I motori a corrente alternata possono generare elettricità, ma la loro capacità di generare elettricità dipende dalla modalità operativa: i motori a corrente alternata sono essenzialmente un'unità di "motore" e "generatore" e i loro principi fondamentali si basano sulla legge dell'induzione elettromagnetica. Il passaggio tra funzioni "elettriche" o "di generazione di energia" si ottiene solo cambiando il metodo di immissione dell'energia (energia elettrica → energia meccanica o energia meccanica → energia elettrica).
1、 Principio fondamentale: “Bidirezionalità” dell’induzione elettromagnetica
Sia la “modalità elettrica” che la “modalità di generazione di energia” dei motori a corrente alternata ruotano attorno all’induzione elettromagnetica, con l’unica differenza nella “direzione del flusso di energia”:
Modalità elettrica (consumo energetico): alimentazione CA esterna → l'avvolgimento dello statore genera un campo magnetico rotante → il campo magnetico aziona il rotore (conduttore o avvolgimento) per tagliare le linee di induzione magnetica → il rotore genera corrente indotta → la corrente è soggetta alla forza dell'ampere nel campo magnetico → aziona la rotazione del rotore (energia elettrica → energia meccanica).
Modalità di generazione di energia (generazione di elettricità): una forza meccanica esterna (come un motore, un mulino a vento, una turbina idraulica) fa ruotare il rotore → il campo magnetico generato dal rotore (magnete permanente o avvolgimento di eccitazione) ruota con il rotore → la linea di induzione magnetica viene tagliata e fatta ruotare dall'avvolgimento dello statore → l'avvolgimento dello statore induce una forza elettromotrice alternata → dopo il collegamento al carico, emette corrente alternata (energia meccanica → energia elettrica).
2、 Tre condizioni chiave per la generazione di potenza del motore CA
Non tutti i motori a corrente alternata possono generare elettricità semplicemente accendendosi. Per generare energia elettrica in modo efficace, devono essere soddisfatte le seguenti tre condizioni fondamentali:
1. Deve esserci un “campo magnetico rotante” (sorgente magnetica)
Per indurre la forza elettromotrice nell'avvolgimento dello statore, è innanzitutto necessario un "campo magnetico variabile" (il campo magnetico rotante è la forma più tipica) e le sorgenti magnetiche sono divise in due categorie:
Tipo a magnete permanente: il rotore stesso è un magnete permanente (come un motore sincrono a magnete permanente), che non richiede alimentazione aggiuntiva e genera direttamente un campo magnetico rotante durante la rotazione. Ha una struttura semplice ed è comunemente utilizzato in piccoli generatori (come turbine eoliche domestiche e apparecchiature portatili per la generazione di energia).
Tipo di eccitazione: il rotore è un avvolgimento comune (come nei motori asincroni e nei generatori sincroni), che richiede una "corrente di eccitazione" esterna (CC o CA) per generare un campo magnetico nel rotore (simile a un elettromagnete).
2. Deve esserci una “forza motrice meccanica” (che superi la coppia inversa)
L'essenza della generazione di energia è convertire l'energia meccanica in energia elettrica, quindi deve esserci una forza meccanica esterna per far ruotare il rotore e la velocità deve soddisfare due requisiti:
Maggiore della "velocità sincrona" (per i motori sincroni): la frequenza di generazione di potenza dei motori sincroni (ad esempio 50 Hz) è strettamente correlata alla velocità (formula: velocità n=60f/p, f è la frequenza, p è il numero di poli) e la velocità deve essere controllata con precisione dalla forza meccanica per garantire una frequenza di uscita stabile (come nei generatori di turbine a vapore nelle centrali elettriche).
Al di sopra della velocità critica corrispondente al tasso di scorrimento (per motori asincroni): quando un motore asincrono genera elettricità, la velocità del rotore deve essere leggermente superiore alla velocità del campo magnetico rotante dello statore ("velocità super sincrona") affinché l'avvolgimento dello statore interrompa il campo magnetico e generi energia elettrica (altrimenti si tratta solo di "funzionamento elettrico").
3. Deve esserci un “circuito chiuso” (carico o accumulo di energia)
L'avvolgimento dello statore induce una "forza elettromotrice alternata", che deve essere collegata a un circuito chiuso (come un carico resistivo, una batteria o una rete elettrica) per formare una "corrente alternata": se c'è un circuito aperto (nessun carico), esiste solo la forza elettromotrice ma non l'uscita di energia elettrica e l'isolamento dell'avvolgimento potrebbe essere danneggiato a causa dell'alta tensione.