Secretele motoarelor electrice ale mașinilor

Dacă toate motoarele electrice sunt similare, alegerile tehnologiilor și arhitecturilor de proiectare conduc la diferențe notabile în funcție de aplicația dorită. În plus, criteriile de cost și fiabilitate de fabricație au un impact puternic asupra soluțiilor dezvoltate de producătorii de automobile.

LSosirea mașinii electrice pe străzile noastre este împlinirea unui vis vechi, ale cărui prime realizări datează de la sfârșitul secolului al XIX-lea. De fapt, „Jamais contentente”, o mașină alimentată de două motoare Postel-Vinay de 25 kW, a fost în 1899 primul vehicul care a depășit 100 km/h. Dar va dura încă mai mult de un secol pentru a vedea democratizarea și distribuția pe scară mai mare a mașinilor electrice în multe segmente, de la Twizy cu două locuri Renault la sedanul de lux de la Tesla-Motors. Acest interes pentru tracțiunea electrică auto se datorează în principal performanței motoarelor electrice (eficiență ridicată, reversibilitate, control al cuplului.), Indiferent dacă este vorba de tehnologii convenționale (MCC, MS și MAS) sau mai confidențiale (RV).

DRecunoscute deja de mai bine de un secol pentru eficiența lor foarte bună și pentru reversibilitatea lor energetică, mașinile electrice rotative au o altă proprietate foarte interesantă pentru aplicarea tracțiunii auto: ușurința de a controla cuplul într-o gamă foarte largă. Într-adevăr, în domeniul tracțiunii auto, indiferent dacă motorul este termic, electric sau hibrid, dorim să avem la turație mică un cuplu maxim, apoi dincolo de punctul nominal de funcționare, trebuie să putem crește viteza, păstrând în același timp puterea. constant (Fig. 1).

În timp ce aceste proprietăți, în special primele la turație mică, sunt foarte restrictive pentru un motor termic, ele par a fi aproape „naturale” pentru motoarele electrice. Pentru a înțelege acest „avantaj competitiv”, este esențial să știm cum să generăm cuplul motorului din energia electrică.

1. MAȘINA CURENTĂ DIRECTĂ

Caracteristica tracțiunii ideale

Prima abordare se bazează pe descoperirea lui Pierre Simon de Laplace (1749-1827) referitoare la producerea unei forțe mecanice prin interacțiunea dintre un curent electric și un câmp magnetic. (Fig. 2). Această forță Laplace face posibilă înțelegerea funcționării mașinilor cu curent continuu (DCM).

Simplitatea controlului vitezei MCC-urilor a fost exploatată în mod natural în primele aplicații industriale ale tracțiunii electrice (automobile, căi ferate etc.). Cu toate acestea, două handicapuri majore au făcut această tehnologie învechită. În primul rând, sistemul colector de perii este locul arcurilor electrice cu atât mai important cu cât crește puterea mașinii. De asemenea, este fragil și limitează viteza de funcționare a acestor motoare. În plus, puterea acestor mașini fiind legată în principal de intensitatea curenților de armătură, o creștere a puterii implică o creștere a masei de cupru și, prin urmare, a greutății rotorului. Puterea specifică a MCC este, prin urmare, mult mai mică decât cea a concurenților săi direcți, și anume mașinile sincrone (MS) și asincrone (MAS).

2. MAȘINI CURENTE ALTERNATIVE

Mașinile sincrone și asincrone trifazate sunt cele mai frecvent utilizate în aplicațiile moderne de tracțiune electrică, fie în modul complet electric (Twizy, Zoé, Leaf, e-Golf), fie hibrid (Prius, BMW i8, Mercedes-Benz S500 Plug. - În Hibrid.). Cuplul electromagnetic este obținut prin interacțiunea unui câmp inductiv generat în stator de un sistem de curenți trifazici și un câmp magnetic purtat de rotor care poate fi fie constant (mașină sincronă cu rotor înfășurat sau magnet permanent), fie indus (mașină asincronă).

la. Obținerea cuplului într-o mașină sincronă

Generarea cuplului într-o mașină sincronă poate fi ușor de înțeles. Să plasăm un magnet al momentului magnetic M, liber să se rotească în jurul unei axe, într-un câmp magnetic uniform B. Momentul magnetic este apoi supus unui cuplu electromagnetic al cărui moment este Ce = M? B (Fig. 4).

Putem apoi deduce cu ușurință că: momentul cuplului electromagnetic este maxim pentru? =?/2, câmpul magnetic este apoi perpendicular pe axa magnetică a magnetului; dacă direcția lui B este fixă, magnetul se aliniază cu direcția lui B și mișcarea se oprește; pentru a conduce magnetul în rotație continuă, va fi necesar să se producă un câmp magnetic rotativ. Dacă în plus dorim să menținem cuplul constant, va fi necesar să menținem unghiul? constantă, cu alte cuvinte: magnetul și câmpul rotativ trebuie să se rotească cu aceeași viteză.

Într-un motor sincron (Fig. 5), rotorul poartă magneți permanenți (MSAP) sau un inductor al plăgii (MSRB) și joacă rolul magnetului în experimentul anterior. Statorul transportă trei bobine compensate cu 2 µ/3 în spațiu și furnizate de trei curenți trifazici echilibrați care creează un câmp rotativ [...]

Pentru a citi întregul articol, SUBSCRIBE