Cum funcționează motoarele electrice și generatoarele

Vehiculele electrice se bazează exclusiv pe motoare electrice pentru propulsie, iar hibrizii folosesc motoare electrice pentru a ajuta motoarele cu combustie internă pentru locomoție. Dar asta nu este tot. Aceste motoare pot fi și sunt utilizate pentru a genera electricitate (prin procesul de frânare regenerativă) pentru încărcarea bateriilor de bord ale acestor vehicule.

Cea mai comună întrebare este: „Cum poate fi asta… cum funcționează asta?” Cei mai mulți oameni înțeleg că un motor este alimentat de electricitate pentru a lucra - îl văd în fiecare zi în aparatele de uz casnic (mașini de spălat, aspiratoare, procesoare alimentare).

Dar ideea că un motor poate „merge înapoi”, de fapt, generează energie electrică și nu consumă, pare aproape magic. Dar, odată ce relația dintre magneți și electricitate (electromagnetism) și conceptul de conservare a energiei este înțeleasă, misterul dispare.

electromagnetism

Generarea de energie electrică și electricitate începe cu proprietatea electromagnetismului - relația fizică dintre un magnet și electricitate. Un electromagnet este un dispozitiv care acționează ca un magnet, dar forța sa magnetică este manifestată și controlată de electricitate.

Când sârma din material conductor (cupru, de exemplu) se deplasează printr-un câmp magnetic, se creează curent în sârmă (un generator rudimentar). În schimb, când energia electrică este trecută printr-un fir care este înfășurat în jurul unui miez de fier și acest miez este în prezența unui câmp magnetic, acesta se va mișca și se va răsuci (un motor foarte de bază).

Motor / Generatoare

Motorul / generatoarele sunt într-adevăr un dispozitiv care poate funcționa în două moduri opuse. Spre deosebire de ceea ce cred oamenii uneori, asta nu înseamnă că cele două moduri ale motorului / generatorului rulează înapoi unul de celălalt (că, ca motor, dispozitivul se întoarce într-o direcție și ca generator, se întoarce în sens invers).

Arborele se învârte întotdeauna la fel. „Schimbarea de direcție” este în fluxul de electricitate. Ca motor, consumă energie electrică (intră) pentru a produce energie mecanică, iar ca generator, consumă energie mecanică pentru a produce energie electrică (curge).

Rotire electromecanică

Motorul / generatoarele electrice sunt în general unul de două tipuri, fie ca (curent alternativ), fie cu curent continuu (curent continuu), iar respectivele denumiri indică tipul de electricitate pe care îl consumă și îl generează.

Fără a intra în detalii prea mari și înnegrirea problemei, aceasta este diferența: curentul alternativ schimbă direcția (alternează) pe măsură ce curge printr-un circuit. Curenții de curent continuu circulă uni-direcțional (rămâne la fel) pe măsură ce trece printr-un circuit.

Tipul de curent utilizat este preocupat mai ales de costul unității și de eficiența acesteia (un motor / generator de curent alternativ este în general mai scump, dar este, de asemenea, mult mai eficient). Este suficient să spunem că majoritatea hibrizilor și multe vehicule electrice mai mari folosesc generatoare de curent alternativ, astfel încât acesta este tipul pe care ne vom concentra în această explicație.

Un motor / generator de curent alternativ este format din 4 părți principale:

• O armătură de sârmă montată pe arbore (rotor)
• Un câmp de magneți care induce energie electrică stivuită unul lângă altul într-o carcasă (stator)
• Inelele de alunecare care transportă curentul alternativ spre / dinspre armătură
• Perii care contactează inelele de alunecare și transferă curentul către / din circuitul electric

Generator de AC în acțiune

Armatura este condusă de o sursă mecanică de energie (de exemplu, în producția comercială de energie electrică ar fi o turbină cu abur). Pe măsură ce acest rotor se învârte, bobina de sârmă trece peste magneții permanenți în stator și se creează un curent electric în firele armăturii.

Dar, deoarece fiecare buclă individuală din bobină trece mai întâi polul nord, apoi polul sud al fiecărui magnet în mod secvențial în timp ce se rotește pe axa sa, curentul indus continuu și schimbă rapid direcția. Fiecare schimbare de direcție se numește ciclu și se măsoară în cicluri pe secundă sau hertz (Hz).

În Statele Unite, rata ciclului este de 60 Hz (de 60 de ori pe secundă), în timp ce în majoritatea celorlalte părți ale lumii dezvoltate este de 50 Hz. Inele de alunecare individuale sunt montate pe fiecare dintre cele două capete ale buclei de sârmă a rotorului pentru a asigura o cale pentru ca curentul să părăsească armatura. Perii (care sunt de fapt contacte de carbon) se deplasează împotriva inelelor de alunecare și completează calea pentru curentul în circuitul la care este atașat generatorul.