Πώς λειτουργούν οι ηλεκτροκινητήρες και οι γεννήτριες

Τα ηλεκτρικά οχήματα βασίζονται αποκλειστικά σε ηλεκτροκινητήρες για πρόωση και τα υβριδικά χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες για να βοηθήσουν τους κινητήρες εσωτερικής καύσης τους για μετακίνηση. Αλλά αυτό δεν είναι όλα. Αυτοί οι ίδιοι οι κινητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν και να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρισμού (μέσω της διαδικασίας του αναζωογονητική πέδηση) για τη φόρτιση των μπαταριών αυτών των οχημάτων.

Η πιο συνηθισμένη ερώτηση είναι: "Πώς μπορεί αυτό να είναι... πώς αυτοί δουλεύουν; "Οι περισσότεροι λαοί καταλαβαίνουν ότι ένας κινητήρας τροφοδοτείται από ηλεκτρική ενέργεια για να δουλεύει - το βλέπουν καθημερινά στις οικιακές τους συσκευές (πλυντήρια, ηλεκτρικές σκούπες, επεξεργαστές τροφίμων).

Αλλά η ιδέα ότι ένας κινητήρας μπορεί να "τρέξει προς τα πίσω", πράγμα που παράγει ηλεκτρικό ρεύμα αντί να το καταναλώνει φαίνεται σχεδόν σαν μαγικό. Αλλά από τη στιγμή που η σχέση μεταξύ μαγνητών και ηλεκτρισμού (ηλεκτρομαγνητισμός) και η έννοια του διατήρηση της ενέργειας είναι κατανοητό, το μυστήριο εξαφανίζεται.

Η ισχύς του κινητήρα και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας αρχίζουν με την ιδιότητα του ηλεκτρομαγνητισμού - τη φυσική σχέση μεταξύ ενός μαγνήτη και του ηλεκτρισμού. Ένας ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που λειτουργεί σαν μαγνήτης, αλλά η μαγνητική της δύναμη εκδηλώνεται και ελέγχεται από τον ηλεκτρισμό.

Όταν ένα καλώδιο που κατασκευάζεται από αγώγιμο υλικό (χαλκός, για παράδειγμα) μετακινείται μέσω ενός μαγνητικού πεδίου, δημιουργείται ρεύμα στο σύρμα (μια υποτυπώδης γεννήτρια). Αντίθετα, όταν το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα σύρμα που τυλίγεται γύρω από έναν πυρήνα σιδήρου, και αυτός ο πυρήνας είναι παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου, θα κινηθεί και θα στρίψει (ένας πολύ βασικός κινητήρας).

Οι κινητήρες / γεννήτριες είναι μια συσκευή που μπορεί να λειτουργήσει σε δύο αντίθετες λειτουργίες. Σε αντίθεση με ό, τι σκέφτονται συχνά οι λαοί, αυτό δεν σημαίνει ότι οι δύο τρόποι λειτουργίας του κινητήρα / γεννήτρια τρέχουν προς τα πίσω από την άλλη (ότι ως κινητήρας η συσκευή γυρίζει προς μία κατεύθυνση και ως γεννήτρια, γυρίζει το αντίθετο κατεύθυνση).

Ο άξονας γυρίζει πάντα με τον ίδιο τρόπο. Η "αλλαγή κατεύθυνσης" είναι στη ροή του ηλεκτρισμού. Ως κινητήρας, καταναλώνει ηλεκτρική ενέργεια (ρέει μέσα) για να κάνει μηχανική ενέργεια, και ως γεννήτρια καταναλώνει μηχανική ενέργεια για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας (ρέει έξω).

Οι ηλεκτροκινητήρες / γεννήτριες είναι γενικά ένας από τους δύο τύπους, είτε AC (εναλλασσόμενο ρεύμα) είτε DC (απευθείας Current) και οι εν λόγω ονομασίες είναι ενδεικτικές του τύπου ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνουν και παράγω.

Χωρίς να πάρει πάρα πολύ λεπτομέρεια και θόλωση του θέματος, αυτή είναι η διαφορά: AC ρεύμα αλλάζει κατεύθυνση (εναλλασσόμενα) καθώς ρέει μέσω ενός κυκλώματος. Τα ρεύματα DC ρέουν μονοφασικά (παραμένουν τα ίδια) καθώς περνούν από ένα κύκλωμα.

Ο τύπος του χρησιμοποιούμενου ρεύματος αφορά κυρίως το κόστος της μονάδας και την αποδοτικότητά της (ένας κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος / γεννήτρια είναι γενικά πιο ακριβός, αλλά είναι επίσης πολύ πιο αποδοτικός). Αρκεί να πούμε ότι τα περισσότερα υβριδικά οχήματα και πολλά μεγαλύτερα ηλεκτροκίνητα οχήματα χρησιμοποιούν ηλεκτροκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος / γεννήτριες - γι 'αυτό θα επικεντρωθούμε στην εξήγηση αυτή.

• Ένα οπλισμό που έχει τοποθετηθεί σε άτρακτο (ρότορα)
• Ένα πεδίο μαγνητών που παράγει ηλεκτρική ενέργεια στοιβαγμένο δίπλα-δίπλα σε ένα περίβλημα (στάτορα)
• Αφαιρέστε τα δαχτυλίδια που φέρουν το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος προς / από το οπλισμό
• Βούρτσες που έρχονται σε επαφή με τους δακτύλιους ολίσθησης και μεταφέρουν ρεύμα από / προς το ηλεκτρικό κύκλωμα

Ο οπλισμός κινείται από μια μηχανική πηγή ενέργειας (για παράδειγμα, στην εμπορική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα ήταν μια ατμοστρόβιλος). Καθώς αυτός ο περιστρεφόμενος ρότορας περιστρέφεται, το συρμάτινο σύρμα περνά πάνω από τους μόνιμους μαγνήτες στον στάτορα και δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα στα σύρματα του οπλισμού.

Αλλά επειδή κάθε μεμονωμένος βρόχος στο πηνίο περνάει πρώτα από τον βόρειο πόλο, τότε από τον νότιο πόλο του καθενός μαγνήτη διαδοχικά καθώς περιστρέφεται στον άξονά του, το επαγόμενο ρεύμα συνεχώς και γρήγορα αλλάζει κατεύθυνση. Κάθε αλλαγή κατεύθυνσης ονομάζεται κύκλος και μετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο ή σε Hz (Hz).

Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο ρυθμός κύκλου είναι 60 Hz (60 φορές ανά δευτερόλεπτο), ενώ στα περισσότερα άλλα ανεπτυγμένα μέρη του κόσμου είναι 50 Hz. Οι ατομικοί δακτύλιοι ολίσθησης τοποθετούνται σε κάθε ένα από τα δύο άκρα του βρόχου σύρματος του δρομέα για να παρέχουν μια διαδρομή για την έξοδο του ρεύματος από το ρεύμα οπλισμός. Οι βούρτσες (οι οποίες είναι πραγματικά επαφές άνθρακα) κινούνται ενάντια στους δακτυλίους ολίσθησης και ολοκληρώνουν τη διαδρομή για το ρεύμα στο κύκλωμα στο οποίο είναι συνδεδεμένη η γεννήτρια.

Η ενέργεια του κινητήρα (παροχή μηχανικής ενέργειας) είναι, στην ουσία, η αντίστροφη ενέργεια της γεννήτριας. Αντί να περιστρέφει το οπλισμό για να κάνει ηλεκτρική ενέργεια, το ρεύμα τροφοδοτείται από ένα κύκλωμα, μέσα από τις βούρτσες και τους δακτυλίους και μέσα στο οπλισμό. Αυτό το ρεύμα που ρέει διαμέσου του ρότορα περιστρεφόμενου πηνίου (οπλισμού) το μετατρέπει σε ηλεκτρομαγνήτη. Οι μόνιμοι μαγνήτες στο στάτορα απωθεί αυτή την ηλεκτρομαγνητική δύναμη προκαλώντας την περιστροφή του οπλισμού. Όσο η ηλεκτρική ενέργεια ρέει μέσω του κυκλώματος, ο κινητήρας θα λειτουργεί.