Da li znate ko je izumeo elektromotor i po kom principu on radi u automobilima?

Danas ih ima na svakom koraku, a sve je počelo pre više od dva veka… Majkl Faradej je 1821. godine prvi eksperimentisao sa elektromotorom, koji je napajala jednosmerna struja, a sledeći korak je učinio Vilijam Sturdžen 1832. godine, kada je ostvareno vršenje mehaničkog rada pomoću jednosmerne električne struje.

Osnova rada elektromotora zasnovana je na delovanju magnetnog polja na metalni ram kroz koju protiče električna struja. Komponente su – dva stalna magneta postavljena pod uglom od 180 stepeni sa suprotno okrenutim polovima, kod jednog je okrenut severni, a kod drugog južni pol magneta. Između njih se nalazi metalni ram pravougaonog oblika, kroz koji protiče jednosmerna struja i usled dejstva Amperove sile nastaje kružno kretanje. Sila na stranice pravougaone konture paralelne pravcu magnetnog polja je nula, a smer dejstva sile se određuje pravilom dlana leve ruke. Ako se dlan leve ruke okrene ka severnom polu magneta, tako da prsti pokazuju smer struje u provodniku, ispruženi palac pokazivaće smer Amperove sile i smer kretanja provodnika.

Kroz delove rama, koji su normalni na smer magnetnog polja ili zauzimaju neki ugao, protiče struja iste jačine, ali suprotnog smera, pa su i Amperove sile koje deluju na dve stranice rama istog intenziteta, ali suprotnog smera. Tako nastaje spreg sila i kružno kretanje. Kada je ugao između smera magnetnog polja i smera struje 90 stepeni, nastaje ravnotežno stanje. Da bi se nastavilo kružno kretanje, neophodno je da se promeni smer električne struje u konturi. To se vrši tako, što se na krajevima konture nalaze polovine prstena, na koje vrše pritisak četkice.

Četkice su spojene sa različitim polovima elektromotorne sile, jedna sa plus, druga sa minus polom. Kada jedan prsten napravi polukrug ili okret od 180 stepeni, tada se spaja sa drugom četkicom, što dovodi do promene smera struje, a samim tim i promene smera sile, čime se nastavlja kružno kretanje.

Elektromotor praktično trenutno razvija maksimalni obrtni moment i tu vrednost zadržava i do 18.000 obrtaja u minuti

Nikola Tesla je posmatrajući kretanje Sunca, došao do zaključka i da promenljivo magnetno polje može da pokreće provodnik i vrši mehanički rad. Umesto stalnih magneta, primenjena su tri namotaja bakarne žice, pri čemu su postavljeni susedni pod uglom od 120 stepeni i zajedno čine pun krug od 360 stepeni. Kroz namotaje protiče naizmenična struja i stvara rotaciono magnetno polje. Po Faradejevom zakonu, promenljivo magnetno polje indukuje elektromotornu silu u konturi postavljenoj u sredini. Tako je i nastao naziv indukcioni motor. Čine ga stator i rotor i nema kontakta između njih, pa nema potrebe za komutatorima i četkicama, a nema ni permanentnog magneta.

Za pokretanje elektromobila koriste se elektromotori sledeće konstrukcije. Stator čine kućište od čelika, tri namotaja bakarne žice i listovi čelika, kružnog oblika sa šupljinom  u sredini. Namotaji bakarne žice, postavljeni su u kružne otvore na čeličnim listovima. Zato što akumulatori proizvode jednosmernu struju, neophodni su invertori, koji pretvaraju jednosmernu u naizmeničnu struju. Trofazna naizmenična struja protiče kroz namotaje bakarne žice i proizvodi rotirajuće magnetno polje, koje izaziva obrtno kretanje rotora. Ugao između namotaja provodnika je 120 stepeni. Promenama faze naizmenične struje i magnetno polje dobija različite smerove. Naizmenična struja je sinusna funkcija.  Brzina rotacije magnetnog polja naziva se i brzinom sinhronizacije. Prema Faradejevom zakonu, promenljivo magnetno polje indukovaće u rotoru elektromotornu silu, koja proizvodi električnu struju. Na osnovu Lorencovog zakona o dejstvu magnetnog polja na naelektrisanje u pokretu, nastaje elektromagnetna sila koja izaziva  kružno kretanje rotora.

Masa elektromotora je oko 30 kg, dok je masa benzinaca i dizela od 150 do 503 kg, koliko ima Bugatijev šesnaestocilindraš, ali zato težina baterije toliko povećava masu da su električni modeli po pravilu teži od onih sa konvencionalnim motorima SUS

Rotor ima obično oblik kao kavez za veverice, a rotirajuće magnetno polje indukovaće električnu struju u rešetkama kaveza. Da bi se poboljšala indukcija i obrtni moment, u  središtu rotora su listovi gvožđa, a sadrže i retke zemlje. Listovi su upotrebljeni umesto komada veće zapremine, zbog efikasnije magnetizacije. Rotor će imati uvek manju ugaonu brzinu od magnetnog polja. Tako će magnetno polje da preseca rotor i da izaziva indukciju. Rotor poput kolenastog vratila i zamajca vrši kružno kretanje i pokreće vratila i dalje točkove.

Brzina rotora može da se kontroliše preko frekvencije ulazne struje. Zato je kod automobila sa električnim pogonom dovoljan samo jedan stepen prenosa. Pri kočenjima, rotor može da radi i kao generator. Obrtni moment rotora prenosi se preko jednostepenog menjača do točkova. Promenom smera struje vozilo se kreće u rikverc. Proklizavanje točkova minimizira se prekidom dotoka struje ili smanjivanjem njene jačine. Kod benzinaca i dizela prekid dotoka goriva traje znatno duže.

{{related-post-1}}

Da bi izbegao upotrebu retkih zemalja za izradu jezgra rotora, BMW je upotrebio šest namotaja bakarne žice, koju napaja akumulator jednosmernom strujom. Bavarci tvrde da su na taj način postigli efikasnost od 93% i veći obrtni moment. Ali, vratili su poluprstenove i četkice, kao i problem habanja, koje je eliminisao Nikola Tesla pre 138 godina. Očigledno da proizvođači traže rešenje po jedinom mogućem principu – ispitivanja, greške i ispravke.

Teslin izum

Nikola Tesla je 1887. godine patentirao indukcioni motor i zadužio zauvek čitav ljudski rod. Danas, indukcioni motori imaju udeo veći od 90% u industrijskoj upotrebi, a koriste se i kao pokretači elektromobila. Prednosti su jednostavna konstrukcija i efikasnost iznad 90%