Как работают электродвигатели и генераторы

Электромобили используют исключительно электродвигатели для движения, а гибриды используют электродвигатели, чтобы помочь своим двигателям внутреннего сгорания в передвижении. Но это не все. Эти самые двигатели могут быть использованы и используются для выработки электроэнергии (в процессе рекуперативное торможение) для зарядки бортовых аккумуляторов этих транспортных средств.

Самый распространенный вопрос: «Как это может быть... как это работает? »Большинство людей понимают, что для работы двигателя используется электричество - они видят его каждый день в своих бытовых приборах (стиральные машины, пылесосы, кухонные комбайны).

Но идея о том, что двигатель может «работать задом наперед», фактически генерируя электричество, а не потребляя его, кажется почти волшебством. Но однажды связь между магнитами и электричеством (электромагнетизм) и концепция сохранение энергии Понятно, тайна исчезает.

Мощность двигателя и выработка электроэнергии начинаются с свойства электромагнетизма - физического отношения между магнитом и электричеством. Электромагнит - это устройство, которое действует как магнит, но его магнитная сила проявляется и контролируется электричеством.

Когда провод, изготовленный из проводящего материала (например, меди), движется в магнитном поле, в проводе (элементарном генераторе) создается ток. И наоборот, когда электричество пропускается через провод, намотанный вокруг железного сердечника, и этот сердечник находится в присутствии магнитного поля, он будет двигаться и закручиваться (очень простой двигатель).

Моторы / генераторы - это действительно одно устройство, которое может работать в двух противоположных режимах. Вопреки тому, что иногда думают люди, это не означает, что два режима двигателя / генератора работают в обратном направлении. друг от друга (что, как двигатель, устройство вращается в одном направлении, а как генератор, оно поворачивает противоположное направление).

Вал всегда вращается одинаково. «Смена направления» заключается в потоке электричества. Как двигатель, он потребляет электроэнергию (поступает) для производства механической энергии, а как генератор он потребляет механическую энергию для производства электроэнергии (вытекает).

Электродвигатели / генераторы, как правило, одного из двух типов: переменного (переменного тока) или постоянного тока (постоянного тока). Текущий) и эти обозначения указывают на тип электроэнергии, которую они потребляют и генерировать.

Не вдаваясь в подробности и затуманивая проблему, это разница: переменный ток меняет направление (чередуется), как он течет через цепь. Постоянный ток течет в одном направлении (остается неизменным) при прохождении через цепь.

Тип используемого тока в основном касается стоимости устройства и его эффективности (двигатель / генератор переменного тока, как правило, более дорогой, но и гораздо более эффективный). Достаточно сказать, что большинство гибридов и много больших электромобилей используют двигатели / генераторы переменного тока - именно на этом типе мы сосредоточимся в этом объяснении.

• Проволочная арматура на валу (ротор)
• Поле магнитов, которые индуцируют электрическую энергию, уложенную бок о бок в корпус (статор)
• Кольца скольжения, которые проводят переменный ток к / от якоря
• Щетки, которые контактируют с контактными кольцами и передают ток в / из электрической цепи

Якорь приводится в действие механическим источником энергии (например, при производстве электроэнергии это будет паровая турбина). Когда этот намотанный ротор вращается, его проволочная катушка проходит над постоянными магнитами в статоре, и в проводах якоря создается электрический ток.

Но поскольку каждая отдельная петля в катушке проходит сначала северный полюс, а затем южный полюс каждого магнит последовательно, когда он вращается вокруг своей оси, индуцированный ток постоянно и быстро изменяется направление. Каждое изменение направления называется циклом, и оно измеряется в циклах в секунду или в герцах (Гц).

В Соединенных Штатах частота цикла составляет 60 Гц (60 раз в секунду), тогда как в большинстве других развитых стран мира она составляет 50 Гц. Отдельные контактные кольца установлены на каждом из двух концов проволочной петли ротора, чтобы обеспечить путь для прохождения тока. арматура. Щетки (которые на самом деле являются углеродными контактами) соприкасаются с контактными кольцами и завершают путь для тока в цепи, к которой подключен генератор.

Действие двигателя (подача механической энергии), по сути, является противоположностью действия генератора. Вместо того, чтобы вращать якорь для производства электричества, ток подается по цепи через щетки и контактные кольца и в якорь. Этот ток, протекающий через катушку намотанного ротора (якоря), превращает его в электромагнит. Постоянные магниты в статоре отражают эту электромагнитную силу, вызывающую вращение якоря. Пока электричество течет по цепи, двигатель будет работать.