Coche eléctrico Nikola Tesla

Os motores eléctricos son moito máis eficientes que os motores de combustión interna. Por que e cando

A verdade básica é que os problemas dos vehículos eléctricos están relacionados coa fonte de enerxía, pero poden verse desde unha perspectiva diferente. Como moitas cousas da vida que damos por feito, o motor eléctrico e o sistema de control dos vehículos eléctricos considéranse o dispositivo máis eficiente e fiable destes vehículos. Non obstante, para acadar este estado de cousas, percorreron un longo camiño na evolución, desde o descubrimento da conexión entre a electricidade e o magnetismo ata a súa transformación efectiva nunha forza mecánica. Este tema adoita ser infravalorado no contexto de falar do desenvolvemento tecnolóxico do motor de combustión interna, pero cada vez é máis necesario falar máis da máquina chamada motor eléctrico.

Un ou dous motores

Se observas o gráfico de rendemento dun motor eléctrico, independentemente do seu tipo, notarás que ten unha eficiencia superior ao 85 por cento, moitas veces máis do 90 por cento, e que é o máis eficiente cun 75 por cento de carga. máximo. A medida que aumenta a potencia e o tamaño do motor eléctrico, o rango de eficiencia amplíase en consecuencia, onde pode alcanzar o seu máximo aínda antes, ás veces cunha carga do 20 por cento. Non obstante, hai outra cara da moeda: a pesar do rango estendido de maior eficiencia, o uso de motores moi potentes con carga moi baixa pode levar de novo á entrada frecuente na zona de baixa eficiencia. Polo tanto, as decisións sobre o tamaño, potencia, número (un ou dous) e uso (un ou dous segundo a carga) dos motores eléctricos son procesos que forman parte do traballo de deseño na construción dun automóbil. Neste contexto, é comprensible por que é mellor ter dous motores en lugar dun moi potente, nomeadamente para que non entre moitas veces en zonas de baixa eficiencia, e pola posibilidade de apagalo a baixas cargas. Polo tanto, a carga parcial, por exemplo, no Tesla Model 3 Performance, só se utiliza o motor traseiro. Nas versións menos potentes, é a única, e nas versións máis dinámicas, a asíncrona está conectada ao eixe dianteiro. Esta é outra vantaxe dos vehículos eléctricos: a potencia pódese aumentar con máis facilidade, os modos utilízanse dependendo dos requisitos de eficiencia e os trens de potencia dobre son un efecto secundario útil. Non obstante, a menor eficiencia a baixa carga non impide que, a diferenza dun motor de combustión interna, un motor eléctrico xere empuxe a velocidade cero debido ao seu principio fundamentalmente diferente de funcionamento e interacción entre campos magnéticos mesmo en tales condicións. O feito de eficiencia mencionado anteriormente está no corazón do deseño do motor e dos modos de funcionamento; como dixemos, un motor sobredimensionado funcionando continuamente a baixa carga sería ineficiente.

Co rápido desenvolvemento da mobilidade eléctrica, a diversidade en termos de produción de motores estase a expandir. Cada vez están a desenvolverse máis acordos e acordos nos que algúns fabricantes como BMW e VW deseñan e fabrican os seus propios coches, outros compran participacións en empresas relacionadas con este negocio e outros subcontratan a provedores como Bosch. Na maioría dos casos, se le as especificacións dun modelo alimentado eléctricamente, verá que o seu motor é "sincrónico de imán permanente de CA". Non obstante, o pioneiro de Tesla utiliza outras solucións nesta dirección: motores asíncronos en todos os modelos anteriores e unha combinación de asíncronos e os chamados. "Motor de conmutación de resistencia como accionamento do eixe traseiro no modelo 3 Performance. Nas versións máis baratas só con tracción traseira, é a única. Audi tamén está a usar motores de indución para o modelo q-tron e unha combinación de motores síncronos e asíncronos para o próximo e-tron Q4. De que se trata realmente?

Coche eléctrico Nikola Tesla

O feito de que Nikola Tesla inventase o motor eléctrico asíncrono ou, noutras palabras, o "asíncrono" (a finais do século XIX) non ten ningunha conexión directa co feito de que os modelos Tesla Motors sexan un dos poucos coches alimentados por tal máquina. ... De feito, o principio de funcionamento do motor Tesla fíxose máis popular nos anos 19, cando os dispositivos semicondutores foron xurdindo gradualmente baixo o sol e o enxeñeiro estadounidense Alan Coconi desenvolveu inversores portátiles de semicondutores que poden converter as baterías de corrente continua (corrente continua) en corrente alterna (CA) ) como se require para un motor de indución e viceversa (en proceso de recuperación). Esta combinación dun inversor (tamén coñecido como transformador de enxeñaría) e un motor eléctrico desenvolvido por Coconi converteuse na base do tristemente famoso GM EV60 e, nunha forma máis refinada, do deportivo tZERO. Por analoxía coa busca de enxeñeiros xaponeses de Toyota durante a creación do Prius e o descubrimento da patente TRW, os creadores de Tesla descubriron o coche tZERO. Finalmente, compraron unha licenza tZero e usárona para construír un roadster.
A maior vantaxe dun motor de indución é que non usa imáns permanentes e non precisa de metais caros ou raros, que tamén se extraen a miúdo en condicións que crean dilemas morais para os consumidores. Non obstante, tanto os motores síncronos como os de imán permanente fan un pleno uso dos avances tecnolóxicos en dispositivos semicondutores, así como na creación de MOSFET con transistores de efecto de campo e transistores de illamento bipolar máis recentes (IGBT). É este progreso o que permite crear os mencionados dispositivos inverter compactos e, en xeral, toda a electrónica de potencia nos vehículos eléctricos. Pode parecer trivial que a capacidade de converter de forma eficiente as baterías de corrente continua en tres fases e viceversa se deba en gran parte aos avances na tecnoloxía de control, pero hai que ter en conta que a corrente na electrónica de potencia alcanza niveis moitas veces superiores ao habitual no fogar rede eléctrica e a miúdo os valores superan os 150 amperios. Isto xera moita calor que debe soportar a electrónica de potencia.

Pero volvamos ao tema dos motores eléctricos. Do mesmo xeito que os motores de combustión interna, pódense clasificar en diferentes cualificacións, e o "tempo" é un deles. De feito, isto é consecuencia dun enfoque construtivo diferente moito máis importante en termos de xeración e interacción de campos magnéticos. A pesar de que a fonte de electricidade na persoa da batería é a corrente continua, os deseñadores de sistemas eléctricos nin sequera consideran o uso de motores de corrente continua. Mesmo tendo en conta as perdas de conversión, as unidades de CA e especialmente as unidades síncronas superan a competencia cos elementos de corrente continua. Entón, que significa realmente un motor síncrono ou asíncrono?

Compañía de automóbiles eléctricos

Tanto os motores síncronos coma os asíncronos son do tipo de máquinas eléctricas de campo magnético rotativas que teñen unha densidade de potencia maior. En xeral, un rotor de indución consiste nunha simple pila de láminas sólidas, varillas metálicas de aluminio ou cobre (cada vez máis usadas nos últimos tempos) con bobinas en bucle pechado. A corrente flúe nos devanados do estator en pares opostos, coa corrente dunha das tres fases que flúe en cada par. Xa que en cada un deles desprázase en fase 120 graos con respecto ao outro, o chamado campo magnético rotatorio. A intersección dos devanados do rotor coas liñas do campo magnético do campo xerado polo estator conduce a un fluxo de corrente no rotor, similar á interacción nun transformador.
O campo magnético resultante interactúa coa "rotación" do estator, o que leva ao agarre mecánico do rotor e á súa posterior rotación. Non obstante, con este tipo de motor eléctrico, o rotor sempre queda por detrás do campo, porque se non hai movemento relativo entre o campo e o rotor, non se inducirá ningún campo magnético no rotor. Así, o nivel máximo de velocidade está determinado pola frecuencia da corrente de subministración e a carga. Non obstante, debido á maior eficiencia dos motores síncronos, a maioría dos fabricantes adhírense a eles, pero por algunhas das razóns anteriores, Tesla segue sendo un defensor dos motores asíncronos.

Si, estas máquinas son máis baratas, pero teñen as súas desvantaxes, e todas as persoas que probaron varias aceleracións sucesivas co Model S dirán que o rendemento cae drasticamente con cada iteración. Os procesos de indución e o fluxo de corrente conducen ao quecemento, e cando a máquina non se arrefría con carga elevada, acumúlase calor e as súas capacidades redúcense significativamente. Para fins de protección, a electrónica reduce a cantidade de corrente e o rendemento da aceleración é degradado. E unha cousa máis -para ser usado como xerador hai que magnetizar o motor de indución-, é dicir, "pasar" a corrente inicial polo estator, que xera o campo e a corrente no rotor para iniciar o proceso. Entón pode alimentarse a si mesmo.

Motores asíncronos ou síncronos

As unidades síncronas teñen unha eficiencia e densidade de potencia significativamente maiores. Unha diferenza significativa entre un motor de indución é que o campo magnético no rotor non é inducido pola interacción co estator, senón que é o resultado da corrente que flúe polos devanados adicionais instalados nel ou os imáns permanentes. Así, o campo do rotor e o campo do estator son síncronos, pero a velocidade máxima do motor tamén depende da rotación do campo, respectivamente, da frecuencia e carga actuais. Para evitar a necesidade de subministración de enerxía adicional aos devanados, o que aumenta o consumo de enerxía e complica o control de corrente, os vehículos eléctricos modernos e os modelos híbridos úsanse motores eléctricos coa chamada excitación constante. con imáns permanentes. Como xa se mencionou, case todos os fabricantes deste tipo de vehículos utilizan actualmente este tipo de unidades, polo que, segundo moitos expertos, aínda haberá un problema coa escaseza de neodimio e disprosio de terras raras. A redución do seu uso é parte da demanda dos enxeñeiros neste campo.

• 

• 

• 

• 

• 

• 

• 

O deseño do núcleo do rotor ofrece o maior potencial para mellorar o rendemento dunha máquina eléctrica.
Existen varias solucións tecnolóxicas con imáns de superficie, rotor en forma de disco, con imáns incorporados internamente. Interesante aquí é a solución de Tesla, que utiliza a tecnoloxía mencionada anteriormente chamada Switched Reluctance Motor para impulsar o eixe traseiro do Model 3. "Reluctancia", ou resistencia magnética, é un termo oposto á condutividade magnética, similar á resistencia eléctrica e á condutividade eléctrica dos materiais. Os motores deste tipo utilizan o fenómeno de que o fluxo magnético tende a atravesar a parte do material con menor resistencia magnética. Como resultado, despraza fisicamente o material polo que circula para atravesar a peza con menor resistencia. Este efecto úsase nun motor eléctrico para crear un movemento de rotación; para iso, os materiais con diferente resistencia magnética alternan no rotor: duros (en forma de discos de ferrita neodimio) e brandos (discos de aceiro). Nun intento de atravesar un material de menor resistencia, o fluxo magnético do estator fai xirar o rotor ata que se posiciona para facelo. Co control de corrente, o campo xira constantemente o rotor nunha posición cómoda. É dicir, a rotación non se inicia ata tal punto pola interacción dos campos magnéticos como a tendencia do campo a fluír polo material con menor resistencia e o efecto resultante da rotación do rotor. Ao alternar diferentes materiais, redúcese o número de compoñentes caros.

Dependendo do deseño, a curva de eficiencia e o par cambian coa velocidade do motor. Inicialmente, o motor de indución ten a menor eficiencia, e o máis alto ten imáns de superficie, pero neste último diminúe drasticamente coa velocidade. O motor BMW i3 ten un carácter híbrido único, grazas a un deseño que combina imáns permanentes e o efecto de "reluctancia" descrito anteriormente. Así, o motor eléctrico consegue os altos niveis de potencia e par constante que son característicos das máquinas cun rotor excitado eléctricamente, pero ten un peso significativamente menor ca eles (estas últimas son eficientes en moitos aspectos, pero non en termos de peso). Despois de todo isto, está claro que a eficiencia está a diminuír a altas velocidades, polo que cada vez son máis os fabricantes que din que se centrarán nas transmisións de dúas velocidades para motores eléctricos.

Preguntas e respostas:

Que motores usa Tesla? Todos os modelos de Tesla son vehículos eléctricos, polo que están equipados exclusivamente con motores eléctricos. Case todos os modelos terán un motor de indución de CA trifásico baixo o capó.

Como funciona un motor Tesla? Un motor eléctrico asíncrono funciona debido á aparición dun campo magnético debido á rotación nun estator estacionario dun campo magnético. A viaxe inversa prodúcese pola inversión de polaridade nas bobinas de arranque.

Onde está o motor Tesla? Os coches Tesla son de tracción traseira. Polo tanto, o motor está situado entre os eixes do eixe traseiro. O motor está formado por un rotor e un estator, que só entran en contacto a través de rodamentos.

Canto pesa un motor Tesla? O peso do motor eléctrico montado para os modelos Tesla é de 240 quilogramos. Basicamente utilízase unha modificación do motor.