Какой электродвигатель тесла для электромобиля: Доступ с вашего IP-адреса временно ограничен — Авито

Содержание

Все, что нужно знать об электромоторе Tesla

Как выглядит электрический двигатель Tesla?

Любой знаток автомобильной марки Tesla знает, что название компании выбрано не случайно. Tesla Motors (Тесла Моторс) названа в честь создателя двигателя Николы Тесла, жившего в 19 веке. Практически каждый автомобиль, который производит компания Tesla – от родстера до модели S и Х, оснащается 3-фазным асинхронным двигателем переменного тока, концепцию которого и придумал легендарный изобретатель. 

 

В течение десятилетий после изобретения электродвигатель Николы Тесла работал от стационарной 3-фазной электрической розетки переменного тока. Примерно в 1990 году инженер-индивидуалист Алан Коккони разработал один из ранних портативных инверторов –устройство, которое превращает постоянный ток (DC) в батарее электромобиля в переменный ток (AC), необходимый для работы асинхронного двигателя.

 

Смотрите также: Почему Tesla Model S не подходит для спортивного использования?

 

Комбинация инвертор/электродвигатель была впервые использована на электроавтомобиле General Motors EV1.

Позже итальянский физик Джузеппе Коккони создал улучшенную версию этой трансмиссии, которая появилась на автомобиле AC Propulsion Tzero. Но до серийного производства этого автомобиля не дошло. Зато на эту электромашину обратил внимание будущий соучредитель компании Tesla Motors Мартин Эберхард, основавший компанию в честь великого физика Николы Тесла вместе с Марком Тарпеннингом, к которым позже присоединился Илон Маск. 

 

 

В итоге компания Tesla получила лицензию на технологию электромотора автомобиля tZERO для своего родстера. Так на автомобилях Tesla появился асинхронный двигатель, который, кстати, претерпел ряд изменений и улучшений.

 

Прелесть асинхронного двигателя в том, что он не требует постоянных магнитов. Постоянные магниты достаточной мощности для вращения двигателя электроавтомобиля обычно изготовлены из редкоземельных материалов. А, как известно, редкоземельные магниты имеют огромную первоначальную стоимость. Также такие магниты имеют свойство размагничиваться. Но главное, что цены на редкоземельные материалы зависят от их добычи, что приводит к большим биржевым колебаниям цен. 

 

Смотрите также: Электромоторы под капотом старых автомобилей: Легко

 

Благодаря же транзисторам асинхронный двигатель можно использовать с обычными магнитами. В асинхронном моторе используются электромагниты (катушки проволоки и т. д.), которые можно включать и выключать или переключать много раз в секунду благодаря транзисторам с эзотерическими названиями, такими как дополнительный полевой транзистор на основе оксида металла (MOS) -FET) или биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). 

 

Асинхронный двигатель, конечно, потрясающий мотор. Но не идеальный. В двигателе Tesla используется дорогостоящий и сложный в изготовлении ротор, изготовленный из меди. А благодаря особенности работы асинхронных двигателей ротор имеет тенденцию нагреваться и даже перегреваться. Тепло – это потраченная впустую энергия (известная как потеря i 2 r). В электроавтомобиле это имеет огромное значение. Асинхронный электромотор также не так эффективен на низких скоростях, в отличие от других двигателей. Поэтому эта технология открыта для новых решений, которые бы привели к созданию более эффективных электродвигателей, а также к снижению затрат себестоимости.  

 

Фото Ebay

 

В зависимости от модели автомобили Tesla оснащаются одним или двумя электродвигателями. Например, заднеприводная модель Tesla Model S оснащается 3-фазным 4-полюсным асинхронным двигателем (вверху справа). Электроника привода инвертора (слева). Редуктор 9.73:1 и задний дифференциал (в центре) собраны в одну маслонаполненную часть, расположенную в задней части машины. Задние колеса приводятся в движение непосредственно этим устройством.

 

В машине нет сцепления и трансмиссии (нет переключения передач, нет режима «Нейтраль»). Можно запустить двигатель «вперед» для движения вперед и «назад» для движения назад. Питание ~ 400 В пост. тока поступает от аккумуляторной батареи через два тяжелых оранжевых кабеля, подходящих к инвертору, где он преобразует электричество в 3-фазный переменный ток. 

 

Полноприводные модели Tesla Model S оснащены аналогичным передним приводом со вторым асинхронным двигателем и редуктором 8.28:1, который и приводит непосредственно в движение передние колеса. 

 

В Tesla Model 3 на задних колесах используется вот этот двигатель:

 

Фото Ebay

 

Этот трехфазный 6-полюсный двигатель с постоянным магнитом с переключаемым сопротивлением (справа), электроникой привода инвертора (слева), редуктором 9:1 и задним дифференциалом (в центре) собран в едином блоке, который и вращает задние колеса. 

 

В моделях с полным приводом в Tesla Model 3 используется 3-фазный 4-полюсный асинхронный двигатель и редуктор, которые непосредственно и приводят передние колеса в движение. На скоростях этот асинхронный мотор немного более эффективный, чем задний двигатель PM-SR. Именно поэтому он используется для обеспечения большей части крутящего момента. 

 

Двигатель PMSR заднего привода Tesla модели 3 (статор и ротор) (технология Bloomberg). Трехфазный 6-полюсный двигатель с постоянным магнитом и переключаемым сопротивлением (PM-SRM) имеет даже более высокую производительность и эффективность, чем асинхронные двигатели, используемые в других автомобилях Tesla.

 

Ротор двигателя PMSR заднего привода Tesla Model 3 (технология Bloomberg)

 

Статор PMSR заднего привода Tesla Model 3 (технология Bloomberg)

 

 



Tesla Model S — Как это работает

Так сложилось, что в рубрике «Космоddrом» почти ни одна статья не проходит без упоминания несомненно любимого всеми нами господина Илона Маска. Он действительно является одной из самых харизматичных фигур в современном мире науки и техники, а его компании Tesla и SpaceX впечатляют своей деятельностью. Учитывая большой интерес к персоне Маска и его детищам, я решил  поближе познакомить вас с ними в рамках нашей новой рубрики «Как это работает». И в сегодняшней статье речь пойдет о текущем флагмане Tesla, Model S.

Думаю, ни для кого не секрет, что Tesla производит электромобили. Вряд ли найдется много желающих оспорить тот факт, что Model S, являющаяся «лицом компании» на данный момент, — лучший представитель наземных транспортных средств, работающих исключительно на электричестве. Давайте же разбираться, как он работает.

В отличие от привычных нам автомобилей, у Model S нет большого и тяжелого двигателя, ведь взрывать бензин и преобразовывать энергию во вращение колес нет необходимости. Вместо этого индукционный электродвигатель размером с арбуз расположен между задними колесами. Создатели утверждают, что эффективность преобразования энергии в движение такой силовой установкой в 3 раза выше, чем у стандартного двигателя внутреннего сгорания.

Снизу автомобиля поместились батареи. В зависимости от комплектации емкость может варьироваться от 60 кВт*ч до 85 кВт*ч. А это от 5040 до 7104 элементов питания соответственно.  Такая емкость обеспечит средний запас хода от 330 до 425 км. К слову, производством батарей занимается компания Panasonic.

Расположение аккумуляторов в нижней части Model S в сочетании с относительно легким кузовом из алюминия позволяет расположить центр тяжести на уровне в 45 см, что очень низко. А, как известно, чем ниже центр тяжести, тем лучше управляемость и поведение на поворотах. Распределение нагрузки между передней и задней осями составляет 47 к 53.

Двигатель, расположенный сзади, работает по простому индукционному принципу, который используется в массе бытовых приборов. На катушки в статоре подается переменный ток, а благодаря электромагнитной индукции в движение приводится ротор. Конкретно в случае Model S используется трехфазный четырехполюсной двигатель. Охлаждается он за счет циркуляции жидкости. С его помощью достигается мощность в 416 л.с. и вращающий момент в 600 Нм. Такие показатели позволяют разгонятся с места до сотни за 4,4 секунды (в случае топовой комплектации).

Помимо того что электрический двигатель не производит выхлопных газов, что позитивно сказывается на экологии, ему еще не нужно время на подачу топлива и преобразования его во вращение колес, что означает, что задержка между нажатием на педаль газа и подачей мощности почти нулевая. А система рекуперации позволяет почти не пользоваться педалью тормоза в городских условиях. Впрочем, интенсивность системы настраивается вручную. А еще потому что в Model S нет большого двигателя, бензобака и прочих объемных штук, вы получите много места. В багажнике (том, который сзади) при желании можно даже установить два дополнительных сидения. Неплохо как для седана. Так что вы сможете перевозить двух детей сзади и даже еще одного спереди.

Наверное, самое больное место любого электрического автомобиля — время и место зарядки. Tesla предлагает систему «суперзарядки», которая за полчаса добавит вам 275 км хода. Однако такие заправки есть далеко не везде, и не всегда вы будете проезжать мимо них. С помощью адаптера можно заряжать Model S и от стандартной розетки, но занимать это может очень долгое время — более 15 часов при токе в 20 А.

Впрочем, в 2013 году Tesla продемонстрировала возможность полной замены батарей на заряженные всегда за 90 секунд. Примерно такое же время необходимо для заправки бензином. Стоить такая процедура на станциях Tesla будет примерно $60-80, что соизмеримо с полным баком топлива. В то же время зарядка от сети на фирменных станциях для всех владельцев Tesla бесплатна.

Абсолютное большинство органов управления автомобилем сконцентрировано на 17″ тач-панели. Таким образом, можно попробовать растаможить Model S как большой планшет с чехлом в виде автомобиля. Если прокатит, это сэкономит вам кучу денег.

Эпилог

Надеюсь, вам было интересно узнать подробнее о Model S — пожалуй, лучшем электромобиле современности. В качестве бонуса можете посмотреть галерею живых фотографий от нашего главного редактора, Саши Ляпоты, который смог в свое время познакомиться с творением Tesla лично, пусть даже только на выставочном стенде.

Если вам нравится рубрика «Как это работает», рассказывайте о ней друзьям с помощью кнопок соцсетей — этим вы поможете развитию проекта. А также предлагайте темы для следующих выпусков в комментариях.

Электромотор самой недорогой модели автомобиля Tesla мощнее, чем двигатель BMW M3

В Tesla Model 3 будут использоваться аккумуляторы последней модификации с «Гигафабрики Tesla»

Компания Tesla собирается устанавливать в своих новых электромобилях Tesla Model 3 аккумуляторы, которые производятся сейчас на «Гигафабрике» из Невады. Новые силовые агрегаты, как обещает компания, будут более мощными и эффективными. Преобразователь был разработан с нуля, предыдущие модели, которые работали в той же Tesla Model S, не используются. Новое здесь все, включая полупроводниковые элементы системы. Инженерам компании удалось снизить количество уникальных элементов инвертора примерно на 25%, что позволяет удешевить конструкцию.

Кроме того, Model 3 получила 435-сильный электромотор. Об этом сообщил технический директор Tesla. Это даже больше, чем у BMW M3, где установлен трехлитровый шестицилиндровый твин-турбо двигатель (максимум — 431 л.с.). Благодаря мощному мотору самая медленная модификация модели сможет разгоняться до 96 километров в час всего за 6 секунд. У старшей модели с продвинутым режимом Ludicrous Mode на разгон до этой скорости уйдет всего 4 секунды.



Электронные компоненты инвертора (полевые транзисторы с изолированным затвором)

Инженеры компании уже несколько месяцев работают над созданием нового инвертора Model 3 мощностью 320 КВт. В конструкции инвертора используются биполярные транзисторы TO-247 с изолированным затвором. Эти электронные компоненты использовались в конструкции инвертора для Tesla Model X и Tesla Model S. Производство инверторов уже стартовало, запущены производственные линии и для других компонентов, поскольку компания собирается поставить около 500000 электромобилей к 2018 году.

Без подзарядки новая модель сможет проезжать от 340 до 400 километров, что очень неплохо. Изначально на рынок будет поставляться версия с запасом хода в 340 километров, после чего появится модель с аккумулятором емкостью в 80 КВт·ч. С этим аккумулятором электромобиль сможет пройти и 480 километров. Кроме того, новинка получает автопилот. И хотя он и не превратит электромобиль в робомобиль, помощь автомобилисту будет оказываться довольно серьезная.

Сейчас компания уже проводит тестирование своего нового электромобиля. К примеру, недавно именно такую модель сфотографировали в одном из сервисных центров компании. По внешнему виду она ничем не отличается от демонстрационного образца.

Отгружать Model 3 покупателям начнут не ранее конца 2017 года. Предзаказов на электромобиль поступило в несколько раз больше планируемого — на данный момент более 375 тысяч. Неясно, способна ли Tesla Motors справиться с такой нагрузкой без срыва сроков. Вполне возможно, что будут срывы сроков. По Model X проблемы были еще в первом квартале — вместо 4500 электромобилей компания смогла поставить 2400. Тем не менее Илон Маск обещает постепенно нарастить производственные мощности, чтобы заказчики любых моделей электромобиля получали свои транспортные средства точно в срок.

Ведущий производитель электромоторов для HDD нацелился на тяговые двигатели для электромобилей

На днях японская компания Nidec назвала себя «Теслой» среди производителей двигателей для электромобилей. По словам руководителя Nidec, всё больше и больше компаний нуждаются в совершенных электродвигателях для электрического транспорта. Компания Nidec как никто разбирается в электродвигателях и готовится начать выпускать сравнительно недорогие и качественные электродвигатели.

Пример автомобильного тягового электродвигателя Nidec (изображение компании)

Имя компании Nidec стало широко известно около десяти лет назад, когда очередное наводнение в Таиланде затопило заводы производителей жёстких дисков, а заодно и заводы Nidec, на которых собирались электродвигатели для жёстких дисков. Тогда выяснилось, что свыше 70 % электродвигателей для HDD выпускает именно эта японская компания, что не отменяет того факта, что у неё это очень хорошо получается. Поэтому действительно можно ожидать, что электродвигатели для электромобилей она тоже сможет выпускать на очень высоком уровне качества по адекватной цене.

Важно отметить, что Nidec, вопреки современным тенденциям, не боится инвестировать в Китай. В частности, недавно она открыла в Китае новый центр разработок. Более того, основными потребителями тяговых двигателей Nidec для электромобилей сегодня являются китайские компании. По словам производителя, свыше 10 из её 15 клиентов во всём мире ― это китайцы.

Компания Nidec собирается конкурировать с соперниками не только инновациями и качеством двигателей, но также и ценой. Она обещает в два раза снизить себестоимость производства электродвигателей для электромобилей и уже добилась 30-процентного снижения себестоимости. В конечном итоге Nidec собирается выпускать электродвигатели, которые будут существенно дешевле конкурирующих предложений без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Пандемия коронавируса SARS-CoV-2 сократила спрос на электродвигатели для электромобилей, что затронуло Nidec так же, как и других производителей, но она обещает достойно выйти из кризиса. «Производство автомобилей прекратилось. Но тенденция к электрификации продолжается. Все больше и больше компаний хотят производить электромобили», ― заявил глава компании Шигенобу Нагамори (Shigenobu Nagamori).

«Мы как Tesla в бизнесе электромоторов для автомобилей», ― сказал Нагамори. Отметив, что Tesla недавно обогнала Toyota Motor по капитализации и стала самым дорогим автопроизводителем в мире, он пояснил: «Это потому что инвесторы ожидают перехода на электромобили. Мы должны подготовиться к радикальному сдвигу».

Впрочем, пандемия даже помогла Nidec. Удалённая работа увеличила спрос на ноутбуки и электродвигатели для систем охлаждения мобильных ПК. Также стали востребованы электродвигатели для масок медицинского назначения. Эти направления позволяют Nidec в целом неплохо оценивать выручку в текущем финансовом году, хотя она прогнозируется на пару процентов меньше, чем в прошлом.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Почему автомобиль Tesla использует двигатель переменного тока вместо двигателя постоянного тока?

ВСЕ вращающиеся электродвигатели являются двигателями переменного тока. Каждый из них.
Кроме того, в глубине души они делают то же самое. Разница заключается в том, как постоянный ток превращается в переменный ток и как он используется для получения стандартного результата.

Единственный двигатель с электронным управлением постоянного тока - это щеточный двигатель. DC превращается в переменный ток с помощью вращающегося коммутатора и фиксированных щеток. Помимо этого двигателя всем остальным понадобится некоторая форма преобразования постоянного тока в переменный. Щеточный двигатель, как правило, непривлекателен, поскольку механический переключатель постоянного тока в переменный (коммутатор) является относительно дорогим и относительно недолговечным.

Таким образом, для Tesla или другого электромобиля выбор не является постоянным или переменным током, но какая форма электродвигателя переменного тока наилучшим образом соответствует целям конструкции экономически эффективно.

Tesla будет использовать то, что она делает, потому что она достигла целей дизайна наиболее экономически эффективно.


Отрицательные отзывы свидетельствуют о том, что ряд людей согласны с Маркусом и считают, что приведенный выше ответ придирчив. Немного подумав и посмотрев на мои ответы в целом, можно предположить отсутствие понимания со стороны downvoters.

Все вращающиеся электродвигатели являются двигателями переменного тока

  • Если вы думаете, что этот момент придирчив, то вам нужно подумать о том, что в целом делает электромобиль.

Давайте посмотрим, есть ли у нижестоящих людей смелость прочитать следующее, а затем удалить свои отрицательные голоса. Для меня это не имеет значения. Если вы вводите в заблуждение других людей, это имеет большое значение.

ВСЕМ роторным электродвигателям требуется контроллер для подачи переменного тока на двигатель каким-либо образом.
Различие между электродвигателем переменного тока и электродвигателем постоянного тока полезно в некоторых контекстах, но в автомобиле, который представляет собой замкнутую систему, которая начинается с источника энергии постоянного тока и заканчивается вращающимся электродвигателем, различие является ложным и бесполезным. Машина закрытая система. Где-то в системе есть контроллер, который в той или иной форме преобразует постоянный ток в переменный. Не имеет значения, установлен ли он внутри статора ротора или ротора, внутри корпуса двигателя, прикреплен к корпусу или где-то еще в автомобиле.

В почищенном щеткой двигателе постоянного тока «контроллер» представляет собой механический переключатель, установленный на конце вала двигателя. Этот контроллер называется коммутатором, но он функционально является контроллером, который принимает постоянный ток и создает погоню за своим магнитным полем переменного тока, что касается обмоток в двигателе.

Статор с постоянным магнитом и обмоткой ротора «Бесщеточный двигатель постоянного тока» функционально очень похож на щеточный двигатель постоянного тока, с заменой коммутатора электронными переключателями и датчиками, которые принимают входящий в комплект постоянный ток и применяют его к различным полям, чтобы они могли преследовать свой хвост как ротор вращается. Опять же, это двигатель переменного тока с контроллером. Просто спросите любую обмотку. Датчики находятся внутри самого двигателя, а переключатели могут находиться рядом с двигателем или дистанционно.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором добавляет определенную сложность, используя вращение гнезда обмоток с низким импедансом внутри поля статора, чтобы вызвать напряжение в стержнях ротора и создать магнитное поле, которое вращает ротор так, что оно преследует вращающееся поле переменного тока. применяется к обмоткам статора. Опять же, он имеет однонаправленный (но синусоидально изменяющийся) постоянный ток во время любой части последовательности привода. Это такая же смешанная система постоянного и переменного тока, как и любая другая.

Можно неохотно описывать приводные двигатели с переменным вихревым током - больше одинаковых, но разных. Это двигатель переменного тока с контроллером, производящим его от постоянного тока.

Проводимое различие не имеет значения и тривиально. Реальный вопрос заключается в том, «почему Тесла использует именно эту форму двигателя, а не какую-то другую». То, что это не просто семантика, а отсутствие понимания, показано

  • ... которые требуют питания, а не постоянного тока, который более непосредственно от батареи постоянного тока. Введение Inveter означает большую стоимость (вес, контроллер и т. Д.) ...

Единственным двигателем постоянного тока, который не требует какой-либо инверторной или электронной системы переключения, является механический щеточный двигатель. Они настолько непригодны для работы с легкими приводами с регулируемой скоростью, что их будет мало, если они вообще будут использоваться в современных конструкциях электромобилей. ВСЕ другие типы электродвигателей, у которых нет инвертора, будут иметь некоторую электронику вместо инвертора.


Я сказал ROTARY: «Электродвигатели - это двигатели переменного тока, потому что, возможно, можно создать бесщеточный линейный двигатель с двигателем постоянного тока с коммутируемым режимом работы только с постоянным током, хотя это приведет к неэффективному использованию меди и магнетизма. Вы можете сделать это с помощью роторного двигателя, но без реального мира». мотор в серийном производстве сделал бы так.

какие они бывают (electric motor)


В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродвигателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро?
Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, которые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые… Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте пройдемся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель "самый лучший".

Двигатель постоянного тока (ДПТ)

С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструкторские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел – коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало – что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото сверху)? Это конденсаторы – при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают помехи.
Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера ("вибра" в телефоне), так и довольно большого – обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810 кВт и напряжением 1500 В. 

Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности – это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе является не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоамперы – и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ – целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор становится слишком сложно (рекорд — 12,5 МВт). В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотного регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент.
Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуждения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вращающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магнитами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят постоянные магниты, в больших – обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения – это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличивается её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем выше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а значит при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода двигателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напряжении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ.

Универсальный коллекторный двигатель

Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, название которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и характеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутствует "постоянный ток", теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся.
Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить полярность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Правильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем обмотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть переменного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает переменный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый "универсальный коллекторный двигатель", который по конструкции является подвидом ДПТ, но… прекрасно работает как от переменного, так и от постоянного тока.
Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с "прямым приводом"), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за простоты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в "курке" электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни датчика положения ротора.

Асинхронный электродвигатель

Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхронный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности – где присутствует трехфазная сеть. Если кратко, то его статор – это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся магнитное поле. Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент.
Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контакта, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует меньше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети переменного тока "прямым пуском" – его можно включить коммутатором "на сеть", в результате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 крат, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пускового тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности – десятки мегаватт, тоже благодаря отсутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и дешев.
Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые "конденсаторные" двигатели, или, что тоже самое, "однофазные" асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить "двухфазные", просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Конденсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели применяются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п.
Минус асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель – это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представлять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исключительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропорционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление. Но для этого нужен преобразователь частоты – целый прибор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупроводниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулирование частотой было экзотикой – его не на чем было делать. Но сегодня регулируемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты – это уже стандарт-де-факто.

Синхронный электродвигатель

Синхронных приводов бывает несколько подвидов – с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с трапецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же можно отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций – синхронные машины), а также в качестве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности. Все эти машины выполнялись с контактными кольцами, о возбуждении от постоянных магнитов при таких мощностях речи, конечно же, не идет. При этом у синхронного двигателя, в отличие от асинхронного, большие проблемы с пуском. Если включить мощную синхронную машину напрямую на трехфазную сеть, то всё будет плохо. Так как машина синхронная, она должна вращаться строго с частотой сети. Но за время 1/50 секунды ротор, конечно же, разогнаться с нуля до частоты сети не успеет, а поэтому он будет просто дергаться туда-сюда, так как момент получится знакопеременный. Это называется "синхронный двигатель не вошел в синхронизм". Поэтому в реальных синхронных машинах применяют асинхронный пуск – делают внутри синхронной машины небольшую асинхронную пусковую обмотку и закорачивают обмотку возбуждения, имитируя "беличью клетку" асинхронника, чтобы разогнать машину до частоты, примерно равной частоте вращения поля, а уже после этого включается возбуждение постоянным током и машина втягивается в синхронизм. И если у асинхронного двигателя регулировать частоту ротора без изменения частоты поля хоть как-то можно, то у синхронного двигателя нельзя никак. Он или крутится с частой поля, или выпадает из синхронизма и с отвратительными переходными процессами останавливается. Кроме того, у синхронного двигателя без магнитов есть контактные кольца – скользящий контакт, чтобы передавать энергию на обмотку возбуждения в роторе. С точки зрения сложности, это, конечно, не коллектор ДПТ, но всё равно лучше бы было без скользящего контакта. Именно поэтому в промышленности для нерегулируемой нагрузки применяют в основном менее капризные асинхронные привода.
Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и микроконтроллеров. Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: организовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + инвертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного тока: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому начиная где-то с 2000 года начался "бум" синхронных двигателей с постоянными магнитами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные машины как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня синхронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это – благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект преобразователь+двигатель? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам электродвигателей.

Вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением (ВИД СВ, SRM)

У него много названий. Обычно его коротко называют вентильно-индукторный двигатель (ВИД) или вентильно-индукторная машина (ВИМ) или привод (ВИП). В английской терминологии это switched reluctance drive (SRD) или motor (SRM), что переводится как машина с переключаемым магнитным сопротивлением. Но чуть ниже будет рассматриваться другой подвид этого двигателя, отличающийся по принципу действия. Чтобы не путать их друг с другом, "обычный" ВИД, который рассмотрен в этом разделе, мы называем "вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением" или коротко ВИД СВ, что подчеркивает принцип возбуждения и отличает его от машины, рассмотренной далее. Но другие исследователи его также называют ВИД с самоподмагничиванием, иногда реактивный ВИД (что отражает суть образования вращающего момента).Конструктивно это самый простой двигатель и по принципу действия похож на некоторые шаговые двигатели. Ротор – зубчатая железка. Статор – тоже зубчатый, но с другим числом зубцов. Проще всего принцип работы поясняет вот эта анимация:
Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке (токоограничение 600А):

Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока, напрямую "на сеть" его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. Причем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на фото в начале этого раздела. Проблема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преобразователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода – так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобразователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействованной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD.
Следующая проблема – это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным – чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транспорта – кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от таких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники двигателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз.
Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в качестве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода – отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом – трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным преобразователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются "вверх" от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот.

Вентильно-индукторный двигатель с независимым возбуждением (ВИД НВ)

Это совсем другой тип двигателя, отличающийся по принципу действия от обычного ВИД. Исторически известны и широко используются вентильно-индукторные генераторы такого типа, применяемые на самолетах, кораблях, железнодорожном транспорте, а вот именно двигателями такого типа почему-то занимаются мало.
На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (момент равен нулю).
Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установлена обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного провода). Несмотря на то, что обмотка висит "посередине" между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтованного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная трехфазная – как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя существуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора.
Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина – в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность зависит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного током обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагниту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита).
С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как "черный ящик", то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента – всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде дешевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, например, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления:

Кроме того, ВИД НВ можно создавать многофазным и многосекционным, аналогично тому, как это делается в ВИД СВ. При этом фазы оказываются несвязанными друг с другом магнитными потоками и могут работать независимо. Т.е. получается как будто бы несколько трехфазных машин в одной, к каждой из которых присоединяется свой независимый инвертор с векторным управлением, а результирующая мощность просто суммируется. Координации между преобразователями при этом не требуется никакой – только общее задание частоты вращения.
Минусы этого двигателя тоже есть: напрямую от сети он крутиться не может, так как, в отличие от классических синхронных машин, ВИД НВ не имеет асинхронной пусковой обмотки на роторе. Кроме того, он сложнее по конструкции, чем обычный ВИД СВ (SRD).

Заключение: какой же электродвигатель самый лучший?

К сожалению, двумя словами здесь не обойтись. И общими выводами про то, что у каждого двигателя свои достоинства и недостатки – тоже. Потому что не рассмотрены самые главные качества – массогабаритные показатели каждого и типов машин, цена, а также их механические характеристики и перегрузочная способность. Оставим нерегулируемый асинхронный привод крутить свои насосы напрямую от сети, тут ему конкурентов нет. Оставим коллекторные машины крутить дрели и пылесосы, тут с ними в простоте регулирования тоже потягаться сложно.
Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого – длительный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причине ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре – синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе насоса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является капризным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариантами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих типов.
Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но – асинхронный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощность – это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секционируемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразователь должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500В и ток 3 килоампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь – это совсем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Такой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптические каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое… В общем, сложно всё у мощного асинхронного привода. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может "отсрочить" переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до единиц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспечивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для конкретной задачи наиболее оптимальный привод.Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о малогабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габаритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с постоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конкуренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой другой "безмагнитный" привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблуждение, которое я сейчас постараюсь развеять.
Если синхронная машина в три раза меньше и легче – это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока постоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной частоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора – момент возрастет пропорционально. Но более эффективно было бы повысить и поток возбуждения – тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхронных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины – магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке – в номинальной. С номинальной частотой вращения и номинальным моментом. Выше и ниже – всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным):

На рисунке по горизонтальной оси отложен момент двигателя, по вертикальной – частота вращения. Звездочкой отмечена точка номинального режима, например, пусть это будет 60 кВт. Заштрихованный прямоугольник – это диапазон, где возможно регулирование синхронной машины без проблем – т.е. "вниз" по моменту и "вниз" по частоте от номинала. Красной линией отмечено, что можно выжать из синхронной машины сверх номинала – небольшое повышение частоты вращения за счет так называемого ослабления поля (на самом деле это создание лишнего реактивного тока по оси d двигателя в векторном управлении), а также показана некоторая возможная форсировка по моменту, чтобы было безопасно для магнитов. Всё. А теперь давайте поставим эту машину в легковое транспортное средство без коробки передач, где батарея рассчитана на отдачу 60 кВт. Желаемая тяговая характеристика изображена синим. Т.е. начиная с самой низкой скорости, скажем, с 10 км/ч привод должен развивать свои 60 кВт и продолжать их развивать вплоть до максимальной скорости, скажем 150 км/ч. Синхронная машина и близко не лежала: её момента не хватит даже чтобы заехать на бордюр у подъезда (или на поребрик у парадной, для полит. корректности), а разогнаться машина сможет лишь до 50-60 км/ч.
Что же это значит? Синхронная машина не подходит для электротяги без коробки передач? Подходит, конечно же, просто надо по-другому её выбрать. Вот так:
Надо выбрать такую синхронную машину, чтобы требуемый тяговый диапазон регулирования был весь внутри её механической характеристики. Т.е. чтобы машина одновременно могла развить и большой момент, и работать на большой частоте вращения. Как вы видите из рисунка… установленная мощность такой машины будет уже не 60 кВт, а 540 кВт (можно посчитать по делениям). Т.е. в электромобиль с батареей на 60 кВт придется установить синхронную машину и инвертор на 540 кВт, просто чтобы "пройти" по требуемому моменту и частоте вращения.
Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540 кВт вместо 60 кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь "размазать" её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпорированными), это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций синхронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и красивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как "что делать, если в режиме ослабления поля инвертор отключился". ЭДС машины может "накачать" звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, если инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами короткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электронику — нужны схемы защиты и т.п.
Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на 30 км/ч (или сколько там у него?). А еще синхронная машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два – больше особо нет смысла, так как воздушный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина – это то, что нужно. И как раз она туда, собственно, успешно ставится.
Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реализуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмотки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлением возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить?
К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться двигатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его естественная механическая характеристика – это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбуждения в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе – это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема – это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выделяется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показателей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращающегося ротора тепло отвести значительно сложнее – путь отвода тепла через "теплопроводность" отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным "термосом" - единожды перегрузив его (сделав динамичный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить… приходится только предсказывать по модели.
Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они решили… заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это). А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля… они не решали. Они поставили двигатель с тяговой характеристикой, почти как у меня нарисована для "избыточного" синхронного двигателя на рисунке выше, только у них не 540 кВт, а 300 кВт. Зона ослабления поля в Тесле очень маленькая, где-то два крата. Т.е. они поставили "избыточный" для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя обратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее "производительный" седан, мощностью 100 кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300 кВт), просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи.
А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу – это по своему принципу работы нелинейный двигатель, и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно меняться. Но в целом он скорее всего лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот про ВИД НВ я могу сказать подробнее. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, которая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее приближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристику за счет регулирования возбуждения.
Так что же? ВИД НВ – идеальная машина для тяги без единой проблемы? На самом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая "висит" между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло – получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, "кинуть" трубку охлаждения со статора. Вторая проблема – это завышенные массогабаритные показатели. Глядя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно – "работают" только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо "работает". Сложность сборки – засунуть обмотку возбуждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, соответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные характеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга.
А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор – пароходное колесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочастотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора.
Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый лучший?
Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи такова – если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электропривода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой механической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, такой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характеристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать долго – это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувствуют синхронные машины с магнитами – там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги – потери при движении выбегом, когда водитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти номинальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее…
Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.

ложь и правда о великом изобретателе

Глава 3

Электромобиль

В межвоенных 1925–1938 годах Тесла вел переговоры с Мироном Тейлором, который возглавлял тогда компанию "Юнайтед Стейтс Стил". Невероятно разносторонний изобретатель якобы разработал для этой компании оборудование для отделения руды от пустой породы, для дегазации стали и получения стали с калиброванным содержанием серы. В 1931 году он отправился на завод в г. Вустер для проверки работоспособности предложенного им оборудования — отсюда надо было бы сделать вывод, что какое-то оборудование уже было изготовлено и поставлено на завод. Однако в архивах компании не содержится ни одного свидетельства об удачных или даже неудачных испытаниях, а лишь кратко и довольно суховато сказано о сотрудничестве с ученым. Биографы Теслы полагают, на основании его собственных записей, что он собирался установить на заводе свои безлопастные турбины в системе теплоотвода — какое это имеет отношение к отделению руды, дегазации стали и поддержанию нужного содержания серы в продукте, совершенно не ясно. То есть как раз ясно — никакого. В принципе, вполне разумная идея ученого преобразовать бесцельно пропадающее тепло в электричество так и не была реализована — увы, как приходится об этом напоминать в очередной раз.

Из Вустера, прихватив с собой двоюродного брата Петера Саво, изобретатель направился в Буффало для проведения секретного эксперимента — настолько секретного, что, как сейчас увидит читатель, никто так ничего и не понял. Якобы ученый переоборудовал стандартный автомобиль "Пирс-Эрроу" одноименной фирмы для работы на электроэнергии, поступающей из какого-то таинственного внешнего источника.

Серьезные биографы Николы Теслы избегают описаний электромобиля, якобы построенного изобретателем. Точнее, не построенного, а снабженного электродвигателем собственной конструкции, который получал электроэнергию неизвестно от чего и в неограниченных количествах. Однако в Интернете и в желтой прессе сообщения об этом автомобиле появляются постоянно, причем, по всей видимости, представляют собой перепечатку всего пары оригинальных статей из старых американских изданий.

Вот как излагает эту историю Валентина Богомолова на Научно-техническом портале www.ntpo.com:

"В 1931 г. Никола Тесла продемонстрировал публике загадочный автомобиль. Из роскошного лимузина извлекли бензиновый двигатель и установили электромотор. Потом Тесла на глазах у публики поместил под капот невзрачную коробочку, из которой торчали два стерженька, и подключил ее к двигателю. Сказав: "Теперь: мы имеем энергию", Тесла сел за руль и поехал. Машину испытывали неделю. Она развивала скорость до 150 км/ч и, похоже, совсем не нуждалась в подзарядке. Все спрашивали Теслу: "Откуда берется энергия?" Он отвечал: "Из эфира". Наверное, мы сегодня уже бы ездили на автомобилях с вечным двигателем, если бы те, давние, зрители не заговорили о нечистой силе. Рассердившийся ученый вынул таинственную коробку из автомобиля и унес в лабораторию. Тайна ее не разгадана до сих пор".

Сравните этот текст с выдержкой из статьи некоего Артура Эброма:

"В 1931 году за деньги компании Вестингауза был закуплен стандартный автомобиль марки "Пирс-Эрроу" и проверен на фабричных территориях в г. Буффало. Стандартный двигатель внутреннего сгорания был удален, и на муфту к передаче установлен электродвигатель мощностью 80 л. с. на 1800 об/мин. Двигатель переменного тока имел длину 100 см и 75 см в диаметре. Никаких источников питания не было.

В назначенное время из Нью-Йорка прибыл Никола Тесла и осмотрел автомобиль. Затем он пошел в местный радиомагазин и купил 12 радиоламп, провода, разные резисторы и укрепил все это в некой коробке, которая имела размеры длиной 60 см, шириной 30 см и высотой 15 см. Укрепив коробку за сиденьем водителя, он присоединил провода к электродвигателю (с воздушным охлаждением). Два стержня диаметром 0,625 мм и длиной около 7,5 см торчали из коробки.

Тесла занял водительское место, подключил эти два стержня и заявил: "Теперь мы имеем энергию". Он нажал на педаль, и автомобиль поехал! Это транспортное средство, приводимое в движение мотором переменного тока, развивало скорость до 150 км/ч и обладало характеристиками лучшими, чем любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания в то время! Одна неделя была потрачена на испытания транспортного средства. Несколько газет в Буффало сообщили об этом испытании. Когда спрашивали: "Откуда берется энергия?", Тесла отвечал: "Из эфира вокруг всех нас". Люди поговаривали, что Тесла был безумен и состоял в союзе со зловещими силами вселенной. Теслу это рассердило, он удалил таинственную коробку с транспортного средства и возвратился в свою лабораторию в Нью-Йорке. Его тайна ушла вместе с ним!"

А вот статья У. Грина, историка из штата Техас:

"В 1931 году Тесла снял бензиновый двигатель с нового автомобиля фирмы "Пирс-Эрроу" и заменил его электромотором переменного тока мощностью в 80 лошадиных сил без каких бы то ни было традиционных и известных внешних источников питания. В местном радиомагазине он купил 12 электронных ламп, немного проводов, горстку разномастных резисторов и собрал все это хозяйство в коробку длиной бО см, шириной 30 см и высотой 15 см с парой стержней длиной 7,5 см, торчащих снаружи. Укрепив коробочку сзади за сиденьем водителя, он выдвинул стержни и возвестил: "Теперь у нас есть энергия". После этого он ездил на машине целую неделю, Гоняя ее на скоростях до 150 км/ч. Откуда же в нем бралась энергия? Комментаторы обвиняли изобретателя в черной магии. Чувствительному гению не понравились скептические комментарии прессы. Он снял с машины таинственную коробочку и возвратился в свою лабораторию в Нью-Йорке. Тайна его источника энергии умерла вместе с ним".

Эта тайна постоянно умирает вместе с Теслой во всех публикациях, явно "передернутых" из одного источника! Не из этого ли?

Рассказывает двоюродный племянник Теслы господин Петер Саво: "Однажды дядя неожиданно попросил меня сопроводить его в длительной поездке на поезде в Буффало. По пути я попытался расспрашивать его о целях поездки, но он отказался рассказывать что-либо заранее. Мы подъехали к небольшому гаражу, дядя пошел прямо к машине, открыл крышку капота и начал вносить изменения в конструкцию двигателя. Вместо бензинового двигателя на машине уже был установлен электродвигатель. По размерам он был немного более 3 футов в длину и чуть больше 2 футов в диаметре. От двигателя тянулись два очень толстых кабеля, которые соединялись ¦с приборной панелью. Кроме того, имелась аккумуляторная батарея — обычная, на 12 вольт. Двигатель был номиналом в 80 лошадиных сил. Максимальная частота вращения ротора была заявлена в 30 оборотов в секунду. Сзади автомобиля был укреплен стержень антенны длиной в 6 футов. Тесла перешел к кабине и начал вносить изменения в "приемник энергии", который был встроен прямо в приборную панель. Приемник, не крупнее настольного коротковолнового радио, содержал 12 специальных ламп, которые Тесла принес с собой. Прибор, вмонтированный в приборную панель, был не больше по размеру, чем коротковолновый приемник. Тесла построил приемник в своем гостиничном номере; прибор был 2 фута в длину, почти фут в ширину и 1/2 фута в высоту. Вместе мы установили лампы в гнезда, Тесла нажал 2 контактных стержня и сообщил, что теперь есть энергия. Дядя вручил мне ключ зажигания и сказал, чтобы я запускал мотор, что я и сделал. Я нажал на акселератор, и автомобиль немедленно двинулся.

Мы могли бы проехать на этом транспортном средстве без всякого топлива неопределенно большое расстояние. Мы проехали 50 миль по городу и потом выехали в сельскую местность. Автомобиль был проверен на скоростях 90 миль в час (спидометр был рассчитан на 120 миль в час). Через некоторое время, когда мы удалились от города, Тесла заговорил. По поводу источника энергии он упоминал "таинственное излучение, которое исходит из эфира". Маленький прибор, очевидно, был приспособлен для собирания этой энергии. Тесла и я оставили автомобиль в этом сарае, забрали все 12 ламп, ключ зажигания и отбыли. Однако в ответ на мои дальнейшие настойчивые расспросы Тесла сделался раздраженным. Что не случайно — озабоченный безопасностью своей разработки, Тесла проводил все испытания втайне".

Попробуем выяснить, что это за такой источник питания электромотора придумал Тесла. Во-первых, совершенно точно известно, что в бумагах Теслы никакого описания электродвигателя, работающего "на эфире", нет. Во-вторых, изучение публикаций об этой загадочной тачке показывает, что они имеют один источник — рассказ Саво, который никогда не отличался заметными познаниями в электротехнике. Так что если эта история им и не выдумана от начала до конца — хотя, собственно, почему бы и не съездить в Буффало с дядей? — все описано на основании слов Теслы, и только Теслы. Сам Саво если и заглянул под капот, то вряд ли что-то понял. Впрочем, аккумулятор на 12 вольт он рассмотрел, а плагиаторы не решились привести эту деталь. А вдруг кто-то подумает, что Тесла ездил просто на этом аккумуляторе?

Сейчас мы знаем, что это невозможно. Максимум, что может аккумулятор на 12 вольт в такой ситуации, — стронуть машину с места, дабы завелась. Ездить нельзя. Так что же, Тесла действительно использовал "эфир"?

Если поверить, что все обстояло так, как описывает Саво, то либо придется признать именно это, либр поискать другой источник энергии, который мог бы использовать великий мистификатор. Поскольку сейчас, в XXI веке, мы ни на секунду не допускаем использования Теслой какого-то там несуществующего эфира, то считаем, что надо поискать что-то другое. Тем более что это не трудно. Скорее всего, Тесла установил под капотом электродвигатель и генератор (размеры "коробки" позволяют, учитывая изобретательский гений Теслы), работающий от бензинового двигателя "Пирс-Эрроу". Дальше просто — бензиновый двигатель исправно работает, крутит генератор, генератор вырабатывает ток, электроток крутит электромотор, электромотор крутит колеса. В принципе, без электромотора и генератора можно и обойтись, но как же тогда любимое электричество Теслы? Проблему удаления выхлопа (чтобы не было видно работы бензинового двигателя) решить было несложно даже и в те годы — ездили они не так уж и долго, в конце концов, можно было поставить какой-нибудь адсорбент или вывернуть трубу глушителя в незаметное место, хотя бы просто под днище.

Кстати, схема с электромоторами используется и сейчас, например, на громадных грузовиках для карьерных работ, причем электромоторы установлены внутри каждого огромного колеса. Все электромоторы работают от бензинового или дизельного двигателя. Такая схема обеспечивает более надежную работу грузовика в тяжелых условиях карьерных выработок.

Зачем все эти выдумки понадобились Тесле, сказать трудно. Тем более что вполне вероятно, что никакого электромобиля не было. Обратим внимание, что испытания (якобы) проводились в Буффало, т. е. совсем рядом с Ниагарской гидроэлектростанцией. Некоторые биографы предполагают, что Тесла установил один из: своих высокочастотных генераторов рядом с Ниагара-Фолс и осуществлял беспроводную передачу энергии на электродвигатель автомобиля. Это, разумеется, совершенно невозможно. Будь Тесла хоть трижды гением, сдвинуть с места автомобиль под действием высокочастотного возбуждения никак нельзя — это вам не люминесцентные лампочки зажигать, тут требуется энергии на порядки больше.

Гораздо реальнее другая гипотеза, выдвигаемая в (1), хотя гипотеза автора данной книги и не хуже. Возможно, что Тесла установил на автомобиле свою бензиновую или газовую турбину, а малограмотный Саво принял ее за электромотор. Если по поводу газовой турбины и возникают очевидные сомнения, то бензиновая турбина не очень-то и отличается от бензинового двигателя, так что как гипотезу это предложение можно принять. Что касается покупок в радиомагазине, то кто его знает, зачем и что Тесла там покупал, — они ведь наверняка заезжали и в продмаг, но вряд ли хот-доги были топливом для чудо-электромобиля Теслы. Скорее всего, существовавшего лишь на бумаге — в записях Саво.

Индукционные двигатели

и бесщеточные двигатели постоянного тока

Wally Rippel - давний сторонник электромобилей. До прихода в Tesla Motors он работал инженером в AeroVironment, где помогал разработать EV1 для General Motors и снялся в документальном фильме «Кто убил электромобиль?». Уолли также работал в Лаборатории реактивного движения над исследованиями аккумуляторных батарей электромобилей, среди других проектов. В 1968 году, будучи студентом Caltech , он построил электромобиль (переоборудованный микроавтобус Volkswagen 1958 года) и выиграл Большую трансконтинентальную гонку электромобилей против Массачусетского технологического института.

Один размер не подходит всем
В этом одиозном мире газовых автомобилей не все двигатели одинаковы. Есть плоские головки, полусферы, прямые, противоположные и V-образные конфигурации. И так далее. Можно было подумать, что много лет назад кто-нибудь придумал, что лучше. Это бы положило конец всему выбору, и после этого в производстве был бы только один лучший тип двигателя. Не так. Не существует одного наилучшего типа двигателя, скорее, существуют разные типы двигателей, отвечающие личным требованиям, таким как цена и производительность.Это также верно для приводов электромобилей.

Когда у меня были волосы на голове и я носил логарифмическую линейку, были свинцово-кислотные батареи, щеточные двигатели постоянного тока и контроллеры контакторов. Сегодня ничего из этого не осталось (включая мои волосы). Свинец был заменен литием, а постоянный ток - бесщеточным или индукционным. Между тем, на смену контакторам пришли модулирующие инверторы. Итак, каждый из этих элементов также устареет в ближайшем будущем или возможно, что некоторая «стабильность» может быть под рукой? Без хорошего хрустального шара трудно предсказать будущее.Однако я предполагаю, что и индукционные, и бесколлекторные машины еще долгие годы «победят». У каждого будут свои верные сторонники и религиозные недоброжелатели.

Более подробный взгляд
Итак, что это за две технологии? Как они работают? Что их отличает? А что у них общего? Начнем с бесщеточных приводов постоянного тока.

В бесщеточных машинах ротор включает в себя два или более постоянных магнита, которые создают постоянное магнитное поле (если смотреть с точки обзора ротора).В свою очередь, это магнитное поле входит в сердечник статора (сердечник, состоящий из тонких слоистых пластин) и взаимодействует с токами, протекающими внутри обмоток, создавая крутящий момент между ротором и статором. По мере вращения ротора необходимо, чтобы величина и полярность токов статора постоянно менялись - и правильно - так, чтобы крутящий момент оставался постоянным, а преобразование электрической энергии в механическую было оптимально эффективным. Устройство, обеспечивающее этот контроль тока, называется инвертором.Без него бесщеточные двигатели - бесполезные двигатели.

Перейдем к асинхронным двигателям. Предшественник трехфазного асинхронного двигателя был изобретен Никола Тесла примерно до 1889 года. Любопытно, что статоры трехфазного асинхронного двигателя и бесщеточного двигателя постоянного тока практически идентичны. Оба имеют три набора «распределенных обмоток», вставленных в сердечник статора. Существенная разница между двумя машинами заключается в роторе.

В отличие от бесщеточного ротора постоянного тока, индукционный ротор не имеет магнитов - только уложенные друг на друга стальные пластины с заглубленными периферийными проводниками, которые образуют «закороченную структуру».«Токи, протекающие в обмотках статора, создают вращающееся магнитное поле, которое входит в ротор. В свою очередь, частота этого магнитного поля, «видимого» ротором, равна разнице между приложенной электрической частотой и «частотой» вращения самого ротора. Соответственно, на закороченной конструкции существует индуцированное напряжение, которое пропорционально этой разнице скоростей между ротором и электрической частотой. В ответ на это напряжение в проводниках ротора возникают токи, которые приблизительно пропорциональны напряжению, следовательно, разнице скоростей.Наконец, эти токи взаимодействуют с исходным магнитным полем, создавая силы, составляющей которых является желаемый крутящий момент ротора.

Когда 3-фазный асинхронный двигатель подключен к 3-фазному источнику питания, крутящий момент создается с самого начала; мотор имеет возможность запускаться под нагрузкой. Инвертор не нужен. (Если бы потребовался инвертор, изобретение Теслы было бы бесполезно примерно до 1960-х годов.) Тот факт, что асинхронные двигатели напрямую совместимы с обычными электросетями, является главной причиной их успеха.Напротив, бесщеточный двигатель постоянного тока не создает пусковой крутящий момент при прямом подключении к электросети с фиксированной частотой. Им действительно нужна помощь инвертора, чья «фаза» поддерживается в соответствии с угловым положением ротора.

Хотя трехфазные асинхронные двигатели очень полезны, они также имеют некоторые серьезные ограничения. Они не могут работать от постоянного тока; AC - необходимость. Скорость вала пропорциональна частоте сети. Следовательно, при использовании от электросети они представляют собой машины с постоянной скоростью.Наконец, при работе от электросети они имеют ограниченный пусковой крутящий момент и несколько ограниченные возможности максимального рабочего крутящего момента по сравнению с машинами постоянного тока.

Добавьте инвертор (без какого-либо управления с обратной связью), и становится возможным питание асинхронной машины от батареи или другого источника постоянного тока; регулировка скорости также становится возможной, просто регулируя частоту инвертора. Тем не менее, характеристики крутящего момента низкие по сравнению с машинами постоянного тока. Добавьте несколько контуров обратной связи, чтобы инвертор вырабатывал именно ту частоту, которая «нужна» двигателю, и теперь асинхронный двигатель может конкурировать с бесщеточными двигателями постоянного и постоянного тока для транспортных средств.

Бесщеточный или индукционный?
Еще в 1990-х годах все электромобили, кроме одного, были оснащены бесщеточными приводами постоянного тока. Сегодня все без исключения гибриды питаются от бесщеточных приводов постоянного тока. Единственное известное применение индукционных приводов - это General Motors EV-1; двигательные установки переменного тока, в том числе церо; и Tesla Roadster.

В бесщеточных и асинхронных приводах постоянного тока используются двигатели с одинаковыми статорами. Оба привода используют 3-фазные модулирующие инверторы.Единственные различия - это роторы и инверторное управление. А с цифровыми контроллерами единственная разница в управлении заключается в управляющем коде. (Для бесщеточных приводов постоянного тока требуется датчик абсолютного положения, в то время как для индукционных приводов требуется только датчик скорости; эти различия относительно невелики.)

Одно из основных отличий заключается в том, что бесщеточный привод постоянного тока вырабатывает гораздо меньше тепла ротора. Охлаждение ротора проще, и пиковая эффективность этого привода обычно выше. Бесщеточный привод постоянного тока также может работать с единичным коэффициентом мощности, тогда как лучший коэффициент мощности для индукционного привода составляет около 85 процентов.Это означает, что пиковая энергоэффективность бесщеточного привода постоянного тока обычно будет на несколько процентных пунктов выше, чем для асинхронного привода.

В идеальном бесщеточном приводе сила магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, могла бы регулироваться. Когда требуется максимальный крутящий момент, особенно на низких скоростях, напряженность магнитного поля (B) должна быть максимальной, чтобы токи инвертора и двигателя поддерживались на минимально возможных значениях. Это сводит к минимуму потери I² R (сопротивление тока²) и тем самым оптимизирует эффективность.Точно так же, когда уровни крутящего момента низкие, поле B должно быть уменьшено так, чтобы потери на завихрение и гистерезис из-за B также уменьшились. В идеале B следует отрегулировать так, чтобы сумма потерь на завихрение, гистерезис и I² была минимальной. К сожалению, нет простого способа изменить B с помощью постоянных магнитов.

Напротив, индукционные машины не имеют магнитов, а поля B являются «регулируемыми», поскольку B пропорционально V / f (напряжение к частоте). Это означает, что при малых нагрузках инвертор может снижать напряжение, так что магнитные потери уменьшаются, а эффективность увеличивается до максимума.Таким образом, индукционная машина, работающая с интеллектуальным инвертором, имеет преимущество перед бесщеточной машиной постоянного тока - можно компенсировать магнитные потери и потери проводимости, чтобы оптимизировать эффективность. Это преимущество становится все более важным по мере увеличения производительности. В бесщеточном режиме постоянного тока с увеличением размера машины пропорционально увеличиваются магнитные потери, а эффективность при частичной нагрузке падает. С индукцией по мере увеличения размера машины потери не обязательно растут. Таким образом, индукционные приводы могут быть предпочтительным подходом там, где требуется высокая производительность; пиковая эффективность будет немного меньше, чем с бесщеточным постоянным током, но средняя эффективность может быть лучше.

Постоянные магниты дорогие - около 50 долларов за килограмм. Роторы с постоянными магнитами (PM) также трудны в обращении из-за очень больших сил, которые вступают в действие, когда что-либо ферромагнитное приближается к ним. Это означает, что асинхронные двигатели, вероятно, сохранят преимущество в стоимости по сравнению с машинами с постоянным магнитом. Кроме того, из-за способности асинхронных машин ослаблять поля номинальные характеристики инверторов и их стоимость оказываются ниже, особенно для высокопроизводительных приводов. Поскольку прядильные асинхронные машины вырабатывают небольшое напряжение или не вырабатывают его вообще без возбуждения, их легче защитить.
Чуть не забыл: индукционные машины сложнее управлять. Законы управления более сложны и трудны для понимания. Достижение стабильности во всем диапазоне крутящего момента-скорости и при перегреве с индукцией труднее, чем с бесщеточным постоянным током. Это означает дополнительные затраты на разработку, но, скорее всего, незначительные повторяющиеся затраты или их отсутствие.

По-прежнему нет победителя
Я пришел к выводу, что бесщеточные приводы постоянного тока, вероятно, продолжат доминировать на рынке гибридных и будущих подключаемых гибридных устройств, и что индукционные приводы, вероятно, сохранят доминирующее положение среди высокопроизводительных чистых электрических устройств.Вопрос в том, что произойдет, если гибриды станут более энергоемкими и их производительность возрастет? Тот факт, что так много аппаратного обеспечения является общим для обоих приводов, может означать, что мы увидим индукцию и бесщеточную работу постоянного тока в реальном времени и работаем бок о бок в наступающей золотой эре гибридных и электрических транспортных средств.

Мотор Tesla Model 3 - все, что я смог узнать о нем (добро пожаловать в машину)

Любой энтузиаст Tesla хорошо знает, что название, первоначально выбранное для тогдашней Tesla Motors, было основано на конструкции двигателя, приписываемой Николе Тесле, жившему в 19 веке.Практически каждый автомобиль, который производил Tesla, от Roadster до Model S и Model X, был оснащен версией этого почтенного трехфазного асинхронного двигателя переменного тока.

В течение десятилетий после изобретения электродвигатель Николы был привязан к стационарной трехфазной розетке переменного тока. Асинхронный двигатель был окончательно освобожден от якоря в 1960-х, когда на помощь пришла Кремниевая долина с цифровой электроникой. Примерно в 1990 году инженер-индивидуалист Алан Коккони разработал один из первых портативных инверторов , , устройство, которое преобразует постоянный ток (DC) в батарее электромобиля в переменный ток (AC), необходимый для асинхронного двигателя.Комбинация инвертор / двигатель была впервые использована в электромобиле, который в конечном итоге стал GM EV1, а позже Коккони применил улучшенную версию этой трансмиссии в спортивном автомобиле tZERO, который позже был обнаружен соучредителями Tesla Motors Мартином Эберхардом и Марком. Тарпеннингом, а чуть позже Илоном Маском.

Tesla в конечном итоге лицензирует технологию трансмиссии tZERO для родстера. Эти исторические точки, соединенные так, как они были, обозначают основную причину, по которой Tesla Motors использовала асинхронный двигатель в своем первом серийном автомобиле (хотя и со многими улучшениями).

Преимущество асинхронного двигателя в том, что он не требует постоянных магнитов. Постоянные магниты достаточной мощности для раскрутки двигателя электромобиля обычно относятся к редкоземельным элементам, которые печально известны такими атрибутами, как высокая начальная стоимость, возможность размагничивания или поломки, проблемы с поставщиками и изменчивость цен. Но транзистор позволил использовать асинхронный двигатель без PM в транспортном секторе. В асинхронном двигателе используются электромагниты (катушки проволоки, намотанные вокруг сердечника из черного металла), которые можно включать и выключать - или переключать - много раз в секунду благодаря транзисторам с эзотерическими названиями, такими как Complementary Metal Oxide. Полевой транзистор (MOS-FET) и, позже, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) .

Асинхронный двигатель, конечно, отличная машина. Но это не идеально. Реализация Tesla использует дорогостоящий и трудный для литья ротор, сделанный из чистой меди. А из-за характера работы асинхронных двигателей ротор имеет тенденцию к нагреванию и даже может перегреться. Тепло - это потраченная впустую энергия (известная как потеря 2 r), и в электромобиле это имеет значение. Асинхронный двигатель также не так эффективен на низких скоростях, как некоторые другие конструкции, поэтому всегда был открыт путь к более эффективному и менее дорогостоящему решению.

На модели 3

Как оказалось, Модель 3 не питается от асинхронного двигателя. Ух ты. Учитывая, что асинхронный двигатель является тезкой Tesla, мы хотим знать, почему. Что происходит? Какой мотор использовала компания вместо этого? Но Тесла не разговаривает. Хорошо, они немного болтают. Нас предупредили о грядущих изменениях еще в 2015 году, когда технический директор Tesla Дж. Б. Штраубель сообщил нам, что Model 3 будет поставляться с « - новой моторной технологией. ”Мы также получили известие в конце 2017 года, когда появился документ EPA, указывающий, что в Model 3 использовался… двигатель с постоянными магнитами.Двойное вау. Это было подтверждено ранее в этом году, когда в статье Charged цитируется главный конструктор двигателей Tesla Константинос Ласкарис, который охарактеризовал новый двигатель следующим образом: «Итак, как вы знаете, в нашей Model 3 теперь есть машина с постоянными магнитами. Это связано с тем, что для спецификации производительности и эффективности машина с постоянными магнитами лучше решала нашу функцию минимизации затрат и была оптимальной для диапазона и целевых показателей производительности ».

Угу. Итак, теперь мы точно знаем, что Model 3 - это , а не с использованием асинхронного двигателя, а - это с использованием двигателя с постоянными магнитами.Фактически, в документе EPA фактически указан тип двигателя - с опечаткой - как «ТРЕХФАЗНЫЙ МАГНИТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА» (для справки, Chevy Bolt EV использует трехфазный двигатель с постоянными магнитами). Но я считаю, что это все, что мы можем сказать, что знаем . С этого момента это предположение. Догадки. Тем не менее, это лишь догадки, когда части мозаики начинают довольно хорошо складываться. Давайте посмотрим, сможем ли мы установить, действительно ли в Model 3 используется тот же тип двигателя, что и, скажем, Bolt, как это и возникло вначале.

Представляем гуру автомобильной разборки «Ingineerix». В феврале Ingineerix опубликовал серию увлекательных видеороликов, исследующих работу Model 3. В записи, озаглавленной «Темная сторона», он исследует днище автомобиля и начинает называть компоненты и подсистемы, как если бы он читал информацию с телесуфлера. . Действительно подробный материал, который, насколько мне известно, раньше публично не разъяснялся. Парень, кажется, действительно знает свое дело. Я обратился к Ingineerix в разделе комментариев к видео, где он сообщил, что в автомобиле есть «электродвигатель с регулируемым сопротивлением, использующий постоянные магниты.Ingineerix продолжил: «Tesla называет это PMSRM, электродвигателем с постоянным магнитом, управляемым сопротивлением. Это новый тип, и его очень сложно понять, но Tesla сделала это! »

Ну привет. Это действительно лошадь совсем другого окраса. Немногие слышали о электродвигателях с регулируемым сопротивлением. Что это за животное? И как можно назвать противодействующим всем, что позволяет автомобилю весом 3800 фунтов разгоняться до 60 миль в час примерно за 5 секунд? Давайте ответим на оба эти вопроса по пути к открытию нескольких кусочков головоломки.

Чтобы лучше понять, что такое Model 3 в реактивном двигателе, мы должны сначала освежить наши воспоминания о том, как работает традиционный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla (о котором я подробно писал здесь). Даже если вы не любитель моторики, просто обратите внимание на одно наблюдение, касающееся двигателя: индукция часть названия технологии связана с тем фактом, что вместо установки дорогих постоянных магнитов на ротор генерируется большое магнитное поле. от неподвижной части двигателя (статора) на самом деле индуцирует противоположное магнитное поле на высокопроводящем медном роторе.И мы знаем, что происходит, когда два противоположных магнитных поля взаимодействуют: они притягиваются друг к другу. Если у вас есть магнит на кухонном столе, и вы перемещаете поблизости другой магнит противоположной полярности, магнит в вашей руке притягивает к себе другой магнит. Точно так же, когда два противоположных магнитных поля, генерируемых внутри двигателя Ludicrous Model S P100D, взаимодействуют ... автомобиль взлетает, как летучая мышь из ада.

Разве это не наука?

Реактивный двигатель способен на подобную магию.Однако в этом случае конструкция основана не на двух магнитных полях , взаимодействующих друг с другом. Есть только , одно магнитное поле. Как это может быть? Что ж, вернитесь к тому кухонному столу и замените один из этих магнитов небольшим куском железа или стали. Что произойдет, если вы переместите оставшийся магнит к металлу? Магнит, конечно же, притянет кусок металла к себе. А что, если бы вы сделали ротор электродвигателя из всего лишь очищенного куска стали, но сохранили существующие электромагниты в статоре? Поскольку электромагниты включаются и выключаются в правильной последовательности, они заставят стальной цилиндр повернуться.Поздравляем, вы только что сконструировали резистивный двигатель! И тот факт, что электромагниты включаются и выключаются последовательно, чтобы вращать ротор (как в случае с асинхронным двигателем), у вас есть так называемая машина с переключаемым сопротивлением .

Пазлы

Давайте представим на мгновение, что вам была поручена работа по разработке нового двигателя для Model 3. Илон Маск указал, что ваш дизайн должен стоить меньше, чем двигатель Model S.Вас также проинструктировали, что двигатель не должен снижать производительность, но при этом он должен быть легче и эффективнее, чем его собрат. Чтобы ты делал?

Вы бы подумали о том, чтобы устроиться на работу в «Макдональдс» по дороге от фабрики во Фремонте. Нет-нет - после . Вот подсказка: вы должны изучить все существующие архитектуры электродвигателей. При этом вы столкнетесь с конструкцией, которая на самом деле старше изобретения Николы Теслы 1892 года. Более чем 50 лет назад машина сопротивления была изобретена в 1838 году.И это на удивление приятный дизайн. Машина сопротивления проста, эффективна, компактна. И это недорого в производстве. Тем не менее, резистивный двигатель лежал на полке более века, страдая от изнурительной болезни под названием Torque Ripple (из-за склонности резистивной машины вызывать явление, известное как зубчатая передача). Пульсация крутящего момента просто означает, что выходная мощность реактивного двигателя колеблется вверх и вниз. Конечно, для электромобиля не годится. Когда вы нажимаете педаль на металл, вам нужен приятный плавный темп ускорения.

Реактивная машина была частично спасена с помощью той же технологии, которая позволила установить асинхронный двигатель в электромобиль - силовой электроники из Кремниевой долины. Реактивный двигатель, как известно, трудно контролировать (число оборотов, определение положения ротора и т. Д.), Но современные инверторы и системы управления помогли преодолеть эту слабость. Тем не менее, проблема пульсации крутящего момента оставалась проблемой даже при приближении 21 века и годов. Но, ковыряясь вокруг, вы начинаете замечать некоторые исследования по этой теме, проводившиеся в первом десятилетии этого века.Вы встречаете исследовательский документ 2011 года, в котором утверждается, что проблема пульсации крутящего момента решена. Исследователь встроил несколько небольших редкоземельных магнитов в статор реактивного двигателя вместе с существующими электромагнитами . При этом кривая крутящего момента сгладилась. В качестве бонуса в документе утверждается, что за счет включения редкоземельных элементов достигается 30% -ное увеличение выходной мощности. А теперь давайте поговорим о первых принципах мышления. Тот, кто первым подумал о шнуровке статора редкоземельными элементами, очевидно, придумал величайший брак с тех пор, как кто-то подумал погрузить плитку шоколада в банку с арахисовым маслом, чтобы получить чашку с арахисовым маслом Риза.

Ваши мысли объединяются. После решения двух основных проблем, связанных с машиной сопротивления, вы делаете решительный шаг и начинаете работать с этой конструкцией. Первое, что вы можете сделать, это отказаться от дорогого медного ротора в старом двигателе и заменить его гораздо более дешевым ротором из черного металла. Наверное, сталь. И, наверное, кремнистая сталь. Вы только что сэкономили кучу денег. Далее, хотя редкоземельные элементы и стоят дорого, они используются в статоре , а не в роторе , как в традиционном двигателе с постоянными магнитами, поэтому вы собираетесь дополнить электромагниты относительно небольшими постоянными магнитами.Выбранная вами конструкция имеет некоторые проблемы с акустическим шумом, но вы чувствуете, что ее стоит продолжить, потому что это самый простой и дешевый в изготовлении двигатель, но при этом он очень эффективен и мощный (особенно с этими редкоземельными элементами). Отличная работа!


Итак, первая часть головоломки в теории, которую Тесла поместила в Модель 3 с реактивным электродвигателем, - это магниты. Мы знаем, что они там есть, и теперь мы знаем, что одним из последних достижений в конструкции двигателей является включение редкоземельных элементов в статор реактивного резистора.Это огромно. Он вывел машину сопротивления из нафталина!

Еще один признак того, что двигатель Model 3 не использует эти редкоземельные элементы в конструкции обычного двигателя с постоянными магнитами, заключается в том, что автомобиль не регенерирует полностью до 0 миль в час. Например, у Bolt есть обычный трехфазный двигатель с постоянными магнитами, который позволяет ему выполнять регенерацию до 0 миль в час. Я лично убедился в этом в прошлом году, когда тестировал Bolt - вы можете остановиться, не нажимая на тормоза. Мы называем эту головоломку №2.

Вот еще один: наклейка «дилера» на Model 3 в выставочных залах указывает на «трехфазный, , шестиполюсный, , внутренний двигатель с постоянными магнитами». Асинхронный двигатель Tesla имеет 4 полюса, как и многие электромоторы. Почему тогда шестиполюсный двигатель? Это ссылка на способ подключения катушек на статоре для работы с трехфазным питанием (три отдельные ветви питания). Чем ближе расстояние между полюсами, тем меньше времени может быть для снижения крутящего момента. Возможно, это способ Tesla еще больше сгладить пульсацию крутящего момента.Это кусок пазла №3.

Часть головоломки №4 заключается в том, что различные публикации по инженерному делу / проектированию двигателей начинают говорить о машине сопротивления (см. Ссылки на статьи ниже). И мы начинаем видеть, как дизайн сопротивления появляется в электромобилях, таких как Prius. Кроме того, UPS объявила, что в программе по переводу их автопарка на электроэнергию будет использоваться переключаемая машина сопротивления. Компания заявляет, что внедрение реактивного двигателя по сравнению с другими конструкциями сократит время зарядки и повысит энергоэффективность до 20% (однако компания отказывается от использования редкоземельных магнитов).И, в целом, начинают появляться отраслевые приложения для обновленных конструкций реактивных двигателей. Например, в недавней статье CleanTechnica компания Software Motor Company (SMC) заявляет, что ее новая конструкция машины, которую неохотно разрабатывают - с тем, что они называют собственной версией «секретного соуса» - сэкономит 50% затрат на электроэнергию по сравнению с текущим асинхронные двигатели, используемые в Walmart для HVAC и т. д.

Наконец, мотор в Model 3 действительно меньше мотора Model S. В недавнем видео Джека Рикарда на EVTV, посвященном Model 3, Джек утверждал, что двигатель Model 3 на самом деле меньше, чем даже передний двигатель меньшего размера на Model S.Тем не менее, производительность не сильно пострадала. Некоторые владельцы сообщают, что их Model 3 в 0–60 раз быстрее, чем за 4,8 секунды. Это, конечно, отчасти связано с тем, что на 1000 фунтов меньше веса, чем у S, но все же давайте условно назовем эту головоломку № 5.

Дальнейшая поддержка части №5 исходит из продолжающихся комментариев Рикарда, пока он все еще находится под автомобилем (Рикард, кстати, зашел так далеко в кроличью нору трансмиссии Tesla, насколько я когда-либо слышал). Экстраполируя документы EPA, Джек называет «потерю заряда аккумулятора на колеса» в Model 3 на 6 процентных пунктов более эффективным, чем у Model S (89% электроэнергии преобразуется в поступательное движение по сравнению с 83% для S).

Фотография мотора Tesla Model 3 снизу автомобиля. Предоставлено EVTV.


Сводка

Благодаря прорыву в конструкции реактивных машин за последние несколько лет, мы можем стать свидетелями кардинальных изменений в трансмиссии для рынка электромобилей. Учитывая отчеты о производительности Model 3, отчетный скачок миль на кВтч, о котором сообщают владельцы по сравнению с предыдущими моделями Tesla, а также наши 5 простых частей головоломки, можно сделать разумную ставку на то, что Tesla усовершенствовала машину сопротивления и в процессе так вытащил инженерного кролика из шляпы.

Независимо от конструкции двигателя, Tesla явно выбила из парка силовой агрегат Model 3. Они дали своей команде разработчиков двигателей, если не бланк, пустую доску, и команда разработала дизайн, подходящий не только для доступного электромобиля, но и для грядущей Tesla Semi.

Отметим, что главный конструктор Ласкарис присоединился к Tesla после того, как была разработана Model S. Его голова, должно быть, была полна свежих идей, когда он ранее был соучредителем проекта по разработке и созданию эффективного электромобиля.Как и Штробель, Ласкарис тяготел к Тесле, уже имея представление о том, что будущее за электричеством.

Конструкция двигателя 3 также помогла Tesla достичь заявленной цели сокращения количества деталей на 25% за счет того, что двигатель выполняет двойную функцию в качестве источника тепла для нагрева тягового аккумулятора. ( Примечание: Tesla была так впечатлена талантами, выходящими из школы, которую посещал Ласкарис в Греции, что компания открыла в стране небольшой исследовательский центр. )

Хотя использование машины сопротивления в Model 3 еще предстоит проверить, учитывая внезапные разговоры в стольких кругах о стольких применениях этой моторной технологии, трудно поверить, что у Tesla не было бы места в первом ряду для этого. мероприятие.В общем, вполне вероятно, что 2018 год станет годом реактивного двигателя. Добро пожаловать в машину.

Дополнительные ссылки:

Понимание машин сопротивления:
Wiki article
MachineDesign.com article
Charged EV; Более пристальный взгляд на электродвигатели с переключаемым сопротивлением
Заряженный электромобиль: более пристальный взгляд на пульсацию крутящего момента

Добавление PM к реактивным электродвигателям
IEEE document
2011 white paper

Другое:
Разборка модели 3 компанией Ingineerix
История электродвигателя

Эта статья была немного изменена для точности после публикации.


Цените оригинальность CleanTechnica? Подумайте о том, чтобы стать участником, сторонником, техническим специалистом или представителем CleanTechnica - или покровителем Patreon.


У вас есть совет для CleanTechnica, вы хотите разместить рекламу или предложить гостя для нашего подкаста CleanTech Talk? Свяжитесь с нами здесь.

Инженерное дело 101: объяснение технологии электромобилей Tesla [Видео]

Опубликовано 6 июня 2017 г. от Чарльз Моррис

Мы, Теслафилы, знакомы с классными атрибутами электромобилей - мгновенным крутящим моментом, большей эффективностью, рекуперативным торможением - но многие ли из нас действительно понимают, как все это работает? Любой, кто хочет немного глубже понять принцип работы электрического силового агрегата, не посещая инженерную школу, должен будет посмотреть «Как работает электромобиль?»

Вверху: что на самом деле внутри Tesla Model S (Источник: Tesla)

Этот десятиминутный учебник по трансмиссии, входящий в серию видеороликов Patreon Learn Engineering, очень доступен, но на удивление информативен.В нем используется язык, достаточно простой для понимания, но в нем подробно рассказывается о работе электрической трансмиссии и о том, чем она отличается от своего аналога с двигателем внутреннего сгорания. Если вы изо всех сил пытаетесь объяснить преимущества использования электромобиля своим друзьям-автолюбителям, это будет полезным видео, которым можно поделиться с ними.

Вверху: краткое информативное видео-руководство о том, как проектируется полностью электрическая Tesla Model S (Youtube: Learn Engineering)

Используя четкую и эффективную анимацию, презентация разбирает Tesla Model S, чтобы продемонстрировать работу асинхронного двигателя (изобретенного Никой Тесла, он вдохновил название компании), инвертора, трансмиссии, дифференциала, аккумуляторной батареи и системы рекуперативного торможения.Обсуждаемые общие концепции применимы к любому электромобилю (EV), хотя есть некоторые отличия (например, в большинстве других электромобилей используются более крупные прямоугольные аккумуляторные элементы вместо цилиндрических).

Вверху: Tesla использует более 7000 цилиндрических аккумуляторных элементов 18650 Panasonic внутри днища Tesla Model S (Instagram: @ yancki87)

Существует подробное объяснение различий между электродвигателем и двигателем внутреннего сгорания (ДВС).Последнее намного сложнее - для него требуется коленчатый вал с противовесами для преобразования линейного движения поршней во вращательное движение, маховик для плавной выходной мощности, двигатель постоянного тока для запуска, генератор переменного тока для зарядки аккумулятора, система охлаждения и множество других устройств, в которых электродвигатель не нуждается. Асинхронный двигатель, который производит прямое вращательное движение и равномерную выходную мощность, намного меньше и легче. Асинхронный двигатель Теслы выдает мощность 270 кВт и весит 31 год.8 кг, тогда как ДВС мощностью 140 кВт будет весить около 180 кг.

Вверху: Tesla Model S (Изображение: Tesla)

И, конечно же, ДВС развивает полезный крутящий момент и мощность только в ограниченном диапазоне (обычно 2 000–4 000 об / мин), поэтому для соединения его с ведущими колесами требуется сложная трансмиссия. Асинхронный двигатель почти одинаково эффективен от нуля до 18000 об / мин. Как и в большинстве электромобилей, в Model S используется простая односкоростная трансмиссия.Плавная кривая мощности асинхронного двигателя без перерывов в переключении передач - вот что придает электромобилям восхитительные характеристики.

Вверху: Схема Tesla Model S (Изображение: Cliff's Riffs через Wired)

У электромобилей

есть несколько компонентов, которых нет в ДВС. Инвертор необходим для преобразования постоянного тока от аккумуляторной батареи в трехфазный переменный ток, используемый двигателем. Инвертор также контролирует скорость двигателя. В оригинальном аккумуляторном блоке Tesla используется около 7000 маленьких цилиндрических аккумуляторных элементов Panasonic.Это позволяет металлическим трубкам, заполненным охлаждающей жидкостью на основе гликоля, проходить через зазоры между элементами, сохраняя батарею в прохладном состоянии и продлевая ее срок службы. Аккумуляторы обязательно бывают большими и тяжелыми. Tesla превратила это в преимущество, сделав пакет плоским и установив его в нижней части шасси. Это дает автомобилю низкий центр тяжести, что значительно улучшает управляемость и позволяет избежать необходимости занимать пассажирское и грузовое пространство (больное место у «неродных» электромобилей, которые были адаптированы из конструкций автомобилей с ДВС).

Опубликовано в Электрические транспортные средства, литий-ионные аккумуляторы, Тесла, новости тесла TSLA


Далее →

← Предыдущее

Посмотрите это видео, чтобы узнать, что внутри мотора Tesla

Вы когда-нибудь хотели развалиться на части и посмотреть, что внутри мотора Tesla? Этот ютубер сделал это за вас.

Хотите знать, что заставляет Tesla тикать? Канал YouTube What'sInside глубоко погрузился в двигатель Tesla, чтобы показать вам, что происходит под капотом.

Как говорит один человек в видео, до того, как двигатель будет разобран, «в Интернете не так много информации об этом». Еще одна причина разобрать его и посмотреть.

Некоторые из деталей и материалов, которые ютуберы нашли внутри двигателя Tesla Model S 2012 года, включают синюю охлаждающую жидкость, трансмиссионную жидкость, большой компьютерный процессор, печатные платы и гигантские шестерни.

Как правильно отмечают многие комментаторы видео, название видео (Что внутри Tesla Engine?) На самом деле неправильное. Автомобили Tesla не оснащены двигателями внутреннего сгорания.

Вместо двигателя автомобили Tesla (как и все другие полностью электрические транспортные средства) содержат двигатель, который приводится в действие мощной аккумуляторной батареей автомобиля.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания более подвержены износу. Для сравнения, у электродвигателя меньше движущихся частей, которые, тем не менее, невероятно технологичны.

По сути, то, что мы видим в этом видео, заключено во многих наших повседневных объектах, таких как смартфоны, в гораздо более простой форме.

Видео дает захватывающее представление о внутренней работе одного из самых современных электродвигателей.

Более того, поскольку это модель 2012 года, Tesla с тех пор усовершенствовала двигатель.

В первую очередь, возможно, генеральный директор Tesla Илон Маск недавно сказал, что для своего Tesla Semi компания стремится иметь максимальную дальность действия около 600 миль.

Технология электромоторов Tesla настолько продвинута, что, как сообщает Elektrek , глава грузовых автомобилей Daimler сказал, что Tesla Semi «обогнала их» со своей впечатляющей технологией.

Он также предположил, что компания Илона Маска нарушает законы физики.

Этот мотор-ящик Tesla заменяет малоблочный V-8

Термин «двигатель-ящик» долгое время использовался для описания двигателей, которые вы могли купить (как правило, подогретые или модифицированные) и установить в автомобиле или проекте. по вашему выбору.Но почему это имя? Потому что двигатели отправляются в ящиках. Часто слово «двигатель» используется взаимозаменяемо со словом «двигатель», что является случайным упущением различия между двигателем внутреннего сгорания и двигателем, которое мы обычно используем для описания источника электроэнергии. До настоящего времени. Идите вперед и назовите замену электрической трансмиссии Tesla компании EV West Revolt Systems тем, что это такое: двигатель ящика.

Буквально вот что такое это чудесное творение. Электродвигатель в ящике. Более того, это установка с болтовым креплением, предназначенная для замены одного из наиболее распространенных вариантов двигателей в ящиках - малоблочного V-8 от GM.Это связано с тем, что трансмиссия EV West Tesla крепится болтами к опорам двигателя V-8 с малым блоком и может быть подсоединена непосредственно к карданному валу, чтобы вы могли вписать его в свой проект с малым блоком V-8 и сохранить заднюю ось в таком состоянии. является.

Так называемый Revolt Tesla Crate Motor, похоже, идет с электродвигателем от Tesla, линейным редуктором, при котором традиционная трансмиссия устанавливается за двигателем, и универсальным шарниром, ожидающим крепления к карданному валу. Как и в случае других доступных моторных комплектов EV West и тому подобного (наряд предлагает преобразование EV для множества классических автомобилей), аккумулятор и блок управления для установки, по-видимому, продаются отдельно, и все компоненты будут доступны по отдельности.

Посмотреть все 3 фотографии

Предварительно просмотренный в сообщении Facebook EV West, в который также были включены фотографии, сделанные на соляных квартирах Bonneville, новый комплект на самом деле является совместным усилием EV West и Revolt Systems, новой компании, которая начинает предоставлять необходимое преобразование силовых агрегатов Tesla в эту новую продольную компоновку. Согласно EV West, который будет продавать моторы для ящиков Tesla, оригинальные приводы Tesla Model S должны быть разобраны, дифференциал вырезан, а моторы сглажены и прикручены болтами к новому алюминиевому редуктору.

Заявленная мощность двигателя ящика составляет 450 кВт или 550 л.с. На веб-сайте Revolt отмечается, что готовящийся к выпуску приводной комплект Tesla включает «сильно модифицированный двигатель Tesla Model S мощностью 400 кВт, производящий примерно 533 л.с. с крутящим моментом более 800 [фунт-футов] на желтке». Так что в любом случае ожидайте потрясающей отдачи от двигателя.

Отдельный комплект для переоборудования, предлагаемый EV West, включает в себя то, что звучит как тот же двигатель Tesla Model S мощностью 400 кВт вместе с другой (более стандартной) настройкой зубчатой ​​передачи; он стоит 11 900 долларов.Версия для небольших блоков имеет нестандартную настройку передач (продольное расположение, изображенное здесь, отличается от стандартной поперечной компоновки, используемой Tesla). В любом случае, считайте это отличным дополнением к миру ящиков-двигателей - подключаемый силовой агрегат Tesla, который может поместиться практически везде, где может поместиться маленький блок. Это оставляет место для батареи в качестве основной проблемы при преобразовании электродвигателя в электрический ящик.

Электромобили: объяснение ключевых терминов

Вы знаете, что означают рабочий объем двигателя, мощность в лошадиных силах и л / 100 км.Эти автомобильные термины существуют со времен изобретения автомобилей.

Электромобили - другое существо. У них есть свои уникальные особенности и уникальный словарный запас.

Несколько определений

Ископаемое топливо отсутствует, электроны находятся внутри! Давайте начнем с нескольких важных терминов и их определений, чтобы лучше понять электромобили.

  • Электрическое напряжение: также называется напряжением, измеряемым в вольтах (В).
  • Электрический ток: относится к потоку электронов через данный проводник, измеряемому в амперах (A).
  • Мощность: равна напряжению, умноженному на ток, измеряется в ваттах или киловаттах (Вт или кВт).
  • Энергия: равна мощности, умноженной на время в часах, измеряется в киловаттах в час (кВтч).

Киловатты указывают на способность передавать энергию, а киловатты в час указывают на количество эффективно передаваемой энергии. Это похоже на водопроводные трубы: чем больше труба, тем больше воды может течь по ней. Энергия - это количество воды, которое проходит по трубе за определенный период времени.

Что вам особенно нужно помнить, так это то, что кВт и кВтч являются наиболее часто используемыми единицами измерения, когда речь идет об электромобилях. Понимание различий между ними имеет решающее значение.

Электродвигатели

В отличие от двигателей внутреннего сгорания, электродвигатели довольно просты. Вам не нужно беспокоиться о рабочем объеме, цилиндрах, клапанах, турбонагнетателях и многом другом. Нет даже трансмиссии (кроме Porsche Taycan).

Мощность электродвигателя измеряется в киловаттах.Компании, производящие электромобили, продолжают говорить о лошадиных силах, потому что потребители все еще лучше знакомы с этим типом агрегатов. Уравнение очень простое: л.с. = кВт x 1,369, поэтому двигатель мощностью 100 кВт выдает 136 лошадиных сил.

Вот еще три примера:

Крутящий момент по-прежнему измеряется в фунт-футах (фунт-фут).

Батареи

Что касается батарей, ключевым показателем является энергия, которую они могут накапливать. Это похоже на размер бензобака на обычных автомобилях: чем больше бак, тем больше у вас запас хода.

Емкость аккумулятора выражается в кВтч. Чем выше число, тем дольше будет работать аккумулятор. В случае трех автомобилей, перечисленных выше, аккумулятор имеет следующие характеристики:

.
  • Nissan LEAF SV: 40 кВтч
  • Tesla Model 3 Standard Plus: 60 кВтч
  • Porsche Taycan Turbo S: 93,4 кВтч

В то время как расход топлива (л / 100 км) указывает на эффективность газового автомобиля, запас хода является критическим показателем для их электрических аналогов. Существуют различные стандарты и протоколы для определения дальности: NEDC в Европе до 2019 года, WLTP в Европе, Индии, Корее и Японии и EPA в США.С. Последнее является более реалистичным стандартом для нас в Северной Америке. Вы также можете посетить веб-сайт Natural Resources Canada.

Фото: Chevrolet

Зарядка

Раньше вам никогда не приходилось заботиться о размере форсунки бензобака, но с электромобилями не все зарядные устройства одинаковы.

В настоящее время существует три уровня тарификации:

  • Уровень 1: Это осуществляется через обычные розетки на 120 В и требует встроенного зарядного устройства (поставляется производителем).Как правило, вы можете получить мощность от 0,96 кВт до 1,44 кВт. Полная зарядка Nissan LEAF с аккумулятором на 40 кВтч чрезвычайно долгая (около 35 часов), так что это работает только в качестве резервного решения.
  • Уровень 2: Это осуществляется через выделенные розетки 240 В. В зависимости от электрической схемы и мощности вашего бортового зарядного устройства вы можете получить до 9,6 кВт мощности. В случае LEAF полная зарядка занимает восемь часов. Это решение для ежедневной зарядки, рекомендованное производителями.
  • Уровень 3: Также называется быстрой зарядкой, это осуществляется с помощью зарядных станций на 400 В с использованием постоянного тока (уровни 1 и 2 зависят от переменного тока). В зависимости от типа станции и мощности автомобиля вы можете получить до 50 кВт мощности (150 кВт в случае некоторых нагнетателей Tesla). Этот тип зарядки отрицательно сказывается на батареях, и его не следует использовать ежедневно. Вот почему вы часто видите, как производители говорят о зарядке аккумулятора до 80 процентов, на что обычно требуется менее часа).

Фото: Chevrolet / Nissan / Tesla

Что касается разъемов, в Северной Америке существует четыре различных типа.

  • J1772: это североамериканский стандарт для зарядки уровня 1 и уровня 2 и наиболее часто используемый тип разъема для электромобилей.
  • CCS: Основанный на J1772, CCS имеет два дополнительных контакта постоянного тока для зарядки уровня 3.
  • CHAdeMO: Это японский стандарт зарядки уровня 3, используемый, например, в Nissan LEAF и Kia Soul EV.
  • Tesla: Tesla имеет собственную сеть зарядных станций (называемых Supercharger) и собственный тип разъема. Владельцам Tesla, которые их используют, не нужен адаптер. Однако, когда они подключаются к другой зарядной станции, им понадобится адаптер Tesla / J1772 для зарядки уровня 1 / уровня 2 или адаптер Tesla / CHAdeMO для зарядки уровня 3. Оба поставляются компанией.

Итак, поехали. Надеюсь, это упростит вам покупку следующего электромобиля!

Tesla, Inc.| История, автомобили, Илон Маск и факты

Tesla, Inc. , ранее (2003–17) Tesla Motors , американский производитель электромобилей. Он был основан в 2003 году американскими предпринимателями Мартином Эберхардом и Марком Тарпеннингом и назван в честь сербского американского изобретателя Николы Тесла.

Компания Tesla Motors была создана для разработки спортивного электромобиля. Эберхард был главным исполнительным директором (CEO) Tesla, а Тарпеннинг - финансовым директором (CFO). Финансирование компании было получено из различных источников, в первую очередь соучредителя PayPal Илона Маска, который вложил в новое предприятие более 30 миллионов долларов и занимал пост председателя правления компании с 2004 года.

В 2008 году Tesla Motors выпустила свой первый автомобиль - полностью электрический родстер. В ходе испытаний компании он проехал 245 миль (394 км) на одной зарядке, что является беспрецедентным для серийного электромобиля запасом хода. Дополнительные тесты показали, что его характеристики были сопоставимы с характеристиками многих спортивных автомобилей с бензиновым двигателем: Roadster мог разгоняться от 0 до 60 миль (96 км) в час менее чем за 4 секунды и достигать максимальной скорости 125 миль (200 км). ) в час. Легкий кузов автомобиля был выполнен из углеродного волокна.Родстер не производил выхлопных газов, так как не использовал двигатель внутреннего сгорания. Tesla Motors обнаружила, что автомобиль достиг показателей эффективности, эквивалентных пробегу бензина в 135 миль на галлон (57 км на литр). Электродвигатель транспортного средства питался от литий-ионных элементов, часто используемых в аккумуляторах портативных компьютеров, которые можно было заряжать от стандартной электрической розетки. Несмотря на федеральную налоговую льготу в размере 7500 долларов на покупку электромобиля, стоимость Roadster в 109000 долларов сделала его предметом роскоши.

В конце 2007 года Эберхард ушел с поста генерального директора и президента по технологиям и вошел в консультативный совет компании. В 2008 году было объявлено, что он покинул компанию, но остался ее акционером. Тарпеннинг, который также был вице-президентом по электротехнике и курировал разработку электронных и программных систем для Roadster, также покинул компанию в 2008 году. Маск занял пост генерального директора. В 2010 году первичное публичное размещение акций Tesla привлекло около 226 миллионов долларов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

В 2012 году Tesla прекратила производство Roadster, чтобы сосредоточиться на новом седане Model S, получившем признание автомобильных критиков за его характеристики и дизайн. Он поставлялся с тремя различными вариантами батарей, которые давали расчетную дальность действия 235 или 300 миль (379 или 483 км). Вариант с аккумулятором с максимальной производительностью давал ускорение от 0 до 60 миль (96 км) в час за чуть более 4 секунд и максимальную скорость в 130 миль (209 км) в час. В отличие от Roadster, у которого аккумуляторы располагались в передней части автомобиля, у Model S они располагались под полом, что давало дополнительное пространство для хранения спереди и улучшало управляемость из-за низкого центра тяжести.Автопилот Tesla, разновидность полуавтономного вождения, был доступен в 2014 году на Model S (а позже и на других моделях).

Начиная с 2012 года, Tesla построила в США и Европе станции Supercharger, предназначенные для быстрой зарядки аккумуляторов без дополнительных затрат для владельцев Tesla. Более поздние версии этих станций назывались Tesla Stations и также имели возможность полной замены аккумуляторной батареи Model S.

Tesla выпустила «кроссовер» Model X (т.е.е., автомобиль с характеристиками внедорожника, но построенный на автомобильном шасси), в 2015 году. Модель X имела максимальный запас хода от аккумулятора до 295 миль (475 км) и вмещала до семи человек. Из-за спроса на более дешевый автомобиль, Model 3, четырехдверный седан с запасом хода 220 миль (354 км) и ценой 35 000 долларов, начал производство в 2017 году.

Компания также занялась производством продукции для солнечной энергии. . Линия аккумуляторов для хранения электроэнергии от солнечной энергии для использования в домах и на предприятиях была представлена ​​в 2015 году.В 2016 году Tesla купила компанию по производству солнечных панелей SolarCity. В 2017 году компания сменила название на Tesla, Inc., чтобы отразить тот факт, что она больше не продает только автомобили.

В следующем году Маск написал серию твитов о приватизации Tesla, заявив, что получил финансирование.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *