Hur elmotorer och generatorer fungerar

Elektriska fordon förlitar sig uteslutande på elektriska motorer för framdrivning, och hybrider använder elmotorer för att hjälpa deras förbränningsmotorer för rörelse. Men det är inte allt. Dessa mycket motorer kan och används för att generera elektricitet (genom processen med regenerativ bromsning) för laddning av dessa fordons batterier ombord.

Den vanligaste frågan är: "Hur kan det vara... hur fungerar det? "De flesta förstår att en motor drivs med el för att göra arbete - de ser det varje dag i sina hushållsapparater (tvättmaskiner, dammsugare, matprocessorer).

Men idén att en motor kan "köra bakåt", faktiskt generera el snarare än att konsumera den verkar nästan som magi. Men när förhållandet mellan magneter och elektricitet (elektromagnetism) och begreppet bevarande av energi förstås, försvinner mysteriet.

Motorkraft och elproduktion börjar med egenskapen elektromagnetism - det fysiska förhållandet mellan en magnet och elektricitet. En elektromagnet är en enhet som fungerar som en magnet, men dess magnetiska kraft manifesteras och styrs av elektricitet.

När tråd tillverkad av ledande material (till exempel koppar) rör sig genom ett magnetfält, skapas ström i tråden (en rudimentär generator). Omvänt, när elektricitet passeras genom en tråd som lindas runt en järnkärna, och denna kärna är i närvaro av ett magnetfält, kommer den att röra sig och vridas (en mycket grundläggande motor).

Motor / generatorer är verkligen en enhet som kan köras i två motsatta lägen. Till skillnad från vad folk ibland tycker, betyder det inte att de två lägena för motorn / generatorn går bakåt från varandra (att som en motor vänder enheten i en riktning och som en generator, vänder den motsatt riktning).

Axeln snurrar alltid på samma sätt. "Riktningsförändring" är i strömmen av el. Som motor förbrukar den elektricitet (strömmar in) för att producera mekanisk kraft, och som generator förbrukar den mekanisk kraft för att producera elektricitet (flyter ut).

Elmotorer / generatorer är vanligtvis en av två typer, antingen växelström (växelström) eller likström (direkt) Aktuell) och dessa beteckningar är indikativa för den typ av elektricitet som de förbrukar och generera.

Utan att gå in i för mycket detaljer och förklara problemet är detta skillnaden: AC-ström ändrar riktning (växlar) när den flyter genom en krets. DC-strömmar flödar i riktning (förblir desamma) när de går igenom en krets.

Den använda strömtypen handlar mest om enhetens kostnader och dess effektivitet (En växelströmsmotor / generator är i allmänhet dyrare, men är också mycket effektivare). Det räcker med att säga att de flesta hybrider och många större elektriska fordon använder växelströmsmotor / generatorer - så det är den typ vi kommer att fokusera på i denna förklaring.

• En axelmonterad tråd lindad armatur (rotor)
• Ett fält av magneter som inducerar elektrisk energi staplat sida vid sida i ett hölje (stator)
• Glidringar som transporterar växelströmmen till / från ankaret
• Borstar som kommer i kontakt med glidringarna och överför ström till / från den elektriska kretsen

Ankaret drivs av en mekanisk kraftkälla (till exempel i kommersiell elproduktion skulle det vara en ångturbin). När denna sårrotor snurrar passerar dess trådspole över de permanenta magneterna i statorn och en elektrisk ström skapas i ankarets ledningar.

Men eftersom varje enskild slinga i spolen passerar först nordpolen och sedan den södra polen för varje magnet sekventiellt när den roterar på sin axel förändras den inducerade strömmen kontinuerligt och snabbt riktning. Varje riktningsförändring kallas en cykel, och den mäts i cykler per sekund eller hertz (Hz).

I USA är cykelfrekvensen 60 Hz (60 gånger per sekund), medan den i de flesta andra utvecklade delar av världen är 50 Hz. Individuella glidringar är monterade på var och en av de två ändarna av rotorns trådögla för att ge en bana för strömmen att lämna armatur. Borstar (som faktiskt är kolkontakter) kör mot glidringarna och slutför banan för strömmen in i den krets som generatorn är kopplad till.

Motorverkan (tillhandahåller mekanisk kraft) är i huvudsak motsatsen till generatorverkan. I stället för att snurra ankaret för att skapa elektricitet matas strömmen av en krets, genom borstarna och glidringarna och in i ankaret. Denna ström som flödar genom spiralsårrotorn (armatur) förvandlar den till en elektromagnet. De permanenta magneterna i statorn avvisar denna elektromagnetiska kraft som får ankaret att snurra. Så länge el strömmar genom kretsen, kommer motorn att gå.