Меню

Автомобиль Тесла, принцип работы

Автомобиль Тесла уделал все авто с двигателем внутреннего сгорания. Электромобили бесшумные и не загрязняют окружающую среду. В этой статье мы поговорим об автомобиле Тесла и о его внутреннем устройстве. Будем “разбирать” Tesla model S.

автомобиль тесла
Tesla model S

Из чего состоит автомобиль Тесла

Давайте мысленно откинем кузов и рассмотрим основные узлы автомобиля.

автомобиль тесла строение
шасси автомобиля Тесла

Под кузовом можно увидеть асинхронный двигатель (он же индукционный) и инвертор

основные узлы автомобиля тесла
инвертор и асинхронный двигатель

в живую это выглядит примерно вот так:

инвертор и двигатель автомобиль тесла
инвертор и асинхронный двигатель вживую

А также платформу из литий-ионных батарей, которая устанавливается на днище автомобиля

аккумуляторная батарея автомобиль тесла
батарея на автомобиль Тесла

Всем этим делом управляет электроника, которая встроена в бортовую панель автомобиля Тесла

салон автомобиль тесла
бортовая панель Тесла

Двигатель Тесла, принцип работы

Самым главным узлом в автомобиле является асинхронный двигатель, который разработал великий ученый Никола Тесла. Давайте разберем принцип работы асинхронного двигателя

асинхронный двигатель Тесла

Асинхронный двигатель состоит из двух частей: статора и ротора

асинхронный двигатель ротор и статор
статор и ротор асинхронного двигателя

Как же работает асинхронный двигатель? Асинхронный двигатель – это трехфазный двигатель переменного тока с вращающимся магнитным полем.

Автомобиль Тесла, принцип работы
вращающееся магнитное поле

Вращающееся магнитное поле образуется в обмотках статора. Оно в свою очередь приводит в движение ротор.

 

вращающееся магнитное поле
подключение асинхронного двигателя к трехфазному питанию

Также нельзя забывать тот факт, что в асинхронном двигателе скорость вращения самого ротора будет меньше, чем скорость вращающегося магнитного поля, которое образуется в статоре двигателя.

Но и это еще не все. Частота вращения такого двигателя зависит от частоты переменного тока, поступающего на его обмотки. Чем больше частота, тем быстрее будет вращается двигатель. Поэтому, управляя частотой, мы можем управлять вращением двигателя, а следовательно, и скоростью самого автомобиля. То есть все управление автомобилем сводится к тому, чтобы преобразовать постоянный ток в переменный трехфазный и возможностью менять частОты переменного трехфазного тока. Это простое преобразование постоянного тока в переменный ток нужной частоты делает автомобили Тесла простыми и надежными.

Почему асинхронный двигатель лучше, чем ДВС

График зависимости крутящего момента (Н⋅м) от оборотов двигателя внутреннего сгорания (ДВС) выглядит примерно вот так:

крутящий момент от оборотов ДВС
График зависимости крутящего момента от оборотов в ДВС

Поэтому, соединять вал двигателя ДВС напрямую с колесами – так себе идея.

Автомобиль Тесла, принцип работы

В этом случае требуется трансмиссия и коробка передач

Автомобиль Тесла, принцип работы
трансмиссия и коробка передач в автомобилях с ДВС

Также не забывайте, что линейное движение поршней должно быть преобразовано во вращательное движение. Это очень трудоемкий процесс, так как приходится балансировать весь двигатель, чтобы было как меньше вибраций при работе.

принцип работы двигателя ДВС
принцип работы двигателя ДВС

Да и для того, чтобы запустить такой двигатель, нам также понадобится стартер. А как вы знаете, без аккумулятора стартер не заведется. Ну или “с толкача”).

Еще один минус ДВС в том, что выдаваемая им мощность очень неравномерна, поэтому надо использовать маховик.

Автомобиль Тесла, принцип работы

К очевидным минусам ДВС можно также добавить его высокую стоимость, выбросы выхлопных газов в окружающую среду, высокую стоимость топлива, ограниченный ресурс, так как очень много трущихся деталей, низкий КПД, сильный шум, большой вес, замена расходников, а также, как мы уже говорили, требуется обязательно коробка переключения передач.

Зависимость крутящего момента от оборотов электродвигателя на автомобилях Тесла выглядит так

индукционный двигатель тесла

Скорость вращения двигателя может быть от нуля и до 18 000 оборотов в минуту! Как вы видите, почти во всем диапазоне эта зависимость почти равномерная. Значит, нет надобности в трансмиссии и коробке передач.

Если даже сравнивать ДВС и асинхронный двигатель, то можно увидеть существенную разницу весе и выдаваемой мощности. Отношение веса к выдаваемой мощности у ДВС 0,8 кВт/кг, а у асинхронного двигателя 8,5 кВт/кг. Разница более, чем в 10 раз!

ДВС и электродвигатель
сравнение двигателя ДВС и асинхронного двигателя

Платформа из аккумуляторных батарей

Асинхронный двигатель надо чем-то питать. Поэтому, в автомобилях Тесла используется блок-платформа из литий-ионных аккумуляторов. Этот блок из батарей выдает постоянный ток.

батарея тесла
платформа из аккумуляторных батарей в автомобилях Тесла

Такой блок состоит из маленьких простых li-ion батареек

батарейки тесла
Литий-ионные аккумуляторы в аккумуляторной платформе автомобилей Тесла

Решетка, которая частично держит батарейки, также является радиатором, по которой бежит антифриз

охлаждение батарей тесла
радиатор для аккумуляторных батареек

такой тип радиатора очень эффективен, так как он охлаждает все батарейки равномерно.

Все эти батарейки собираются в небольшие модули

модуль батареи тесла
модуль из батареек

Платформа состоит из нескольких таких модулей

состав батареи автомобиля Тесла

В живую это выглядит примерно вот так:

батарея от автомобиля тесла
аккумуляторная платформа автомобилей Тесла

Антифриз, который охлаждает платформу из батарей, охлаждается в передней части автомобиля на автомобильном радиаторе

радиатор охлаждения тесла
радиатор, охлаждающий батарейки

Также можно увидеть, что тяжелая платформа из батареек близко находится к земле, поэтому низкий центр тяжести улучшает управляемость и стабильность автомобиля.

Автомобиль Тесла, принцип работы
низкий центр тяжести в автомобилях Тесла

Стоимость такой батареи-платформы более 12 000 долларов, а вес более полтонны. Пока что платформа-батарея является самой дорогой частью автомобиля. Да и вообще, проблема всех электрокаров – это дорогие аккумуляторы. Если ученые разработают дешевые и очень емкие аккумуляторные батареи, то придет конец эпохе ДВС.

Инвертор

Как же нам преобразовать постоянный ток, который выдает нам большая аккумуляторная батарея Тесла в переменный ток, который требуется для асинхронного двигателя? Вот здесь в дело вступает инвертор

Автомобиль Тесла, принцип работы

Он не только преобразовывает постоянный ток в переменный, но также и контролирует скорость вращения двигателя и его мощность, а следовательно, скорость автомобиля и его ускорение.

Коробка передач

Как же передается вращение от двигателя к колесам?

Автомобиль Тесла, принцип работы

Для этого используется коробка передач

коробка передач тесла
коробка передач в автомобилях Тесла

В автомобилях Тесла используется простая односкоростная коробка передач, так как крутящий момент двигателя почти равномерный на всех оборотах.

Если разобрать коробку, то можно увидеть ее простую конструкцию

вращение колес автомобиля тесла

Вращение вала двигателя приводит к вращению шестеренки, которая передает вращающий момент на колеса автомобиля

Автомобиль Тесла, принцип работы

Даже обратный ход достигается тем, что инвертор меняет две фазы на асинхронном двигателе местами, и двигатель будет вращаться в другую сторону.

Рекуперативное торможение

В автомобиле Тесла всего две педали и подножка для левой ноги, чтобы было куда ее девать при вождении)

педали автомобиля тесла
педали в автомобиле Тесла

На самом же деле управлять автомобилем можно всего с помощью одной педали: педали газа. На английский манер такой способ вождения электрокаров называется one pedal driving. Почему это возможно на электрокарах?

Давайте для начала разберемся, как вообще происходит торможение в простом автомобиле на ДВС?

Когда мы нажимаем педаль тормоза, у нас тормозные колодки прижимаются к тормозным дискам, и автомобиль начинает тормозить. Куда уходит вся кинетическая энергия движущегося автомобиля? Она превращается в тепло и рассеивается в окружающем пространстве. Можете потрогать тормозные диски после длительного торможения. Они будут очень горячие.

Но вот в автомобилях Тесла торможение происходит совсем по другому принципу. Да, там тоже имеются тормозные колодки и диски, но они используются намного реже, чем у авто с ДВС. Как происходит торможение в Тесла? Как только вы отпускаете педаль газа, автомобиль начинает останавливаться, то есть активируется система рекуперативного торможения. В этом случае двигатель превращается в генератор электрической энергии. Куда уходит энергия от торможения? Если в простых автомобилях она уходила в тепло, то здесь двигатель в роли генератора начинает подзаряжать аккумуляторы. То есть можно сказать, что вся кинетическая энергия автомобиля превращается в электричество и запасается в аккумуляторах. Но почему же происходит процесс торможения? Дело в том, образующееся магнитное в обмотках статора будет тормозить ротор, поэтому и происходит торможение вала двигателя.

Для полной остановки электромобиля потребуется педаль тормоза, которую нажимают в самом конце остановки. Отсюда следует, что тормозные колодки на Тесле надо менять в разы реже, чем на автомобиле с ДВС.

Безопасность автомобиля Тесла

Думаю, вы все в курсе, что электромобили намного безопаснее, чем авто с двигателями ДВС. На момент написания этой статьи известны 2 случая со смертельным исходом. В обоих случаях была вина именно водителей.

В передней части автомобиля можно увидеть багажник для перевозки груза. Также этот багажник служит для смягчения удара при лобовом столкновении

передний багажник автомобиля тесла
передний багажник в автомобилях Тесла

Автопилот Тесла

По-моему, это самая крутая вещь, которую воплотила в жизнь команда Илона Маска. Автопилот использует систему обратной связи из 8 камер, которые охватывают угол обзора все 360 градусов на дальности в 250 метров, 12 сенсоров, которые помогают в опасных ситуациях, а также помогают парковаться, и есть также функция Summon, которая помогает перемещать автомобиль, например, из гаража, либо вывести с парковки с помощью мобильного приложения.

Автопилот Тесла может полностью водить автомобиль в автономном режиме. Он также может предупреждать владельца об опасных ситуациях на дороге.

Краш-тесты

По результатам краш-тестов Тесла получает твердую пятерку. Подробнее об этом можно прочитать в этой статье.

краш тест автомобиль тесла
краш-тест автомобиля Тесла

Да и вообще, вся линейка автомобилей Тесла признана самыми безопасными автомобилями в мире.

Преимущества автомобиля Тесла

Электричество вместо топлива. Заправлять автомобиль электричеством намного дешевле, чем жидким топливом. Давайте сделаем простые расчеты…

Самые мощные батареи, которые устанавливаются на Теслу – это 100 кВт⋅час. Запас хода при этом составляет что-то около 500 км. Итак, 1 кВт⋅час для Москвы стоит где-то около 6 руб. Итого, чтобы заправить наш авто, потребуется 100 х 6 = 600 рублей. Итого 600/500=1,2 руб/км.

Что с бензином? Простой ВАЗ типа Гранты будет кушать примерно 7 литров на 100 км пути. Литр бензина на момент, пока пишется статья, составляет по Москве 43 рубля. Итого, чтобы на 100 км пути потребуется около 300 рублей. 300/100=3 руб/км

В принципе, почти то же самое соотношение получается и по всему миру.

выгода автомобиля тесла
цена за одну милю

О чем это говорит? Да о том, что заправлять автомобиль электричеством обходится почти в 3 раза дешевле, чем бензином.

Экологичность. После сжигания горючего жидкого топлива в атмосферу выбрасывается масса продуктов горения, которые очень сильно вредят окружающей среде. Отсюда разные болезни, особенно у жителей мегаполисов. Электричество в этом плане не выдает никаких вредных веществ в атмосферу.

Да, некоторые защитники могут сказать, для того, чтобы получить электричество, нам надо опять же сжигать газ, уголь, строить атомные реакторы, строить плотины и тд. Но чтобы получить бензин, надо строить нефтеперерабатывающие заводы, нефтепроводы, надо заниматься траспортировкой бензина на АЗС и тд. Не проще ли тянуть провода с какой-нибудь ГЭС?

Кстати, некоторые продвинутые страны очень приветствуют электромобили и снимают с них транспортный налог.

Бесшумность. Звук электродвигателя почти незаметен, поэтому в Тесле вы не услышите никакого рева мотора, так как стоит электродвигатель). Максимум, что вы можете услышать – это гул покрышек при езде.

Отзывчивость педали газа. Педаль газа в Тесле очень отзывчива к нажатию и СРАЗУ же воздействует на динамику разгона и торможения. В этом случае говорят, что при разгоне “вдавливает в кресло”. На Тесле так оно и есть. Современный Tesla Roadster вообще разгоняется до сотки за 1,9 секунд!

Автопилот. О нем я говорил выше в статье.

Безопасность. Пока что автомобиль Тесла признан самым безопасным авто в мире, получив наивысший рейтинг.

Нет коробки передач. Крутящий момент двигателя на требуемых оборотах до 18 000 почти везде одинаков. Поэтому, коробка передач для Теслы не требуется.

Низкая цена обслуживания. Так как Тесла не имеет коробки передач, а также мало изнашиваемых деталей, то ее обслуживание в разы дешевле, чем у автомобиля с ДВС. В автомобиле с ДВС обязательно надо менять масло в коробке, масло в двигателе, тормозные колодки, каждые 3-4 года покупать новый аккумулятор.

Программное обеспечение. В Тесле сидят не только конструкторы, но также и программисты. Поэтому, автомобили Тесла могут похвастаться самым передовым программным обеспечением и контролем за силовыми частями цепи, то есть за аккумуляторами, инвертором, двигателем.  Все это вкупе работает как часики. Также компания не забывает обновлять программное обеспечение по “воздуху”.

Недостатки электромобилей Тесла

Долгое время зарядки. В то время, как простой автомобиль с ДВС можно заправить буквально за 5 минут, Тесле поребуется около часа. Но и здесь опять же есть подвижки. В настоящее время компания стремится к тому, чтобы сделать время заряда как можно меньше. Для этого она строит так называемые Supercharger stations по всему миру. Эти заправочные станции, как говорят в Тесле, будут совершенно бесплатны, а ваш автомобиль сможет зарядиться на 80% за 30 минут! То есть пока вы пьете кофе, ваш авто уже будет снова готов покорять просторы) Полная зарядка на таких заправочных станциях длится около полутора часов. Пока что таких заправочных станций не так много, но я считаю, что ситуация все равно будет меняться в лучшую сторону.

заправки supercharger
заправка Supercharger

Высокая стоимость. Цены на новые модели Теслы в бомж комплектации в Америке начинаются от 43 000 $. По нашим деньгам это около 2 800 000 рублей. В Москве цены начинаются от 3,5 млн рублей. Не очень то и дешево для электрокара.

Будущее компании Тесла

Есть ли у компании будущее? Здесь большой вопрос. Все понимают, что будущее должно быть за электрокарами, но также не забывайте, что мы живем в абсолютно другом мире – в мире капитализма, где основная цель большинства людей – это деньги. Поэтому, чтобы посмотреть, как идут дела у компании, мы рассмотрим его с точки зрения инвестора, который готов или не готов вложиться в эту компанию.

Итак, на рисунке ниже мы видим график стоимости акций компании Тесла на июнь месяц 2019 года.

акции компании Тесла
график стоимости акций Тесла

Как вы могли заметить, начиная с 2013 года акции полетели вверх. Где-то приблизительно в это время началась поставка первых автомобилей. Инвесторы увидели перспективу и кинулись покупать акции, что послужило их дальнейшему росту. Если акции в среднем стоили около 30$ за штуку, за пару лет их цена взлетела до 200$ за штуку! То есть акции Тесла подорожали почти в 6 с лишним раз!

Но все ли так гладко в компании? Для этого надо посмотреть финансовый отчет по годам.

прибыль компании тесла по годам
прибыль компании Тесла по годам

Как вы видите, из года в год компания получает убыток, то есть как говорится по-русски, работает в минус.

Как же сейчас обстоят дела у компании? Для этого открываем квартальные отчеты

прибыль компани тесла по кварталам
квартальный отчет компании Тесла за 2018-2019 год

Видим, что за 3 и 4 квартал 2018 года компания получила неплохую прибыль, но за первый квартал 2019 года опять “ушла в минус”.  Чего ожидать дальше, пока никто не знает, хотя Илон Маск уверяет, что с компанией все будет хорошо. Выпускаются новые модели, покоряются новые рынки. Ну что же, поживем  – увидим.

Материал подготовлен по видео:



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.