Silniki elektryczne są wszędzie. Zapewne nie byłoby przesadą stwierdzenie, że współczesna cywilizacja, jaką znamy, mogłaby wyglądać inaczej, gdyby nie wynalezienie silnika elektrycznego. Silniki elektryczne są również wszechobecne w Twoim codziennym życiu, od elektrycznych pomp wodnych po silniki elektryczne napędzające wentylatory chłodzące.
Ale ostatnio największy szum wokół silnika elektrycznego wynika z ogromnego mnożenia się pojazdów elektrycznych.
Jeśli zadajesz sobie pytanie, jak działa silnik EV, jesteś we właściwym miejscu. Czytaj dalej, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat działania silników EV i ich porównania z silnikiem spalinowym.
Co to jest indukcyjny silnik elektryczny?
Silnik indukcyjny to cud inżynierii. Zabawne jest to, że ten typ silnika elektrycznego został wynaleziony przez Nikolę Teslę, a elektryczny firma samochodowa, która nosi jego imię, używa również silników indukcyjnych do niektórych swoich słynnych elektrycznych pojazdy. W szczególności Model S i jego kuzyn Model X wykorzystują silniki indukcyjne prądu przemiennego (z nowszymi modelami wyposażonymi w silnik synchroniczny z magnesami trwałymi oraz silnik indukcyjny). Ogólnie rzecz biorąc, silnik indukcyjny to silnik, który przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną za pomocą indukowanego pola magnetycznego.
To prawdopodobnie jeden z trzech najlepszych wynalazków wszechczasów i nie jest to przesada. Silnik indukcyjny jest dość prosty, a jedyną ruchomą częścią jest jego wirnik, dlatego układy napędowe pojazdów elektrycznych powinny z biegiem lat okazać się bardzo niezawodne. Przypadkowo jest to jeden z kluczowych przewagi pojazdów elektrycznych nad samochodami zasilanymi gazem pod względem niezawodności. Silnik indukcyjny zawiera nieruchomą część zwaną stojanem, a także wewnętrzną część, która faktycznie się obraca, zwaną wirnikiem.
Wirnik ma przecinający się wał, który może być używany do przesuwania rzeczy, gdy wirnik się kręci. Przykładem może być wirujący wentylator podłączony do wału silnika indukcyjnego lub być może koła pojazdu elektrycznego poruszające się w wyniku mechanicznego ruchu wału wirnika. Silnik indukcyjny prądu przemiennego występuje nie tylko w pojazdach elektrycznych; to podstawa we wszystkich aspektach życia codziennego. Wiele nowoczesnych maszyn fabrycznych wykorzystuje silniki indukcyjne prądu przemiennego, zwłaszcza jeśli niezbędna jest niezawodność i niskie koszty eksploatacji.
To jeden z głównych powodów, dla których niektóre wydajne pojazdy elektryczne wykorzystują silniki indukcyjne. Są niezwykle niezawodne, a także bardzo wydajne. Chociaż silniki indukcyjne wytwarzają odpowiednią część ciepła (dlatego często mają wbudowane wentylatory i żebra), są niezwykle wydajne. Według Departament Energii Stanów Zjednoczonych, pojazdy elektryczne mogą w rzeczywistości zużywać ponad 77% energii elektrycznej, którą uzyskują z ładowania bezpośrednio na koła pojazdu. Według tego samego źródła, samochody napędzane benzyną mogą jedynie zmobilizować się do konwersji od 12%-30% energii zgromadzonej w benzynie na energię użytkową bezpośrednio na kołach samochodu.
Pojazdy elektryczne konwertują ponad 77% energii elektrycznej od sieci do mocy na kołach. Konwencjonalne pojazdy benzynowe konwertują tylko około 12%–30% energii zmagazynowanej w benzynie do napędu kół.
To ogromny problem i jest to jeden z powodów pojazdy elektryczne są lepsze dla środowiska, zwłaszcza po podłączeniu do czystego źródła zasilania.
Jak działa silnik indukcyjny prądu przemiennego?
Mówiąc prościej, silnik indukcyjny prądu przemiennego działa poprzez elektryzowanie przewodzących miedzianych cewek umieszczonych wokół stojana. Prąd przemienny przepływający przez miedziane cewki indukuje wirujące pole magnetyczne. Oczywiście w pojazdach elektrycznych energia elektryczna, która umożliwia wykonanie tego kroku, jest dostarczana przez baterię pojazdu.
Baterie wytwarzają jednak prąd stały, więc zanim energia elektryczna z akumulatora zostanie przekształcona w energię mechaniczną przez energię elektryczną silnik, musi przejść etap pośredni przez falownik, który zamienia prąd stały z akumulatora na wymagany prąd przemienny moc. Wirujące pole elektromagnetyczne wytwarzane w stojanie powoduje indukowanie prądu w obracającym się wirniku, co z kolei indukuje pole elektromagnetyczne w wirniku. Dlatego silniki indukcyjne noszą nazwę indukcyjne – ponieważ działają poprzez indukcję pola magnetycznego.
Magia dzieje się, gdy obracające się pole elektromagnetyczne indukuje w wirniku prąd elektryczny, który z kolei wytwarza własne pole elektromagnetyczne, które zmusza wirnik do obracania się wzdłuż wirującego pola magnetycznego stojan. Wirnik obraca wałem, który jest użyteczną częścią silnika elektrycznego, umożliwiając wytwarzanie energii mechanicznej z energii elektrycznej. Jeśli chodzi o pojazdy elektryczne, sposób, w jaki te silniki elektryczne dostarczają moc, oznacza natychmiastowy moment obrotowy, z którym samochody ICE nie mogą nawet zacząć konkurować.
Zalety silników elektrycznych w porównaniu z silnikami o spalaniu wewnętrznym
Pierwszą oczywistą przewagą silników elektrycznych nad silnikami spalinowymi jest drastyczna redukcja części ruchomych. Jeśli spojrzysz na dowolną podstawową animację obracającego się silnika gazowego w porównaniu z wirującym silnikiem elektrycznym, natychmiast zauważysz, o ile bardziej skomplikowany jest ten proces w przypadku silnika gazowego. Redukcja ruchomych części jest bezpośrednio skorelowana z utrzymaniem utrzymania tych różnych elektrowni.
Dzięki silnikowi elektrycznemu niewiele może się zepsuć, zwłaszcza z powodu zużycia. Tymczasem silnik spalinowy ma mnóstwo ruchomych części, które mogą się zepsuć. Nie oznacza to, że silnik elektryczny nie może się zepsuć, ale jeśli jest pozbawiony wielu części, które psują się w silniku zasilanym gazem, nie będzie potrzeby ich wymiany.
Jednym z głównych punktów awarii w normalnych silnikach jest łańcuch (lub pasek) rozrządu, którego nie ma nawet w silniku elektrycznym. Jak wcześniej wspomniano, dostarczanie momentu obrotowego jest również ogromnym plusem dla pojazdów elektrycznych, ponieważ mogą one dostarczać natychmiastowy moment obrotowy, przyczyniając się do dramatycznego wrażenia podczas przyspieszania pojazdu elektrycznego.
Silniki indukcyjne istnieją od zawsze, ale wciąż są rewolucyjne
Zabawną rzeczą w silnikach indukcyjnych jest to, że nie są one nowym wynalazkiem w żadnym obszarze wyobraźni. Od lat są również używane wszędzie, ale ostatnio silniki te zyskują uznanie, na które zawsze zasłużyły, ze względu na falę pojazdów elektrycznych przejmujących nasze drogi. Po tylu latach silnik indukcyjny nadal jest niesamowitym cudem inżynierii, a nowe badania i rozwój powinny sprawić, że będzie jeszcze bardziej atrakcyjny.
