Audi A2 e-tron: Як інвертор, електродвигун та коробка передач роблять його ефективнішим

Новий Audi A2 e-tron у найекономнішій версії споживає лише 12,8 кВт·год/100 км за циклом WLTP. Таким чином він належить до найекономніших електромобілів узагалі. Вже було відомо, що у цьому відіграють роль інвертори на основі карбіду кремнію. Тепер виробник пояснює додаткові деталі.

Рекордно низький рівень споживання досягається у Audi A2 e-tron з заднім приводом потужністю 140 кВт та опційним пакетом ефективності вартістю 2 410 євро. До нього належать понижена посадка завдяки спортивній підвісці та шини, оптимізовані для зниження опору коченню. Але важливу роль відіграє також новий привід. Покращення стосуються інвертора, електродвигуна APP350 (аксіально-паралельне розташування з крутним моментом близько 350 Нм) та однодіапазонної коробки передач.

Задня ось Audi A2 e-tron з інвертором, APP350 та вхідною коробкою передач

Фото: Audi

Інвертор

Інвертор перетворює постійний струм від акумулятора на змінний струм для двигуна. При цьому необхідно перетворити постійну напругу близько 400 вольт на синусоїдальну напругу. Для цього використовується модуляція ширини імпульсів: постійно змінюється полярність, наприклад від +400 вольт до -400 вольт та назад. Якщо обирати різну ширину цих імпульсів напруги, то (після вирівнювання завдяки індуктивності мідних обмоток) утворюється синусоїдальна крива.

Переключення здійснюються за допомогою транзисторів; під час цього неминуче виникають так звані втрати під час переключення, але за допомогою транзисторів з ефектом міжплівкового переходу на основі карбіду кремнію замість кремнію їх можна зменшити. За словами Audi, завдяки меншим втратам під час переключення можна досягти ККД понад 97 відсотків.

Новинкою є те, що Audi також використовує спеціальне програмне забезпечення, за допомогою якого частота переключення адаптується до конкретної точки роботи. Частота переключення обирається якомога нижчою, адже менша кількість операцій переключення означає менші втрати. За словами Audi, це має принести переваги у ефективності, особливо у міському русі та під час дальніх поїздок при середніх обертах та навантаженні. Завдяки кращому використанню енергії електроніка потужності також може забезпечувати повну потужність навіть при низькому рівні заряду.

За словами Audi, ще одна функція інвертора має забезпечити кращий рівень тиші в салоні. Для цього до струму двигуна цілеспрямовано додаються „високочастотні гармонічні складові“. Таким чином, шуми, що заважають, компенсуються залежно від умов роботи.

Новий електродвигун APP350 з інвертором (вгорі) та коробкою передач (справа)

Фото: Audi

Електродвигун APP350

Ефективність нового синхронного двигуна з постійними магнітами APP350 підвищилась завдяки зниженню втрат на залізо. Ці втрати виникають внаслідок перемагнічування матеріалу в магнітних полях, які змінюються з часом: оскільки магнітне поле в електродвигуні постійно змінюється, малі магнітні ділянки (так звані ділянки Вайса) у електропластині повинні постійно переорієнтуватися. Цей процес потребує енергії, яка зрештою перетворюється на тепло. Щоб зменшити ці втрати, товщину пластин ротора зменшили порівняно з попереднім двигуном APP310 з 0,3 до 0,2 міліметра.

„Конструктивні заходи щодо ротора та статора стосуються товщини пластин, розташування сегментів ротора та способу з’єднання обмоток статора.“ (Audi)

Щоб покращити рівень шуму, крім того, були змінено розташування постійних магнітів у роторі. Якщо магніти розташовані прямою, безперервною лінією з передньої частини на задню, під час обертання вони раптово стикаються з канавками статора. Це спричиняє при кожному проходженні магнітний удар (момент зупинки). У APP350 магніти встановлюються з невеликим зсувом (роторне зсування або ієрархізація). Таким чином вони більше не стикаються всі одночасно, а з затримкою — з магнітним полем статора, що покращує акустику.

Крім того, у статорі здійснюється зміна з зіркової на трикутну схему підключення. Також було скорочено кількість паралельних гілок на кожну фазу. Це, хоча й підвищує втрати міді при високих обертах, але зменшує так звані струми кола при частковому навантаженні. Це має підвищити ефективність під час щоденних поїздок у міському русі чи на сільських дорогах.

Коробка передач

Краще зрозумілими, ніж зміни в двигуні, є покращення в коробці передач. Тут залежно від потужності використовуються два передавальні числа: 10,21 при 125 кВт та 140 кВт, а також 11,53 при 170 кВт. Це означає, що у слабших версіях обирається довше передавальне число, що знижує необхідні оберти двигуна – двигун обертається 10,21 разу на один оберт колеса замість 11,53 разів у потужнішій версії. За словами Audi, різні передавальні числа забезпечують переміщення обертів двигуна в оптимальні діапазони.

Щодо найвищої версії A2 e-tron з потужністю 240 кВт, Audi не надає інформації про передавальне число, але там також використовується не APP350, а APP550.

Крім того, використовується мастило для коробки передач з дуже низькою в’язкістю, що зменшує так звані втрати від тертя. До того ж застосовується спеціальна технологія точної обробки зубців, яка дозволяє досягти особливо гладких поверхонь. Це знижує тертя та підвищує ефективність.

Більше про ефективність електроприводів:

Підсумовуючи

Уф, нова прес-реліз від Audi щодо приводу A2 e-tron — це справжній шок. Ми, мабуть, не все повністю зрозуміли; для цього, мабуть, потрібна інженерна освіта. Ми сподіваємося, що фахівці під час майбутньої демонстрації автомобіля пояснять нам усе ще краще.