Cum funcționează motorul unui automobil electric?

Ce este un motor electric? 

Motorul unui automobil electric funcționează pe baza unui proces fizic pus la punct la sfârșitul secolului^{al XIX-lea}. Acest proces constă în utilizarea unui curent electric pentru a crea un câmp magnetic pe partea fixă a mașinii, numită „stator”, care, prin mișcarea sa, pune în mișcare o piesă rotativă, numită „rotor”. Vom discuta mai pe larg despre aceste două piese puțin mai târziu în acest articol.

Principiul de funcționare al unui motor electric

Care este diferența dintre un motor termic și un motor electric? Cei doi termeni sunt adesea folosiți în mod interschimbabil. Prin urmare, este important să îi diferențiem încă de la început. Deși în prezent sunt folosiți aproape ca sinonime, în industria auto, un „motor electric” se referă la o mașină care transformă energia în energie mecanică și, prin urmare, în mișcare, în timp ce un motor termic îndeplinește aceeași sarcină, dar folosind în mod specific energia termică. Când ne referim la transformarea energiei termice în energie mecanică, vorbim, așadar, de combustie, și nu de electricitate.

Prin urmare, tipul de energie transformată este cel care determină tipul motorului, fie el termic sau electric. În ceea ce privește vehiculele electrice, întrucât energia mecanică este generată de energie electrică, se utilizează termenul de „motor electric” pentru a descrie sistemul care propulsează vehiculul electric. Aceasta se numește tracțiune.

Cum funcționează un motor electric într-un vehicul electric? 

Acum că am stabilit că vorbim aici despre motoare electrice, și nu despre motoare cu combustie internă, să ne îndreptăm atenția asupra modului de funcționare al motorului într-un vehicul electric.

În prezent, motoarele electrice se regăsesc în numeroase obiecte de uz cotidian. Cele echipate cu motoare de curent continuu ( DC) au funcționalități destul de simple. Motorul este conectat direct la o sursă de energie, iar viteza sa de rotație depinde, prin urmare, direct de intensitatea curentului. Deși sunt ușor de produs, aceste motoare electrice nu îndeplinesc cerințele de putere, fiabilitate sau dimensiune ale unui vehicul electric. Ele pot fi totuși utilizate pentru acționarea ștergătoarelor de parbriz, a geamurilor și a altor mecanisme mici din interiorul mașinii.

Statorul și rotorul

Pentru a înțelege modul de funcționare al unui vehicul electric, trebuie să vă familiarizați cu componentele fizice ale motorului său electric. Acest lucru începe cu o bună înțelegere a principiilor celor două părți principale ale acestuia: statorul și rotorul. O modalitate simplă de a reține diferența dintre cele două: statorul este „static”, în timp ce rotorul este „în rotație”. Într-un motor electric, statorul utilizează energia pentru a crea un câmp magnetic care, la rândul său, face rotorul să se rotească.

Cum funcționează, așadar, un motor electriccare alimentează un vehicul electric?Pentru aceasta, este necesar să se utilizeze motoare cu curent alternativ ( AC), care necesită un circuit de conversie pentru a transforma curentul continuu (DC) furnizat de baterie. Să analizăm cele două tipuri de curent.

Alimentarea unui vehicul electric: curent alternativ (CA) vs curent continuu (CC)

Înainte de toate, pentru a înțelege cum funcționează motorul unui automobil electric, este necesar să cunoaștem diferența dintre curentul alternativ și curentul continuu (curenți electrici).

Există două moduri în care curentul electric poate circula printr-un conductor. Curentul alternativ (CA) se referă la un curent electric în care electronii își schimbă periodic direcția. Curentul continuu (CC), așa cum sugerează și numele, circulă într-o singură direcție.

Bateriile mașinilor electrice funcționeazăcu curent continuu. În ceea ce privește motorul principal al vehiculului electric (care asigură tracțiunea vehiculului), acest curent continuu trebuie însă transformat în curent alternativ cu ajutorul unui invertor.

Ce se întâmplă odată ce această energie ajunge la motorul electric? Totul depinde de tipul de motor utilizat: sincron sau asincron.

Diferitele tipuri de motoare electrice 

În industria auto există două tipuri de motoare electrice de curent alternativ: motoarele sincrone și motoarele asincrone. În cazul unui vehicul electric, atât motoarele sincrone, cât și cele asincrone au fiecare avantajele lor; unul nu este neapărat „superior” celuilalt.

Motoarele sincrone și asincrone 

Motorul asincron, denumit și motor cu inducție, se bazează pe statorul alimentat cu energie electrică pentru a genera un câmp magnetic rotativ. Acest lucru determină o rotație continuă a rotorului, ca și cum acesta ar încerca să ajungă din urmă câmpul magnetic fără a reuși vreodată. Motorul asincron este adesea instalat în vehiculele electrice destinate deplasărilor pe distanțe lungi și la viteză mare.

În cazul motorului sincron, rotorul îndeplinește el însuși funcția de electromagnet și contribuie astfel în mod activ la generarea câmpului magnetic. Prin urmare, viteza sa de rotație este direct proporțională cu frecvența curentului care alimentează motorul. Motorul sincron este, așadar, ideal pentru condusul în mediul urban, care implică, de obicei, opriri frecvente și reporniri la viteză redusă.

Motoarele sincrone și asincrone funcționează în ambele sensuri, ceea ce înseamnă că pot transforma energia mecanică în energie electrică în timpul fazelor de decelerare. Acest principiu stă la baza frânării prin recuperare, care se bazează pe alternator.

Componentele motoarelor electrice 

Să ne îndreptăm acum atenția asupra unor componente ale motorului unui vehicul electric, precum magneții, dar și asupra motoarelor sincrone cu excitație independentă și, în general, asupra grupului motopropulsor.

Magneții permanenți

Anumite motoare sincrone sunt echipate cu un motor cu magneți permanenți la nivelul rotorului. Acești magneți permanenți sunt integrați în rotorul din oțel, creând astfel un câmp magnetic constant. Un motor electric cu magneți permanenți are avantajul de a funcționa fără alimentare electrică. Totuși, acesta necesită utilizarea unor metale sau aliaje precum neodimul sau disprosiul. Aceste „metale rare” sunt feromagnetice, ceea ce înseamnă că pot deveni magnetice și se pot transforma astfel în magneți permanenți. Ele sunt utilizate în diverse scopuri industriale: în turbine eoliene, unelte și căști audio fără fir, dinamo de bicicletă sau chiar motoare de tracțiune care echipează anumite vehicule electrice!

Problemă: prețul acestor „metale rare” fluctuează foarte mult. Spre deosebire de ceea ce sugerează denumirea lor, ele nu sunt chiar atât de rare, dar se găsesc aproape exclusiv în China. Prin urmare, această țară deține un quasi-monopol asupra producției, vânzării și distribuției lor. Acesta este motivul pentru care producătorii depun eforturi considerabile pentru a găsi soluții alternative pentru motoarele vehiculelor electrice.

Motoarele sincrone cu excitație independentă

Una dintre aceste soluții, adoptată de-a lungul timpului de Renault pentru modelele sale electrice, de la ZOE până la recentele Renault 5 și Renault 4 E-Tech electric, constă în fabricarea unui magnet pentru motorul electric fără metale rare, pornind de la o bobină de cupru. Această soluție necesită un proces industrial mai complex, dar permite evitarea problemelor de aprovizionare, păstrând în același timp raportul excelent dintre greutatea motorului și cuplul generat. 

Guillaume Faurie, șeful departamentului de inginerie al fabricii din Cléon,vorbește despre complexitatea și ingeniozitatea motorului electric cu rotor bobinat: „Fabricarea unui motor sincron cu excitație independentă necesită procese specifice de bobinare și impregnare. Constrângerile legate de așteptările privind performanțele produselor, de obiectivul de reducere a raportului greutate/putere și de ritmul ridicat de producție implică utilizarea eficientă a celor mai avansate tehnologii pentru punerea în aplicare a acestor procese.”

Grupul motopropulsor electric

Într-un vehicul electric, motorul electric, alcătuit din rotor și stator, face parte dintr-un ansamblu mai amplu: grupul motopropulsor electric, un ansamblu care asigură funcționarea motorului electric.

În acesta din urmă se găsesc și controlere electronice de putere:

În cele din urmă, unitatea include reductorul care adaptează viteza de rotație transmisă de motorul electric către roți.

Combinația acestor elemente asigură o funcționare lină și eficientă a motorului electric. Rezultatul? Mașina dumneavoastră electrică este silențioasă, fiabilă, mai ieftină șiplăcută de condus!

Drepturi de autor: Pagecran