Nettledninger gir strøm som vekselstrøm, som reverserer seg 60 ganger i sekundet. Men batterier forsyner, og må belastes med likestrøm, likestrøm, som strømmer jevnt i en retning. De mest holdbare og effektive elektriske motorer er også AC. All denne inkompatibiliteten betyr at en elektrisk kjøretøy må enten lade opp fra et dedikert høyt likestrøm-ladestikpunkt eller bære en strømomformer for å bytte vekselstrøm til en strømforsyning til husholdningen (15-amp, 120V-stikkontakt eller 30-volts 220V tørrstikk) til likestrøm ved spenningen som trengs for batterilading av bil. I den ideelle elektriske fremtiden vil raske, billige DC-ladningspunkter seire.
Når batteriet er ladet, endres oppgaven for å konvertere dens DC-utgang til trefaset vekselstrøm som kreves av traktormotoren.
DC-elektrisk Motorer er i orden for korte høyspente applikasjoner som dragkonkurranse og har i mange år drevet elektriske gaffeltrucker, men likestrømsmotorer har karbonbørster og kommutatorer som slites. DC-motorer er ikke lett i stand til energieffektiviteten som kreves for brukbare kjøretøyområder.
DC er veldig enkelt å kontrollere med strømtransistorer; Ved en hvilken som helst valgt frekvens, slår du raskt strømmen raskt på og av, og varierer hver gangs syklus for å kontrollere lasten. For maksimal effekt er transistorene på 100 prosent av tiden. For å redusere strøm, reduserer du bare brøkdelen av tiden transistorene er på, og øker tiden deres. Det samme "chopper" -kontrollsystemet brukes til å variere hastigheten på små likestrømsmotorer som kjører ting som elektriske øvelser eller dørslipere.
Hvorfor bruker de fleste elektriske motorer trefaset AC? Enfasekraften i husholdningsbruk varierer kontinuerlig i sinusbølgeform, stiger over null, toppet til ~ 155 volt, synker igjen i spenning, går gjennom null og produserer en negativ bølge som er et speilbilde av det foregående positive en 60 ganger i sekundet. Når bølgen passerer nær og gjennom null, blir nesten ingen strøm levert (fornuftig; nær null spenning betyr liten strøm er liten). Dette betyr at mye av tiden, ingenting eller nær det skjer. Så for høyere kraft leveres tre faser, adskilt med 120 grader, separat ved hjelp av et tre-ledersystem. Dette garanterer at strøm alltid blir levert, for når en fase krysser null og gir lite strøm, er de andre to faser enten på vei opp eller ned fra toppspenningen, og de er gir strøm.
Problemet er hvordan kan du få trefaset vekselstrøm fra en DC-kilde, batteriet? Du bruker hurtigvirkende høyspenningsbrytere. En første tilnærming til vekselstrøm er en vekslende firkantbølge som gjøres ved å slå på med foroverpolaritet og la strømmen strømme i en halv syklus, deretter slå av, reversere polariteten og deretter slå på igjen i en halv syklus. Du styrer strømmen som leveres ved å variere tiden for hver puls. Ved raskere bytte og tilførsel av noe reaktans til kretsen, kan du nærmere nærme en sinusbølge ved å generere mange trinnvise endringer.
Naturligvis, fordi den elektriske trekkmotoren opererer over et bredt hastighetsområde fra null omdreininger til et maksimum, dets trefaset vekselstrømforsyning må kunne variere frekvensen for å holde seg "i trinn". Motoren har en roterende koder som forteller strømforsyningen hvor fort den vender, slik at strømfrekvensen forblir i takt med motoren.
Inntil nylig var solid-state-bryteren for denne plassen GTO, eller gate-av-tyristoren, men det hadde problemet med begrenset effektivitet, og snu så mye som 10 prosent av kraften det overførte til varme. Når de kaller disse bytteenhetene "halvledere", mener de det, fordi de ikke utfører med svært lav motstand av metaller som kobber eller sølv. Siden det er betydelig motstand, selv i fremoverretningen, er det motstandsoppvarming. Halvledere liker ikke å være for varme, så vi trenger en måte å avkjøle dem på.
Ok, du kobler din rekke GTO til et stort kjøleskinne (en gigantisk versjon av CPU-kjøleren i spillcomputeren din), og pass på å belegge parringsflaten på hver enhet med termisk forbindelse for å forbedre varmeledningsevnen til vasken. Deretter legger du til en vifte for å skyve luft over de varme kjøleflommene. Ønsker du å bli fancy? Du kan bare ha viftebryteren på når en varmesensor sier at det er nødvendig, eller du kan til og med ha en vifte med variabel hastighet for å matche kjølingen til varmelastet. Ved 90 prosent effektivitet, hvis du sender 18.000 watt med krysskraft til en elektrisk bilens trekkmotor, går 10 prosent av det eller 1800W til kjølebrønnen. Det er som å ha to toasters å gå.
Alle var mye lykkeligere da IGBT erstattet GTOs. Selv om IGBT høres ut som hjerteoppvarmende kjønn inklusivitet, står det faktisk for isolert-portbipolar transistor. Kraftomformeren folk elsker disse tingene fordi de er tre til fire ganger raskere bytte enn GTOs, og kutter strømttapet med om lag halvparten ved å være 95 prosent effektive. Nå kan du redusere de varmeveksler og kjøleviften.
Strømforsyningen forblir dyr og stor, slik at vi kan forutse at det kommer mer kraftige tette galliumnitrid (GaN) -brytere. Enhver reduksjon i vekten av ikke-batterikomponenter betyr økt evne til å bære batterier, noe som resulterer i små økninger i rekkevidde. Denne utviklingen er håpet å treffe næringen i begynnelsen av 2020-tallet. Industriell forandring er ikke øyeblikkelig; Rudolph Diesel drev første gang sin motor i 1893, men det drev ikke damplokometriet ut av produksjonen før 50 år senere.
Det er mye brukt av elektriske kjøretøyer til å benytte regenerativ bremsing og dermed gjenopprette noe av kjøretøyets bevegelige energi under bremsing (kinetisk energi er proporsjonal med masse, ganger kvadratet av hastighet) og lagres i batteriet, tilgjengelig for gjenbruk. Dette krever at trekkmotoren øyeblikkelig slås inn i en generator for å fungere som en bilbremse, og deretter justere vekselstrømutgangen (snu den til likestrøm) og sende den til batteriet ved en passende ladespenning. Som du forventer, er dette bare nyttig i kjøring som krever mye bremsing, og i gjennomsnitt har man sagt at man bare skal legge til fem prosent i kjøretøyets rekkevidde. Energikonvertering er ikke lett, for hvert trinn har sin egen effektivitet, og for å få total effektivitet, blir alle multiplisert sammen.
For eksempel kan motoren som opererer som en generator være 90 prosent effektiv, likriktaren 95 prosent, den Batteriladningsavladningscyklus 85 prosent, omformingen tilbake til vekselstrøm i strømforsyningen 95 prosent, og trekkmotoren 94 prosent. Multiplikert ut, det er 65 prosent, som har blitt nevnt som en mulig gjenvinningseffektivitet for fremtidige elektriske søppelbåter. På motorvei kjører dette ikke noe fordelen, fordi motorutgangen blir brukt av aerodynamisk slitasje og dekkvalsebestandighet. I form av stop-and-go-kjøring der du kontinuerlig akselererer og bremser (det vil si ikke urbane krypende der bare lave hastigheter oppnås), kan det være en nyttig forskjell. Som et spesifikt eksempel kan dette være svært nyttig for en bybuss, noe som gjør hyppige stopp og deretter akselererer til trafikkhastighet. Regenerativ bremsing av denne typen har blitt skrevet inn i formel 1 tekniske regler.
Avhengig av elektrodekjemien til batteriet, må det være nødvendig å kontrollere for å forhindre for rask utladning som kan forkorte batterilevetiden.
Racer Eric Bostrom har stor erfaring med Brammo elektriske motorsykler i elektrisk sykkelkonkurranse og ble overrasket over hvor lett deres programvareforfatter var i stand til å komme opp med et trekkstyringssystem som fungerte ganske bra, første forsøk.
På forbrenningsdrevne sykler er den raskeste virkende delen av trekkraftkontrollsystemet tenningsforsinkelse, som foregår ved elektronisk hastighet. Men for dype snitt i dreiemoment, må vi vente mens en stepper-motor på gasspjeldsakselen går gjennom det påkrevde antall trinn for ønsket dreiemomentreduksjon, noe som tar tid. Men med elektrisk kraft er dreiemomentendringer bare begrenset av hvor fort statormagnetisering svimper når spolen strømmer av. Selv rotor-treghet kan avbrytes ved å reversere dreiemomentet på riktig måte. Elektrisk kjøring er det ideelle grunnlaget for nøyaktig trekkregulering.
Dette er et sentralt punkt om elektrisk fremdrift, at elektromotorer iboende leverer det konstante, glatte momentet at alle dagens komplekse motorsykelelektronikk kun kan prøve til omtrentlig. Hvis racing noensinne kommer ned til hvem som bedre kan samsvare med dreiemoment til trekkraft, vil elektrisitet vinne hendene ned. Vi vil bare ikke kunne høre dem komme.
Strømforsyningene og motoren er klare, og de er gode. Alt som mangler er det ideelle batterisystemet. Den håpløse venter på det "planlagte gjennombruddet", et batteri med 10 ganger den nåværende energilagringskapasiteten, rask, ingen strafferladning / utladning, lav selvutladningshastighet, lav kostnad, akseptabel sikkerhet og enkel resirkuleringsevne. Noen håper å lese om gjennombruddet på GizMag på mandag og finn produktet i butikk innen fredag.
Problemet er kostnaden. Tidligere har næringer vedtatt ny teknologi fordi de ga en markedsfordel, målbar som økt inntjening. Den nåværende høye prisen på batterier har holdt elektrisitet fra å nå et massemarked, og begrenset rekkevidde holder dem fra aksept som et eneste kjøretøy. Frem til den økonomiske nedgangen, var den forventede løsningen statsstøtte - betalte folk til å kjøpe elektrisitet. Dette er politisk vanskelig fordi det skal betale å gjøre for å kjøpe premiumprodukter.
relateddel
Tags:
- Funksjoner
- Elektriske motorsykler
