Synkronmotorprovkörning: vad betyder det?
Elbilar överskuggas fortfarande av batteriets utveckling
Den snabba utvecklingen av hybriddrivlinor och oöverträffade framsteg de senaste åren inom elfordon är huvudfokus för utvecklingen av batteriteknik. De kräver maximala resurser från utvecklare och är den största utmaningen för designers. Man bör dock inte underskatta det faktum att framsteg i utvecklingen av avancerade litiumjontekniker åtföljs av betydande framsteg inom området effektreglering av elektriska strömmar och elmotorer. Det visade sig att även om elmotorer har hög verkningsgrad har de ett seriöst utvecklingsfält.
Designers förväntar sig att industrin växer i extremt hög takt, inte bara för att elfordon blir vanligare, utan också för att elektrifiering av förbränningsdrivna fordon är en viktig del av de utsläppsnivåer som fastställts i Europeiska unionen.
Även om elmotorn har en gammal historia, står designare idag inför nya utmaningar. Elmotorer, beroende på syfte, kan ha en smal design och en stor diameter eller en liten diameter och en lång kropp. Deras beteende i rena elektriska fordon skiljer sig från hybrider, där värmen som genereras av förbränningsmotorn måste beaktas. För elfordon är hastighetsområdet större, och de som är installerade i ett parallellt hybridsystem i växellådan måste optimeras för att fungera inom förbränningsmotorns hastighetsområde. De flesta maskiner körs på högspänning, men elektriska maskiner på 48 volt blir mer och mer populära.
Varför växelströmsmotorer
Trots att källan till elektricitet hos batteriet är likström, tänker elektriska systemdesigner för närvarande inte på att använda likströmsmotorer. Även med omvandlingsförluster överträffar växelströmsenheter, särskilt synkrona, DC-enheter. Men vad betyder egentligen en synkron eller asynkron motor? Vi kommer att presentera dig för denna del av fordonsvärlden, för medan elbilar länge har funnits i bilar i form av startmotorer och generatorer har helt nya teknologier nyligen introducerats inom detta område.
Toyota, GM och BMW är nu några av de få tillverkare som själva har tagit över utvecklingen och tillverkningen av elmotorer. Även Toyotas dotterbolag Lexus levererar dessa enheter till ett annat företag, Japans Aisin. De flesta företag litar på leverantörer som ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec eller kinesiska företag. Uppenbarligen tillåter den snabba utvecklingen av denna verksamhet sådana företag att dra nytta av partnerskap med biltillverkare. När det gäller den tekniska sidan av saker, används numera huvudsakligen för behov av elektriska fordon och hybrider AC -synkronmotorer med en extern eller intern rotor.
Förmågan att effektivt omvandla likströmsbatterier till trefas växelström och vice versa beror till stor del på framsteg inom styrteknik. Strömnivåerna inom kraftelektronik når dock nivåer många gånger högre än de som finns i ett hushållsnät och överstiger ofta 150 ampere. Detta genererar mycket värme som kraftelektronik måste hantera. För närvarande är volymen av elektroniska styrenheter fortfarande stor eftersom elektroniska halvledarstyrenheter inte kan reduceras med en trollstav.
Både synkrona och asynkrona motorer är en typ av elektriska maskiner med roterande magnetfält som har en högre effekttäthet. I allmänhet består en induktionsmotors rotor av ett enkelt paket med solida plåtar med kortslutna lindningar. Ström flyter i statorlindningarna i motsatta par, med ström från en av de tre faserna i varje par. Eftersom det i var och en av dem skiftas i fas med 120 grader i förhållande till den andra, erhålls det så kallade roterande magnetfältet. Detta inducerar i sin tur ett magnetfält i rotorn, och samspelet mellan två magnetfält - roterande i statorn och rotorns magnetfält leder till att den senare dras med sig och efterföljande rotation. Men i denna typ av elmotor ligger rotorn alltid efter fältet eftersom om det inte finns någon relativ rörelse mellan fältet och rotorn kommer den inte att inducera ett magnetfält i rotorn. Således bestäms nivån för maximal hastighet av frekvensen på matningsströmmen och belastningen. Men på grund av den högre effektiviteten hos synkronmotorer håller de flesta tillverkare fast vid dem.
Synkrona motorer
Dessa enheter har en betydligt högre effektivitet och effekttäthet. En signifikant skillnad från en induktionsmotor är att magnetfältet i rotorn inte skapas genom interaktion med statorn, utan är resultatet av antingen strömmen som flyter genom de ytterligare lindningar som är installerade i den eller permanentmagneter. Således är fältet i rotorn och fältet i statorn synkrona, och den maximala motorhastigheten beror också på fältets rotation, respektive på frekvensen av strömmen och belastningen. För att undvika behovet av ytterligare strömförsörjning till lindningarna, vilket ökar energiförbrukningen och komplicerar den nuvarande regleringen i moderna elfordon och hybridmodeller, används elmotorer med så kallad konstant excitation, dvs. med permanentmagneter. Som redan nämnts använder nästan alla tillverkare av sådana bilar för närvarande enheter av denna typ, därför, enligt många experter, kommer det fortfarande att finnas ett problem med en brist på dyra sällsynta jordartsmetaller neodym och dysprosium. Synkronmotorer finns i olika varianter och blandade teknologilösningar som BMW eller GM, men vi berättar mer om dem.
konstruktion
Rent elektriska fordonsmotorer kopplas vanligtvis direkt till drivaxelns differential och kraft överförs till hjulen via axelaxlar, vilket minskar mekaniska transmissionsförluster. Med denna layout under golvet reduceras tyngdpunkten och den övergripande blockdesignen blir mer kompakt. Situationen är helt annorlunda med hybridmodellernas layout. För fullhybrider som singelläge (Toyota och Lexus) och dubbelläge (Chevrolet Tahoe) är elmotorerna på något sätt kopplade till planetväxlarna i hybriddrivlinan, i vilket fall kompaktheten kräver att deras design är längre och mindre i diameter. I klassiska parallellhybrider innebär kompakta krav att monteringen som passar mellan svänghjul och växellåda har en större diameter och är ganska platt, där tillverkare som Bosch och ZF Sachs till och med förlitar sig på en skivformad rotordesign. Det finns även variationer av rotorn – medan i Lexus LS 600h sitter det roterande elementet inuti, i vissa Mercedes-modeller sitter den roterande rotorn utanför. Den senare designen är också extremt bekväm i de fall där elmotorerna är installerade i hjulnaven.
Text: Georgy Kolev
