Jak fungují elektrické motory a generátory

Elektrická vozidla se při pohonu spoléhají výhradně na elektrické motory a hybridy používají elektromotory k tomu, aby pomohly jejich motorům s vnitřním spalováním při lokomotivě. Ale to není všechno. Tyto samotné motory mohou být a jsou používány k výrobě elektřiny (prostřednictvím procesu regenerativní brzdění) pro nabíjení palubních baterií těchto vozidel.

Nejčastější otázkou je: „Jak to může být... jak to funguje? “Většina lidí chápe, že motor je poháněn elektřinou pro práci - vidí to každý den ve svých domácích spotřebičích (pračky, vysavače, zpracovatelé potravin).

Myšlenka, že motor může „běžet pozpátku“, ale ve skutečnosti vyrábí elektřinu, spíše než ji spotřebovává, se zdá téměř jako magie. Ale jakmile vztah mezi magnety a elektřinou (elektromagnetismus) a koncept uchování energie je pochopeno, záhada zmizí.

Výroba energie motoru a elektřiny začíná vlastností elektromagnetismu - fyzickým vztahem mezi magnetem a elektřinou. Elektromagnet je zařízení, které funguje jako magnet, ale jeho magnetická síla se projevuje a je řízena elektřinou.

Když se drát vyrobený z vodivého materiálu (například měď) pohybuje magnetickým polem, vytváří se v drátu proud (základní generátor). Naopak, když elektřina prochází drátem, který je navinut kolem železného jádra, a toto jádro je v přítomnosti magnetického pole, bude se pohybovat a kroužit (velmi základní motor).

Motor / generátory jsou opravdu jedno zařízení, které může běžet ve dvou opačných režimech. Na rozdíl od toho, co si lidé někdy myslí, to neznamená, že dva režimy motoru / generátoru běží zpět od sebe (že jako motor se zařízení otáčí v jednom směru a jako generátor otáčí opačně směr).

Hřídel se vždy točí stejným způsobem. „Změna směru“ je v proudu elektřiny. Jako motor spotřebovává elektřinu (proudí dovnitř) k výrobě mechanické energie a jako generátor spotřebovává mechanickou energii k výrobě elektřiny (vytéká ven).

Elektrický motor / generátory jsou obvykle jedním ze dvou typů, buď střídavý (střídavý proud) nebo stejnosměrný (stejnosměrný) Aktuální) a tato označení svědčí o druhu elektřiny, kterou spotřebují a generovat.

Aniž byste se dostali do přílišných podrobností a zamlžovali problém, je to rozdíl: střídavý proud mění směr (střídavě), jak protéká obvodem. Stejnosměrné proudy proudí jednosměrně (zůstávají stejné) při průchodu obvodem.

Typ použitého proudu se týká hlavně nákladů na jednotku a její účinnosti (AC motor / generátor je obecně dražší, ale také mnohem účinnější). Stačí říci, že většina hybridů a mnoho větších plně elektrických vozidel používá střídavé motory / generátory - takže na tento typ se v tomto vysvětlení zaměříme.

• Kotevní drátěná armatura na rotoru (rotor)
• Pole magnetů, které indukují elektrickou energii naskládanou vedle sebe v pouzdru (stator)
• Sběrací kroužky, které přenášejí střídavý proud do / z kotvy
• Kartáče, které přicházejí do styku s kluznými kroužky a přenášejí proud do / z elektrického obvodu

Kotva je poháněna mechanickým zdrojem energie (například v komerční výrobě elektrické energie by to byla parní turbína). Když se tento vinutý rotor otáčí, jeho cívka drátu prochází přes permanentní magnety ve statoru a elektrický vodič je vytvářen v drátech kotvy.

Ale protože každá jednotlivá smyčka ve cívce prochází nejprve severním pólem, pak jižním pólem každého z nich Když se magnet postupně otáčí na své ose, indukovaný proud se neustále a rychle mění směr. Každá změna směru se nazývá cyklus a měří se v cyklech za sekundu nebo v hertzech (Hz).

Ve Spojených státech je míra cyklu 60 Hz (60krát za sekundu), zatímco ve většině ostatních rozvinutých částí světa je to 50 Hz. Na každý z obou konců smyčky drátu rotoru jsou upevněny jednotlivé kluzné kroužky, které zajišťují cestu pro proud, který opouští armatura. Kartáče (ve skutečnosti jsou to uhlíkové kontakty) jezdí proti skluzu a dokončují cestu proudu do obvodu, ke kterému je připojen generátor.

Činnost motoru (dodávající mechanickou energii) je v podstatě obrácením činnosti generátoru. Místo toho, aby se armatura otáčela za účelem výroby elektřiny, je proud přiváděn obvodem, skrz kartáče a prokluzné kroužky a do armatury. Tento proud protékající rotorem (kotvou) vinutým vinutím jej mění na elektromagnet. Trvalé magnety ve statoru odpuzují tuto elektromagnetickou sílu, což způsobí otáčení kotvy. Dokud bude obvodem proudit elektřina, motor bude běžet.