Como funcionam os motores e geradores elétricos

Os veículos elétricos dependem exclusivamente de motores elétricos para propulsão, e os híbridos usam motores elétricos para auxiliar seus motores de combustão interna na locomoção. Mas isso não é tudo. Esses mesmos motores podem ser e são usados ​​para gerar eletricidade (através do processo de frenagem regenerativa) para carregar as baterias a bordo desses veículos.

A pergunta mais comum é: "Como isso pode ser... como isso funciona? ”A maioria das pessoas entende que um motor é alimentado por eletricidade para fazer o trabalho - eles o veem todos os dias em seus eletrodomésticos (máquinas de lavar, aspiradores de pó, processadores de alimentos).

Mas a idéia de que um motor pode "retroceder", na verdade gerando eletricidade, em vez de consumir, parece quase mágica. Mas uma vez que a relação entre ímãs e eletricidade (eletromagnetismo) e o conceito de conservação de energia é entendido, o mistério desaparece.

A potência do motor e a geração de eletricidade começam com a propriedade do eletromagnetismo - o relacionamento físico entre um ímã e a eletricidade. Um eletroímã é um dispositivo que age como um ímã, mas sua força magnética é manifestada e controlada pela eletricidade.

Quando o fio feito de material condutor (cobre, por exemplo) se move através de um campo magnético, é criada corrente no fio (um gerador rudimentar). Por outro lado, quando a eletricidade é passada através de um fio que é enrolado em torno de um núcleo de ferro, e esse núcleo está na presença de um campo magnético, ele se move e torce (um motor muito básico).

Motores / geradores são realmente um dispositivo que pode funcionar em dois modos opostos. Ao contrário do que as pessoas às vezes pensam, isso não significa que os dois modos do motor / gerador funcionem para trás um do outro (que, como motor, o dispositivo gira em uma direção e, como gerador, gira o oposto direção).

O eixo sempre gira da mesma maneira. A "mudança de direção" está no fluxo de eletricidade. Como motor, consome eletricidade (entra) para produzir energia mecânica e, como gerador, consome energia mecânica para produzir eletricidade (sai).

Os motores / geradores elétricos são geralmente um dos dois tipos, CA (corrente alternada) ou CC (corrente direta) Corrente) e essas designações são indicativas do tipo de eletricidade que eles consomem e gerar.

Sem entrar em muitos detalhes e obscurecer o problema, esta é a diferença: corrente CA muda de direção (alterna) à medida que flui através de um circuito. As correntes CC fluem unidirecionalmente (permanecem as mesmas) à medida que passam por um circuito.

O tipo de corrente utilizada preocupa-se principalmente com o custo da unidade e sua eficiência (um motor / gerador de corrente alternada geralmente é mais caro, mas também muito mais eficiente). Basta dizer que a maioria dos híbridos e muitos veículos elétricos maiores usam motores / geradores de corrente alternada - então esse é o tipo em que vamos nos concentrar nesta explicação.

• Uma armadura enrolada em fio montada no eixo (rotor)
• Um campo de ímãs que induz energia elétrica empilhada lado a lado em um compartimento (estator)
• Anéis deslizantes que transportam a corrente CA de / para a armadura
• Escovas que entram em contato com os anéis coletores e transferem corrente para / do circuito elétrico

A armadura é acionada por uma fonte mecânica de energia (por exemplo, na produção comercial de energia elétrica, seria uma turbina a vapor). À medida que esse rotor enrolado gira, sua bobina de fio passa sobre os ímãs permanentes no estator e uma corrente elétrica é criada nos fios da armadura.

Mas como cada laço individual na bobina passa primeiro pelo polo norte, depois pelo polo sul de cada magnético sequencialmente, ao girar em seu eixo, a corrente induzida muda continuamente e rapidamente direção. Cada mudança de direção é chamada de ciclo e é medida em ciclos por segundo ou hertz (Hz).

Nos Estados Unidos, a taxa de ciclo é de 60 Hz (60 vezes por segundo), enquanto na maioria das outras partes desenvolvidas do mundo é de 50 Hz. Anéis coletores individuais são montados em cada uma das duas extremidades do laço do rotor para fornecer um caminho para a corrente sair do armadura. As escovas (que na verdade são contatos de carbono) movem-se contra os anéis coletores e completam o caminho para a corrente no circuito ao qual o gerador está conectado.

A ação do motor (fornecimento de energia mecânica) é, em essência, o inverso da ação do gerador. Em vez de girar a armadura para gerar eletricidade, a corrente é alimentada por um circuito, através das escovas e anéis deslizantes e pela armadura. Essa corrente que flui através do rotor enrolado em bobina (armadura) a transforma em um eletroímã. Os ímãs permanentes no estator repelem essa força eletromagnética, fazendo com que a armadura gire. Enquanto a eletricidade fluir através do circuito, o motor funcionará.