Silniki indukcyjne

Silniki asynchroniczne, znane również jako silniki indukcyjne, są powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych (EV) do napędu. Słyną ze swojej prostoty, niezawodności i efektywności, dzięki czemu doskonale nadają się do zastosowań motoryzacyjnych.

Jak to działa

Silniki indukcyjne działają w oparciu o zasadę indukcji elektromagnetycznej. Uzwojenie stojana jest podłączone do zasilania prądem przemiennym, tworząc wirujące pole magnetyczne. Pole to indukuje prądy w uzwojeniu wirnika, generując w nim własne pole magnetyczne. Oddziaływanie między polem magnetycznym wirnika a wirującym polem magnetycznym stojana wytwarza moment obrotowy, napędzając silnik i pojazd.

Kluczową cechą silników asynchronicznych jest brak fizycznego połączenia między wirnikiem a stojanem, w przeciwieństwie do silników synchronicznych wykorzystujących magnesy trwałe. Zamiast tego polegają na indukcji elektromagnetycznej do wytworzenia wirującego pola magnetycznego, które napędza wirnik. Dzięki temu są one z natury bardziej wytrzymałe i mniej podatne na zużycie, ponieważ nie mają szczotek ani pierścieni ślizgowych do konserwacji czy wymiany.

Silniki asynchroniczne stosowane w pojazdach elektrycznych (EV) są zazwyczaj silnikami trójfazowymi, co oznacza, że stojan zawiera trzy zestawy uzwojeń elektrycznie rozdzielone o 120 stopni. Pozwala to na płynną i ciągłą rotację silnika bez konieczności stosowania dodatkowych elementów, takich jak skrzynia biegów, do przeniesienia mocy z akumulatora na koła.

Rodzaje: Istnieją dwa główne typy silników indukcyjnych stosowanych w pojazdach elektrycznych (EV): wirnik klatkowy i wirnik z uzwojeniem. Silniki z wirnikiem klatkowym są najczęściej używane w EV ze względu na prostą konstrukcję, wysoką niezawodność i niewielkie wymagania konserwacyjne. Silniki indukcyjne z wirnikiem z uzwojeniem mają bardziej złożoną konstrukcję z zewnętrznie dostępnymi uzwojeniami wirnika, co umożliwia lepszą kontrolę parametrów pracy silnika, lecz może wymagać dodatkowej obsługi.

Zalety

Silniki indukcyjne oferują kilka zalet w zastosowaniach w pojazdach elektrycznych, w tym:

Wytrzymałość i niezawodność: Silniki indukcyjne są cenione za solidną konstrukcję i zdolność do pracy w trudnych warunkach, co czyni je bardzo niezawodnymi i trwałymi w aplikacjach motoryzacyjnych.

Duży moment obrotowy przy niskich prędkościach: Silniki asynchroniczne mogą dostarczać wysoki moment obrotowy przy niskich obrotach, co jest kluczowe dla EV podczas rozruchu i podjazdu pod wzniesienia. Możliwość ta wynika z konstrukcji stojana i wirnika oraz zastosowania elektroniki mocy do sterowania pracą silnika.

Ekonomiczność: Silniki indukcyjne nie wymagają magnesów trwałych, co czyni je bardziej opłacalnymi w porównaniu z innymi typami silników, takimi jak silniki z magnesami trwałymi.

Niskie opory toczenia: Gdy samochód elektryczny toczy się bez zasilania, silnik elektryczny może wywoływać efekt oporu, często nazywany „oporem silnika” lub „oporem toczenia”. Opór ten jest spowodowany siłami elektromagnetycznymi wewnątrz silnika, które mogą przeciwdziałać ruchowi wirnika i stawiać opór ruchowi pojazdu.

W przypadku silników indukcyjnych wirnik nie zawiera magnesów trwałych, a opór silnika jest zwykle niższy w porównaniu z silnikami z magnesami trwałymi. Wynika to z faktu, że silniki indukcyjne polegają na indukcji elektromagnetycznej do wytworzenia wirującego pola magnetycznego w wirniku, które indukuje prąd i tworzy siły magnetyczne przeciwdziałające ruchowi wirnika. W efekcie opór toczenia jest zazwyczaj mniejszy, a pojazd może toczyć się z mniejszym oporem, gdy silnik nie jest zasilany.

Ograniczenia

Silniki indukcyjne mają również pewne ograniczenia w kontekście pojazdów elektrycznych, w tym:

Niższa efektywność przy wysokich prędkościach: Silniki indukcyjne mogą mieć niższą efektywność w porównaniu z niektórymi innymi typami silników, takimi jak silniki z magnesami trwałymi, przy wysokich prędkościach, co może wpływać na ogólną efektywność pojazdu.

Bardziej złożone sterowanie: Silniki indukcyjne wymagają zaawansowanych algorytmów sterowania w celu osiągnięcia optymalnych osiągów, w tym sterowania prędkością obrotową, momentem obrotowym i współczynnikiem mocy, co może wymagać zaawansowanej elektroniki mocy i systemów sterowania.

Większa masa i rozmiary: Silniki indukcyjne mogą być większe i cięższe w porównaniu z niektórymi innymi typami silników, co wpływa na masę pojazdu i kwestie zabudowy.