Jak działają silniki elektryczne?
silniki elektryczne
Silniki elektryczne przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną (moment obrotowy), która napędza lub porusza system. Mogą to robić rotacyjnie (jak w przypadku wentylatorów lub pomp) lub liniowo (jak w elektronarzędziach i pojazdach). Silniki elektryczne są zasilane prądem stałym (DC) z akumulatorów lub prostowników lub prądem przemiennym (AC) dostarczanym przez sieć, falowniki lub generatory elektryczne. W niektórych przypadkach, podobnie jak regeneracyjne układy hamulcowe w pojazdach elektrycznych, silnik elektryczny może również odwrócić ten przepływ energii elektrycznej, zamieniając energię mechaniczną w energię elektryczną (lub z powrotem do pierwotnej postaci w postaci ciepła).
Silniki wykorzystują elektromagnesy lub magnesy trwałe do swoich pól magnetycznych i działają na prąd zmienny lub stały. Główna różnica między tymi dwoma typami polega na tym, że silnik prądu stałego wykorzystuje szczotki i komutatory do przesyłania prądu między magnesami trwałymi lub elektromagnesami, podczas gdy silnik prądu przemiennego po prostu działa na prądzie zmiennym.
Najpopularniejszym typem silnika elektrycznego jest silnik indukcyjny prądu przemiennego, który wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej do przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Wiąże się to z wirującym polem magnetycznym, które generuje siłę działającą na pętlę drutu w wirniku silnika, powodując jego obracanie się i wykonywanie pracy.
Jak działają silniki elektryczne?
Silniki indukcyjne prądu przemiennego mają uzwojenia pola stojana, które wytwarzają wirujące pole strumienia magnetycznego. Gdy te linie magnetyczne przechodzą przez prostopadłe uzwojenia wirnika, generują prąd elektryczny, który indukuje inną siłę magnetyczną, popychając wirnik w celu obracania się. Gdy wirnik się obraca, różne uzwojenia są kolejno zasilane, a silnik nadal obraca się z prędkością synchroniczną.
Większość silników elektrycznych wykorzystuje szczotki lub komutatory do przesyłania prądu elektrycznego między magnesami trwałymi i elektromagnesami, które znajdują się odpowiednio na wirniku i stojanie. Gdy wirnik się obraca, te prądy elektryczne polaryzują jego bieguny północny i południowy, tworząc siłę magnetyczną, która przyciąga lub odpycha się i wytwarza moment obrotowy. Wynikający z tego ruch obrotowy może napędzać wiele rodzajów maszyn, od urządzeń gospodarstwa domowego po samochody elektryczne.
Najbardziej wydajne silniki elektryczne to takie, które mogą wytwarzać ciągły moment obrotowy wału przy dużej prędkości. Jest to znane jako maksymalny ciągły moment obrotowy wału (MCT). Jednak niektóre zastosowania wymagają krótkich impulsów momentu obrotowego powyżej tego limitu, takich jak nagłe przyspieszenie potrzebne do rozpędzenia pojazdu elektrycznego z miejsca.
Aby osiągnąć te większe prędkości, inżynierowie opracowali nowe typy silników elektrycznych, które działają na zasadzie histerezy lub synchronicznej. Silniki te mogą pracować przy praktycznie stałym nasyceniu rdzenia magnetycznego wirnika w ramach określonego ograniczenia gęstości strumienia szczeliny powietrznej i częstotliwości wzbudzenia oraz zapewniać wysoki poziom maksymalnego ciągłego momentu obrotowego wału.