Sünkroonmootori proovisõit: mida see tähendab?

Elektriautosid varjutab endiselt akude areng

Hübriidsete jõuülekannete kiire areng ja enneolematu areng viimaste aastate jooksul elektrisõidukite valdkonnas on akutehnoloogia arendamise põhirõhk. Need nõuavad arendajatelt maksimaalseid ressursse ja on disainerite jaoks suurim väljakutse. Siiski ei tohiks alahinnata asjaolu, et arenenud liitium-ioontehnoloogiate väljatöötamise edusammudega kaasnevad märkimisväärsed edusammud elektrivoolude ja elektrimootorite võimsuse reguleerimise valdkonnas. Selgus, et kuigi elektrimootoritel on kõrge efektiivsus, on neil tõsine arenguväli.

Disainerid loodavad, et see tööstus kasvab äärmiselt kiiresti, mitte ainult seetõttu, et elektrisõidukid muutuvad üha tavalisemaks, vaid ka seetõttu, et sisepõlemismootoriga sõidukite elektrifitseerimine on Euroopa Liidus kehtestatud heitetasemete oluline element.

Ehkki elektrimootoril on pikk ajalugu, seisavad disainerid täna silmitsi uute väljakutsetega. Elektrimootorid võivad olenevalt otstarbest olla kitsa konstruktsiooniga, suure läbimõõduga või väikese läbimõõduga ja pika korpusega. Nende käitumine puhta elektrisõidukiga erineb hübriidide omast, kus tuleb arvestada sisepõlemismootori tekitatud soojusega. Elektrisõidukite puhul on kiirusevahemik laiem ja paralleelsesse hübriidsüsteemi ülekandesse paigaldatud kiirused peavad olema optimeeritud töötama sisepõlemismootori kiiruste vahemikus. Enamik masinaid töötab kõrgepingel, kuid 48-voldised elektrimasinad muutuvad üha populaarsemaks.

Miks vahelduvvoolumootorid

Hoolimata asjaolust, et aku inimese elektriallikaks on alalisvool, ei mõtle elektrisüsteemide projekteerijad praegu alalisvoolumootorite kasutamisele. Isegi kui arvestada muundamiskadusid, edestavad vahelduvvooluüksused, eriti sünkroonsed, alalisvooluüksused. Kuid mida tähendab sünkroon- või asünkroonmootor tegelikult? Tutvustame teile seda automaailma osa, sest kui elektriautod on juba pikka aega olnud autodes starterite ja generaatorite kujul, on selles valdkonnas hiljuti kasutusele võetud täiesti uued tehnoloogiad.

Toyota, GM ja BMW on nüüd mõned vähestest tootjatest, kes on ise elektrimootorite väljatöötamise ja tootmise üle võtnud. Isegi Toyota tütarettevõte Lexus tarnib neid seadmeid teisele ettevõttele, Jaapani Aisinile. Enamik ettevõtteid tugineb tarnijatele nagu ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec või Hiina ettevõtted. Ilmselgelt võimaldab selle äri kiire areng sellistel ettevõtetel saada kasu partnerlustest autotootjatega. Mis puudutab asjade tehnoloogilist külge, siis tänapäeval kasutatakse elektrisõidukite ja hübriidide vajaduste jaoks peamiselt välise või sisemise rootoriga vahelduvvooluga sünkroonmootoreid.

Võime muuta alalisvoolu patareid kolmefaasiliseks vahelduvvooluks ja vastupidi tuleneb suuresti juhtimistehnika edusammudest. Jõuelektroonika praegune tase ulatub aga kordades kõrgemaks kui leibkonna elektrivõrgus ja ületab sageli 150 amprit. See tekitab palju soojust, millega jõuelektroonika peab hakkama saama. Praegu on elektrooniliste juhtimisseadmete maht endiselt suur, kuna elektroonilisi pooljuhtjuhtimisseadmeid ei saa võlukepiga vähendada.

Nii sünkroonsed kui ka asünkroonsed mootorid on teatud tüüpi pöörlevad magnetväljaga elektrimasinad, millel on suurem võimsustihedus. Üldiselt koosneb asünkroonmootori rootor lihtsast lühise mähistega tahkete lehtede paketist. Staatori mähistes voolab vool vastaspaaridena, kusjuures igas paaris liigub vool ühest kolmest faasist. Kuna igas neist on see faasinihke teise suhtes 120 kraadi, saadakse nn pöörlev magnetväli. See omakorda indutseerib rootoris magnetvälja ning kahe staatoris pöörleva magnetvälja ja rootori magnetvälja vastasmõju viib viimase kaasahaaramiseni ja sellele järgneva pöörlemiseni. Kuid seda tüüpi elektrimootorite puhul jääb rootor alati väljast maha, sest kui välja ja rootori vahel ei toimu suhtelist liikumist, ei tekita see rootoris magnetvälja. Seega määrab maksimaalse kiiruse taseme toitevoolu sagedus ja koormus. Kuid sünkroonmootorite suurema efektiivsuse tõttu jääb enamik tootjaid nende juurde.

Sünkroonmootorid

Nendel üksustel on oluliselt suurem efektiivsus ja võimsustihedus. Oluline erinevus asünkroonmootorist on see, et rootori magnetväli ei teki staatoriga suhtlemisel, vaid selle põhjuseks on kas sinna paigaldatud lisamähiste kaudu voolav vool või püsimagnetid. Seega on rootori ja staatori väli sünkroonsed ning mootori maksimaalne pöörlemiskiirus sõltub ka välja pöörlemisest vastavalt voolu ja koormuse sagedusele. Vältimaks vajadust mähistele täiendava toiteallika järele, mis suurendab energiatarbimist ja muudab tänapäevaste elektrisõidukite ja hübriidmudelite praeguse reguleerimise keerukamaks, kasutatakse nn pideva ergastusega elektrimootoreid, s.t. püsimagnetitega. Nagu juba mainitud, kasutavad praegu peaaegu kõik selliste autode tootjad seda tüüpi agregaate, seetõttu on paljude ekspertide sõnul endiselt probleem kallite haruldaste muldmetallide neodüümi ja düsproosiumi puudusega. Sünkroonmootoreid on erinevat sorti ja segatehnoloogilisi lahendusi nagu BMW või GM, kuid me räägime neist lähemalt.

Ehitus

Puhtalt elektrisõidukite mootorid ühendatakse tavaliselt otse veotelje diferentsiaaliga ja võimsus kantakse ratastele teljevõllide kaudu, vähendades mehaanilise jõuülekande kadusid. Sellise paigutusega põranda all väheneb raskuskese ja üldine ploki disain muutub kompaktsemaks. Hübriidmudelite paigutusega on olukord täiesti erinev. Täishübriidide (nt üherežiimiliste (Toyota ja Lexus) ja kaherežiimiliste (Chevrolet Tahoe) puhul on elektrimootorid mingil viisil ühendatud hübriidajami planetaarülekannetega, mille puhul kompaktsuse tõttu peab nende konstruktsioon olema pikem ja väiksem. läbimõõt. Klassikalistes paralleelhübriidides tähendavad kompaktsed nõuded, et hooratta ja käigukasti vahele mahutav koost on suurema läbimõõduga ja üsna tasane, kusjuures sellised tootjad nagu Bosch ja ZF Sachs loodavad isegi kettakujulisele rootori konstruktsioonile. Samuti on rootori variatsioone - kui Lexus LS 600h-l asub pöörlev element sees, siis mõnel Mercedese mudelil on pöörlev rootor väljas. Viimane disain on ülimugav ka juhtudel, kui elektrimootorid on paigaldatud rattarummudesse.

Tekst: Georgy Kolev