Lái thử động cơ đồng bộ: nghĩa là gì?

Ô tô điện vẫn bị lu mờ bởi sự phát triển của pin

Sự phát triển nhanh chóng của hệ truyền động hybrid và tiến bộ chưa từng có trong những năm gần đây trong lĩnh vực xe điện là trọng tâm chính của sự phát triển của công nghệ pin. Họ yêu cầu nguồn lực tối đa từ các nhà phát triển và là thách thức lớn nhất đối với các nhà thiết kế. Tuy nhiên, không nên đánh giá thấp thực tế là sự tiến bộ trong phát triển các công nghệ lithium-ion tiên tiến đi kèm với tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực điều chỉnh công suất của dòng điện và động cơ điện. Nó chỉ ra rằng mặc dù động cơ điện có hiệu suất cao, chúng có một lĩnh vực nghiêm túc để phát triển.

Các nhà thiết kế kỳ vọng ngành công nghiệp này sẽ phát triển với tốc độ cực cao, không chỉ vì xe điện ngày càng trở nên phổ biến mà còn vì việc điện khí hóa các phương tiện chạy bằng động cơ đốt là một yếu tố quan trọng trong mức phát thải được quy định tại Liên minh châu Âu.

Mặc dù động cơ điện có lịch sử lâu đời nhưng ngày nay các nhà thiết kế phải đối mặt với những thách thức mới. Động cơ điện tùy theo mục đích sử dụng có thể có thiết kế hẹp và đường kính lớn hoặc đường kính nhỏ và thân dài. Hành vi của chúng trên xe thuần điện khác với xe hybrid, ở đó phải tính đến nhiệt sinh ra từ động cơ đốt trong. Đối với xe điện, dải tốc độ rộng hơn, và những chiếc được lắp đặt trong hệ thống hybrid song song trong bộ truyền động phải được tối ưu hóa để hoạt động trong dải tốc độ của động cơ đốt trong. Hầu hết các máy hoạt động trên điện áp cao, nhưng máy điện 48 vôn sẽ ngày càng trở nên phổ biến.

Tại sao động cơ AC

Mặc dù thực tế rằng nguồn điện trong người của pin là dòng điện một chiều, các nhà thiết kế hệ thống điện hiện chưa nghĩ đến việc sử dụng động cơ điện một chiều. Ngay cả khi tính đến tổn thất chuyển đổi, các khối AC, đặc biệt là các khối đồng bộ, hoạt động tốt hơn các khối DC. Nhưng thực tế động cơ đồng bộ hay không đồng bộ có nghĩa là gì? Chúng tôi sẽ giới thiệu cho bạn phần này của thế giới ô tô, bởi vì trong khi ô tô điện từ lâu đã tồn tại trên ô tô ở dạng khởi động và máy phát điện, thì những công nghệ hoàn toàn mới gần đây đã được giới thiệu trong lĩnh vực này.

Toyota, GM và BMW hiện là một trong số ít các nhà sản xuất đã tự mình đảm nhận việc phát triển và sản xuất động cơ điện. Ngay cả công ty con Lexus của Toyota cũng cung cấp các thiết bị này cho một công ty khác là Aisin của Nhật Bản. Hầu hết các công ty dựa vào các nhà cung cấp như ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec hoặc các công ty Trung Quốc. Rõ ràng, sự phát triển nhanh chóng của ngành kinh doanh này cho phép các công ty như vậy thu được lợi nhuận từ quan hệ đối tác với các nhà sản xuất xe hơi. Về mặt công nghệ, ngày nay, đối với nhu cầu của xe điện và hybrid, động cơ đồng bộ xoay chiều có rôto bên ngoài hoặc bên trong được sử dụng chủ yếu.

Khả năng chuyển đổi hiệu quả pin DC sang AC ba pha và ngược lại phần lớn là do những tiến bộ trong công nghệ điều khiển. Tuy nhiên, mức dòng điện trong thiết bị điện tử công suất đạt đến mức cao hơn nhiều lần so với mức dòng điện trong mạng điện gia dụng và thường vượt quá 150 ampe. Điều này tạo ra rất nhiều nhiệt mà các thiết bị điện tử công suất phải đối phó. Hiện nay, khối lượng thiết bị điều khiển điện tử còn lớn vì không thể thu nhỏ thiết bị điều khiển bán dẫn điện tử bằng đũa thần.

Cả động cơ đồng bộ và không đồng bộ đều là một loại máy điện từ trường quay có mật độ công suất cao hơn. Nói chung, rôto của động cơ cảm ứng bao gồm một gói đơn giản gồm các tấm rắn với các cuộn dây ngắn mạch. Dòng điện chạy trong cuộn dây stato theo cặp ngược nhau, với dòng điện từ một trong ba pha chạy trong mỗi cặp. Vì trong mỗi người trong số họ, nó bị lệch pha 120 độ so với người kia, nên thu được cái gọi là từ trường quay. Đến lượt mình, điều này tạo ra một từ trường trong rôto và sự tương tác giữa hai từ trường - quay trong stato và từ trường của rôto, dẫn đến sự cuốn theo của rôto sau và vòng quay tiếp theo. Tuy nhiên, ở loại động cơ điện này, rôto luôn trễ hơn so với từ trường vì nếu không có chuyển động tương đối giữa từ trường và rôto thì sẽ không sinh ra từ trường trong rôto. Do đó, mức tốc độ tối đa được xác định bởi tần số của dòng điện cung cấp và tải. Tuy nhiên, do hiệu suất cao hơn của động cơ đồng bộ nên hầu hết các nhà sản xuất đều gắn bó với chúng.

Động cơ đồng bộ

Các thiết bị này có hiệu suất và mật độ điện năng cao hơn đáng kể. Một điểm khác biệt đáng kể so với động cơ cảm ứng là từ trường trong rôto không được tạo ra do tương tác với stato, mà là kết quả của dòng điện chạy qua các cuộn dây bổ sung được lắp đặt trong nó, hoặc nam châm vĩnh cửu. Do đó, trường trong rôto và trường trong stato là đồng bộ, và tốc độ cực đại của động cơ cũng phụ thuộc vào chuyển động quay của trường, tương ứng, vào tần số của dòng điện và tải. Để tránh nhu cầu cung cấp điện bổ sung cho các cuộn dây, làm tăng mức tiêu thụ điện năng và làm phức tạp quy định dòng điện trong xe điện hiện đại và các kiểu xe hybrid, động cơ điện với cái gọi là kích từ không đổi được sử dụng, tức là bằng nam châm vĩnh cửu. Như đã đề cập, hầu hết các nhà sản xuất ô tô hiện nay đều sử dụng các đơn vị loại này, do đó, theo nhiều chuyên gia, sẽ vẫn tồn tại vấn đề thiếu các nguyên tố đất hiếm đắt tiền neodymium và dysprosi. Động cơ đồng bộ có nhiều loại khác nhau và các giải pháp công nghệ hỗn hợp như BMW hoặc GM, nhưng chúng tôi sẽ cho bạn biết thêm về chúng.

Xây dựng

Động cơ xe hoàn toàn chạy bằng điện thường được ghép trực tiếp với bộ vi sai trục truyền động và công suất được truyền tới các bánh xe thông qua các trục của trục, giúp giảm tổn thất truyền động cơ học. Với cách bố trí gầm sàn này, trọng tâm xe được giảm bớt và thiết kế khối tổng thể trở nên gọn gàng hơn. Tình hình hoàn toàn khác với cách bố trí của các mô hình hybrid. Đối với các loại xe hybrid hoàn toàn như chế độ đơn (Toyota và Lexus) và chế độ kép (Chevrolet Tahoe), các động cơ điện được liên kết theo một cách nào đó với các bánh răng hành tinh trong hệ thống truyền động hybrid, trong trường hợp đó, tính nhỏ gọn đòi hỏi thiết kế của chúng phải dài hơn và nhỏ hơn. đường kính. Trong các xe hybrid song song cổ điển, yêu cầu nhỏ gọn có nghĩa là cụm lắp ráp giữa bánh đà và hộp số có đường kính lớn hơn và khá phẳng, với các nhà sản xuất như Bosch và ZF Sachs thậm chí còn dựa vào thiết kế rôto hình đĩa. Ngoài ra còn có các biến thể của rô-to - trong khi ở Lexus LS 600h, bộ phận quay nằm bên trong, thì ở một số mẫu xe của Mercedes, rô-to quay ở bên ngoài. Thiết kế thứ hai cũng cực kỳ thuận tiện trong trường hợp động cơ điện được lắp đặt trong trục bánh xe.

Văn bản: Georgy Kolev