Elektrische voertuigen zijn uitsluitend afhankelijk van voortstuwingsmotoren en hybriden gebruiken elektromotoren om hun verbrandingsmotoren te ondersteunen 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 gestelde vraag is: "Hoe kan dat nou... 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, voedselverwerkers).
Maar het idee dat een motor 'achteruit kan rijden', eigenlijk elektriciteit opwekt in plaats van verbruikt, lijkt bijna magisch. Maar eens de relatie tussen magneten en elektriciteit (elektromagnetisme) en het concept van behoud van energie wordt begrepen, verdwijnt het mysterie.
Elektromagnetisme
Motorvermogen en elektriciteitsopwekking 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 wordt gemanifesteerd en bestuurd door elektriciteit.
Wanneer draad van geleidend materiaal (bijvoorbeeld koper) door een magnetisch veld beweegt, ontstaat er stroom in de draad (een rudimentaire generator). Omgekeerd, wanneer elektriciteit wordt geleid door een draad die om een ijzeren kern is gewikkeld en deze kern zich in de aanwezigheid van een magnetisch veld bevindt, zal deze bewegen en draaien (een zeer eenvoudige motor).
Motor / generatoren
Motor / generatoren zijn eigenlijk één apparaat dat in twee tegengestelde modi kan werken. In tegenstelling tot wat mensen soms denken, wil dat niet zeggen dat de twee modi van de motor / generator achteruit lopen van elkaar (dat het apparaat als motor in één richting draait en als generator het tegenovergestelde richting).
De as draait altijd op dezelfde manier. De "richtingsverandering" zit in de stroom van elektriciteit. Als motor verbruikt het elektriciteit (stroomt naar binnen) om mechanische stroom te maken, en als generator verbruikt het mechanisch vermogen om elektriciteit te produceren (stroomt naar buiten).
Elektromechanische rotatie
Elektromotor / generatoren zijn over het algemeen een van de twee typen, AC (wisselstroom) of DC (direct Stroom) en die aanduidingen zijn indicatief voor het type elektriciteit dat ze verbruiken en genereren.
Zonder teveel in detail te treden en het probleem te vertroebelen, is dit het verschil: AC-stroom verandert van richting (wisselt af) terwijl het door een circuit stroomt. DC-stromen stromen unidirectioneel (blijven hetzelfde) terwijl ze door een circuit gaan.
Het type stroom dat wordt gebruikt, 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 om 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 een as gemonteerd draadgewonden anker (rotor)
- Een veld van magneten die naast elkaar gestapelde elektrische energie induceren in een behuizing (stator)
- Sleepringen die de wisselstroom van / naar het anker transporteren
- Borstels die in contact komen met de sleepringen en stroom van / naar het elektrische circuit overbrengen
De AC-generator in actie
Het anker wordt aangedreven door een mechanische krachtbron (bij commerciële elektriciteitsproductie zou het bijvoorbeeld een stoomturbine zijn). Terwijl deze gewikkelde rotor draait, gaat zijn draadspoel over de permanente magneten in de stator en wordt er een elektrische stroom opgewekt in de draden van het anker.
Maar omdat elke individuele lus in de spoel eerst de noordpool passeert en vervolgens de zuidpool van elk magneet opeenvolgend roteert om zijn as, verandert de geïnduceerde stroom voortdurend en snel richting. Elke richtingsverandering 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 deze in de meeste andere ontwikkelde delen van de wereld 50 Hz is. Aan elk van de twee uiteinden van de draadlus van de rotor zijn afzonderlijke sleepringen aangebracht om de stroom een weg te geven armatuur. Borstels (die eigenlijk koolstofcontacten zijn) rijden tegen de sleepringen en voltooien het pad voor de stroom naar het circuit waaraan de generator is bevestigd.
De AC-motor in actie
Motorische actie (het leveren van mechanisch vermogen) is in wezen het omgekeerde van generatoractie. In plaats van het anker te draaien om elektriciteit te maken, wordt stroom door een circuit door de borstels en sleepringen naar het anker gevoerd. Deze stroom die door de spoelgewonden rotor (anker) stroomt, verandert deze in een elektromagneet. De permanente magneten in de stator stoten deze elektromagnetische kracht af waardoor het anker gaat draaien. Zolang er elektriciteit door het circuit stroomt, draait de motor.