nifer y cydrannau drud yn cael eu lleihau.

Yn dibynnu ar y dyluniad, mae'r gromlin effeithlonrwydd a'r trorym yn newid gyda chyflymder yr injan. I ddechrau, mae gan y modur sefydlu yr effeithlonrwydd isaf, ac mae gan yr un uchaf magnetau wyneb, ond yn yr olaf mae'n gostwng yn sydyn gyda chyflymder. Mae gan injan BMW i3 gymeriad hybrid unigryw, diolch i ddyluniad sy'n cyfuno magnetau parhaol a'r effaith "cyndynrwydd" a ddisgrifir uchod. Felly, mae'r modur trydan yn cyflawni'r lefelau uchel o bŵer a trorym cyson sy'n nodweddiadol o beiriannau â rotor cynhyrfus trydanol, ond mae ganddo lawer llai o bwysau na nhw (mae'r olaf yn effeithlon mewn sawl ffordd, ond nid o ran pwysau). Wedi'r cyfan, mae'n amlwg bod effeithlonrwydd yn dirywio ar gyflymder uchel, a dyna pam mae mwy a mwy o weithgynhyrchwyr yn dweud y byddant yn canolbwyntio ar drosglwyddiadau dau gyflymder ar gyfer moduron trydan.

Cwestiynau ac atebion:

Pa beiriannau mae Tesla yn eu defnyddio? Mae pob model Tesla yn gerbydau trydan, felly mae moduron trydan yn unig ganddyn nhw. Bydd gan bron bob model fodur ymsefydlu AC 3 cham o dan y cwfl.

Sut mae injan Tesla yn gweithio? Mae modur trydan asyncronig yn gweithio oherwydd bod EMF yn digwydd oherwydd cylchdroi maes magnetig mewn stator llonydd. Darperir teithio i'r gwrthwyneb trwy wrthdroi polaredd ar y coiliau cychwynnol.

Ble mae injan Tesla wedi'i lleoli? Gyriant olwyn gefn yw ceir Tesla. Felly, mae'r modur wedi'i leoli rhwng y siafftiau echel gefn. Mae'r modur yn cynnwys rotor a stator, sy'n cysylltu â'i gilydd trwy gyfeiriannau yn unig.

Faint mae injan Tesla yn ei bwyso? Pwysau'r modur trydan wedi'i ymgynnull ar gyfer modelau Tesla yw 240 cilogram. Yn y bôn, defnyddir un addasiad injan.