Bu yazımda size elektrik motorlarının nasıl çalıştığından bahsedeceğim. Daha spesifik olmak gerekirse AC motorlarını yani İndüksiyon Motorlarını anlatacağım. Bu indüksiyon motorlarını evinizdeki çamaşır makinesinden tutun da aracınızdaki sileceklere kadar bir çok yerde görebilirsiniz. Ve günümüzde artık neredeyse bütün arabalarda bu motorlar kullanılmaktadır. İndüksiyon Motorları aslında yeni bulunan bir teknoloji değil. 1888 yılında Nicola Tesla’nın icat ettiği bir motordur. Ve elektrikli arabalarda bildiğiniz gibi yeni bir buluş değil. Bundan uzun zaman önce elektrikli araba yapılmıştı. Ama daha sonra hem ekonomik sebeplerden önü kesildiği için hem de yaşadığı bazı sıkıntılardan dolayı piyasadan kalkmıştı. Şimdi bu sıkıntılar da aşıldı. Artık daha çevreci bir dünya için elektrikli arabalar yeniden kullanılmaya başlandı.

İndüksiyon Motorları Nasıl Çalışır?

Bir çoğumuzun bildiği gibi bir telden akım geçirirsek o
telin çevresinde manyetik alan oluşur. İndüksiyon motorları tam olarak bu
prensip ile çalışan motorlardır.

Bu motorların içinde resimde göreceğiniz gibi binlerce kablo dizileri vardır. Ve bu kablo dizilerine üç farklı fazda elektrik akımı verilir.

Bu elekrik akımı AC akımı olarak verilir. Yani sabit değil, grafikte belirtildiği gibi dalgalı olarak verilir.

Üç fazda akım verildiği zaman döner bir manyetik alan
oluşur. Bu manyetik alan sürekli bu üç farklı faza göre şeklini değiştirir ve
kendi etrafında sürekli dönmeye başlar. Eğer frekansı değiştirirseniz bu
manyetik alanın dönme hızını değiştirebilirsiniz.

Nasıl ki içinden akım geçen bir tel manyetik alan oluşturursa, manyetik alan da bir telin içinde akım oluşturabilir. Bu yüzden dönen bir manyetik alanın içine metal koyduğunuz zaman; içerideki metalin üzerinde de bir akım oluşacaktır. Ve Faraday Kanunları’na göre ortada bir akım ve elektrik alan varsa bir kuvvet de vardır. Bu kuvvet dönen elektrik alan sayesinde devamlı olarak o içerideki metali çevirecektir. Bu aslında indüksiyon motorlarının genel olarak çalışma şeklidir. Gördüğünüz gibi çalışma prensibi olarak oldukça basit bir sistemdir. İçten yanmalı motorlarla karşılaştırdığınız zaman bu basitlik daha da öne çıkıyor. Çünkü içten yanmalı motorlar da parça sayısı, doğrusal hareketi dairesel harekete çevirmek oldukça enerji kaybettiren şeylerdir. Yazının ileri bölümlerinde bunları daha detaylı olarak alacağım.

Elektrikli Arabalar

Öncelikle enerjiyi depolamamız için bir pil gereklidir. Bu pil DC akım sağlar. Bu DC akımı AC akıma çevirmek için bir Inverter’a  ihtiyaç duyarız.  Bu İnverter pilden aldığı Doğru Akımı istenilen frekansta Alternatif Akıma çevirir. Ve bu akımı daha sonra elektrik motoruna iletir. Elektrik motoruna sağlanan alternatif akım ise tekerleklere hareket olarak aktarılır.

Karşılaştırdığımız zaman içten yanmalı bir motorun verimliliği belli devirler arasındadır. Genel olarak 2500-3500 devir/dak arasında kullanmanız için bu motor tasarlanır; bu yüzden de artık 6 ileri, 7 ileri şanzımanlar gereklidir ki sürekli istediğiniz devir aralığında tutup gücü istediğiniz gibi tekere aktarabilesiniz.

Elektrik motorlarında şanzıman gibi araçlara gerek yoktur. Şanzımana ihtiyaç duymadan elektrik motorları, 0-20000 dev/dak arasında hep verimli bir şekilde istediğiniz gücü alabilir ve ve enerjiyi doğrudan tekerleklere aktarabilirsiniz. Örneğin; Tesla marka arabalarda tek vitesli şanzıman kullanılır. Bu da tekere giden torku ayarlamak için kullanılan bir şanzımandır. Elektrikli arabalarda herhangi bir vites atmaya hiçbir şekilde gerek kalmaz. Baktığınız zaman elektrikli araçlar içten yanmalı araçlara göre oldukça basit bir sistem gibi duruyor.  İçten yanmalı motoru doğrusal hareketi dairesel harekete çevirmeniz gerekecektir. Pistonlar aşağı dönen bir krank miline bağlıdır. Tahmin ettiğiniz üzere bir titreşim oluşacak ve titreşimleri sönümlemek için volana ihtiyacınız olacak, yanmanın gerçekleşeceği sıcaklıklara dair verimlilik sorunlarınız oluşacak. Bütün bu parçaların ağırlığı ve hareketi yüzünden içten yanmalı motorlar, elektrikli motorlara göre oldukça verimsiz bir hale gelecektir. Yaklaşık 200kg kütlesindeki bir içten yanmalı motordan 180 beygir güç alabilirken 35 kg kütlesindeki bir elektrik motorundan 320 beygir güç alınabilir. Güç/kütle oranında elektrikli araçlar içten yanmalılara göre oldukça üstün durumdadır.

Tesla araçların içinde kullanılan piller oldukça basit pillerdir. Bizim kullandığımız pillere çok benzeyen, 7000 tane hücreden oluşan büyük pillere sahiptir.  Yani 7000 tane hücre pillerinin bir araya getirilip seri ve paralel bağlanmış halidir. Buradan oluşturulan doğru akım inverter’a gönderilip, alternatif akıma çevirip motora veriliyor. Bu durumda İnverter’ın ülkemizdeki tabiriyle aracın beyni olduğunu söyleyebiliriz. Siz hızlanmak ve yavaşlamak istediğinizde bunu ayarlayan sistem inverterdır.

Ayrıca Elektrikli arabalarda bir de depolama modu vardır. Ayağınızı
gazdan çektiğinizde elektriği geri depolar ve siz frenlediğinizi hissedersiniz
frene basmasanız bile.  Bunun sebebi de
az önce bahsettiğim prensiple; tekerlek dönerken çevreye sardığınız tellerden
akım elde edebilirsiniz. Bu da tekerleğin hareketi içerideki metale aktırıldığı
için gerçekleşir. Bu durumda da piliniz tekrar doldurabilirsiniz. Tabii ki
verimlilik hiçbir zaman %100 olmadığı için kaybettiğiniz enerjiyi tekrardan
%100 olarak depolayamazsınız.

Nikola Tesla’nın zamanında bulduğu bu motor, çağı hala değiştirmeye devam ediyor. Kendi kişisel görüşümü söylemek gerekirse bir icadın önemli olması için ne kadar kompleks ve zor olmasını hiçbir önemi yoktur. Önemli olan basit, kullanışlı ve insanlığa fayda sağlamasıdır. Sizlere basitçe elektrik motorunu ve elektrikli araçları anlatmaya çalıştım. Umarım yararlı olmuştur.

Kaynak: Wikipedia.org, edisontechcenter.com