Wie Elektromotoren und Generatoren funktionieren

Elektrofahrzeuge sind ausschließlich auf Elektromotoren angewiesen, und Hybride verwenden Elektromotoren, um ihre Verbrennungsmotoren bei der Fortbewegung zu unterstützen. Aber das ist nicht alles. Diese Motoren können und werden zur Stromerzeugung verwendet (durch den Prozess von regeneratives Bremsen) zum Laden der Bordbatterien dieser Fahrzeuge.

Die häufigste Frage ist: "Wie kann das sein... Wie funktioniert das? "Die meisten Leute verstehen, dass ein Motor für ihre Arbeit mit Elektrizität betrieben wird - sie sehen ihn jeden Tag in ihren Haushaltsgeräten (Waschmaschinen, Staubsauger, Küchenmaschinen).

Aber die Idee, dass ein Motor "rückwärts laufen" kann und tatsächlich Strom erzeugt, anstatt ihn zu verbrauchen, scheint fast wie Magie. Aber einmal die Beziehung zwischen Magneten und Elektrizität (Elektromagnetismus) und das Konzept von Energieeinsparung verstanden wird, verschwindet das Geheimnis.

Motorische Energie und Stromerzeugung beginnen mit der Eigenschaft des Elektromagnetismus - der physikalischen Beziehung zwischen einem Magneten und Elektrizität. Ein Elektromagnet ist ein Gerät, das wie ein Magnet wirkt, dessen Magnetkraft sich jedoch durch Elektrizität manifestiert und steuert.

Wenn sich ein Draht aus leitendem Material (z. B. Kupfer) durch ein Magnetfeld bewegt, wird im Draht (einem rudimentären Generator) Strom erzeugt. Wenn umgekehrt Elektrizität durch einen Draht geleitet wird, der um einen Eisenkern gewickelt ist, und dieser Kern sich in Gegenwart eines Magnetfelds befindet, bewegt er sich und verdreht sich (ein sehr grundlegender Motor).

Motor / Generatoren sind wirklich ein Gerät, das in zwei entgegengesetzten Modi betrieben werden kann. Im Gegensatz zu dem, was die Leute manchmal denken, bedeutet dies nicht, dass die beiden Modi des Motors / Generators rückwärts laufen voneinander (dass sich das Gerät als Motor in eine Richtung und als Generator in die entgegengesetzte Richtung dreht Richtung).

Die Welle dreht sich immer gleich. Der "Richtungswechsel" liegt im Stromfluss. Als Motor verbraucht er Strom (fließt ein), um mechanische Energie zu erzeugen, und als Generator verbraucht er mechanische Energie, um Elektrizität zu erzeugen (fließt heraus).

Elektromotoren / Generatoren sind im Allgemeinen eine von zwei Arten, entweder Wechselstrom (Wechselstrom) oder Gleichstrom (Direktstrom) Strom) und diese Bezeichnungen geben die Art des Stroms an, den sie verbrauchen, und generieren.

Ohne zu sehr ins Detail zu gehen und das Problem zu trüben, ist dies der Unterschied: Wechselstrom ändert die Richtung (wechselt), wenn es durch einen Stromkreis fließt. Gleichströme fließen unidirektional (bleiben gleich), wenn sie durch einen Stromkreis fließen.

Die Art des verwendeten Stroms hängt hauptsächlich von den Kosten des Geräts und seinem Wirkungsgrad ab (ein Wechselstrommotor / -generator ist im Allgemeinen teurer, aber auch viel effizienter). Es genügt zu sagen, dass die meisten Hybride und viele größere vollelektrische Fahrzeuge Wechselstrommotoren / -generatoren verwenden - auf diesen Typ konzentrieren wir uns in dieser Erklärung.

• Ein wellenmontierter Drahtanker (Rotor)
• Ein Magnetfeld, das elektrische Energie induziert, die nebeneinander in einem Gehäuse (Stator) gestapelt ist.
• Schleifringe, die den Wechselstrom zum / vom Anker führen
• Bürsten, die die Schleifringe berühren und Strom zum / vom Stromkreis übertragen

Der Anker wird von einer mechanischen Energiequelle angetrieben (bei der kommerziellen Stromerzeugung wäre es beispielsweise eine Dampfturbine). Während sich dieser gewickelte Rotor dreht, läuft seine Drahtspule über die Permanentmagnete im Stator und es wird ein elektrischer Strom in den Drähten des Ankers erzeugt.

Aber weil jede einzelne Schleife in der Spule zuerst den Nordpol und dann den Südpol von jeder durchläuft Wenn sich der Magnet nacheinander um seine Achse dreht, ändert sich der induzierte Strom kontinuierlich und schnell Richtung. Jede Richtungsänderung wird als Zyklus bezeichnet und in Zyklen pro Sekunde oder Hertz (Hz) gemessen.

In den Vereinigten Staaten beträgt die Zyklusrate 60 Hz (60 Mal pro Sekunde), während sie in den meisten anderen entwickelten Teilen der Welt 50 Hz beträgt. An jedem der beiden Enden der Drahtschlaufe des Rotors sind einzelne Schleifringe angebracht, um einen Pfad für den Strom bereitzustellen, der den Strom verlässt Anker. Bürsten (die eigentlich Kohlenstoffkontakte sind) laufen gegen die Schleifringe und vervollständigen den Pfad für den Strom in den Stromkreis, an den der Generator angeschlossen ist.

Die Motorwirkung (Bereitstellung mechanischer Leistung) ist im Wesentlichen die Umkehrung der Generatorwirkung. Anstatt den Anker zu drehen, um Elektrizität zu erzeugen, wird Strom von einem Stromkreis durch die Bürsten und Schleifringe in den Anker geleitet. Dieser Strom, der durch den spulengewickelten Rotor (Anker) fließt, verwandelt ihn in einen Elektromagneten. Die Permanentmagnete im Stator stoßen diese elektromagnetische Kraft ab, wodurch sich der Anker dreht. Solange Strom durch den Stromkreis fließt, läuft der Motor.