AC -moottorien jännitealue - Sähköautot - Nyt!
Olisi ihan mielenkiintoista tarkastella lähemmin noita mainittuja edullisempia moottoreita. Arvelen, etteivät ne käytössä tule edullisemmiksi.
Kuormitetussa induktiomoottorissa syntyvistä häviöistä suurin osa on virtalämpöhäviöitä, jotka syntyvät staattorin ja roottorin käämeissä. Nämä häviöt ovat verrannollisia virran toiseen potenssiin. Suurempivirtaisessa moottorissa on tietysti käämitykset tehty paksummasta johtimesta, mutta ”edullisissa” moottoreissa pyritään säästämään kallista johdinmateriaalia. Tämä näkyy yleensä hyötysuhteen alenemisena.
Sähköautossa on tärkeää pitää hyötysuhde korkeana. Tällöin tietyn toimintamatkan saavuttamiseen tarvittavan akuston paino voidaan pitää edes jotenkin kohtuullisena.
Näitä asioita on hyvä vertailla vaikkapa tuon Azure-moottorin taulukosta ja käyristä .
Sieltä näkyy, miten sama moottori kolmiokytkennässä (DC-jännite 156 V) ja tähtikytkennässä (DC-jännite tuplat, eli 312 V) käyttäytyy. Isommalla jännitteellä ja pienemmillä virroilla toimittaessa päästään parempaan hyötysuhteeseen (max. 87 %) kuin pienemmällä jännitteellä ja isommilla virroilla (max. 85 %). Eroja on myös koko toiminta-alueen vääntömomenteissa isompivirtaisen (ja siis samalla hyötyteholla enemmän lämpenevän) tappioksi.
Tuo ensiksi mainittu moottori on näistä kolmesta selkeästi suoritusarvoiltaan heikoin, joten sen voinee pudottaa pois vertailusta. Moottoreissa yleensä enemmällä rahalla saa joko parempaa suorituskykyä (momenttia, tehoa), tai parempaa hyötysuhdetta ja kestävyyttä. Näissä paketeissa moottorinohjaimen osuus on myös huomattava suoritusarvoja eri nopeuksilla vertailtaessa.
EVE-moottorissa on jatkuvaa tehoa jo reilu 20 kW, parhaimmillaan yli 25 kW nopeudella 3000 1/min (ei 6000 1/min, kuten moottorin esitteen tekstiosassa sanotaan). Matalien kierrosten alueella vääntömomentti on myös hyvä. Oletan, että tuota tehoa voi käyttää pitkäaikaisesti, koska muutakaan ei esitteestä ilmene (siis jotain rajoitteita).
Azure, linkki korjattuna tässä on näistä kuitenkin tehokkain. Azure on tehty laajemmalle kierroslukualueelle, joten sen hyödyntäminen edellyttää, että käytetään tiheämpää välitystä kuin EVE:ssä. Tällöin Azuren pienempi vääntömomentti alemmilla kierroksilla kompensoituu ja päästään jopa vähän isompaan vetävien pyörien vääntömomenttiin kuin EVE:ssä. Azuren huipputeho on näihin kahteen muuhun verrattuna lähes kaksinkertainen.
Hintaerolle näyttäisi näin ollen olevan selkeästi katetta. Energiakustannuksien eroja ei voi kunnolla vertailla, kun ei ole tietoa (en ainakaan huomannut) noiden kahden edullisemman paketin hyötysuhteista, mutta olettaisin, että pitkäaikaisessa käytössä niiden edullisuus saa epä- etuliitteen ;-)
Haluttaessa parantaa induktiomoottoria vääntävämmäksi niin tulisi siirtyä kolmivaiheisista aina viisitoistavaiheisiin saakka. Tietysti moottoriohjain tulisi monimutkaiseksemmaksi . Teho per vaihe pienenisi ja särökomponenttien toleranssi suurenisi sallien kattiaallon käytön väännön huonontumatta. Valitettavasti markkinoilla on huonosti monivaihemoottoreita.
Onkohan näissä sähköautomoottorikeskusteluissa tullut esiin aksiaalivuomoottori? Kannattaa vilkaista esim. oheista linkkiä.
P.S. En ole linkissä mainitun firman palveluksessa.
Vielä noista EVE-moottoreista: se seuraava isompi malli (30kW) onkin sitten jo suurempijännitteinen, tehoa ja vääntöä aivan hulppeasti. Suurin ero Azureen nähden on nestejäähdytys, joka toki monimutkaistaa, mutta tarjoaa myös mahiksia esim. hukkalämmön hyödyntämiseen ohjaamon lämmityksessä. Tosin tuo pienempien maksimikierroksiensa vuoksi vaatisi erilaisen alennusvaihteen.
Painoa ei linkissä taidettu myöskään mainita.
Pete
Aksiaalivuokestomagneettimoottorissa on tulevaisuus.
Näin minäkin arvelen. Teknisiltä ominaisuuksiltaan se menee ohi perinteisestä induktiomoottorista. Eurot voivat tosin tällä hetkellä vielä ohjata valintoja eri suuntaan kuin tekniset suoritusarvot.
Kestomagneettimoottoreissa, varsinkin sellaisissa joissa magneetit ovat roottorissa, on teho rajallinen koska ne eivät saa kuumentua tai muuten neodyymit demagnetoituvat. Mitä tehokkaampi moottori, sen alhaisemmassa lämpötilassa, jopa n. 75 asteessa alkaa tapahtua pysyviä muutoksia.
Ja sama pätee myös koviin tärähdyksiin joita kestomagneetit eivät myöskään kestä, vaan tärisevässä ympäristössä pikkuhiljaa myös demagnetoituvat.
Kestomagnettikoneen ongelmana on huonot kentänheikennysominaisuudet. Laaja kh-alue on ajoneuvokäytössä tärkeä. Sellainen kestomagneettikone, jossa merkittävä osa vääntömomentista tuotetaan reluktanssimomentilla, saattaisi tulla kysymykseen.
Tuo monivaiheinduktiokone haiskahtaa fuulalta. Invertteri tulisi niin monimutkaiseksi, että idea ei lennä. Väiteyt edutkaan eivät heti vakuuta.
Invertteri tulisi niin monimutkaiseksi
Tuota en aivan allekirjoita. Mieti nykyisiä tietokoneita… kovin on monimutkaista, mutta silti mahdollista ja edullista. Uskon tulevaisuuden olevan nimenomaan menaniikan ja fysiikan rajojen etsimistä yhä monimutkaisemman ohjauselektroniikan kautta.
Piilota Re: AC -moottorien jännitealue luonutMonimutkaisuudesta pitäisi vaan saada selvää hyötyä. Tehoelektroniikassa liikutellaan merkittäviä määriä sähköistä energiaa. Eräänä keskeisenä ongelmana ovat häviöt ja niiden jäähdyttäminen. Uudet puolijohdetehokytkimet, kuten piikarbidifetit saattavat ajastaan tuoda ongelmiin ratkaisuja. Prosessorien nopeuttaminenkin onnistui kunnes törmättiin häviöihin.
Käsittääkseni lähes ainoa käytössä oleva monivaiheinen konstruktio on kone, jossa on kahdet kolmivaihekäämit 30 asteen vaihesiirrossa. Tällaista konetta ajetaan kahdella kolmivaiheinvertterillä. Kaksia käämejä tarvitaan redundanssin vuoksi.
Kolmivaihejärjestelmä on tietynlainen optimi minkä vuoksi se on yleistynyt. Sillä saa siirettyä eniten AC tehoa tietyllä kuparimäärällä. Tasajännitteellä saisi tosin vielä enemmän, mutta koska muuntaja toimii vain vaihtosähköllä, DC:tä ei voinut käyttää sähkön siirrossa. Nykytekniikka on tuomassa DC-jakelun takaisin juuri siitä syystä, että samassa kuparissa voidaan DC:llä siirtää enemmän tehoa kuin 3-vaihejärjestelmällä. Mutta tätäkin saadaan vielä odottaa.
Monivaiheinduktiokonetta on tutkittu 1970-luvulta asti. Voi olla yksi polku muiden joukossa. Kylläkin tuo Chorus Borealis ja muut ryppään yritykset ovat vahvasti huijausta. Halutaan väkeä investoimaan projekteihin, jotka ovat mahdottomuudessaan toteutumattomia, toteutumattomuudessaan mahdottomia. Esimerkkinä heidän mikrosirunsa, jonka jäähdytyskyky sähköisesti on parempi kuin jäähdytyskompressorilla tai valoa sähköksi muuntava siru, joka on parempi kuin nykyiset aurinkokennot. Voittajaksi taitaa siis jäädä kestomagneettimoottori, jota Toyota kehittää resursseja säästämättä.
Reippaasti yli puolet taajuusmuuttajan materiaalikustannuksista tulee pelkästään tehopuolijohteista, mitä enemmän vaiheita, sitä isommaksi tuo kustannus tulee, lisänä vielä ohjauselektroniikan monimutkaistuminen.. Pitäs olla luvassa todella selkeitä etuja vaiheluvun lisäämisestä ennenkuin vaiheluvun lisääminen kannattaa.. Nyt jo päästään hyötysuhteessa helposti yli 90%.. Eli enpä jaksa uskoa vaiheluvun kasvavan.. Sekä kestomagneetti että normi-induktiomoottoreilla selviä etuja ja eroavuuksia.. Taajuusmuuttaja ja moottori kannattaa tässä yhteydessä ajatella kokonaisuutena.. Se ratkaisu voittaa, jossa on parhaiten saatu optimoitua hinta, hyötysuhde, nopeusalue, tarvittava momentti, paino, luotettavuus.. Ja autoteollisuus haluaa varmasti pitää perusratkaisun mahdollisimman simppelinä.
Voihan näitä aina lähteä akateemisen mielenkiinnon vuoksi spekuloimaan, mutta ehkä hyvä muistaa, että sähkömoottoreita on valmistettu yli sata vuotta.. Kaikki järkevät, yksinkertaiset perusratkaisut on kyllä tullut tutkittua ja keksittyä moneen kertaan.
Synkronireluktanssikone ja kestomagneettiavusteinen reluktanssikone on toki keksitty jo aikaa sitten, mutta kaupallista läpimurtoa ei ole tapahtunut. Nämä saattavat vielä yleistyä. Erityisesti jälkimmäinen voisi soveltua ajoneuvokäyttöön.
Käyttämällä parasta mahdollista resonanssitopologiaa tamussa phantom speed IGB-transistoreilla ja EmCom diodeilla riittävän suurella PWM taajuudella >20khz ja optimoimalla HST-moottorin ominaisuudet, päästään yli 90 %:n kokonaishyötysuhteeseen. Parhaat IGBT sillat:http://www.vincotech.com/en/products/power/products-by-topology.php