Hoe elektrische motoren en generatoren werken

Elektrische voertuigen vertrouwen uitsluitend op elektromotoren voor de aandrijving, en hybriden gebruiken elektromotoren om hun verbrandingsmotoren te helpen bij het voortbewegen. Maar dat is niet alles. Deze motoren kunnen en worden gebruikt om elektriciteit op te wekken (door middel van regeneratief remmen) voor het opladen van de batterijen aan boord van deze voertuigen.

De meest voorkomende vraag is: "Hoe kan dat ... hoe werkt dat?" De meeste mensen begrijpen dat een motor wordt aangedreven door elektriciteit om werk te doen - ze zien het elke dag in hun huishoudelijke apparaten (wasmachines, stofzuigers, keukenmachines).

Maar het idee dat een motor 'achteruit kan lopen', en eigenlijk elektriciteit opwekt in plaats van deze te verbruiken, lijkt bijna magisch. Maar zodra de relatie tussen magneten en elektriciteit (elektromagnetisme) en het concept van behoud van energie is begrepen, verdwijnt het mysterie.

electromagnetisme

Motorvermogen en elektriciteitsproductie beginnen met de eigenschap van elektromagnetisme - de fysieke relatie tussen een magneet en elektriciteit. Een elektromagneet is een apparaat dat werkt als een magneet, maar de magnetische kracht ervan wordt gemanifesteerd en geregeld door elektriciteit.

Wanneer draad van geleidend materiaal (bijvoorbeeld koper) door een magnetisch veld beweegt, ontstaat stroom in de draad (een rudimentaire generator). Omgekeerd, wanneer elektriciteit wordt geleid door een draad die rond een ijzeren kern is gewikkeld en deze kern in de aanwezigheid van een magnetisch veld is, zal deze bewegen en draaien (een zeer basismotor).

Motor / Generators

Motor / generatoren zijn eigenlijk één apparaat dat in twee tegenovergestelde modi kan werken. In tegenstelling tot wat mensen soms denken, betekent dit niet dat de twee modi van de motor / generator achteruit lopen van elkaar (dat het apparaat als motor in één richting draait en als generator in tegenovergestelde richting).

De as draait altijd op dezelfde manier. De "verandering van richting" zit in de stroom van elektriciteit. Als motor verbruikt hij elektriciteit (stroomt in) om mechanisch vermogen te maken, en als generator verbruikt hij mechanisch vermogen om elektriciteit te produceren (stroomt uit).

Elektromechanische rotatie

Elektromotor / generatoren zijn over het algemeen een van de twee soorten, ofwel AC (wisselstroom) of DC (gelijkstroom) en die aanduidingen zijn indicatief voor het type elektriciteit dat ze verbruiken en genereren.

Zonder te veel in detail te treden en het probleem te vertroebelen, is dit het verschil: wisselstroom verandert van richting (afwisselend) terwijl deze door een circuit stroomt. DC-stromen vloeien unidirectioneel (blijven hetzelfde) als ze door een circuit gaan.

Het gebruikte type stroom houdt zich voornamelijk bezig met de kosten van de eenheid en de efficiëntie ervan (een AC-motor / generator is over het algemeen duurder, maar is ook veel efficiënter). Het volstaat te zeggen dat de meeste hybriden en veel grotere volledig elektrische voertuigen AC-motoren / generatoren gebruiken - dus dat is het type waarop we ons in deze uitleg zullen concentreren.

Een AC-motor / generator bestaat uit 4 hoofdonderdelen:

• Een op de as gemonteerd draadgewonden armatuur (rotor)
• Een veld met magneten die elektrische energie opwekken die naast elkaar in een behuizing is gestapeld (stator)
• Sleepringen die de wisselstroom van / naar het anker voeren
• Borstels die contact maken met de sleepringen en stroom overbrengen naar / van het elektrische circuit

De wisselstroomgenerator in actie

Het anker wordt aangedreven door een mechanische krachtbron (bijvoorbeeld bij commerciële elektriciteitsproductie zou het een stoomturbine zijn). Terwijl deze wondrotor draait, gaat zijn draadspoel over de permanente magneten in de stator en ontstaat er een elektrische stroom in de draden van het anker.

Maar omdat elke afzonderlijke lus in de spoel eerst de noordpool passeert en vervolgens de zuidpool van elke magneet opeenvolgend terwijl deze om zijn as roteert, verandert de geïnduceerde stroom continu en snel van richting. Elke verandering van richting wordt een cyclus genoemd en wordt gemeten in cycli per seconde of Hertz (Hz).

In de Verenigde Staten is de cyclussnelheid 60 Hz (60 keer per seconde), terwijl dit in de meeste andere ontwikkelde delen van de wereld 50 Hz is. Individuele sleepringen zijn aangebracht op elk van de twee uiteinden van de draadlus van de rotor om een ​​pad te bieden voor de stroom om het anker te verlaten. Borstels (die in feite koolstofcontacten zijn) rijden tegen de sleepringen en voltooien het pad voor de stroom in het circuit waarop de generator is bevestigd.