Poznejte tajemství elektromotoru
Elektromotor se využívá v řadě domácích spotřebičů a funguje jako spolehlivý pohon také v kolejové dopravě. V současné době se však upíná pozornost na elektromotor především v souvislosti s pohonem elektromobilů. Zjistěte, jak funguje elektrický motor v autě a jak se odlišuje od spalovacího motoru.
Historie elektromotoru sahá na začátek 19. století
Elektromotor je elektrický stroj, který mění mechanickou energii na elektrickou energii, nebo naopak elektrickou energii na mechanickou energii. Díky tomu najde široké spektrum využití. Elektromotor se využívá v přístrojích, které spotřebovávají elektřinu (například elektrický větrák), ale i v těch, jenž elektřinu vyrábí (například větrná elektrárna).
Principy fungování elektromotoru objevil na začátku 19. století Hans Christian Oersted, na nějž navázal francouzský fyzik André Marie Ampère. Ti zjistili, že elektřina a magnetismus mohou přeměnit svoji energii na mechanickou. Na jejich objev navázal Michael Faraday, jemuž se v roce 1821 podařilo uvést vodič do pohybu za pomoci elektrického proudu a magnetismu. První elektrický motor přeměňující elektrickou energii na pohybovou byl na světě, ale vypadal úplně jinak než dnes.
Faraday sestavil zařízení ze skleněné nádoby naplněné rtutí, ve které byl ponořen magnet. Do nádoby byl zavěšen volně visící drát, ke kterému se připojil galvanický článek. Druhý pól galvanického článku byl zapojen ke kontaktu na stěně nádoby, díky vodivé rtuti tak začal mezi drátem a kontaktem protékat elektrický proud. Působení magnetického pole a elektrického proudu roztočilo drát, jenž začal obíhat okolo magnetu.
Jak funguje elektrický motor dnes?
Jádro samotného elektrického stroje tvoří stator a rotor. Stator je nepohyblivá vnější část a jsou na něm upevněny cívky (vinutí) s magnetickým obvodem, magnety nebo elektromagnety. Rotor se otáčí uvnitř dutiny statoru. Narozdíl od statoru se tedy jedná o otočnou část. Rotor tvoří magnetický obvod, vinutí a hřídel. Elektrický motor je sestrojen tak, aby na sebe působila magnetická pole statoru a rotoru, což způsobí otáčení rotoru, který vytváří mechanickou energii na hřídeli.
To je princip točivého elektrického stroje, jenž je využíván u většiny elektromotorů. Existuje však i varianta lineárního elektromotoru. Stator není kruh ale je rovný, pohyblivá část po něm posouvá. To se využívá například u rychlovlaků, které jedou po magnetickém polštáři.
Elektromotor má tři režimy provozu:
- motorický režim: v tomto případě elektromotor odebírá elektřinu ze zdroje a přeměnuje ji na mechanickou energii,
- generátorický režim: elektromotor přijímá pohybovou energii na hřídeli (například z vrtule větrné elektrárny) a přeměňuje ji na elektrickou energii,
- režim brzdy: elektromotor odebírá elektřinu ze zdroje a odebraný výkon působí proti mechanickému pohybu, čímž vzniká teplo.
Elektromobily brázdí silnice znovu téměř po 100 letech
Elektromobily si začínají nacházet příznivce i mezi českými řidiči, přesto je jejich fungování obestřeno řadou nejasností, což způsobuje pochybnosti. Na první pohled se také může zdát, že se jedná o technologickou novinku, protože auto jede naprosto bez hluku a navíc se vyznačuje vysokým zrychlením. Není to tak docela pravda. Věděli jste, že na začátku 20. století jezdilo po silnicích v USA dokonce víc elektromobilů než aut se spalovacím motorem? Sám Henry Ford pracoval s T. A. Edisonem na vývoji elektromobilu, který bude levný a praktický pro každodenní využití. To se jim bohužel nepodařilo, protože problémem byly těžké baterie s krátkým dojezdem. Kvůli masivnímu nástupu aut na benzin se výzkum téměř na sto let zastavil.
Dnes se však elektromobilita dostává opět do popředí. S rostoucími požadavky na snižování lokálních emisí i CO2 v atmosféře se bezemisní provoz elektromobilů uplatňuje jako ideální řešení nejen pro ovzduší ve městech a zdraví obyvatel, ale také z dlouhodobého hlediska ochrany životního prostředí. Vývoj elektromobilů a především jejich baterií jde dopředu mílovými kroky a v plánu jsou elektroauta s dojezdem 700–900 km. Pokud se do budoucna vyřeší i rychlost nabíjení a to vše za přijatelnou cenu, stane se elektromobil plnohodnotnou náhradou za konvenční vozidla.
Jak se liší elektromotor a spalovací motor?
Elektromotor a spalovací motor se liší v principu, jakým přeměňují energii na mechanický pohyb. Zatímco benzinový nebo dieselový motor využívá termodynamických jevů při spalování paliva, elektromotor funguje na základě elektromagnetických jevů. Ve spalovacím motoru pracuje mnoho komponentů, jako jsou válce, ventily a písty, ale srdcem elektromotoru je pouze rotor a stator. Díky tomu, že elektromotor zároveň funguje jako generátor, vzniká při brzdění elektromobilu energie, kterou se baterie dobíjí – to se nazývá rekuperace.
Rozdíl je také v průběhu výkonu a točivého momentu. U spalovacího motoru roste výkon a moment s otáčkami. Naopak u elektromotoru vzniká maximální moment od téměř nulových otáček a postupem klesá. Díky tomu má elektromobil vysokou dynamiku při rozjezdu. Toho je docíleno také tím, že elektromotor nepotřebuje převodovku se spojkou a u běžných elektrických aut stačí pro jakoukoliv rychlost pouze jeden převodový stupeň, tzv. reduktor.
Jaké jsou výhody elektrického motoru oproti tomu spalovacímu?
U elektromotoru je jedinou pohyblivou součástí rotor, a proto má zařízení mnohem nižší požadavky na servis. V spalovacím motoru vznikají vysoké teploty, tlaky a tření, proto se součástky rychleji opotřebí. Naopak u elektromotoru nemusíte měnit olej ani palivové nebo vzduchové filtry. Obecně lze říci, že motory elektromobilů nepotřebují tolik servisní péče jako ty spalovací.
