Elektrikli araba yapımı (4. sayfa)

quote:

Orijinalden alıntı: DeLiCe_DoLuCa

böyle bir başlık varmış :) ben de kendi çapımda araştırmalarımı yaparken rastladım .. bir sürü bilgi var ancak bazılarını müsadenizle düzelteceğim:
öncelikle güç, mekanik aksamlarla değişmeyen bir kavramdır ve elde edilen güçten aracınızın o anki hızının ve kütlesinin yarattığı kinetik enerjiyi, lastik ve iç aksamların sürtünme kayıplarını, hava sürtünme kayıplarını, motor ısınma ve soğutma kayıplarını çıkardığınızda 0 sayısını buluyorsanız ulaşabileceğiniz en yüksek hıza ulaşmışsınız demektir..
bu enerji harcayan faktörlerden motor ısıtma ve soğutma kayıpları elektrik motorlarında büyük sorunlar teşkil etmez.. içten yanmalı bir motor rölantide bile belirli bir sıcaklığa geldikten sonra soğutulmak zorundadır ancak bir elektrik motoru büyük ölçüde zorlanmadığı zaman ısınmaz bile ve ön mazgallardan gelen hava ile rahatlıkla enerji harcanmadan soğutulabilir.. kablolar da doğru seçilirse ısınma sorunu büyük ölçüde aşılmış olur..
hava sürtünme katsayısı hızınızın karesi ile artan bir sayıdır bu yüzden ortalama bir arabada 60-70 km/sa hıza kadar umursanmayan birşey iken dahe yüksek hızlarda ön camınıza yapışan hava kütlesi ihtiyaç duyulan gücü büyük oranda arttırmaktadır.. sözü geçen bütün tasarımlar hazır araba kasaları üzerinde olacağı için fazla oynama şansımız yok ancak neyseki arabaları üreten mühendisler bu konuda yeterince kafa yormuş durumdalar
lastik ve iç aksamların sürtünme kayıpları yani başka bir deyişle mekanik kayıplar da elektrik motorlarında yok denecek kadar azdır.. normal bir benzinli motorda motor mili verimi %22, dizel motorda motor mili verimi %47 dolaylarındayken en kayıplı elektrik motorunda mil verimi %92 civardır (3 fazlı bir ac motorda bu oran %98 e yakındır) .. milden tekerleğe gidene kadar içten yanmalı motorlar ağır, yağlı ve kayıplı diferansiyel sistemleri olan vites kutuları ve aktarma organları kullanırlar, bu yüzden mil verimlerinin de %10 gibi bir oranlarını kaybederler.. elektrik motorlarında ise tek dişlili bir açık aktarma organı yeterlidir (bunun sebebini aşağıda anlatacağım) o yüzden %92 verimli motorunuzun verimi lastiğe gidene kadar en kötü ihtimalle yine %90 larda kalacaktır..
geriye incelemediğimiz tek kayıp olan kütle ve hız kaybı kaldı .. bildiğiniz gibi hareket eden bir kütlenin o anki kinetik enerjisi 1/2 m v^2 dir.. yani kütle ve hızın karesi ile doğru orantılıdır.. yapacağımız hızdan vazgeçme şasnımız yok, illaki bir miktar hız yapacağız.. geriye değiştirmek için kütle kalıyor.. bunda da korkacak bir şey yok, çünkü bir miktar kütle iyidir (bunun da nedenini aşağıda açıklayacağım) .. hem güvenlik açısından hem de yeri geldiğinde araba kendini şarj edecek o zaman aynı kütle bir avantaja dönecek.. üstelik zaten içten yanmalı motoru, depoyu, egzos sistemini, diferansiyeli, vites kutusunu, baskı balatayı çıkardığınız zaman 400 kilonun üstünde bir ağırlık atmış oluyorsunuz.. (benim golf4 1.6 lt aracım var, motor hiçbir şeye bağlanmadan tek başına 280 kilo geliyor ) yerine koyacağınız bir elektrik motoru ise 40 kilo belki var belki yok.. geriye şarj ünitesi kalıyor ki en ağır parça o ama o da (gerek maddi imkanlardan gerekse yer imkanlarından hem de gereği olmadığından) 100 kiloyu geçmez.. yani koltuklarınızı sökmeyin boşuna, ağırlık olarak zaten yeterince kardayız ki fazlası da lastikleri yoldan çıkarır

şimdi biraz fizik çalışalım:
güç nedir ? güç, bir işi daha kısa sürede yapmamızı sağlayan büyüklüktür.. peki iş nedir ? iş, bir kütlenin yol almasıdır.. 50 kg lık bir masayı 5 metre taşıyan adamın yaptığı iş kg ve yol un çarpımı ile bulunur.. bir başka adam bu işi 2 kat hızlı yaparsa bizim için 2. adam 2 kat daha güçlüdür.. bizim motorumuz kinetik enerji ve buna bağlı olarak bir dönme kuvveti üretiyor.. bu kuvvet ve enerjilerin toplamı bizim moturumuzun bir işi yapma hızını belirliyor (kuvvet nedir? kuvvet, bir kütleye ivme kazandıran büyüklüktür).. yani motorumuzun gücü fazlaysa yüksek hızlara çıkabiliriz, bunda hemfikiriz.. peki motorda gücü belirleyen nedir ?? 2 tane değer var; motorun ürettiği tork ve devir.. devir nedir demiyorum herkes motorun milinin dönüş hızı olduğunu biliyor, peki tork nedir ?? dönen bir cismin dönüş hızını sabit tutmak için kendi kütlesi ve sürtünme kayıplarına karşı harcadığı kuvvettir.. ya da hızlanmak istiyorsa (atıyorum) 1500 devirden 1501. devire ne kadar çabuk geçeceğini belirleyen bir kuvvettir.. (kuvvetin tanımını yapmıştık)..

motor gücü=torkxdevir .. bu en önemli denklemimiz..

bizi hızlandıranın tork olduğunu anladık o zaman, kalkış esnasında düşük devirler söz konusu olacağı için kalkıştaki gücümüzü belirleyen şey torktur.. ancak bildiğiniz gibi enerji yoktan varolmaz, vardan yokolmaz.. o zaman tork-devir çarpımı, güç değişmediği sürece hep sabit kalacaktır.. o zaman söyle düşünelim; bizim motorumuzun milinde 200Nm tork ve en fazla 2000 devir lik güç var.. bu mil bir dişliyi döndürüyor, bu dişli de kendinden 4 kat daha büyük bir dişliye bağlı.. böylece motorun attığı her 4 tur için büyük dişli sadece 1 tur dönecek .. büyük dişli de tekerleğe bağlı olsun.. peki devir düştü, ancak güç sabit, herhangi bir kayıp olmadan dişlilerden tekere kadar gidiyor.. o zaman devir x tork sabit olmak zorunda olduğu için devir 4 kat düşerse tork 4 kat artar.. tekerleğin o anki deviri 500 ve tork u 800 olur.. başka bir deyişle tekerlek yavaş döner ama çok yüksek bir ivme (tork) ile hızlanır..

vitesler de tam olarak yukarıda anlattığım şey için var .. çünkü yukarıda elektrik beygiri gibi bir kavram okudum, biraz aşağısında da beygirin önemli olmadığı söylenmişti.. aslında hepsi önemli ama elektrik beygiri diye birşey yok.. püf noktası şu; bir benzinli arabada verilen beygir sadece bir deviri ifade eder.. yani en yüksek gücü 5000 devirde 120 beygir olan bir araba 4999 devirde 120 bg güç üretmez.. grafiğine baktığınız zaman alt devirleri boyunca oldukça az güç ürettiğini ve sadece belirli bir devire doğru güçlendiğini görürsünüz.. bu hoş bir şey değildir.. bir çok benzinli araba en yüksek torklarını 4000 devirin üstünde vermektedir ancak çoğumuz 3000 devir civarında vites değiştirdiğimiz için yüksek beygirlerimizin kaymağını şehir içinde pek yiyemiyoruz.. bu motorlarda yapıları gereği tork ve devir birlikte artarlar.. doğal olarak devir ve tork çarpımı ilk başlarda çok düşüktür.. dizel motorlar da ise yine motorun yapısı gereği tork alt devirlerde en yüksek değerine kolayca ulaşırken devir arttıkça tork düşer yani tork ve devir çarpımı asla belirli bir değerin üstüne gelemez.. dizelin avantajı devirin olmadığı yerde torkun, torkun olmadığı yerde devirin olmasıdır..

şimdi gelelim elektrik motorlarına; değişken voltaj ve frekanslı bir ac motorda devir 14000 e kadar (yüksüzken) çıkabilir.. benzinli motorlarda bu en fazla 8000 (turbolularda 6500), dizellerde ise 4500-5000 civarıdır.. üstelik elektrik motolarında duruken bile tork en yüksek halindedir (çünkü torku yaratan içten yanmalı motorlardaki gibi mekanik bir parça değil, ortamda elektrik alan olmasıdır).. tork 0-6000 devir aralığında en yüksek halindedir.. burada tork yüksek olduğu için devir düşükken bile hatırı sayılır derecede güç ve ivme elde etme şansımız var.. tork azalırken de devir arttığı için 14000 devire kadar güç neredeyse sabit kalır.. üstelik içten yanmalı motorlardaki gibi ölü tork ve güç bölgesi (genelde 1500 devir altı) olmadığı için kalkışta verim hep yüksektir, dolayısıyla en yüksek viteste kalkış ve seyir mümkündür.. bu ve 14000 devirlik geniş devir yelpazesi özellikleri bir araya gelince vitese neden gerek kalmadığını anlamış oluyoruz..

yani aslında sistem içten yanmalı bir motora göre çok daha basit.. bir enerji kaynağı ya da deposu, burdan gelen enerjiyi gaz pedalından komut alarak voltaj-akım-frekans oranlarını değiştirerek ayarlayabilecek bir kontrol mekanizması ve bir motor yeterli.. prensipte yani

şimdi uygulamaları nasıl yapacağımıza bakalım.. eğer bir içten yanmalı motorlu arabadan bahsediyor olsaydık düşük beygirlerden konuşamazdık çünkü trafiğe çıkması sakıncalı bir araç sözkonusu olurdu.. çünkü kalkış torku ve gücü çok düşük olacağı için park halinden akan bir trafiğe karışamazdı bile araç.. ancak bir elektrik motorunda son hızdan(yüksek güç=yüksek hız) feragat edip, elimizdeki süper tork a güvenerek şehir içinde düşük devirlerde çok rahat seyreden bir araç yapabiliriz.. 35-40 bg lik bir motor son hızı 130km civarında bir araba yaratabilir.. tabi 0-100 hızlanması 15 sn den fazla olur ama 0-40 hızlanması ve kalkışı bir çok arabadan daha hızlı olur.. bu da istanbullar için özellikle süper bir seçenek

o zaman nasıl başlayacağız ?? önce uygun bir motor bulnacak.. motorun sağlıklı çalışma aralığı, en yüksek deviri, verimi belirlenecek.. motorun sağlıklı çalıştığı en yüksek devrindeki üretebileceği güç belirlenecek ve aracımızın bu güç ile kaç km hız yapacağını belirleyeceğiz.. daha sonra aracın lastik çevresi ölçülecek, bu lastik ile en son hızda giderken kaç devir çevrilir bu hesaplanacak.. lastik deviri ile motor deviri arasındaki orana göre de bir yarı açık veya açık dişli kutusu ve dişliler sipariş edilecek.. böylece motor en yüksek devrinde araba da en yüksek hızına güvenli bir şekilde ulaşmış olacak.. daha sonra motorumuz dc ise kutup yönünü değiştiren, ac ise de faz sırasını değiştiren ve voltaj/frekans oranını arttırıp azaltabilen bir çevirici edinilecek veya yapılacak.. son olarak da istediğimiz gücü verebilecek şekilde paralel ya da seri bağladığımız şarjedilebilir aküler bir araya getirilecek ve gerekli transformatör ile çeviriciye bağlanacak.. sistem en basit haliyle bu .. bunu 2 beygirlik bir motor, basit bir çevirici ve 2 araba aküsü ile birlikte yaparsanız yarım saatte şarj olan ve 50 km den (belki çok daha) fazla giden bir motorsiklet elde edebilirsiniz.. bütün bu işlemlerdeki en pahalı 2 kısım aküler ve montaj olacağı için ben herkese motorsiklet fikrini öneriyorum..

quote:

Orijinalden alıntı: DeLiCe_DoLuCa

şimdi biraz motor seçimimden ve bazı yapısal özelliklerden bahsedeyim;
bir motorun içindeki dönen krank milinin malzemesi, kalınlığı ve ağırlığı motorun üreteceği en yüksek torkun genellikle 2 katına dayanacak şekilde seçilir.. ağır ve büyük bir mil araç yavaş bile gitse (hatta hiç gitmeyip rölantide bile dursa) hafif ve küçük bir mile göre kendini hareketli (yani döner halde) tutmak için daha çok güç harcayacaktır.. turbolu, büyük hacimli, yüksek torklu motorlar ( genellikle amerikan arabaları) bu yüzden çok yakıt harcarlar.. ancak honda gibi düşük torklu araçların milleri de ince yapılıdır .. honda nın yıllardır düşük yakıt sarfiyatlı motorlar üretiyor olmasının başlıca sırrı bu.. 105 bg 1.4 honda motoru 127 Nm torka sahip iken, 105 bg, 1.6 lt VW motorları ise 160-170 Nm torka sahipler.. peki tork az iken honda bu kadar beygiri nasıl elde ediyor ? bildiğiniz gibi güç demek tork ve devrin çarpımı demek.. ağır krank miline sahip VW motoru ancak 5700 devirde en yüksek gücüne ulaşırken hafif milli honda motoru 6500 devir civarında en yüksek gücüne ulaşıyor.. yani devir mi yüksek olsun tork mu sorusunda tasarruf ve performans sözkonusu ise devir dememiz gerekiyor.. ancak sadece belirli bir devirde en yüksek torkuna ulaşabilen benzinli motorlarda aracınızın 5000-6000 li devirlere çıkmasını beklemek biraz sıkıcı olabilir ..

quote:

Orijinalden alıntı: DeLiCe_DoLuCa



ayrıca kendi yazındaki yanlışlara gelirsek; 2 araç da o devirlerde yakın torklara ulaşıyorlar demişsin.. inan motor dünyasında 160 Nm ile 127Nm arasında büyük fark var.. 2 si de en az taşıdıkları değerin 2 katı olan şartlarda test ediliyorlar.. bir de bir başka örnek daha; normal bir 1.6 litre motor ile FSI motoru karşılaştıralım.. dizayn farklarını es geçip en temel değişiklerden bahsedeceğim; 1.6 motorun alaşımını aliminyum ile destekleyip biraz daha hafiflettiler bu 1, yakıt enjektörlerini doğrudan silindirin içine gömülü ve yüksek basınçlarda bile düzgün miktarda püskürtme yapabilecek bir teknolojiyle değiştirdiler bu da 2. son olarak da krank milini ince ve hafif hale getirdiler ve 1.6 lt motorda 153 ile 170 Nm arasında değişen tork seçeneklerini 143 e indirdiler.. bütün bunlar sonucunda 750 devir daha fazla çevirebilen ve ortalamada 1.5 lt daha az yakan, üstelik de 105 yerine 115 bg lik bir motor ortaya çıktı ..

quote:

Orijinalden alıntı: DeLiCe_DoLuCa


en kısa haliyle söyleyeceğim; uygun dişli oranlarına sahipseniz gücü tork u değil deviri arttırarak elde etmeye çalışmak hem içten yanmalı motorlar için hem de elektrikli motorlar için daha karlıdır.. ve yine tekrar söylüyorum tasarruf denen şey bundan ibaret değildir, çok karmaşık bir dizi detay içerir.. bu sadece olayın temelinde yatan fizik kanunlarından birisidir .. ancak belirli hız aralıkları dahilinde geçerli olmaktadır.. 18000 devir çeviren bir F1 aracının torku az bile olsa tasarruf sözkonusu olamaz .. çünkü bir yatakta dönen mil size (1/2.m.w^2) + (piston kuvveti x strok çapı x m x sürtünme katsayısı) kadar güç kaybettirir.. birinci parça kinetik enerjiyi, 2. parça da sürtünme kaybını temsil ediyor.. piston kuvveti x strok çapı= tork oluyor (aslında strok çapı diye birşey yok, piston kolunun krank miline çizdirdiği yuvarlağın çapından bahsediyorum) .. hız karesel olarak arttığı için çok yüksek devirlerde (misal wankel motorda) hızın yarattığı güç kaybı, torkun yarattığı güç kaybının çok üstünde oluyor.. formülün 2 tarafında da olan m=kütleyi yeni teknolojiler ve yeni alaşımlar kullanarak düşürmek ve 2. tarafta olan sürtünme katsayısını azaltmak bügün ar-ge lerin büyük yatırımlar yaparak üzerinde durduğu konulardan birisi..