Test drive sincron: ce înseamnă?

Mașinile electrice sunt încă umbrite de dezvoltarea bateriilor

Dezvoltarea rapidă a sistemelor de propulsie hibride și progresele fără precedent din ultimii ani în domeniul vehiculelor electrice sunt principalul obiectiv al dezvoltării tehnologiei bateriilor. Acestea necesită resurse maxime de la dezvoltatori și reprezintă cea mai mare provocare pentru designeri. Cu toate acestea, nu trebuie subestimat faptul că progresul în dezvoltarea tehnologiilor avansate litiu-ion este însoțit de progrese semnificative în domeniul reglării puterii curenților electrici și a motoarelor electrice. Sa dovedit că, deși motoarele electrice au o eficiență ridicată, acestea au un domeniu serios de dezvoltare.

Proiectanții se așteaptă ca această industrie să crească la un ritm extrem de ridicat, nu numai pentru că vehiculele electrice devin din ce în ce mai frecvente, ci și pentru că electrificarea vehiculelor cu combustie este un element important al nivelurilor de emisii stabilite în Uniunea Europeană.

Deși motorul electric are o istorie veche, astăzi designerii se confruntă cu noi provocări. Motoarele electrice, în funcție de scop, pot avea un design îngust și un diametru mare sau un diametru mic și un corp lung. Comportamentul lor în vehiculele electrice pure diferă de cel din hibrizi, unde trebuie luată în considerare căldura generată de motorul cu ardere internă. Pentru vehiculele electrice, gama de turații este mai largă, iar cele instalate într-un sistem hibrid paralel în transmisie trebuie optimizate pentru a funcționa în intervalul de turații al motorului cu ardere. Majoritatea mașinilor funcționează cu tensiune înaltă, dar mașinile electrice de 48 de volți vor deveni din ce în ce mai populare.

De ce motoare de curent alternativ

În ciuda faptului că sursa de energie electrică în persoana bateriei este curentul continuu, proiectanții de sisteme electrice în prezent nu se gândesc să folosească motoare electrice de curent continuu. Chiar și în cazul pierderilor de conversie, unitățile de curent alternativ, în special cele sincrone, depășesc unitățile de curent continuu. Dar ce înseamnă de fapt un motor sincron sau asincron? Vă vom prezenta această parte a lumii auto, pentru că, deși mașinile electrice au existat de mult timp în mașini sub formă de startere și alternatoare, tehnologii complet noi au fost introduse recent în acest domeniu.

Toyota, GM și BMW sunt acum câțiva dintre puținii producători care au preluat singuri dezvoltarea și producția de motoare electrice. Chiar și filiala Toyota, Lexus, furnizează aceste dispozitive unei alte companii, japoneza Aisin. Majoritatea companiilor se bazează pe furnizori precum ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec sau companii chineze. Evident, dezvoltarea rapidă a acestei afaceri permite acestor companii să beneficieze de parteneriate cu producătorii de automobile. În ceea ce privește latura tehnologică a lucrurilor, în zilele noastre, pentru nevoile vehiculelor electrice și hibrizilor, sunt utilizate în principal motoare sincrone de curent alternativ cu rotor extern sau intern.

Capacitatea de a converti eficient bateriile de curent continuu în curent alternativ trifazat și invers se datorează în mare măsură progreselor în tehnologia de control. Cu toate acestea, nivelurile actuale din electronica de putere ating niveluri de multe ori mai mari decât cele găsite într-o rețea electrică de uz casnic și deseori depășesc 150 amperi. Acest lucru generează o mulțime de căldură cu care trebuie să se confrunte electronica de putere. În prezent, volumul dispozitivelor electronice de control este încă mare, deoarece dispozitivele electronice de control semiconductor nu pot fi reduse cu o baghetă magică.

Atât motoarele sincrone, cât și cele asincrone sunt un tip de mașini electrice cu câmp magnetic rotativ care au o densitate de putere mai mare. În general, rotorul unui motor cu inducție este format dintr-un pachet simplu de foi solide cu înfășurări scurtcircuitate. Curentul curge în înfășurările statorului în perechi opuse, cu curent de la una dintre cele trei faze curgând în fiecare pereche. Deoarece în fiecare dintre ele este deplasat în fază cu 120 de grade față de celălalt, se obține așa-numitul câmp magnetic rotativ. Aceasta, la rândul său, induce un câmp magnetic în rotor, iar interacțiunea dintre două câmpuri magnetice - care se rotesc în stator și câmpul magnetic al rotorului, duce la antrenarea acestuia din urmă și la rotația ulterioară. Cu toate acestea, la acest tip de motor electric, rotorul rămâne întotdeauna în urma câmpului deoarece, dacă nu există o mișcare relativă între câmp și rotor, nu va induce un câmp magnetic în rotor. Astfel, nivelul vitezei maxime este determinat de frecvența curentului de alimentare și a sarcinii. Cu toate acestea, datorită eficienței mai mari a motoarelor sincrone, majoritatea producătorilor rămân cu ele.

Motoare sincrone

Aceste unități au o eficiență și o densitate de putere semnificativ mai mari. O diferență semnificativă față de un motor cu inducție este că câmpul magnetic din rotor nu este creat prin interacțiunea cu statorul, ci este rezultatul fie al curentului care curge prin înfășurările suplimentare instalate în el, fie al magneților permanenți. Astfel, câmpul din rotor și câmpul din stator sunt sincrone, iar viteza maximă a motorului depinde și de rotația câmpului, respectiv, de frecvența curentului și a sarcinii. Pentru a evita necesitatea unei surse de alimentare suplimentare a înfășurărilor, ceea ce crește consumul de energie și complică reglarea curentă la vehiculele electrice moderne și la modelele hibride, se utilizează motoare electrice cu așa-numita excitație constantă, adică cu magneți permanenți. După cum sa menționat deja, aproape toți producătorii de astfel de mașini folosesc în prezent unități de acest tip, prin urmare, potrivit multor experți, va exista în continuare o problemă cu lipsa de elemente scumpe de pământ rar neodim și disproziu. Motoarele sincrone sunt disponibile în diferite varietăți și soluții tehnologice mixte, cum ar fi BMW sau GM, dar vă vom spune mai multe despre ele.

construcție

Motoarele pur electrice ale vehiculelor sunt de obicei cuplate direct la diferenţialul axei motoare, iar puterea este transferată roţilor prin arborii de osie, reducând pierderile de transmisie mecanică. Cu acest aspect sub podea, centrul de greutate este redus și designul general al blocului devine mai compact. Situația este complet diferită cu aspectul modelelor hibride. Pentru hibrizii completi, cum ar fi modul unic (Toyota și Lexus) și modul dublu (Chevrolet Tahoe), motoarele electrice sunt legate într-un fel de angrenajele planetare din transmisia hibridă, caz în care compactitatea necesită ca designul lor să fie mai lung și mai mic în diametru. La hibrizii paraleli clasici, cerințele compacte înseamnă că ansamblul care se potrivește între volant și cutia de viteze are un diametru mai mare și este destul de plat, producătorii precum Bosch și ZF Sachs bazându-se chiar pe un design de rotor în formă de disc. Există și variații ale rotorului - în timp ce la Lexus LS 600h elementul rotativ este situat în interior, la unele modele Mercedes rotorul rotativ este în exterior. Ultimul design este, de asemenea, extrem de convenabil în cazurile în care motoarele electrice sunt instalate în butucii roților.

Text: Georgy Kolev