مثير للإعجاب

كيف تعمل المحركات الكهربائية والمولدات

كيف تعمل المحركات الكهربائية والمولدات

تعتمد المركبات الكهربائية بشكل حصري على المحركات الكهربائية للدفع ، وتستخدم السيارات الهجينة المحركات الكهربائية لمساعدة محركات الاحتراق الداخلي في الحركة. ولكن هذا ليس كل شيء. يمكن لهذه المحركات ذاتها أن تستخدم ، وتستخدم ، لتوليد الكهرباء (من خلال عملية الكبح المتجددة) لشحن البطاريات على متن هذه المركبات.

السؤال الأكثر شيوعًا هو: "كيف يمكن أن يكون ... كيف يعمل هذا؟" يدرك معظم الناس أن المحرك يتم تشغيله بالكهرباء للقيام بالعمل ، وهم يرونه كل يوم في أجهزتهم المنزلية (الغسالات ، والمكانس الكهربائية ، ومعالجات الطعام).

لكن الفكرة القائلة إن محركًا يمكن أن "يركض للخلف" ، في الواقع ينتج عنه كهرباء بدلاً من استهلاكه ، يبدو وكأنه سحر تقريبًا. ولكن بمجرد فهم العلاقة بين المغناطيس والكهرباء (الكهرومغناطيسية) ومفهوم الحفاظ على الطاقة ، يختفي اللغز.

الكهرومغناطيسية

تبدأ قوة المحرك وتوليد الكهرباء بخاصية الكهرومغناطيسية - العلاقة المادية بين المغناطيس والكهرباء. المغناطيس الكهربائي هو جهاز يعمل مثل المغناطيس ، لكن قوته المغناطيسية تتجلى وتتحكم فيها الكهرباء.

عندما ينتقل السلك المصنوع من مادة موصلة (النحاس ، على سبيل المثال) عبر مجال مغناطيسي ، يتم إنشاء التيار في السلك (مولد بدائي). على العكس من ذلك ، عندما يتم تمرير الكهرباء عبر سلك مجروح حول نواة حديدية ، ويكون هذا اللب في وجود مجال مغناطيسي ، فإنه يتحرك ويلوي (محرك أساسي للغاية).

المحرك / مولدات

المحرك / المولدات عبارة عن جهاز واحد يمكنه تشغيل وضعين متعاكسين. على عكس ما يعتقده الناس في بعض الأحيان ، فإن هذا لا يعني أن وضعي المحرك / المولد يعملان للخلف من بعضهما البعض (حيث أن المحرك يتحول في اتجاه واحد وكمولد ، فإنه يتحول في الاتجاه المعاكس).

رمح يدور دائما بنفس الطريقة. "تغيير الاتجاه" هو في تدفق الكهرباء. كمحرك ، فإنه يستهلك الكهرباء (يتدفق في) لإنتاج الطاقة الميكانيكية ، وكمولد ، فإنه يستهلك الطاقة الميكانيكية لإنتاج الكهرباء (يتدفق).

دوران الكهروميكانيكية

المحرك / المولدات الكهربائية بشكل عام واحد من نوعين ، إما التيار المتردد (التيار المتردد) أو التيار المستمر (التيار المباشر) وتلك التسميات تدل على نوع الكهرباء التي يستهلكونها ويولدونها.

دون الخوض في الكثير من التفاصيل وإفساد المشكلة ، هذا هو الفرق: يتغير تيار التيار المتردد (الاتجاه البديل) أثناء تدفقه عبر الدائرة. تتدفق تيارات التيار المستمر أحادي الاتجاه (تبقى كما هي) أثناء مرورها عبر الدائرة.

يتعلق نوع التيار المستخدم في الغالب بتكلفة الوحدة وكفاءتها (محرك / مولد التيار المتردد عادة ما يكون أكثر تكلفة ، ولكنه أيضًا أكثر كفاءة). يكفي القول أن معظم السيارات الهجينة والعديد من السيارات الكبيرة التي تعمل بالكهرباء تستخدم محرك / مولدات التيار المتردد ، وهذا هو النوع الذي سنركز عليه في هذا التفسير.

يتكون المحرك AC / المولد من 4 أجزاء رئيسية:

  • حديد التسليح الجرح الخيوط (الدوار)
  • مجال المغناطيس الذي يحفز الطاقة الكهربائية مكدسة جنبا إلى جنب في السكن (الجزء الثابت)
  • حلقات الانزلاق التي تحمل التيار المتردد من / إلى حديد التسليح
  • فرش تلامس حلقات الانزلاق وتنقل التيار إلى / من الدائرة الكهربائية

مولد التيار المتردد في العمل

يتم تشغيل المحرك بواسطة مصدر ميكانيكي للطاقة (على سبيل المثال ، في إنتاج الطاقة الكهربائية التجارية سيكون التوربينات البخارية). أثناء دوران هذا الجرح ، يمر ملف السلك على المغناطيس الدائم في الجزء الثابت ويتم إنشاء تيار كهربائي في أسلاك حديد التسليح.

ولكن نظرًا لأن كل حلقة مفردة في الملف تمر أولاً القطب الشمالي ثم القطب الجنوبي لكل مغناطيس بالتتابع أثناء دورانها على محورها ، يتغير التيار المستحث باستمرار وبسرعة الاتجاه. يسمى كل تغيير في الاتجاه دورة ، ويتم قياسه بدورات في الثانية أو هرتز (هرتز).

في الولايات المتحدة ، يبلغ معدل الدورة 60 هرتز (60 مرة في الثانية) ، في حين أن 50 هرتز في معظم المناطق المتقدمة الأخرى في العالم. يتم تركيب حلقات الانزلاق الفردية على كل من طرفي حلقة السلك الدوارة لتوفير مسار للتيار لمغادرة المحرك. الفرش (التي هي في الواقع اتصالات الكربون) ركوب ضد حلقات الانزلاق واستكمال المسار للتيار في الدائرة التي يتم توصيل المولد.

AC موتور في العمل

الحركة الحركية (توفير الطاقة الميكانيكية) هي في جوهرها عكس عمل المولد. بدلاً من تدوير حديد التسليح لتوليد الكهرباء ، يتم تغذية التيار بواسطة دائرة ، عبر الفرش وحلقات الانزلاق وفي حديد التسليح. هذا التيار الذي يتدفق من خلال الدوار الجرح لفائف (حديد) يحولها إلى مغناطيس كهربائي. المغناطيس الدائم في الجزء الثابت يصد هذه القوة الكهرومغناطيسية مما يتسبب في دوران حديد التسليح. طالما تتدفق الكهرباء من خلال الدائرة ، سيتم تشغيل المحرك.