Почему электрокары теряют мощность с увеличением скорости

Объяснение, каким образом электрокары получают максимальный крутящий момент с самого начала движения и почему он падает с набором скорости

Tesla Model S P100D бьёт рекорды по скорости и по динамике направо и налево. Шутка ли,- 2.28 секунды с 0 до 100 км/ч ! Такая динамика просто не укладывается в голове! А ведь перед нами не Bugatti Chiron лимитированный по объему своего выпуска, являющийся редчайшим гиперкаром, а относительно серийная и распространенная модель седана. Таким образом Tesla Model S P100D считается самым быстрым массовым серийным седаном по разгону с места до 100 км/ч, которому удалось установить рекорд в части самого быстрого четырехдверного автомобиля на ¼ мили.

Это безусловно очень хорошо и прекрасно, но хочется все-же узнать, каким образом 2.2 тонный бегемот умудряется ставить подобные рекорды? А дело тут все оказывается, в крутящем моменте, а именно в том, что на максимальный показатель этого крутящего момента электродвигатели выходят изначально, т. е. с самого начала движения автомобиля. Как только вы надавливаете на педаль газа, машина тут же предоставляет вам максимальную электровозную тягу, а с ней приходит естественно и динамика. Как это происходит? Объяснение можно посмотреть на видео ниже.

Разобраться в технических хитросплетениях нам поможет наш давний знакомый технарь Джейсон Фенске, а также его видео с канала Engineering Explained. Давайте вместе посмотрим, каким образом автомобили вроде P110D способны мгновенно активизировать весь имеющийся потенциал крутящего момента из стоячего положения. Вопрос лежит исключительно в технической области, хотя на наш взгляд Фенске сумел передать его, как всегда, наиболее простым доходчивым и всем понятным языком.

И так, каким образом этот электро-седан способен выезжать из 11 секунд на четверти мили?

Все начинается с самого главного технического симбиоза, т.е. с двух главных элементов, с аккумуляторной цепи и с электродвигателей. Их взаимодействие настроено таким образом, что они способны мгновенно передавать максимальный момент давая водителю в распоряжение самую пиковую производительность при начале набора скорости. Правда с набором скорости мощность будет неуклонно и неминуемо снижаться, но об этом чуть ниже.

Для начала Джейсон объясняет принцип работы электродвигателя, на примере мотора с двухполюсным статором и с двухполюсным ротором. Здесь все просто и почти каждому знакомо из школьного курса физики. Магнитные поля создаваемые двумя электромагнитами с противоположенными полюсами с направленностью магнитного поля от Северного полюса к Южному, проходят через обмотку ротора, где ток инициируют вращение якоря. Таким образом электродвигатель начинает преобразовывать электрическую энергию в механическую и это согласно установленному правилу левой руки. При помощи этого правила можно определить направление вращения электродвигателя: поставив большой, средний и указательный пальцы левой руки перпендикулярно друг другу таким образом, чтобы указательный палец указывал направление магнитного поля, а средний палец- направление тока, то большой палец будет указывать направление движения проводника (направление электромагнитной силы).

Смотрите также: Tesla Model S P100D разгоняется быстрее, чем силы тяжести

Дело в том, что при подаче тока на обмотку, вы начинаете вращение мотора, но парадокс заключается в том, что ввиду вращения двигателя начнет образовываться обратное напряжение, т.е. «эффект генератора», которое действует по тому же техническому принципу, что и электродвигатель, но уже с противоположным результатом. Таким образом и возникает обратная электродвижущая сила, которая начинает возрастать с увеличением оборотов электродвигателя автомобиля.

При этом рабочее напряжение будет равно напряжению питания минус ЭДС. В числовом значении Джейсон приводит следующий пример: выходное рабочее напряжение -120 V. Обратное ЭДС -100 вольт. Таким образом рабочее напряжение будет равняться 20 V. То есть, 120 V минус 100 V = 20 V. 

Этим все и объясняется,- пиковый крутящий момент доступен при старте с 0 км/ч, так как обратная электродвижущая сила может возникать только при увеличении вращения электромотора, чем быстрее он будет вращаться, тем больше будет вырабатываться отрицательного ЭДС, который, как мы уже выяснили, пагубно влияет на выходную мощность системы. Прибавляем к этому увеличивающееся сопротивление воздуха с ростом скорости, сопротивление качения шин, в итоге мы получаем то самое замедление в динамике при наборе скорости движения электрокара.