Jak działają silniki elektryczne i generatory

Pojazdy elektryczne polegają wyłącznie na silnikach elektrycznych do napędu, a hybrydy wykorzystują silniki elektryczne do wspomagania swoich silników spalinowych w ruchu. Ale to nie wszystko. Te same silniki mogą i są wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej (w procesie hamowanie regeneracyjne) do ładowania akumulatorów pokładowych tych pojazdów.

Najczęstsze pytanie brzmi: „Jak to możliwe… jak to działa? ”Większość ludzi rozumie, że silnik jest zasilany energią elektryczną w celu wykonywania pracy - widzą go codziennie w swoich urządzeniach gospodarstwa domowego (pralki, odkurzacze, roboty kuchenne).

Ale idea, że ​​silnik może „jechać do tyłu”, faktycznie generując energię elektryczną, zamiast ją konsumować, wydaje się niemal magią. Ale kiedyś związek między magnesami a elektrycznością (elektromagnetyzm) i pojęciem zachowanie energii jest zrozumiałe, tajemnica znika.

Generowanie mocy silnika i elektryczności zaczyna się od właściwości elektromagnetyzmu - fizycznej zależności między magnesem a elektrycznością. Elektromagnes to urządzenie, które działa jak magnes, ale jego siła magnetyczna jest manifestowana i kontrolowana przez elektryczność.

Gdy drut wykonany z materiału przewodzącego (na przykład miedź) porusza się w polu magnetycznym, prąd powstaje w drucie (prymitywny generator). I odwrotnie, gdy elektryczność przepływa przez drut owinięty wokół żelaznego rdzenia, a rdzeń ten znajduje się w obecności pola magnetycznego, będzie się on poruszał i skręcał (bardzo podstawowy silnik).

Silnik / prądnica to tak naprawdę jedno urządzenie, które może działać w dwóch przeciwnych trybach. W przeciwieństwie do tego, co ludzie czasem myślą, nie oznacza to, że dwa tryby silnika / generatora biegną do tyłu od siebie (że jako silnik urządzenie obraca się w jednym kierunku, a jako generator obraca się w przeciwnym kierunku kierunek).

Wałek obraca się zawsze w ten sam sposób. „Zmiana kierunku” zachodzi w przepływie elektryczności. Jako silnik zużywa energię elektryczną (napływa) do wytworzenia mocy mechanicznej, a jako generator zużywa moc mechaniczną do produkcji energii elektrycznej (wypływa).

Silnik elektryczny / generatory są generalnie jednym z dwóch rodzajów: AC (prąd przemienny) lub DC (bezpośredni) Obecny) i te oznaczenia wskazują rodzaj zużywanej energii elektrycznej Generować.

Nie wdając się w zbyt wiele szczegółów i nie zaciemniając problemu, jest różnica: prąd przemienny zmienia kierunek (zmienia się), gdy przepływa przez obwód. Prądy prądu stałego przepływają jednokierunkowo (pozostają takie same) podczas przepływu przez obwód.

Rodzaj wykorzystywanego prądu dotyczy głównie kosztu urządzenia i jego wydajności (silnik / generator prądu przemiennego jest generalnie droższy, ale także znacznie bardziej wydajny). Wystarczy powiedzieć, że większość hybryd i wiele większych pojazdów całkowicie elektrycznych korzysta z silnika / generatora prądu przemiennego - więc na tym rodzaju skupimy się w tym objaśnieniu.

• Montowany na wale zwój twornika (wirnik)
• Pole magnesów indukujących energię elektryczną ułożone obok siebie w obudowie (stojanie)
• Pierścienie ślizgowe, które przenoszą prąd przemienny do / ze zwory
• Szczotki, które stykają się z pierścieniami ślizgowymi i przenoszą prąd do / z obwodu elektrycznego

Armatura napędzana jest mechanicznym źródłem energii (na przykład w komercyjnej produkcji energii elektrycznej byłaby to turbina parowa). Gdy ten uzwojony wirnik obraca się, jego cewka z drutu przechodzi przez magnesy stałe w stojanie, a w drutach twornika wytwarzany jest prąd elektryczny.

Ale ponieważ każda pojedyncza pętla w cewce przechodzi najpierw biegun północny, a następnie biegun południowy każdego magnes sekwencyjnie obracając się wokół własnej osi, prąd indukowany zmienia się w sposób ciągły i szybki kierunek. Każda zmiana kierunku nazywana jest cyklem i jest mierzona w cyklach na sekundę lub hercach (Hz).

W Stanach Zjednoczonych częstotliwość cyklu wynosi 60 Hz (60 razy na sekundę), podczas gdy w większości innych rozwiniętych części świata wynosi ona 50 Hz. Poszczególne pierścienie ślizgowe są przymocowane do każdego z dwóch końców pętli drucianej wirnika, aby zapewnić ścieżkę dla prądu opuszczającego armatura. Szczotki (które w rzeczywistości są stykami węglowymi) przesuwają się po pierścieniach ślizgowych i uzupełniają ścieżkę przepływu prądu do obwodu, do którego podłączony jest generator.

Działanie silnika (dostarczanie mocy mechanicznej) jest zasadniczo odwrotnością działania generatora. Zamiast obracać zworę w celu wytworzenia prądu, prąd jest podawany przez obwód, przez szczotki i pierścienie ślizgowe do zwory. Ten prąd przepływający przez wirnik (zwój) cewki zamienia go w elektromagnes. Magnesy trwałe w stojanie odpychają tę siłę elektromagnetyczną, powodując wirowanie twornika. Dopóki prąd przepływa przez obwód, silnik będzie pracował.