Saya baru saja menonton video pabrik mega dan bertanya-tanya mengapa mereka menggunakan motor AC yang membutuhkan power inverter, bukan DC yang mungkin didukung langsung dari baterai DC mereka? Memperkenalkan inverter berarti lebih banyak biaya (berat, pengontrol, dll).
Apakah ada alasan untuk itu? Apa perbedaan antara motor AC dan DC yang mungkin mengarah pada keputusan ini? Apakah ada yang tahu jenis motor apa yang digunakan pada mobil listrik lain?
motor
automotive
wizzup
sumber
sumber
Jawaban:
Anda bertanya tentang timbal balik teknis seputar pemilihan motor traksi untuk aplikasi kendaraan listrik. Mendeskripsikan tradeespace desain penuh jauh melampaui apa yang bisa dirangkum di sini, tapi saya akan menguraikan tradeoff desain yang menonjol untuk aplikasi seperti itu.
Karena jumlah energi yang dapat disimpan secara kimia (yaitu dalam baterai) sangat terbatas, hampir semua kendaraan listrik dirancang dengan efisiensi dalam pikiran. Sebagian besar motor traksi aplikasi transit untuk aplikasi otomotif berkisar antara daya 60kW dan 300kW. Hukum Ohms menunjukkan bahwa kehilangan daya pada kabel, belitan motor, dan interkoneksi baterai adalah P = I 2 R. Dengan demikian mengurangi arus menjadi setengah mengurangi kerugian resistif sebesar 4x. Akibatnya sebagian besar aplikasi otomotif berjalan pada tegangan tautan DC nominal antara 288 dan 360V nom (ada alasan lain untuk pemilihan voltase ini juga, tetapi mari kita fokus pada kerugian). Tegangan suplai relevan dalam diskusi ini, karena motor tertentu, seperti Brush DC, memiliki batas praktis atas pada tegangan suplai akibat pergantian komutator.
Mengabaikan teknologi motor yang lebih eksotis seperti switch / variabel keengganan, ada tiga kategori utama motor listrik yang digunakan dalam aplikasi otomotif:
Sikat motor DC : pergantian mekanis, hanya 'helikopter' DC sederhana diperlukan untuk mengendalikan torsi. Sementara motor Brush DC dapat memiliki magnet permanen, ukuran magnet untuk aplikasi traksi membuatnya mahal. Akibatnya, sebagian besar motor traksi DC seri-atau shunt-luka. Dalam konfigurasi seperti itu, ada gulungan di kedua stator dan rotor.
Motor DC Brushless (BLDC): diubah secara elektronik oleh inverter, magnet permanen pada rotor, belitan pada stator.
Motor induksi : diubah secara elektronik oleh inverter, rotor induksi, gulungan pada stator.
Berikut adalah beberapa generalisasi kurang ajar tentang pengorbanan antara tiga teknologi motor. Ada banyak contoh poin yang akan menentang parameter ini; tujuan saya hanya membagikan apa yang saya anggap nilai nominal untuk jenis aplikasi ini.
- Efisiensi:
Brush DC: Motor: ~ 80%, DC controller: ~ 94% (flyback pasif), NET = 75%
BLDC: ~ 93%, inverter: ~ 97% (flyback sinkron atau kontrol histeretik), NET = 90%
Induksi: ~ 91%: inverter: 97% (flyback sinkron atau kontrol histeretik), NET = 88%
- Kenakan / Servis:
Kuas DC: Kuas dapat dikenakan; membutuhkan penggantian secara berkala. Bantalan.
BLDC: Bearing (Seumur
Hidup ) Induksi: Bearing (Seumur Hidup)
- Biaya spesifik (biaya per kW), termasuk inverter
Brush DC: Motor rendah dan pengontrol pada umumnya murah
BLDC: Magnet permanen daya tinggi tinggi sangat mahal
Induksi: Sedang - inverter menambah biaya, tetapi motor murah
- Penolakan panas
Brush DC: Gulungan pada rotor membuat pembuangan panas dari rotor dan komutator menjadi menantang dengan motor daya tinggi.
BLDC: Gulungan pada stator membuat penolakan panas secara langsung. Magnet pada rotor memiliki pemanasan yang diinduksi arus eddy rendah-sedang
Induksi: Gulungan pada stator membuat penolakan panas stator langsung. Arus yang diinduksi dalam rotor dapat membutuhkan pendinginan oli dalam aplikasi daya tinggi (masuk dan keluar melalui poros, tidak terciprat).
- Torsi / perilaku berkecepatan
Brush DC: Torsi nol kecepatan teoritis, torsi turun dengan meningkatnya kecepatan. Aplikasi otomotif Brush DC pada umumnya membutuhkan rasio 3-4 gigi untuk menjangkau rentang otomotif penuh kecepatan kelas dan tertinggi. Saya mengendarai EV bertenaga motor 24kW DC selama beberapa tahun yang dapat menyalakan ban dari macet (tetapi berjuang untuk mencapai 65 MPH).
BLDC: Torsi konstan hingga kecepatan dasar, daya konstan hingga kecepatan maks. Aplikasi otomotif dapat digunakan dengan gearbox rasio tunggal.
Induksi: Torsi konstan hingga kecepatan dasar, daya konstan hingga kecepatan maks. Aplikasi otomotif dapat digunakan dengan gearbox rasio tunggal. Dapat membutuhkan ratusan ms untuk membangun torsi setelah penerapan arus
- Lain-lain:
Brush DC: Pada tegangan tinggi, lengkungan komutator dapat menjadi masalah. Motor Brush DC secara kanonik digunakan dalam aplikasi kereta golf dan forklift (24V atau 48V), meskipun model yang lebih baru sedang diinduksi karena peningkatan efisiensi. Pengereman regneratif rumit dan membutuhkan pengontrol kecepatan yang lebih kompleks.
BLDC: Biaya magnet dan tantangan perakitan (magnet SANGAT kuat) membuat motor BLDC layak untuk aplikasi daya yang lebih rendah (seperti dua motor / generator Prius). Pengereman yang teratur pada dasarnya datang secara gratis.
Induksi: Motor ini relatif murah untuk dibuat, dan elektronika daya untuk aplikasi otomotif telah turun harga secara signifikan selama 20 tahun terakhir. Pengereman yang teratur pada dasarnya datang secara gratis.
Sekali lagi, ini hanya ringkasan tingkat paling atas dari beberapa driver desain utama untuk pemilihan motor. Saya sengaja menghilangkan tenaga tertentu dan torsi khusus, karena mereka cenderung jauh lebih bervariasi dengan implementasi yang sebenarnya.
sumber
... dan sekarang mengapa Tesla menggunakan motor induksi
Jawaban lainnya sangat bagus dan mendapatkan alasan teknis. Setelah mengikuti Tesla dan pasar EV secara umum selama bertahun-tahun, saya ingin benar-benar menjawab pertanyaan Anda mengapa Tesla menggunakan motor induksi.
Latar Belakang
Elon Musk (salah seorang pendiri Tesla) berasal dari pemikiran Silicon Valley (SV), di mana "bergerak cepat dan menghancurkan sesuatu" adalah mantra. Ketika dia menguangkan PayPal untuk beberapa ratus juta, dia memutuskan untuk menangani (eksplorasi ruang angkasa dan) kendaraan listrik. Di SV-land, waktu / kecepatan untuk menyelesaikan sesuatu adalah segalanya, jadi dia pergi berkeliling mencari sesuatu yang bisa dia gunakan sebagai titik awal untuk memulai lompatan.
JB Straubel adalah insinyur yang berpikiran sama (baik ruang dan EV) yang menjangkau Musk tak lama setelah Musk membuat minatnya dalam ruang dan EV publik.
Selama pertemuan makan siang pertama mereka, Straubel menyebutkan sebuah perusahaan bernama AC Propulsion yang telah mengembangkan prototipe mobil sport listrik menggunakan kerangka kit mobil. Sudah dalam generasi keduanya, baru-baru ini beralih menggunakan baterai lithium-ion, memiliki jangkauan 250 mil, menawarkan banyak torsi, bisa mencapai 0-60 dalam waktu kurang dari 4 detik, tetapi, yang paling erat dengan diskusi ini, digunakan - - Anda dapat menebaknya - AC Propulsion (motor induksi).
Musk mengunjungi AC Propulsion dan pergi dengan sangat terkesan. Dia mencoba selama beberapa bulan untuk meyakinkan AC Propulsion untuk mengkomersialkan kendaraan listrik, tetapi mereka tidak tertarik untuk melakukannya pada saat itu.
Tom Gage, presiden AC Propulsion, menyarankan agar Musk bergabung dengan pelamar lain yang terdiri dari Martin Eberhard, Marc Tarpenning, dan Ian Wright. Mereka sepakat untuk menggabungkan upaya mereka, dengan Musk menjadi ketua dan kepala keseluruhan desain produk, Eberhard menjadi CEO, dan Straubel menjadi CTO dari perusahaan baru yang mereka beri nama "Tesla Motors."
Jawabannya
Jadi begitulah, Tesla menggunakan induksi sebagian besar karena prototipe layak pertama yang Musk lihat menggunakannya. Inersia (tidak ada pelesetan yang dimaksudkan ... ok, sedikit) menjelaskan sisanya ("Jika tidak rusak ...").
Sekarang mengapa AC Propulsion menggunakannya dalam prototipe Tzero mereka, lihat jawaban lain ... ;-)
Jika Anda ingin cerita lengkapnya, pergi ke sini atau di sini .
sumber
Sulit untuk mengatakan apa alasan tepatnya para insinyur tanpa menjadi anggota tim desain, tetapi berikut adalah beberapa pemikiran:
Kedua motor membutuhkan drive yang sama. Motor DC brushed dapat langsung kehabisan baterai tetapi jenis motor yang Anda lihat dalam kendaraan listrik adalah motor DC brushless. Drive untuk motor induksi dan motor DC brushless sangat mirip. Kontrol motor induksi mungkin lebih kompleks secara umum.
Motor DC brushless memiliki magnet di rotor. Ini lebih mahal daripada rotor induksi dengan tembaga. Selain itu, pasar magnet sangat fluktuatif. Di sisi lain, motor induksi akan memiliki lebih banyak panas yang diproduksi di rotor karena kehilangan I²R dan kehilangan inti.
Mulai torsi pada motor brushless umumnya lebih tinggi daripada pada motor induksi.
Efisiensi puncak brushless umumnya lebih tinggi daripada motor induksi tetapi saya percaya saya membaca suatu tempat bahwa Tesla mendapatkan efisiensi rata-rata yang lebih tinggi dengan motor induksi mereka daripada dengan brushless. Sayangnya saya tidak dapat mengingat di mana saya membacanya.
Banyak orang sedang meneliti mesin keengganan beralih sekarang. Beberapa konferensi motor terakhir yang pernah saya ikuti tentang keengganan beralih. Mereka tidak memerlukan magnet dan efisiensi pada motor jenis ini terlihat menjanjikan. Semua orang ingin menjauh dari magnet di motor.
Jadi, seperti yang saya katakan, saya ragu ada yang bisa menjawab pertanyaan Anda kecuali para insinyur di Tesla. Tapi tebakan terbaik saya adalah bahwa mungkin ada hubungannya dengan poin saya 4) tapi saya tidak tahu pasti. Saya yakin volatilitas harga magnet ada hubungannya dengan itu juga.
sumber
Jawabannya datang dari staf Tesla sendiri pada artikel Induction Versus DC Brushless Motors
Bagian ini sangat terkenal:
sumber
SEMUA motor listrik putar adalah motor AC. Masing-masing dari mereka.
Juga, pada dasarnya mereka pada dasarnya melakukan hal yang sama. Perbedaannya adalah bagaimana DC diubah menjadi AC dan bagaimana DC digunakan untuk kemudian menghasilkan hasil standar.
Satu-satunya motor yang secara elektronik DC adalah motor brush. DC diubah menjadi AC oleh komutator berputar dan sikat tetap. Terlepas dari motor itu, semua yang lain akan memerlukan beberapa bentuk konversi DC ke AC. Motor sikat umumnya tidak menarik karena mekanik DC to AC changer (komutator) relatif mahal dan relatif berumur pendek.
Jadi, untuk Tesla atau kendaraan listrik lainnya pilihannya bukan DC atau AC, tetapi, bentuk motor AC apa yang paling sesuai dengan desain yang bertujuan hemat biaya.
Tesla akan menggunakan apa yang dilakukannya karena memenuhi sasaran desain dengan biaya paling efektif.
Downvotes menunjukkan bahwa sejumlah orang setuju dengan Marcus dan berpikir bahwa jawaban di atas adalah nitpicking. Sedikit pemikiran dan melihat jawaban saya secara umum mungkin menyarankan kurangnya pemahaman pada bagian downvoters.
Semua motor listrik putar adalah motor AC
Mari kita lihat apakah para downvoters memiliki nyali untuk membaca yang berikut dan kemudian menghapus downvotes mereka. Bagi saya itu tidak penting. Sejauh Anda menyesatkan orang lain, itu sangat berarti.
SEMUA motor listrik putar memerlukan pengontrol untuk menerapkan AC ke motor dalam beberapa cara.
Perbedaan antara motor AC dan motor DC berguna dalam beberapa konteks tetapi dalam mobil yang merupakan sistem tertutup yang dimulai dengan sumber energi DC dan berakhir dengan motor listrik putar, perbedaannya salah dan tidak berguna. Mobil adalah sistem tertutup. Di suatu tempat dalam sistem ada pengontrol yang mengubah DC ke AC dalam beberapa bentuk. Tidak masalah apakah itu dipasang di dalam rotor stator atau rotor, di dalam cangkang motor, melekat pada cangkang atau di tempat lain di dalam mobil.
Dalam motor "DC" yang disikat, "pengontrol" adalah sakelar mekanis yang dipasang di ujung poros motor. Pengontrol ini dinamai komutator tetapi secara fungsional pengontrol yang mengambil DC dan menciptakan pengejaran medan magnet AC sejauh menyangkut lilitan pada motor.
Stator luka magnet rotor permanen "Motor DC Brushless" sangat mirip fungsinya dengan motor DC brush, dengan komutator digantikan oleh sakelar elektronik dan sensor yang mengambil DC yang disediakan dan menerapkannya ke berbagai bidang sehingga mereka dapat mengejar ekornya seperti rotor berputar. Sekali lagi ini adalah motor AC dengan controller. Tanyakan saja belitan. Sensor berada di dalam motor yang tepat dan sakelar mungkin berdekatan dengan motor yang tepat atau jarak jauh.
Motor induksi sangkar tupai menambah tingkat kerumitan dengan menggunakan rotasi sarang belitan impedansi rendah di dalam bidang stator untuk menginduksi tegangan di bar rotor dan membuat medan magnet yang memutar rotor sehingga mengejar medan AC yang berputar diterapkan pada belitan stator. Sekali lagi, ia memiliki DC monodirectional (tetapi bervariasi secara sinusoidal) selama setiap bagian dari urutan drive. Ini adalah sistem DC dan AC campuran seperti yang lainnya.
Orang bisa dengan enggan menggambarkan motor penggerak arus eddy variabel - lebih sama tetapi berbeda. Ini adalah motor AC dengan controller yang memproduksinya dari DC.
Perbedaan yang dibuat tidak relevan dan sepele. Pertanyaan sebenarnya adalah "mengapa Tesla menggunakan bentuk motor khusus ini daripada yang lain". Bahwa ini bukan hanya semantik tetapi kurangnya pemahaman ditunjukkan oleh wordin
Satu-satunya motor "DC" yang tidak memerlukan beberapa bentuk inverter atau sistem switching elektronik adalah motor brushed mechanical. Ini sangat tidak cocok untuk tugas drive kecepatan variabel ringan sehingga akan ada beberapa jika ada yang digunakan dalam desain mobil listrik modern. SEMUA gaya motor listrik lain yang tidak memiliki inverter akan memiliki beberapa eletronics sebagai pengganti inverter.
Saya mengatakan ROTARY "motor listrik adalah motor AC karena orang bisa dibilang dapat menghasilkan motor DC brushless motor linear dengan operasi DC switched saja, meskipun ini akan membuat penggunaan tembaga dan magnet yang tidak efisien. Anda dapat melakukannya dengan motor rotary tetapi tidak ada dunia nyata motor dalam volume produksi akan melakukannya.
sumber
Motor DC tidak dapat menandingi kepadatan daya mesin Ac. Kekuatan medan maksimum yang bahkan dapat dicapai oleh magnet terbaik adalah 2,5 tesla di seluruh celah udara dan untuk melakukan ini memerlukan beberapa rekayasa serius, terutama jika Anda ingin kemudian berputar cepat sehingga kepadatan daya Anda tinggi. Mesin induksi cukup nyaman menghasilkan 3+ tesla tanpa semua kesedihan magnet dan toleransi konyol. Mereka jelas tidak melakukan ini sebagai mesin DC yang efisien tetapi siapa bilang mobil sport mana yang efisien? Kg untuk kg, mesin induksi AC adalah yang paling kuat dari semua tipe mesin saat dikontrol, beli inverter yang canggih dan berjalan dengan kecepatan rotasi tinggi.
sumber
Alasan sebenarnya mengapa mereka menggunakan motor induksi untuk mobil mereka adalah:
sumber
IMHO, AC Propulsion (Tesla Motors) menggunakan AC karena motor DC yang digantikan secara mekanis yang memenuhi rasio "penolakan" yang tinggi dari aplikasi kendaraan lebih kompleks daripada motor AC yang digantikan secara elektronik. Tanpa rasio turndown yang tinggi, ukuran fisik motor yang hanya menghasilkan torsi mentah akan menjadi penghalang. Motor induksi daripada motor PM tidak hanya lebih stabil secara finansial, tetapi juga lebih stabil dari sudut pandang teknik. Magnet dapat dan memang bisa rusak. Medan elektromagnet melilit di rotor, tidak begitu banyak dan seperti yang mereka tunjukkan, kepadatan energinya serupa.
Saya mengambil pengecualian besar pada konsensus nyata bahwa "Semua Motor Listrik adalah AC" dan saya mendasarkan argumen saya pada satu langkah kutub, bukan revolusi penuh motor.
Dalam pergerakan kutub tunggal, satu-satunya waktu yang benar-benar diperlukan AC adalah ketika diperlukan untuk menginduksi aliran arus dalam belitan parasit, seperti pada rotor motor induksi. Kalau tidak, hanya pergantian yang diperlukan.
Argumen ini bisa ditunjukkan dengan mengamati motor di warung. Hanya motor tanpa PM atau medan luka, yang merupakan motor induksi, membutuhkan AC untuk menghasilkan arus medan yang menciptakan medan magnet reaktif.
Semua motor lain hanya perlu menyediakan DC ke stator untuk menghasilkan torsi penuh di kios. Motor medan luka sering menggunakan AC untuk menghasilkan lapangan tetapi juga akan baik-baik saja dengan DC, mungkin dengan torsi lebih banyak daripada saat di AC.
Motor "servo" PM saya mungkin memotong DC untuk mengontrol daya tetapi mereka hanya memotong DC, tidak membalikkannya dengan setiap pemotongan. Pasang komutator mekanik pada motor servo AC PM dan ini akan bekerja pada DC. Benar, tidak seefisien tetapi bukan karena kurangnya bentuk gelombang sinusoidal. Ini juga akan dibatasi dalam kecepatan tertinggi tanpa sikat muka mekanik.
Luangkan waktu untuk mempertimbangkan properti kedai dari motor berlipat ganda, motor "hanya AC", ketika dipasok dengan DC dan mungkin Anda akan dapat memahami argumen saya. Hanya ketika Anda ingin mendorong setiap kutub selain menariknya, Anda harus menyediakan AC, jika tidak DC adalah yang Anda butuhkan dan sering kali semua yang Anda gunakan, bahkan jika catu daya AC.
Batu tulis
sumber
Semua: Mesin brush mungkin terbatas pada 48V untuk menghindari lengkungan. Sebaliknya, mesin tanpa sikat dapat dengan mudah dijalankan dari baterai 240V, dengan voltase yang dinaikkan menjadi 480V atau lebih tinggi oleh konverter penambah DC yang ditempatkan di antara baterai dan motor. Dengan tegangan tinggi, mirip dengan yang digunakan di sebagian besar mobil hibrida atau plug-in saat ini, kehilangan kontrol kecepatan diminimalkan dalam kaitannya dengan total daya yang ditransfer, sehingga meningkatkan efisiensi tinggi.
sumber
Sebenarnya, Tesla menggunakan motor listrik sinkron, yang menggunakan AC dan DC. Jika motor yang digunakan hanya AC itu akan menjadi motor induksi asinkron, yang merupakan motor yang tidak dapat diprediksi untuk digunakan dalam kendaraan karena tergelincirnya medan elektromagnetik ketika tegangan diinduksi dalam rotor (Kecepatan output lebih lambat daripada rotasi motor). medan elektromagnetik Formula: Revolusi per menit = Frekuensi * 60 / Pasangan tiang per fase - Tergelincir dalam kecepatan).
Dalam motor sinkron memiliki koil stator yang diperbesar AC (seperti motor induksi konvensional), tetapi juga memiliki rotor yang diperbesar DC (tidak seperti motor induksi). Dengan melakukan ini, kecepatan-output dapat mencapai kecepatan maks teoretis (kecepatan sunchronous) yang membuat motor dapat diprediksi dan efektif untuk digunakan dalam kendaraan. (Formula: Revolusi per menit = Frekuensi * 60 / Pole-pasang per fase).
Tesla kemudian dapat menjelaskan ini dan menggunakan ESC (Pengendali Kecepatan Elektronik). ESC adalah papan sirkuit yang membalikkan sebagian daya DC dari baterai ke daya AC, mengubah gelombang persegi menjadi gelombang sinus, mengubah frekuensi dan amplitudo sesuai dengan sinyal dari pedal gas, dan mengirimkan daya yang diproses ke stator. Ini juga mengubah amplitudo daya DC ke rotor sejalan dengan daya AC ke stator.
sumber