Bez wątpienia rozwój pojazdy elektryczne postępuje szybko, napędzany postępem technologicznym w dziedzinie silników elektrycznych, co pozwoliło na większe wydajność i zrównoważony rozwój. Pomimo dużego postępu wiele osób nadal nie wie dokładnie Jak działa silnik elektryczny.
W tym artykule szczegółowo wyjaśnimy, jak działają silniki elektryczne, jakie są ich główne elementy, jak ewoluowały, jakie istnieją typy silników elektrycznych i jakie są zalety w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami spalinowymi.
Pojazdy elektryczne
Silniki elektryczne, które wyróżniają się prostą konstrukcją i niezawodnością, są coraz częściej stosowane w nowoczesnych pojazdach ze względu na swoje właściwości niskie koszty utrzymania, mniej ruchomych części i brak tradycyjnej skrzyni biegów. Zalety oferowane przez te silniki przyciągnęły uwagę przemysłu motoryzacyjnego i ogółu społeczeństwa.
Pierwsze pojazdy elektryczne datowane są na rok 1839, kiedy Robert Anderson wynalazł samochód zasilany akumulatorowo. W ostatnich czasach firmy takie jak Tesla odegrały kluczową rolę w promocji silników elektrycznych ze względu na oferowane przez nie korzyści, takie jak brak emisji i zmniejszenie konieczności konserwacji. Tesla dała jasno do zrozumienia, że jej silniki elektryczne nie wymagają zbiorników oleju, z wyjątkiem drobnych podzespołów, takich jak wycieraczki czy płyn hamulcowy.
Części silnika elektrycznego
Aby zrozumieć działanie a silnik elektrycznyNajpierw należy poznać różne części, które go tworzą. Choć nie znajdziemy tu tych samych elementów, co w silniku spalinowym (takich jak tłoki czy układy wydechowe), to jednak istnieją kluczowe elementy, które pozwalają na jego prawidłowe funkcjonowanie:
- Ładowarka pokładowa: Przekształca prąd przemienny (AC) ze źródła ładowania w prąd stały (DC) w celu przechowywania go w akumulatorze pojazdu.
- Przetwornik: Przekształca prąd stały (DC) w prąd przemienny (AC), aby zasilać silnik podczas przyspieszania i odwrotnie, podczas hamowania regeneracyjnego.
- Silnik elektryczny: Silnik ten odpowiada za przekształcanie energii elektrycznej w ruch. Oznacza to, że przekształca energię z akumulatorów w energię kinetyczną potrzebną do poruszania pojazdem.
- Bateria: Magazynuje energię elektryczną wykorzystywaną przez silnik do poruszania samochodem.
Te cztery elementy działają synergicznie, aby zapewnić energię napędzającą samochód elektryczny, zastępując złożone układy spalania bardziej wydajną i mniej podatną na awarie konstrukcją.
Jak działa silnik elektryczny
Zasada działania A silnik elektryczny opiera się na interakcji pomiędzy dwoma głównymi komponentami: estor i rotor. Stojan jest nieruchomy i zawiera uzwojenia, przez które przepływa prąd elektryczny. Ten przepływ prądu generuje a wirujące pole magnetyczne, który indukuje ruch wirnika, który może zawierać magnesy lub stanowić część konstrukcji wytwarzającej indukowane pole magnetyczne.
Kiedy wirnik się obraca, generowany jest ruch, dzięki któremu koła pojazdu mogą być napędzane przez układ przekładni.
Faza przyspieszania
Po naciśnięciu pedału gazu energia zmagazynowana w akumulatorze przekazywana jest do przetwornika, który przekształca prąd stały w prąd przemienny zdolny do zasilania pojazdu. silnik elektryczny. Proces ten aktywuje stojan, wytwarzając pole magnetyczne, które oddziałuje z wirnikiem, wprawiając go w obrót i dostarczając niezbędny impuls do kół pojazdu.
Faza hamowania
Kiedy zwalniasz lub hamujesz, proces jest odwrotny. Ruch kół powoduje obrót wirnika, który działa jak generator. Mechanizm ten umożliwia odzyskanie części energii kinetycznej i magazynowanie jej w akumulatorze w procesie hamowanie regeneracyjne.
Rodzaje silników elektrycznych
Istnieje wiele typów silników elektrycznych w zależności od konstrukcji i zastosowania, ale można dokonać rozróżnienia między silnikami prądu stałego i silnikami prądu przemiennego.
Silniki prądu stałego (DC).
Silniki te pracują na prąd stały i dzielą się na:
- Silnik szeregowy: Oferują prędkość, która zmienia się bezpośrednio w zależności od obciążenia, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających miękkiego rozruchu i zmiennych obciążeń.
- Silnik równoległy: Używane, gdy wymagana jest stała prędkość w różnych warunkach obciążenia.
- Silnik mieszany: Łączy w sobie cechy silników szeregowych i równoległych.
Silniki prądu przemiennego (AC).
Silniki prądu przemiennego wykorzystują zmianę polaryzacji prądu do generowania ruchu. Wśród najczęściej spotykanych znajdziemy:
- Silnik indukcyjny: Nazywany także silnikiem asynchronicznym, jest najczęściej stosowany w zastosowaniach przemysłowych i pojazdach elektrycznych ze względu na swoją prostotę i wydajność.
- Silnik synchroniczny: Jego wirnik obraca się z tą samą prędkością, co częstotliwość zasilania prądem przemiennym. Jest wysoko ceniony za dokładność prędkości.
Zalety silnika elektrycznego
Silniki elektryczne mają długą listę zalet w porównaniu z tradycyjnymi silnikami spalinowymi. Poniżej przedstawiamy niektóre z najważniejszych:
- Zerowa emisja: Silniki elektryczne nie wytwarzają gazów zanieczyszczających środowisko, co czyni je rozwiązaniem przyjaznym dla środowiska.
- Efektywności energetycznej: Silnik elektryczny przekształca około 90% zużywanej energii w ruch, w porównaniu do 30% sprawności wielu silników spalinowych.
- Cicha praca: Silniki elektryczne generują znacznie mniej hałasu niż silniki spalinowe, dzięki czemu idealnie nadają się do stosowania w środowisku miejskim.
- Mniej konserwacji: Ponieważ silniki elektryczne mają mniej ruchomych części, stwarzają mniejsze ryzyko awarii i wymagają mniej konserwacji.
- Hamowanie regeneracyjne: Kolejną zaletą jest to, że potrafią odzyskać część energii podczas hamowania, przechowując ją z powrotem w akumulatorze.
Trójfazowe silniki indukcyjne wraz ze sterownikami elektronicznymi to obecnie najlepsze pod względem sprawności i wydajności, idealne do zwiększania zasięgu samochodów elektrycznych.
Krótko mówiąc, po ocenie postępu technologicznego i przewagi nad silnikami konwencjonalnymi, silniki elektryczne w dalszym ciągu zyskują na znaczeniu. Jego masowe przyjęcie i ciągły rozwój przyczynią się do ewolucji w kierunku bardziej zrównoważonych i wydajnych modeli transportu.