Презентація двигуна Tesla Model 3
З Моделлю 3 Тесла зупинила свій вибір на електродвигуні з постійним магнітом, а не на асинхронному двигуні, який виробник надавав перевагу в попередніх моделях. Таким чином, Тесла показує, що не існує абсолютної істини, що стосується типу двигуна. Правда за формою, каліфорнійський виробник представив нові технології, здатні надати йому певну перевагу над конкурентами, незалежно від продуктивності чи автономності.
Доступні два двигуни
Модель Tesla 3 доступна у 2 версіях:
- рушій (один двигун ззаду) - Стандартна версія
- повний привід (один двигун спереду і один двигун ззаду) - Довгострокова версія та версія продуктивності
Ззаду: двигун з постійним магнітом
Яку б модель ви не вибрали, модель 3 оснащена системою двигун з постійним магнітом ззаду. Цей двигун є справжньою зміною для американського виробника, який до цього часу використовував асинхронні двигуни для своїх автомобілів (Roadster першого покоління, Model S, Model X).
Вибір двигуна з постійним магнітом був продиктований імперативами автономності та розміру. Насправді, двигун із постійним магнітом зазвичай має кращі показники ніж асинхронний двигун, і перш за все, він більш компактний, що є незаперечною перевагою для моделі 3.
Однак постійні магніти в двигуні Тесла мають кілька особливостей. В першу чергу вони імплантований всередину ротора, що дозволяє їм генерувати a високий крутний момент небажання. Цей принцип роботи дозволяє створити додатковий крутний момент, зберігаючи мінімальний розмір і обмежуючи нагрівання ротора.
Цей принцип сам по собі не є новим, оскільки, наприклад, в електричному двигуні Toyota Prius та BMW i3 та i8 використовується аналогічна техніка із помітно іншим розташуванням постійних магнітів, зокрема для BMW i3 (і i8).
Чистоохочий двигун зазвичай обходиться без постійних магнітів. Специфічна структура (чергування твердих і порожніх просторів для орієнтації магнітного поля) ротора дає можливість генерувати крутний момент.
Невідповідність пар полюсів статора з парами полюсів ротора створить крутний момент небажання і змусить ротор рухатися. Коли полюси ротора вирівняні з полюсами статора, що живляться, неохота дорівнює нулю, і руху більше немає. Тому необхідно подавати наступну фазу, щоб створити крутний момент і продовжити рух.
Цим типом двигуна важко керувати, оскільки його режим роботи індукує коливання крутного моменту (що дуже негативно можуть відчути пасажири транспортного засобу), але і шум. Додавання постійних магнітів значно зменшує ці два явища.
Розробка двигунів зі змінною опорою все ще залишається проблемою, і для цієї мети високоефективна силова електроніка та програмне забезпечення управління двигуном є важливими для точного знання положення ротора та контролю коливань крутного моменту.
З іншого боку, Тесла використовує нову техніку для своїх постійних магнітів: кожен із них є сегментований на 4 частини і кожна частина ізолюється одна від одної за допомогою тонкого шару клею. Цей прийом значно зменшує втрати на вихровий струм.
Вихрові струми генеруються внаслідок зміни магнітного поля в роторі. Останні гратимуть роль опору, а тоді вихрові струми виробляти тепло. Чим більше магніти, тим більші втрати вихровими струмами. Сегментуючи магніти та розділяючи їх тонким ізоляційним матеріалом, це дозволяє зберегти магнітні характеристики магнітів, одночасно зменшуючи вихровий струм.
Таким чином, ротор нагрівається значно менше, і ця техніка дозволяє підвищити ефективність двигуна. Ця міра є додатковою до V-подібне розташування магніту який пропонує найкращий компроміс між масою постійних магнітів (вартість) та ефективністю двигуна.
Задній двигун забезпечує потужність 211 кВт і крутний момент 450 Нм для стандартної версії та версії Performance. У випадку з версією Long Range потужність двигуна обмежена 188 кВт.
Спереду: асинхронний двигун
Спереду асинхронний двигун використовує технологію, використовувану Tesla від створення виробника. Тому двигун не вимагає відсутність постійних магнітів для його експлуатації. Натомість він використовує мідний ротор.
Асинхронний двигун забезпечує крутний момент з найнижчих швидкостей. З іншого боку, він має кращу ефективність, ніж високошвидкісний двигун на постійних магнітах. Двигун забезпечує потужність 147 кВт і крутний момент 300 Нм.
Управління двигуном - повний привід
Залежно від потреби в потужності, програмне забезпечення управління електродвигуном розподіляє потужність між двома двигунами для підвищення тяги (динаміки автомобіля) або ефективності двигуна з метою оптимізації дальності автомобіля.
Якщо, як правило, асинхронний двигун має меншу ефективність, ніж двигуни з постійними магнітами, останні все ще мають недолік: коли потреба в потужності низька (наприклад, при постійній швидкості), магнітні двигуни постійних магнітів генеруватимуть електричний струм, оскільки постійні магніти постійно створюють магнітне поле.
Цей струм генерує нагрів, що відповідно зменшить ефективність двигуна. У випадку асинхронного двигуна за цих умов втрат немає, оскільки в роторі немає магнітів.
Тож Tesla може скористатися кожним з двигунів. Наприклад, на автостраді з постійною швидкістю, тоді потреба в енергії низька, тоді можна вимкнути один з двигунів: у цьому випадку це буде швидше асинхронний двигун, який буде бачити свою потужність зменшеною. У міських умовах їзди переважним буде крутний момент від двигуна з постійними магнітами.
Силова електроніка
Tesla використовує інвертори з компоненти карбіду кремнію (SiC) замість традиційного кремнію (Si) для силової електроніки (інвертори). Цей матеріал дозволяє зменшити час реакції електронні компоненти (оптимізований контроль роботи двигуна) та генерує менше тепла, що збільшує врожайність.
Крім того, компоненти на основі карбіду кремнію витримують вищі температури, ніж виготовлені з кремнію. Таким чином, компоненти на основі кремнію витримують робочу температуру близько 100 ° C і максимальну температуру 150 ° C. У випадку з компонентами SiC нормальна робоча температура може досягати 400 ° C, не впливаючи на експлуатаційні характеристики компонентів.
Цей матеріал не є невідомим в автомобільній промисловості, оскільки він використовується в інших формах для виробництва сажових фільтрів та "керамічних" дискових гальмівних систем.
Фотографії: Tesla (транспортні засоби)/Wikimedia Commons (ілюстрації двигуна)/Гійом Дардінг (ілюстрація графіки та сегментації магнітів)
Привіт, Erijklcz, дякую за підтримку !
Наскільки мені відомо, електричні двигуни розробляє і виробляє Tesla. Модель 3 використовує силові модулі, що постачаються компанією STMicroelectronics. Отже, архітектура значно відрізняється від архітектури Model S, яка використовує дискретні компоненти.
Привіт Жульєн, дякую вам за заохочення !
Я не впевнений, що повністю розумію ваш запит. Ми можемо так само легко попросити вас представити роботу електродвигуна або детально описати, як постійний струм акумулятора перетворюється на змінний струм (силова електроніка): це 2 дуже різні речі.
Ми часто поєднуємо двигун із GMP (силовим агрегатом), я першим, тому я не зупинюсь на терміні двигун або GMP, щоб визначити основи вашого дослідження.