Randamentul unui motor de mașină electrică

Ce este randamentul unui motor electric?

Noțiunea de randament, în cazul unui motor, se referă la raportul dintre energia utilă și energia totală consumată. Acesta poate fi exprimat sub formă de procent. La un vehicul electric, randamentul este estimat la 90 %. Aceasta înseamnă că 10 % din energia electrică consumată de motorul electric nu a fost utilizată pentru propulsie, ceea ce reprezintă foarte puțin. Pe lângă această performanță excelentă, trebuie menționat faptul că un vehicul electric sau hibrid Renault beneficiază, în plus, de frânarea regenerativă, care reîncarcă bateria în anumite faze de conducere, pentru un randament și mai apropiat de 100 %.

Pe baza valorii randamentului, se poate determina cu mai mare precizieautonomia unui vehicul electric și consumul său de energie electrică. Cu cât randamentul este mai ridicat, cu atât este nevoie să se „alimenteze” mai puțini kilowați de energie la fiecare reîncărcare pentru a parcurge numărul dorit de kilometri.

Cum se calculează randamentul unui motor electric?

Din punct de vedere matematic, calculul randamentului unui motor electric constă în împărțirea cantității de energie utilă la cantitatea de energie consumată inițial.

În practică, producătorii auto și firmele specializate în performanțe mecanice estimează randamentul vehiculelor (electrice sau hibride) luând în considerare mai mulți parametri, astfel încât să obțină o valoare cât mai apropiată de realitate. Procesul de măsurare necesită mai întâi un test al condițiilor de încărcare și al eficienței bateriilor, pentru a afla câtă energie este furnizată. Mașina electrică, evaluată în funcție de viteza medie și de recuperarea energiei, este apoi condusă în situații cotidiene, pe trasee coerente, pentru a determina numărul de kilometri parcurși cu o singură încărcare.

Raportul dintre cele două valori observate explică faptul că, în industria auto, specialiștii consideră că randamentul unui motor electric este de 3 până la 4 ori mai mare decât cel al unui motor termic pe benzină sau motorină cu aceeași putere.

Care este diferența dintre un motor sincron și unul asincron?

Pentru a pune în mișcare un vehicul electric sau hibrid (în modul electric, în cazul celui din urmă) și pentru a furniza energie electrică motorului, acesta transformă curentul furnizat de baterie într-un câmp electromagnetic care pune în rotație un rotor care asigură tracțiunea.

Funcționarea unui motor electric diferă în funcție de tipul de tehnologie utilizată pentru a genera acest câmp electromagnetic: se vorbește astfel de „sincron” și „asincron” pentru a desemna cele două categorii de motoare cele mai utilizate în industrie.

Motorul electric sincron funcționează cu o componentă statică, statorul, și o componentă rotativă, rotorul. Curentul electric din baterie trece prin stator, unde este transformat într-un câmp electromagnetic. Rotorul – care conține o bobină de cupru sau un magnet permanent – va urma acest câmp magnetic și va începe să se rotească în jurul propriu, cu o viteză proporțională cu frecvența curentului electric. Această tehnologie este cea mai utilizată în prezent în industria auto.

În motorul asincron, rotorul și statorul nu funcționează în mod proporțional. Statorul va „atrage” rotorul în rotația sa cu o ușoară întârziere: viteza câmpului magnetic rotativ va fi întotdeauna mai mare decât cea a rotorului.

Motoare electrice sincrone: diverse tehnologii

Utilizate în special în industria auto, motoarele electrice sincrone pot fi realizate pe baza a două tehnologii diferite: rotoare cu magneți sau bobinate.

Prima categorie include, la nivelul rotorului, magneți așa-numiți „permanenți”. Bobinele prezente în stator vor activa sensibilitatea acestuia la forța magnetică, vor genera rotația sa și, prin urmare, tracțiunea vehiculului. Această tehnică prezintă, în special, avantajul unei anumite densități de putere și al unui randament excelent la viteze mici. De aici și prezența sa pe vehiculele urbane ușoare, precum Dacia Spring, sau ca motor electric în sistemele de propulsie hibride E-Tech și E-Tech Plug-in de la Renault.

Într-un vehicul cu rotoare bobinate, o bobină de cupru înlocuiește magnetul permanent. Această tehnică asigură, și în acest caz, un randament foarte bun, chiar și la viteze mari, de peste 100 de kilometri pe oră, ceea ce garantează o creștere a autonomiei cu câteva zeci de kilometri. Acest procedeu se regăsește în motorul modelelor Renault ZOE sau Twingo Electric.

Randamentul unui motor electric asincron

Proprietățile fizice ale motorului electric asincron explică de ce randamentul său este ușor inferior celui al omologului său sincron: „alunecarea”, acest fenomen de decalaj între rotor și stator, este responsabilă de diferența dintre cele două tehnologii. Astfel, „asincronii” au un randament de aproximativ 75–80 %, față de 90 % în cazul „sincronilor”.

Îmbunătățirea randamentului motoarelor

Producătorii și industriașii explorează numeroase piste pentru a îmbunătăți randamentul motoarelor pentru mașinile electrice. Dimensionarea pieselor, utilizarea unor materiale de calitate excelentă și creșterea fluxurilor de aer permit reducerea pierderilor. Acestea sunt cauzate de frecarea pieselor și de transformarea unei părți din energie în căldură.

La volan,stilul de conducere ecologic, care valorifică recuperarea energiei, reduce consumul de kilowați inutili și apropie motorul de randamentul său maxim.

Randamentul maxim

Randamentul maxim indicat pentru un motor electric sau hibrid corespunde situației ideale de utilizare a energiei din bateriile sale, pentru a atinge cel mai bun regim de funcționare al motorului. Randamentul real al unui motor este întotdeauna inferior acestei valori și depinde de condițiile (meteorologice, de trafic, de conducere) în care se află vehiculul.

Randamentul unui motor hibrid

Într-un motor hibrid, prezența unei componente electrificate tinde să crească randamentul maxim al autoturismului, indiferent dacă acesta este hibrid reîncărcabil sau nu. Acest lucru se datorează, în parte, posibilității de a reîncărca bateriile în timpul decelerărilor și, prin urmare, de a recupera o energie „utilă” imediat.

Randamentul unui motor pe hidrogen

Într-o mașină pe hidrogen, propulsia este asigurată de un motor electric sincron, cu un randament comparabil cu cel al unui vehicul electric alimentat cu baterie tradițională. Producția de hidrogen prin intermediul pilei de combustibil reduce, în general, ușor randamentul vehiculului, o parte din energie fiind transformată în vapori de apă.

Cunoașterea randamentului unui motor electric permite înțelegerea consumului de energie și a datelor privind autonomia vehiculului.

Drepturi de autor: MARTIN-GAMBIER Olivier, Pagecran