Fonctionnement des moteurs et générateurs électriques

Les véhicules électriques dépendent exclusivement de moteurs électriques pour la propulsion, et les hybrides utilisent des moteurs électriques pour aider leurs moteurs à combustion interne pour la locomotion. Mais ce n'est pas tout. Ces mêmes moteurs peuvent être et sont utilisés pour produire de l'électricité (par le freinage récupératif) pour charger les batteries de bord de ces véhicules.

La question la plus courante est: "Comment cela peut-il être... comment cela fonctionne-t-il? "La plupart des gens comprennent qu'un moteur est alimenté par l'électricité pour fonctionner - ils le voient tous les jours dans leurs appareils électroménagers (machines à laver, aspirateurs, robots culinaires).

Mais l'idée qu'un moteur puisse «tourner en arrière», produisant de l'électricité plutôt que de la consommer, semble presque magique. Mais une fois la relation entre les aimants et l'électricité (électromagnétisme) et le concept de conservation d'énergie est compris, le mystère disparaît.

L'énergie motrice et la production d'électricité commencent par la propriété de l'électromagnétisme - la relation physique entre un aimant et l'électricité. Un électroaimant est un appareil qui agit comme un aimant, mais sa force magnétique se manifeste et est contrôlée par l'électricité.

Lorsque le fil en matériau conducteur (cuivre, par exemple) se déplace à travers un champ magnétique, un courant est créé dans le fil (un générateur rudimentaire). Inversement, lorsque l'électricité passe à travers un fil enroulé autour d'un noyau de fer et que ce noyau est en présence d'un champ magnétique, il se déplace et se tord (un moteur très basique).

Les moteurs / générateurs sont vraiment un appareil qui peut fonctionner dans deux modes opposés. Contrairement à ce que les gens pensent parfois, cela ne signifie pas que les deux modes du moteur / générateur fonctionnent à l'envers les uns des autres (qu'en tant que moteur, l'appareil tourne dans un sens et en tant que générateur, il tourne le contraire direction).

L'arbre tourne toujours de la même manière. Le «changement de direction» est dans le flux d'électricité. En tant que moteur, il consomme de l'électricité (entre) pour produire de l'énergie mécanique, et en tant que générateur, il consomme de l'énergie mécanique pour produire de l'électricité (sort).

Les moteurs / générateurs électriques sont généralement de deux types: CA (courant alternatif) ou CC (direct) Courant) et ces désignations indiquent le type d’électricité qu’elles consomment et produire.

Sans entrer dans trop de détails et obscurcir le problème, voici la différence: le courant alternatif change de direction (alterne) pendant qu'il circule dans un circuit. Les courants CC circulent unidirectionnellement (restent les mêmes) lorsqu'ils traversent un circuit.

Le type de courant utilisé concerne principalement le coût de l'unité et son efficacité (un moteur / générateur à courant alternatif est généralement plus cher, mais est également beaucoup plus efficace). Il suffit de dire que la plupart des hybrides et de nombreux véhicules tout électriques plus gros utilisent des moteurs / générateurs à courant alternatif - c'est donc le type sur lequel nous nous concentrerons dans cette explication.

• Une armature bobinée montée sur arbre (rotor)
• Un champ d'aimants qui induit de l'énergie électrique empilés côte à côte dans un boîtier (stator)
• Bagues collectrices qui transportent le courant alternatif vers / depuis l'armature
• Brosses qui entrent en contact avec les bagues collectrices et transfèrent le courant vers / depuis le circuit électrique

L'armature est entraînée par une source d'énergie mécanique (par exemple, dans la production d'énergie électrique commerciale, ce serait une turbine à vapeur). Lorsque ce rotor enroulé tourne, sa bobine de fil passe sur les aimants permanents du stator et un courant électrique est créé dans les fils de l'armature.

Mais parce que chaque boucle individuelle dans la bobine passe d'abord par le pôle nord puis le pôle sud de chaque aimant séquentiellement alors qu'il tourne sur son axe, le courant induit change continuellement et rapidement direction. Chaque changement de direction est appelé cycle, et il est mesuré en cycles par seconde ou hertz (Hz).

Aux États-Unis, le taux de cycle est de 60 Hz (60 fois par seconde), tandis que dans la plupart des autres régions développées du monde, il est de 50 Hz. Des bagues collectrices individuelles sont montées à chacune des deux extrémités de la boucle de fil du rotor pour fournir un chemin pour que le courant quitte le armature. Les balais (qui sont en fait des contacts en carbone) chevauchent les bagues collectrices et complètent le chemin du courant dans le circuit auquel le générateur est fixé.

L'action motrice (fournissant de l'énergie mécanique) est, par essence, l'inverse de l'action du générateur. Au lieu de faire tourner l'armature pour produire de l'électricité, le courant est alimenté par un circuit, à travers les brosses et les bagues collectrices et dans l'armature. Ce courant traversant le rotor bobiné (armature) le transforme en électro-aimant. Les aimants permanents du stator repoussent cette force électromagnétique provoquant la rotation de l'armature. Tant que l'électricité circule dans le circuit, le moteur fonctionne.