Асинхронен двигател

Асинхронният двигател, наричан още индукционен двигател, е електрическа машина, в която въртящото се магнитно поле на неподвижните намотки индуцира електрически токове в ротора, а тези токове на свой ред създават собствения магнетизъм на ротора. Той съществува, защото предлага забележително прост и здрав начин за преобразуване на електрическата енергия във въртеливо движение без никакви постоянни магнити, четки или редкоземни метали. Демонстриран за пръв път от Никола Тесла и Галилео Ферарис през 80-те години на XIX век, той се превръща в работния кон на индустрията и се завръща на преден план в леките автомобили, когато Tesla го избира за оригиналния Model S.

Принципът се основава на електромагнитната индукция. Трифазен променлив ток, подаден към статорните намотки, създава магнитно поле, което обикаля двигателя със скорост, зададена от честотата на захранването. Роторът, обикновено „катерична клетка“ от алуминиеви или медни пръти, късосъединени в двата края, се намира вътре в това поле. Тъй като роторът се върти малко по-бавно от полето, силовите линии пресичат прътите и индуцират токове в тях; тези индуцирани токове създават собствено поле, което статорното поле повлича със себе си. Тази разлика в скоростта между полето и ротора се нарича приплъзване и е съществена: без приплъзване не би имало нито индуциран ток, нито въртящ момент.

За водача и за автомобила привлекателността на асинхронния двигател е в дълготрайността и цената. Без магнити, които да се размагнитят, и с ротор, който е малко повече от отливка, той понася добре топлината и високите обороти и е евтин за производство от изобилни материали. Допълнително практично предимство е, че когато инверторът престане да захранва статора, роторът няма собствен магнетизъм и затова почти не създава съпротивление. Двигателят може да се върти свободно по инерция, което избягва паразитните загуби, които изпитва машината с постоянни магнити, когато се върти без захранване.

Тази способност за свободно въртене обяснява защо асинхронните двигатели често се срещат на предния мост на двумоторните електромобили със задвижване на четирите колела. Колата се движи равномерно с по-ефективен двигател с постоянни магнити отзад и прибягва до асинхронния двигател само за допълнително сцепление или ускорение, оставяйки го през останалото време да се върти с пренебрежимо малки загуби. Вариантите се различават основно по материала на ротора и конструкцията на намотките, като версиите с меден ротор жертват малко от цената за по-добра ефективност.

Основният недостатък е ефективността при леки, равномерни натоварвания. Поддържането на полето на ротора изисква непрекъснато индуциране на токове, което поражда резистивно нагряване в ротора, така че асинхронният двигател обикновено е с няколко процентни пункта по-малко ефективен от съпоставима машина с постоянни магнити при ежедневно спокойно шофиране. Той може да бъде и незначително по-голям и по-тежък при дадена мощност. Поведението му се управлява изцяло от инвертора, който оформя честотата и амплитудата на подавания ток, така че двата компонента трябва да се разглеждат заедно като единна задвижваща система, а не поотделно.