Subyek:
- Inleiding
- Motor listrik AC (sinkron, dengan magnet permanen)
- Kontrol AC pada motor sinkron
- Motor listrik AC (asinkron, motor sangkar tupai)
- Peta efisiensi motor listrik sinkron dan asinkron
Perkenalan:
Motor listrik digunakan untuk menggerakkan kendaraan hybrid atau full electric. Motor listrik mengubah energi listrik (dari baterai atau range extender) menjadi gerakan untuk menggerakkan roda. Selain itu, motor listrik juga dapat mengubah energi kinetik menjadi energi listrik pada saat pengereman mesin: pengereman regeneratif. Dalam hal ini motor listrik berfungsi sebagai dinamo. Karena kedua fungsinya tersebut, maka motor listrik juga kita sebut dengan “mesin listrik”.
Pilihan penempatan motor listrik pada kendaraan hybrid adalah:
- Pada mesin pembakaran, transmisi dilakukan melalui multi-sabuk atau langsung melalui poros engkol;
- Antara mesin dan girboks: poros masukan girboks digerakkan oleh motor listrik;
- Terintegrasi di gearbox;
- Di diferensial;
- Pada hub roda (hub motor).
Motor listrik pada mobil full listrik sering kali dipasang di poros belakang. Gambar di bawah menunjukkan motor listrik dengan inverter dalam rumah silinder dan final drive Tesla.
Motor listrik AC (sinkron, dengan magnet permanen):
Gambar berikut menunjukkan bagian-bagian motor listrik Audi (sinkron). Tipe ini digunakan pada varian hybrid A6 dan A8. Kami akan mencantumkan secara singkat komponen-komponennya. Komponen-komponen ini dijelaskan secara rinci dalam paragraf berikut.
Rotor dengan magnet permanen akan mulai berputar akibat adanya perubahan medan magnet pada stator. Rotor dihubungkan ke kopling, yang dapat menghubungkan atau memutuskan mesin pembakaran dan motor listrik (bersama dengan kopling (tidak diperlihatkan)) dalam kondisi pengoperasian yang berbeda. Posisi rotor ditentukan oleh penyelesai diukur: data ini penting bagi driver IGBT untuk mengontrol kumparan stator pada waktu yang tepat.
Motor listrik dengan magnet permanen dapat dikendalikan baik oleh DC (tegangan searah) maupun AC (tegangan bolak-balik).
Motor sinkron adalah salah satu motor listrik yang paling umum digunakan pada kendaraan hybrid atau full electric. Motor listrik jenis ini terdiri dari stator dengan belitan dan rotor dengan beberapa magnet permanen. Rotor berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan magnet stator. Motor sinkron dapat dikontrol sebagai berikut:
- AC: dikendalikan oleh sinyal sinusoidal (arus bolak-balik).
- DC: dikontrol dengan sinyal persegi atau trapesium (arus searah)
Stator motor sinkron terdiri dari tiga kelompok kumparan stator: U, V dan W. Setiap kelompok berisi tiga set enam kumparan yang dihubungkan secara paralel yang didistribusikan ke seluruh keliling stator. Setiap kumparan ketiga termasuk dalam seri yang sama.
- Kumparan U: biru
- Kumparan V: hijau
- Gulungan W: merah
Rotor berisi beberapa magnet permanen. Dengan memberi energi secara bergantian pada kumparan di stator, medan magnet berputar tercipta. Rotor mengikuti medan putar dan karenanya berputar.
Kontrol AC motor sinkron:
Kontrol AC menggunakan kontrol yang dikontrol frekuensi atau pergantian sinusoidal. Kumparan stator disuplai dengan tegangan gelombang sinus tiga fasa bolak-balik untuk memutar rotor.
Gambar di bawah menunjukkan posisi rotor dengan kumparan U tereksitasi maksimum. Akibat medan magnet tersebut, kutub utara memposisikan dirinya tepat di seberang kumparan U yang diberi energi. Kursor pada grafik di sebelah motor listrik menunjukkan kendali kumparan pada saat itu.
Sekadar informasi: rotor pada penjelasan berputar ketika kumparan stator dikendalikan searah jarum jam.
Pada gambar berikut, gelombang sinus, yaitu arus bolak-balik yang melalui kumparan U, bernilai negatif maksimal. Selama pengendalian ini, kutub selatan rotor berhadapan langsung dengan kumparan stator yang diberi energi (U).
Sebenarnya terdapat celah udara kecil antara kutub utara dan selatan rotor. Selama peralihan dari kutub selatan ke utara, arah arus pada kumparan U berubah. Lebih jauh:
- Arus yang melalui koil-V (hijau) hampir positif maksimal; kutub utaranya juga hampir berseberangan dengan kumparan.
- Arus yang melalui kumparan W telah menjadi negatif maksimal dan semakin meningkat. Kutub selatan telah berputar melewati kumparan.
Untuk memberikan gambaran bagaimana arus mengalir, animasi di bawah ini menunjukkan putaran rotor akibat arus bolak-balik.
Motor listrik AC (asinkron, motor sangkar tupai):
Sangkar tupai atau motor listrik jangkar hubung singkat merupakan motor asinkron. Perbedaan antara motor sinkron dengan magnet permanen dan motor asinkron terletak pada rotornya: berupa drum besi lunak dengan konduktor dalam arah memanjang. Rotor berjalan secara asinkron dengan stator, artinya terdapat perbedaan kecepatan antara rotor dan kecepatan magnet stator. Statornya persis sama.
Rotor motor listrik asinkron terdiri dari kumparan hubung singkat; kumparan U, V dan W dihubungkan satu sama lain pada satu sisi. Ketika rotor berada dalam medan putar stator, tegangan induksi tercipta pada kumparan rotor. Karena kumparan rotor dihubung pendek satu sama lain, arus mengalir melalui kumparan tersebut. Arus ini menyebabkan rotor menghasilkan medan magnet sehingga menimbulkan torsi. Karena cara kerja motor listrik asinkron berdasarkan hukum induksi maka disebut juga motor induksi.
Torsi yang dihantarkan mempengaruhi slip antara medan magnet putar pada stator dan kecepatan rotor.
Motor asinkron mempunyai beberapa kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan motor sinkron.
Keuntungan:
- rotor yang relatif sederhana, kuat dan murah;
- torsi tinggi pada kecepatan rendah.
Cons:
- kepadatan daya (per massa) dan efisiensi (efisiensi) yang lebih rendah. Arus pada kumparan rotor yang dihubung pendek menimbulkan rugi-rugi rotor tambahan;
- kecepatan tidak dapat dikontrol secara akurat karena bergantung pada beban. Hal ini sendiri tidak menjadi kerugian: dengan sistem kendali yang baik, kecepatan motor asinkron juga dapat diatur;
- arus awal yang tinggi.
Posisi rotor dan kecepatan motor asinkron diukur dengan a sensor posisi rotor. Sensor hall sering kali memberikan setidaknya empat pulsa per putaran rotor untuk mengirimkan posisi dan kecepatan rotor. Kami tidak menyebut sensor posisi rotor jenis ini sebagai penyelesai, seperti halnya dengan motor sinkron.
Berbeda dengan motor sinkron, sensor posisi rotor tidak diperlukan untuk mengetahui posisi rotor dalam keadaan diam. Posisi rotor penting selama rotasi: kehati-hatian harus diberikan untuk memastikan bahwa slip antara medan putar magnet dan rotor tidak menjadi terlalu besar. Ketika medan putar bergerak terlalu cepat, dapat timbul situasi dimana rotor tiba-tiba ingin berputar ke arah lain. Gaya-gaya yang timbul dapat menimbulkan malapetaka bagi komponen mekanik dan elektrikal.
Beberapa pabrikan juga memilih menggunakan motor asinkron penyelesai melamar. Alasannya tidak saya ketahui. Dalam kasus apa pun, penyelesainya sangat akurat baik saat berdiri diam maupun saat berlari, yang mungkin menguntungkan kontrol presisinya.
Peta efisiensi motor listrik sinkron dan asinkron:
Gambar di bawah menunjukkan efisiensi motor listrik sinkron (kiri) dan motor listrik asinkron (kanan).
- Motor listrik sinkron sangat efisien. Efisiensi di atas 90% pada area yang luas, dengan nilai puncak hingga 96%. Mulai putaran 2000 rpm terjadi pelemahan medan yang menyebabkan torsi maksimum menurun.
- Motor asinkron memiliki efisiensi yang jauh lebih rendah dibandingkan motor sinkron pada kecepatan lebih rendah.
Halaman terkait:
