Testovacia jazda synchrónneho motora: čo to znamená?

Elektrické autá sú stále zatienené vývojom batérií

Hlavným zameraním vývoja technológie batérií je rýchly vývoj hybridných pohonných jednotiek a bezprecedentný pokrok v posledných rokoch v oblasti elektrických vozidiel. Vyžadujú od vývojárov maximum prostriedkov a sú najväčšou výzvou pre dizajnérov. Nemali by sme však podceňovať skutočnosť, že pokrok vo vývoji pokrokových lítium-iónových technológií sprevádza výrazný pokrok v oblasti regulácie výkonu elektrických prúdov a elektrických motorov. Ukázalo sa, že hoci majú elektrické motory vysokú účinnosť, majú vážne pole pre vývoj.

Dizajnéri očakávajú, že priemysel bude rásť mimoriadne vysokým tempom, a to nielen preto, že elektrické vozidlá sú čoraz bežnejšie, ale aj preto, že elektrifikácia vozidiel na spaľovací pohon je dôležitým prvkom úrovní emisií stanovených v Európskej únii.

Aj keď má elektromotor dávnu históriu, dnes čelia konštruktéri novým výzvam. Elektromotory môžu mať podľa účelu úzku konštrukciu, veľký priemer alebo malý priemer a dlhé telo. Ich správanie sa v čisto elektrických vozidlách líši od správania v hybridoch, kde sa musí brať do úvahy teplo generované spaľovacím motorom. U elektrických vozidiel je rozsah otáčok širší a tie, ktoré sú inštalované v paralelnom hybridnom systéme v prevodovke, musia byť optimalizované tak, aby fungovali v rozmedzí otáčok spaľovacieho motora. Väčšina strojov pracuje na vysoké napätie, ale čoraz populárnejšie budú elektrické stroje napájané na 48 voltov.

Prečo trojfázové motory

Napriek skutočnosti, že zdrojom elektriny v osobe batérie je jednosmerný prúd, dizajnéri elektrických systémov v súčasnosti neuvažujú o použití jednosmerných elektromotorov. Aj pri zohľadnení strát pri prevode striedavé jednotky, najmä synchrónne, prekonávajú jednosmerné jednotky. Čo však v skutočnosti znamená synchrónny alebo asynchrónny motor? Predstavíme vám túto časť automobilového sveta, pretože zatiaľ čo elektromobily v automobiloch už dávno existovali vo forme štartérov a alternátorov, v tejto oblasti boli nedávno predstavené úplne nové technológie.

Toyota, GM a BMW sú dnes jednými z mála výrobcov, ktorí prevzali vývoj a výrobu samotných elektromotorov. Dokonca aj dcérska spoločnosť spoločnosti Toyota Lexus dodáva tieto zariadenia inej spoločnosti, japonskej spoločnosti Aisin. Väčšina spoločností sa spolieha na dodávateľov ako ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec alebo čínske spoločnosti. Rýchly rozvoj tohto podnikania očividne umožňuje takýmto spoločnostiam ťažiť z partnerstiev s výrobcami automobilov. Pokiaľ ide o technologickú stránku veci, v dnešnej dobe sa pre potreby elektrických vozidiel a hybridov používajú hlavne striedavé synchrónne motory s vonkajším alebo vnútorným rotorom.

Schopnosť efektívne prevádzať jednosmerné batérie na trojfázové striedavé napätie a naopak je do veľkej miery spôsobená pokrokom v riadiacej technológii. Súčasné úrovne v výkonovej elektronike však dosahujú mnohonásobne vyššie hodnoty ako v elektrickej sieti pre domácnosť a často presahujú 150 ampérov. To generuje veľa tepla, s ktorým si musí výkonová elektronika poradiť. V súčasnosti je objem elektronických riadiacich zariadení stále veľký, pretože elektronické polovodičové riadiace zariadenia nemožno znížiť kúzelnou paličkou.

Synchrónne aj asynchrónne motory sú typom elektrických strojov s rotačným magnetickým poľom, ktoré majú vyššiu hustotu výkonu. Vo všeobecnosti sa rotor indukčného motora skladá z jednoduchého balíka pevných plechov so skratovanými vinutiami. Prúd tečie vo vinutiach statora v opačných pároch, pričom v každom páre prúdi prúd z jednej z troch fáz. Keďže v každej z nich je fázovo posunutá o 120 stupňov voči druhej, získa sa takzvané rotujúce magnetické pole. To zase indukuje magnetické pole v rotore a interakcia medzi dvoma magnetickými poľami - rotujúcimi v statore a magnetickým poľom rotora, vedie k strhávaniu rotora a následnej rotácii. V tomto type elektromotora však rotor vždy zaostáva za poľom, pretože ak medzi poľom a rotorom nie je žiadny relatívny pohyb, neindukuje magnetické pole v rotore. Úroveň maximálnej rýchlosti je teda určená frekvenciou napájacieho prúdu a záťažou. Kvôli vyššej účinnosti synchrónnych motorov sa ich však väčšina výrobcov drží.

Synchrónne motory

Tieto jednotky majú výrazne vyššiu účinnosť a hustotu výkonu. Podstatný rozdiel od indukčného motora spočíva v tom, že magnetické pole v rotore nevzniká interakciou so statorom, ale je výsledkom buď prúdu, ktorý preteká prídavnými vinutiami, ktoré sú v ňom nainštalované, alebo permanentných magnetov. Pole v rotore a pole v statore sú teda synchrónne a maximálna rýchlosť motora závisí aj od rotácie poľa, respektíve od frekvencie prúdu a záťaže. Aby sa zabránilo potrebe dodatočného napájania vinutí, ktoré zvyšuje spotrebu energie a komplikuje súčasnú reguláciu v moderných elektrických vozidlách a hybridných modeloch, používajú sa elektromotory s takzvaným konštantným budením, t.j. s permanentnými magnetmi. Ako už bolo spomenuté, takmer všetci výrobcovia takýchto automobilov v súčasnosti používajú jednotky tohto typu, preto podľa mnohých odborníkov bude stále existovať problém s nedostatkom drahých prvkov vzácnych zemín neodýmu a dysprózia. Synchrónne motory sa dodávajú v rôznych variantoch a so zmiešanými technologickými riešeniami, ako sú BMW alebo GM, ale povieme vám o nich viac.

výstavba

Motory čisto elektrických vozidiel sú zvyčajne spojené priamo s diferenciálom hnacej nápravy a výkon sa prenáša na kolesá cez nápravové hriadele, čím sa znižujú straty v mechanických prevodoch. S týmto usporiadaním pod podlahou sa ťažisko znižuje a celkový dizajn bloku sa stáva kompaktnejším. Úplne iná situácia je s rozložením hybridných modelov. Pri plne hybridných vozidlách, ako sú single mode (Toyota a Lexus) a dual mode (Chevrolet Tahoe), sú elektromotory nejakým spôsobom spojené s planétovými prevodmi v hybridnom hnacom ústrojenstve, v takom prípade kompaktnosť vyžaduje, aby bol ich dizajn dlhší a menší. priemer. V klasických paralelných hybridoch kompaktné požiadavky znamenajú, že zostava, ktorá sa zmestí medzi zotrvačník a prevodovku, má väčší priemer a je dosť plochá, pričom výrobcovia ako Bosch a ZF Sachs sa dokonca spoliehajú na konštrukciu rotora v tvare disku. Existujú aj variácie rotora – kým v Lexuse LS 600h je otočný prvok umiestnený vo vnútri, v niektorých modeloch Mercedesu je otočný rotor vonku. Posledne menovaný dizajn je tiež mimoriadne vhodný v prípadoch, keď sú elektromotory inštalované v nábojoch kolies.

Text: Georgy Kolev