Οι ηλεκτροκινητήρες είναι παντού. Πιθανότατα δεν θα ήταν πολύ δύσκολο να πούμε ότι ο σύγχρονος πολιτισμός, όπως τον ξέρουμε, μπορεί να μην είναι ο ίδιος αν δεν υπήρχε η εφεύρεση του ηλεκτροκινητήρα. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι επίσης πανταχού παρόντες στην καθημερινότητά σας, από ηλεκτρικές αντλίες νερού έως ηλεκτρικούς κινητήρες που τροφοδοτούν τους ανεμιστήρες ψύξης.
Όμως, πρόσφατα, η μεγαλύτερη διαφημιστική εκστρατεία γύρω από τον ηλεκτροκινητήρα οφείλεται στον τεράστιο πολλαπλασιασμό των ηλεκτρικών οχημάτων.
Αν αναρωτιέστε πώς λειτουργεί ένας κινητήρας EV, έχετε έρθει στο σωστό μέρος. Διαβάστε παρακάτω για όλες τις λεπτομέρειες σχετικά με το πώς λειτουργούν οι κινητήρες EV και πώς συγκρίνονται με έναν κινητήρα εσωτερικής καύσης.
Τι είναι ένας επαγωγικός ηλεκτροκινητήρας;
Ο επαγωγικός κινητήρας είναι ένα θαύμα μηχανικής. Το αστείο είναι ότι αυτός ο τύπος ηλεκτροκινητήρα εφευρέθηκε από τον Νίκολα Τέσλα, και ο ηλεκτρικός η εταιρεία αυτοκινήτων που φέρει το όνομά του χρησιμοποιεί επίσης επαγωγικούς κινητήρες για μερικά από τα διάσημα ηλεκτρικά τους οχήματα. Το Model S, ειδικότερα, και ο ξάδερφός του Model X, χρησιμοποιούν κινητήρες επαγωγής AC (με τα νεότερα μοντέλα να διαθέτουν σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη συν κινητήρα επαγωγής). Σε γενικές γραμμές, ένας επαγωγικός κινητήρας είναι ένας κινητήρας που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια χρησιμοποιώντας ένα επαγόμενο μαγνητικό πεδίο.
Μάλλον συγκαταλέγεται στις τρεις κορυφαίες εφευρέσεις όλων των εποχών και αυτό δεν είναι υπερβολή. Ο επαγωγικός κινητήρας είναι αρκετά απλός, με το μόνο κινούμενο μέρος να είναι ο ρότορας του, γι' αυτό και τα κινητήρια σύνολα των ηλεκτρικών οχημάτων θα πρέπει να αποδεικνύονται πολύ αξιόπιστα καθώς πληθαίνουν τα χρόνια. Συμπτωματικά, αυτό είναι ένα από τα βασικά πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών οχημάτων έναντι των αυτοκινήτων που κινούνται με φυσικό αέριο όσον αφορά την αξιοπιστία. Ο επαγωγικός κινητήρας διαθέτει ένα ακίνητο τμήμα που ονομάζεται στάτορας, μαζί με ένα εσωτερικό τμήμα που πραγματικά περιστρέφεται που ονομάζεται ρότορας.
Ο ρότορας έχει έναν άξονα που περνά μέσα από αυτόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μετακινήσει πράγματα όταν ο ρότορας περιστρέφεται. Ένα παράδειγμα αυτού είναι ένας περιστρεφόμενος ανεμιστήρας που συνδέεται με τον άξονα ενός επαγωγικού κινητήρα ή ίσως οι τροχοί ενός EV που κινούνται ως αποτέλεσμα της μηχανικής κίνησης του άξονα του ρότορα. Ο επαγωγικός κινητήρας AC δεν υπάρχει μόνο στα EV. είναι βασικό σε όλες τις πτυχές της καθημερινής ζωής. Πολλά σύγχρονα εργοστασιακά μηχανήματα χρησιμοποιούν κινητήρες επαγωγής AC, ειδικά εάν η αξιοπιστία και το χαμηλό κόστος λειτουργίας είναι απαραίτητα.
Αυτός είναι ένας από τους κύριους λόγους που ορισμένα EV απόδοσης χρησιμοποιούν επαγωγικούς κινητήρες. Είναι εξαιρετικά αξιόπιστα και επίσης πολύ αποτελεσματικά. Ενώ οι επαγωγικοί κινητήρες παράγουν το μερίδιο θερμότητας που τους αναλογεί (γι' αυτό συχνά διαθέτουν ανεμιστήρες και πτερύγια ενσωματωμένα στη σχεδίαση), είναι εξαιρετικά αποδοτικοί. Σύμφωνα με την Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν στην πραγματικότητα να χρησιμοποιούν περισσότερο από το 77% της ηλεκτρικής ισχύος που λαμβάνουν από μια φόρτιση απευθείας στους τροχούς του οχήματος. Σύμφωνα με την ίδια πηγή, τα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα μπορούν να συγκεντρώσουν μόνο το 12%-30% της ενέργειας που έχουν αποθηκεύσει στη βενζίνη σε χρησιμοποιήσιμη ισχύ απευθείας στους τροχούς του αυτοκινήτου.
Τα EV μετατρέπονται ξανά Το 77% της ηλεκτρικής ενέργειας από το δίκτυο μέχρι την ισχύ στους τροχούς. Τα συμβατικά βενζινοκίνητα οχήματα μετατρέπονται μόνο περίπου 12%–30% της ενέργειας που αποθηκεύεται στη βενζίνη για την ισχύ στους τροχούς.
Αυτό είναι τεράστιο πρόβλημα και είναι ένας από τους λόγους τα ηλεκτρικά οχήματα είναι καλύτερα για το περιβάλλον, ειδικά όταν συνδέεται σε καθαρή πηγή τροφοδοσίας.
Πώς λειτουργεί ένας επαγωγικός κινητήρας AC;
Με απλά λόγια, ο κινητήρας επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος λειτουργεί ηλεκτρίζοντας αγώγιμα πηνία χαλκού τοποθετημένα γύρω από τον στάτορα. Το εναλλασσόμενο ρεύμα που ρέει μέσα από τα πηνία χαλκού προκαλεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Προφανώς, σε ένα EV, η ηλεκτρική ενέργεια που επιτρέπει να συμβεί αυτό το βήμα παρέχεται από την μπαταρία του EV.
Ωστόσο, οι μπαταρίες παράγουν ισχύ συνεχούς ρεύματος, έτσι πριν η ηλεκτρική ενέργεια από την μπαταρία μπορεί να μετατραπεί σε μηχανική ενέργεια από την ηλεκτρική κινητήρα, πρέπει να υποβληθεί σε ένα ενδιάμεσο βήμα μέσω ενός μετατροπέα που μετατρέπει την τροφοδοσία συνεχούς ρεύματος που παρέχεται από την μπαταρία στο απαιτούμενο AC εξουσία. Το περιστρεφόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που παράγεται στον στάτορα έχει ως συνέπεια την επαγωγή ενός ρεύματος στον ρότορα καθώς αυτός κινείται, το οποίο, με τη σειρά του, προκαλεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στον ρότορα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επαγωγικοί κινητήρες φέρουν το όνομα επαγωγή — επειδή λειτουργούν επάγοντας ένα μαγνητικό πεδίο.
Το μαγικό συμβαίνει όταν το περιστρεφόμενο EMF προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα στον ρότορα, το οποίο με τη σειρά του παράγει το δικό του EMF που αναγκάζει τον ρότορα να περιστρέφεται κατά μήκος, ακολουθώντας το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτωρ. Ο ρότορας περιστρέφει τον άξονα, που είναι το χρήσιμο μέρος του ηλεκτροκινητήρα, επιτρέποντας τη δημιουργία μηχανικής ενέργειας από ηλεκτρική ενέργεια. Όσον αφορά τα EV, ο τρόπος με τον οποίο αυτοί οι ηλεκτροκινητήρες αποδίδουν ισχύ σημαίνει ότι η ροπή είναι διαθέσιμη αμέσως, την οποία τα αυτοκίνητα ICE δεν μπορούν καν να αρχίσουν να ανταγωνιστούν.
Πλεονεκτήματα που έχουν οι ηλεκτρικοί κινητήρες έναντι των κινητήρων εσωτερικής καύσης
Το πρώτο προφανές πλεονέκτημα των ηλεκτροκινητήρων έναντι των κινητήρων εσωτερικής καύσης είναι η δραστική μείωση των κινούμενων μερών. Αν κοιτάξετε οποιοδήποτε βασικό κινούμενο σχέδιο ενός κινητήρα αερίου έναντι ενός ηλεκτροκινητήρα που περιστρέφεται, θα παρατηρήσετε αμέσως πόσο πιο περίπλοκη είναι η διαδικασία για τον κινητήρα αερίου. Η μείωση στα κινούμενα μέρη σχετίζεται άμεσα με τη συντήρηση αυτών των διαφορετικών σταθμών παραγωγής ενέργειας.
Με τον ηλεκτροκινητήρα, δεν υπάρχουν πραγματικά πολλά που μπορεί να πάνε στραβά, ειδικά λόγω φθοράς. Εν τω μεταξύ, ο κινητήρας εσωτερικής καύσης έχει τόνους κινούμενων εξαρτημάτων που μπορεί να χαλάσουν. Αυτό δεν σημαίνει ότι ένας ηλεκτρικός κινητήρας δεν μπορεί να σπάσει, αλλά εάν δεν υπάρχουν πολλά από τα εξαρτήματα που χαλάνε σε έναν κινητήρα αερίου, δεν θα χρειαστεί να τα αντικαταστήσετε.
Ένα από τα κύρια σημεία αστοχίας σε κανονικούς κινητήρες είναι η αλυσίδα χρονισμού (ή ο ιμάντας), που δεν υπάρχει καν σε έναν ηλεκτροκινητήρα. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η παροχή ροπής είναι επίσης ένα τεράστιο πλεονέκτημα για τα EV, επειδή μπορούν να αποδώσουν στιγμιαία ροπή, συμβάλλοντας στη δραματική αίσθηση που έχετε όταν επιταχύνετε ένα EV.
Οι επαγωγικοί κινητήρες υπήρχαν για πάντα, αλλά εξακολουθούν να είναι επαναστατικοί
Το αστείο με τους επαγωγικούς κινητήρες είναι ότι δεν είναι μια νέα εφεύρεση από κάθε φαντασία. Χρησιμοποιούνται επίσης παντού εδώ και χρόνια, αλλά πρόσφατα αυτοί οι κινητήρες λαμβάνουν την αναγνώριση που τους άξιζε πάντα λόγω του κύματος ηλεκτρικών οχημάτων που κυριεύουν τους δρόμους μας. Ο επαγωγικός κινητήρας εξακολουθεί να είναι ένα εκπληκτικό μηχανολογικό θαύμα μετά από όλα αυτά τα χρόνια και η νέα έρευνα και ανάπτυξη θα πρέπει να τον βοηθήσουν να γίνει ακόμα πιο συναρπαστικός.
