خودروهای برقی همه جا هستند، که عالی است. اما آیا تا به حال به این فکر کرده اید که یک موتور EV واقعا چگونه کار می کند؟
موتورهای الکتریکی همه جا هستند. اگر اختراع موتور الکتریکی نبود، احتمالاً زیاد نمی‌توان گفت که تمدن مدرن آنطور که می‌شناسیم ممکن است شبیه به آن نباشد. موتورهای الکتریکی نیز در زندگی روزمره شما وجود دارند، از پمپ های آب الکتریکی گرفته تا موتورهای الکتریکی که فن های خنک کننده را تامین می کنند.
اما اخیراً، بزرگترین هیاهو در مورد موتور الکتریکی به دلیل تکثیر بسیار زیاد خودروهای الکتریکی است.
اگر از خود می‌پرسید یک موتور EV چگونه کار می‌کند، به جای درستی آمده‌اید. برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه عملکرد موتورهای EV و مقایسه آن با موتورهای احتراق داخلی به ادامه مطلب مراجعه کنید.
موتور الکتریکی القایی چیست؟
موتور القایی یک شگفتی مهندسی است. نکته خنده دار این است که این نوع موتور الکتریکی توسط نیکولا تسلا اختراع شده است و شرکت خودروهای الکتریکی که نام او را یدک می کشد نیز از موتورهای القایی برای برخی از خودروهای الکتریکی معروف خود استفاده می کند. مدل S، به ویژه، و پسر عموی آن مدل X، از موتورهای القایی AC استفاده می کنند (با مدل های جدیدتر دارای یک موتور سنکرون آهنربای دائم به اضافه یک موتور القایی). به طور کلی موتور القایی موتوری است که انرژی الکتریکی را با استفاده از میدان مغناطیسی القایی به انرژی مکانیکی تبدیل می کند.
احتمالاً در میان سه اختراع برتر تمام دوران است و این اغراق نیست. موتور القایی کاملاً ساده است و تنها قسمت متحرک آن روتور آن است، به همین دلیل است که پیشرانه های خودروهای الکتریکی باید با گذشت سالها بسیار قابل اعتماد باشند. به طور تصادفی، این یکی از مزایای کلیدی خودروهای برقی نسبت به خودروهای گازسوز از نظر قابلیت اطمینان است. موتور القایی دارای یک بخش ثابت به نام استاتور، همراه با یک بخش داخلی است که در واقع به نام روتور می چرخد.
روتور دارای شفتی است که از آن عبور می کند که می توان از آن برای حرکت دادن اشیا در هنگام چرخش روتور استفاده کرد. یک مثال از این یک فن چرخان متصل به شفت موتور القایی یا شاید چرخ های یک EV است که در نتیجه حرکت مکانیکی شفت روتور حرکت می کنند. موتور القایی AC نه تنها در خودروهای برقی وجود دارد. این یک عنصر اصلی در تمام جنبه های زندگی روزمره است. بسیاری از ماشین های کارخانه مدرن از موتورهای القایی AC استفاده می کنند، به خصوص اگر قابلیت اطمینان و هزینه های عملیاتی پایین ضروری باشد.
این یکی از دلایل اصلی استفاده از موتورهای القایی در برخی خودروهای الکتریکی با عملکرد است. آنها بسیار قابل اعتماد و همچنین بسیار کارآمد هستند. در حالی که موتورهای القایی سهم مناسبی از گرما را تولید می کنند (به همین دلیل است که اغلب دارای فن ها و باله های تعبیه شده در طراحی هستند)، آنها بسیار کارآمد هستند. طبق گفته وزارت انرژی ایالات متحده، خودروهای برقی در واقع می توانند بیش از 77 درصد نیروی الکتریکی را که از شارژ مستقیم به چرخ های خودرو دریافت می کنند، استفاده کنند. به گفته همین منبع، خودروهای بنزینی تنها می توانند از 12 تا 30 درصد انرژی ذخیره شده در بنزین را به نیروی قابل استفاده مستقیماً روی چرخ های خودرو تبدیل کنند.
خودروهای برقی بیش از 77 درصد از انرژی الکتریکی شبکه را به نیروی چرخ ها تبدیل می کنند. خودروهای بنزینی معمولی تنها حدود 12 تا 30 درصد از انرژی ذخیره شده در بنزین را به قدرت روی چرخ ها تبدیل می کنند.
این یک مشکل بزرگ است و یکی از دلایلی است که وسایل نقلیه الکتریکی برای محیط زیست بهتر هستند، به ویژه هنگامی که به یک منبع برق تمیز متصل هستند.
موتور القایی AC چگونه کار می کند؟
به زبان ساده، موتور القایی AC با برق رسانی به سیم پیچ های مسی رسانا در اطراف استاتور کار می کند. جریان متناوب که از سیم پیچ های مسی عبور می کند یک میدان مغناطیسی دوار را القا می کند. بدیهی است که در یک EV، الکتریسیته ای که اجازه می دهد این مرحله اتفاق بیفتد، توسط باتری EV تامین می شود.
با این حال، باتری‌ها برق DC تولید می‌کنند، بنابراین قبل از اینکه الکتریسیته باتری توسط موتور الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل شود، باید یک مرحله واسطه را از طریق یک اینورتر طی کند که برق DC تامین‌شده توسط باتری را به برق مورد نیاز AC تبدیل می‌کند. میدان الکترومغناطیسی گردان تولید شده در استاتور نتیجه القای جریانی در روتور در حین حرکت است که به نوبه خود باعث ایجاد میدان الکترومغناطیسی در روتور می شود. به همین دلیل است که موتورهای القایی نام القایی را دارند – زیرا با القای میدان مغناطیسی کار می کنند.
جادو زمانی اتفاق می افتد که EMF گردان جریان الکتریکی را در روتور القا می کند، که به نوبه خود EMF خود را تولید می کند که روتور را وادار می کند تا در امتداد بچرخد، به دنبال میدان مغناطیسی چرخان استاتور. روتور شفت را می چرخاند که بخش مفید موتور الکتریکی است و امکان ایجاد انرژی مکانیکی از نیروی الکتریکی را فراهم می کند. از نظر خودروهای الکتریکی، نحوه ارائه قدرت این موتورهای الکتریکی به این معنی است که گشتاور فوراً در دسترس است، که اتومبیل های ICE حتی نمی توانند با آن رقابت کنند.
مزایای موتورهای الکتریکی نسبت به موتورهای احتراق داخلی
اولین مزیت آشکار موتورهای الکتریکی نسبت به موتورهای احتراق داخلی کاهش شدید قطعات متحرک است. اگر به هر انیمیشن اولیه موتور گازی در مقابل چرخش موتور الکتریکی نگاه کنید، بلافاصله متوجه خواهید شد که این فرآیند برای موتور گازی چقدر پیچیده‌تر است. کاهش قطعات متحرک به طور مستقیم با تعمیر و نگهداری این نیروگاه های مختلف مرتبط است.
با موتور الکتریکی، واقعاً مشکل زیادی وجود ندارد، به خصوص به دلیل فرسودگی. در همین حال، موتور احتراق داخلی تعداد زیادی قطعه متحرک دارد که ممکن است خراب شود. این بدان معنا نیست که یک موتور الکتریکی نمی تواند خراب شود، اما اگر فاقد بسیاری از قطعاتی باشد که در موتورهای گازسوز خراب می شوند، نیازی به تعویض آنها نخواهد بود.
یکی از نقاط ضعف اصلی در موتورهای معمولی زنجیر زمان (یا تسمه) است که حتی در موتور الکتریکی وجود ندارد. همانطور که قبلاً ذکر شد، تحویل گشتاور نیز یک مزیت بزرگ برای خودروهای برقی است، زیرا آنها می توانند گشتاور فوری را ارائه دهند و به احساس شگفت انگیزی که هنگام شتاب گیری یک خودروی برقی دریافت می کنید، کمک می کند.
موتورهای القایی برای همیشه وجود داشته اند، اما هنوز انقلابی هستند
نکته خنده دار در مورد موتورهای القایی این است که آنها یک اختراع جدید نیستند. آنها همچنین سال‌هاست که در همه جا مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما اخیراً این موتورها به دلیل موجی از خودروهای برقی که جاده‌های ما را اشغال می‌کنند، به رسمیت شناخته شده‌اند. موتور القایی هنوز هم پس از این همه سال یک شگفتی مهندسی شگفت انگیز است و تحقیقات و توسعه جدید باید به جذاب تر شدن آن کمک کند.