Elmotorn har blivit lite mer känd och uppskattad under de senaste åren med sin förbättrade integration i våra bilar. Med de flesta människor som förstår och uppskattar hur deras föroreningar påverkar klimatet har det varit en större efterfrågan på biltillverkare att skapa bilar som kan hjälpa till att förbättra vår miljö, eller åtminstone göra mindre skada.
Det är genom denna efterfrågan på tillväxt och utveckling som har drivit några av världens största uppfinnare att förfina elmotorn för att nu fungera bättre och vara mer effektiv än den någonsin var tidigare.
Delar av en elmotor
En trefas, fyrpolig induktionsmotor är tillverkad av två huvuddelar – en stator och en rotor. Använd den interaktiva bilden nedan i det här avsnittet för att läsa mer om statorn och rotorn och lära sig om den del som varje spelar i en elektrisk motor.
Stator
Statorn är tillverkad av tre delar – en statorkärna, ledande tråd och en ram. Statorkärnan är en grupp stålringar som är isolerade från varandra och laminerade tillsammans. Dessa ringar har spår på insidan av ringarna som den ledande tråden lindar runt för att bilda statorspolarna.
Enkelt uttryckt, i en trefas induktionsmotor finns det tre olika trådtyper. Du kan kalla dessa trådtyper fas 1, fas 2 och fas 3. Varje trådtyp är lindad runt slitsarna på motsatta sidor av insidan av statorkärnan.
När den ledande tråden är på plats i statorkärnan placeras kärnan i ramen.
Hur fungerar en elmotor?
Det börjar med batteriet i bilen som är ansluten till motorn. Elektrisk energi matas till statorn via bilens batteri. Spolarna i statorn är anordnade på motsatta sidor av statorkärnan och fungerar som magneter på ett sätt. När den elektriska energin från bilbatteriet tillförs till motorn, skapar spolarna roterande magnetfält som drar ledningsstavarna på rotorns utsida längs bakom den. Den roterande rotorn är det som skapar det mekaniska energibehovet för att vrida bilens växlar, som i sin tur roterar däcken.
I en typisk bil som inte är elektrisk finns det både en motor och en generator. Batteriet drivs av motorn, som driver växlar och hjul. Hjulens rotation är vad som sedan driver växelströmsgeneratorn i bilen och generatorn laddar upp batteriet. Det är därför batteriet måste laddas för att fungera korrekt.
I en elbil finns ingen generator. Så, hur laddas batteriet då? Det finns ingen separat växelströmsgenerator, men motorn i en elbil fungerar både som motor och växelströmsgenerator. Det är en av anledningarna till att elbilar är så unika. Som nämnts ovan startar batteriet motorn, som levererar energi till växlarna, som i sin tur roterar däcken. Denna process händer när din fot är på gaspedalen – rotorn dras med av det roterande magnetfältet, vilket kräver mer vridmoment. Men vad händer när du släpper av gaspedalen?
När du släpper din fot från gaspedalen stannar det roterande magnetfältet och rotorn börjar snurra snabbare. När rotorn snurrar snabbare än det roterande magnetfältet i statorn laddar denna åtgärd batteriet och fungerar som en växelströmsgenerator.
För att förenkla denna process ytterligare – föreställ dig att trampa en cykel uppför en kulle. För att komma till toppen av kullen måste du trampa hårdare och kanske till och med behöva stå upp och spendera mer energi för att rotera däcken och nå toppen av kullen. Detta liknar att trycka ner gasen. Det roterande magnetfältet som drar rotorn bakom sig skapar motståndet (eller vridmomentet) som behövs för att röra däcken och bilen. Väl på toppen av kullen kan du ta det lugnt och ladda medan hjulen rör sig ännu snabbare för att ta dig ner på kullen. I bilen händer detta när du släpper foten från gasen och rotorn rör sig snabbare och matar elektrisk energi tillbaka i kraftledningen för att ladda batteriet.
Vad är växelström (AC)
De begreppsmässiga skillnaderna bakom dessa två typer av strömmar är till synes ganska uppenbara. Medan en ström är konsekvent, är den andra mer intermittent. Men saker är lite mer komplicerade än bara den enkla förklaringen, så låt oss bryta dessa två termer mer detaljerat.
Likström (DC)
Termen likström avser elektricitet som hela tiden rör sig i en enkel och konsekvent riktning. Dessutom upprätthåller en likströmspänning en regelbunden polaritet, det vill säga en som inte förändras.
Tänk på hur batterier har tydligt definierade positiva och negativa sidor. De använder direkta strömmar för att skicka ut samma spänning på en konsekvent basis. Förutom batterier producerar bränsleceller och solceller också direktströmmar, medan enkla saker som att gnugga vissa material tillsammans kan också producera DC.
I överensstämmelse med vårt batterikoncept är det viktigt att notera att likströmmen alltid flyter samma riktning mellan den positiva och negativa sidan när man beaktar batteriets positiva och negativa sidor. Detta säkerställer att batteriets båda sidor alltid är positiva och negativa.
Växelström (AC)
Termen växelström definierar en typ av elektricitet som kännetecknas av spänning och ström som varierar med avseende på tid. När spänningen och strömmen för en växelsignal förändras följer de oftast mönstret för en sinusvåg. På grund av att vågformen är en sinusvåg växlar spänningen och strömmen mellan en positiv och negativ polaritet när den ses över tide. Sinusvågformen på växelströmssignaler beror på det sätt på vilket el genereras.
En annan term du kanske hör när du diskuterar växelström är frekvens. Frekvensen för signalen är antalet kompletta vågcykler avslutade under en sekund av tiden. Frekvensen mäts i Hertz (Hz) och i USA är standardledningsfrekvensen 60 Hz. Detta innebär att växelströmsignalen oscillerar med en hastighet av 60 kompletta fram-tillbaka cykler varje sekund.
Så varför är detta viktigt?
Växelström är det bästa sättet att överföra användbar energi från en produktionskälla (dvs. en damm eller en väderkvarn) över stora avstånd. Detta beror på växelströmsignalen hos växelsignalen som gör att spänningen lätt kan stegras upp eller nedåt till olika värden. Det är därför husets uttag säger 120 volt AC (säkrare för konsumtion), men spänningen på en distributionstransformator som levererar ström till en stadsdel.
AC-kraft tillåter oss att konstruera generatorer, motorer och distributionssystem från elektricitet som är mycket effektivare än likström, varför växelström är den mest populära energiströmmen för drivande applikationer.
Hur fungerar en trefas induktionsmotor med tre poler?
De flesta stora industrimotorer är induktionsmotorer och de används för att driva dieseltåg, diskmaskiner, fläktar och otaliga andra saker. Men vad betyder exakt en “induktionsmotor”? Tekniska termer betyder att statorlindningarna inducerar en ström som flödar in i rotorledarna. Detta innebär detta att motorn startas eftersom el induceras in i rotorn med magnetiska strömmar istället för en direktanslutning till el, liksom andra motorer som en DC-kommutatormotor.
Vad betyder polyfas?
När du har en stator som innehåller flera unika lindningar per motorstol har du att göra med polyfas. Det är vanligast att förvänta sig att en polyfasmotor består av tre faser, men det finns motorer som använder två faser.
Ett polyfasesystem använder flera spänningar för att fasskiftas från var och en för att avsiktligt gå ur linjen.
Vad betyder trefas?
Baserat på Nikola Teslas grundprinciper definierade i hans polyfasinduktionsmotor som presenterades 1883, “tre fas” hänvisar till de elektriska energiströmmarna som matas till statorn via bilens batteri. Denna energi gör att de ledande trådspolarna börjar fungera som elektromagneter.
Ett enkelt sätt att förstå tre fas är att ta hänsyn till tre cylindrar, formade i en Y-formation, med användning av energi riktad mot mittpunkten för att generera kraft. När energin skapas flyter strömmen in i spolparna inuti motorn på ett sådant sätt att den naturligtvis skapar en nord- och sydpol i spolarna, vilket gör att de kan fungera som motsatta sidor av en magnet.
