Motoarele electrice au apărut cu destul de mult timp în urmă, dar un mare interes pentru ele a apărut atunci când au început să reprezinte o alternativă la motoarele cu ardere internă. Un interes deosebit este problema eficienței motorului electric, care este una dintre principalele sale caracteristici.
Fiecare sistem are un fel de eficiență, care caracterizează eficiența activității sale în ansamblu. Adică, determină cât de bine un sistem sau un dispozitiv furnizează sau convertește energia. După valoare, eficiența nu are valoare și de cele mai multe ori este prezentată ca un procent sau un număr de la zero la unu.
Parametri de eficiență la motoarele electrice
Sarcina principală a unui motor electric este să transforme energia electrică în energie mecanică. Eficiența determină eficiența acestei funcții. Formula eficienței motorului este următoarea:
n=p2/p1
În această formulă, p1 este puterea electrică furnizată, p2 este puterea mecanică utilă care este generată directmotor. Puterea electrică este determinată de formula: p1=UI (tensiune înmulțită cu curent), iar valoarea puterii mecanice după formula P=A/t (raportul de lucru la unitatea de timp). Așa arată calculul eficienței motorului electric. Cu toate acestea, aceasta este cea mai simplă parte a acesteia. În funcție de scopul motorului și domeniul său de aplicare, calculul va diferi și va ține cont de mulți alți parametri. De fapt, formula eficienței motorului include mult mai multe variabile. Cel mai simplu exemplu a fost dat mai sus.
Eficiență redusă
La alegerea unui motor trebuie luată în considerare randamentul mecanic al unui motor electric. Pierderile asociate cu încălzirea motorului, reducerea puterii și curenții reactivi joacă un rol foarte important. Cel mai adesea, scăderea eficienței este asociată cu eliberarea de căldură, care are loc în mod natural în timpul funcționării motorului. Motivele degajării căldurii pot fi diferite: motorul se poate încălzi în timpul frecării, precum și din motive electrice și chiar magnetice. Ca exemplu cel mai simplu, putem cita o situație în care s-au cheltuit 1.000 de ruble pentru energie electrică și s-a lucrat pentru 700 de ruble. În acest caz, eficiența va fi egală cu 70%.
Pentru a răci motoarele electrice, ventilatoarele sunt folosite pentru a forța aerul să treacă prin golurile create. În funcție de clasa de motoare, încălzirea poate fi efectuată până la o anumită temperatură. De exemplu, motoarele de clasa A se pot încălzipână la 85-90 de grade, clasa B - până la 110 de grade. În cazul în care temperatura depășește limita permisă, aceasta poate indica un scurtcircuit la stator.
Eficiența medie a motoarelor electrice
Este de remarcat faptul că eficiența unui motor DC (și AC) variază în funcție de sarcină:
- Eficiența este de 0% la inactiv.
- La o sarcină de 25%, eficiența este de 83%.
- La o sarcină de 50%, eficiența este de 87%.
- La o sarcină de 75%, eficiența este de 88%.
- La încărcare de 100%, eficiența este de 87%.
Unul dintre motivele scăderii randamentului este asimetria curenților, atunci când fiecăreia dintre cele trei faze se aplică o tensiune diferită. Dacă, de exemplu, prima fază are o tensiune de 410 V, a doua - 403 V și a treia - 390 V, atunci valoarea medie va fi de 401 V. Asimetria în acest caz va fi egală cu diferența dintre tensiuni maxime și minime pe faze (410 -390), adică 20 V. Formula de eficiență a motorului pentru calcularea pierderilor va arăta ca în situația noastră: 20/401100=4,98%. Aceasta înseamnă că pierdem eficiența de 5% în timpul funcționării din cauza diferenței de tensiune în faze.
Pierderi totale și scădere a eficienței
Există o mulțime de factori negativi care afectează scăderea eficienței unui motor electric. Există anumite metode care vă permit să le determinați. De exemplu, puteți determina dacă există un spațiu prin care puterea este transferată parțial de la rețea la stator și apoi la rotor.
Pierderile de starter apar, de asemenea, și constau din mai multevalorile. În primul rând, acestea pot fi pierderi legate de curenții turbionari și remagnetizarea nucleelor statorului.
Dacă motorul este asincron, atunci există pierderi suplimentare din cauza dinților din rotor și stator. Curenții turbionari pot apărea și în componentele individuale ale motorului. Toate acestea în total reduc randamentul motorului electric cu 0,5%. La motoarele asincrone se iau în considerare toate pierderile care pot apărea în timpul funcționării. Prin urmare, intervalul de eficiență poate varia de la 80 la 90%.
Motoare auto
Istoria dezvoltării motoarelor electrice începe cu descoperirea legii inducției electromagnetice. Potrivit acestuia, curentul de inducție se mișcă întotdeauna în așa fel încât să contracareze cauza care îl provoacă. Această teorie a stat la baza creării primului motor electric.
Modelele moderne se bazează pe același principiu, dar radical diferite de primele exemplare. Motoarele electrice au devenit mult mai puternice, mai compacte, dar cel mai important, eficiența lor a crescut semnificativ. Am scris deja mai sus despre eficiența unui motor electric și, în comparație cu un motor cu ardere internă, acesta este un rezultat uimitor. De exemplu, eficiența maximă a unui motor cu ardere internă atinge 45%.
Avantaje ale motorului electric
Eficiența ridicată este principalul avantaj al unui astfel de motor. Și dacă un motor cu ardere internă cheltuiește mai mult de 50% din energie pentru încălzire, atunci într-un motor electric o mică parte este cheltuită pentru încălzireenergie.
Al doilea avantaj este greutatea redusă și dimensiunea compactă. De exemplu, Yasa Motors a creat un motor cu o greutate de doar 25 kg. Este capabil să livreze 650 Nm, ceea ce este un rezultat foarte decent. De asemenea, astfel de motoare sunt durabile, nu au nevoie de cutie de viteze. Mulți proprietari de mașini electrice vorbesc despre eficiența motoarelor electrice, ceea ce este logic într-o oarecare măsură. La urma urmei, în timpul funcționării, motorul electric nu emite niciun produs de ardere. Cu toate acestea, mulți șoferi uită că este necesar să se folosească cărbune, gaz sau uraniu îmbogățit pentru a genera electricitate. Toate aceste elemente poluează mediul înconjurător, astfel încât ecologicitatea motoarelor electrice este o problemă foarte controversată. Da, nu poluează aerul în timpul funcționării. Pentru ei, centralele electrice fac acest lucru în producerea de energie electrică.
Îmbunătățirea eficienței motoarelor electrice
Motoarele electrice au unele dezavantaje care au un efect negativ asupra eficienței muncii. Acestea sunt cuplul de pornire slab, curentul de pornire mare și inconsecvența între cuplul mecanic al arborelui și sarcina mecanică. Acest lucru duce la faptul că eficiența dispozitivului scade.
Pentru a îmbunătăți eficiența, încearcă să încarce motorul la 75% sau mai mult și să mărească factorii de putere. Există și dispozitive speciale pentru reglarea frecvenței curentului și tensiunii furnizate, ceea ce duce, de asemenea, la creșterea eficienței și la creșterea eficienței.
Unul dintre cele mai populare dispozitive pentru creșterea eficienței unui motor electric este o linăstart, care limitează rata de creștere a curentului de pornire. De asemenea, este adecvat să se utilizeze convertoare de frecvență pentru a modifica viteza de rotație a motorului prin modificarea frecvenței tensiunii. Acest lucru duce la o reducere a consumului de energie și asigură o pornire lină a motorului, o precizie ridicată de reglare. De asemenea, cuplul de pornire crește, iar la o sarcină variabilă, viteza de rotație se stabilizează. Ca rezultat, eficiența motorului electric este îmbunătățită.
Eficiența maximă a motorului
În funcție de tipul de construcție, randamentul motoarelor electrice poate varia de la 10 la 99%. Totul depinde de ce tip de motor va fi. De exemplu, eficiența unui motor cu pompă de tip piston este de 70-90%. Rezultatul final depinde de producător, de designul dispozitivului etc. Același lucru se poate spune despre eficiența motorului macaralei. Dacă este egal cu 90%, atunci aceasta înseamnă că 90% din energia electrică consumată va fi folosită pentru a efectua lucrări mecanice, restul de 10% va fi folosit pentru încălzirea pieselor. Totuși, există cele mai de succes modele de motoare electrice, a căror eficiență se apropie de 100%, dar nu este egală cu această valoare.
Este posibil să obțineți o eficiență de peste 100%?
Nu este un secret pentru nimeni că motoarele electrice a căror eficiență depășește 100% nu pot exista în natură, deoarece aceasta contrazice legea de bază a conservării energiei. Cert este că energia nu poate veni de nicăieri și nu poate dispărea în același mod. Fiecare motor are nevoiesursa de energie: benzina, electricitate. Cu toate acestea, benzina nu este eternă, ca și electricitatea, pentru că stocurile lor trebuie reînnoite. Dar dacă ar exista o sursă de energie care nu trebuie completată, atunci ar fi foarte posibil să se creeze un motor cu o eficiență de peste 100%. Inventatorul rus Vladimir Chernyshov a arătat o descriere a motorului, care se bazează pe un magnet permanent, iar eficiența acestuia, așa cum asigură inventatorul însuși, este de peste 100%.
Hidroelectric ca exemplu de mașină cu mișcare perpetuă
De exemplu, să luăm o centrală hidroelectrică, unde energia este generată prin căderea de la o înălțime mare a apei. Apa întoarce turbina, care produce energie electrică. Căderea apei se realizează sub influența gravitației Pământului. Și deși se face munca de producere a energiei electrice, gravitația Pământului nu devine mai slabă, adică forța de atracție nu scade. Apoi apa se evaporă sub acțiunea razelor solare și intră din nou în rezervor. Acest lucru completează ciclul. Drept urmare, a fost generată energie electrică, iar costurile de producție au fost restabilite.
Desigur, putem spune că Soarele nu este etern, este adevărat, dar va dura câteva miliarde de ani. În ceea ce privește gravitația, lucrează în mod constant, trăgând umiditatea din atmosferă. În general, o centrală hidroelectrică este un motor care transformă energia mecanică în energie electrică, iar randamentul său este de peste 100%. Acest lucru arată clar că nu merită să te oprești să cauți modalități de a crea un motor electric, a cărui eficiență poate fi mai mare de 100%. La urma urmei, nu numai gravitația poate fi folosită ca sursă inepuizabilăenergie.
Magneți permanenți ca surse de energie pentru motoare
A doua sursă interesantă este un magnet permanent, care nu primește energie de nicăieri, iar câmpul magnetic nu se consumă nici măcar când se lucrează. De exemplu, dacă un magnet atrage ceva la sine, atunci va face treaba, iar câmpul său magnetic nu va deveni mai slab. Această proprietate a fost deja încercată de mai multe ori pentru a crea așa-numita mașină cu mișcare perpetuă, dar până acum nu a rezultat nimic mai mult sau mai puțin normal. Orice mecanism se va uza mai devreme sau mai târziu, dar sursa în sine, care este un magnet permanent, este practic eternă.
Cu toate acestea, există experți care spun că în timp, magneții permanenți își pierd puterea ca urmare a îmbătrânirii. Acest lucru nu este adevărat, dar chiar dacă ar fi adevărat, atunci ar fi posibil să-l readucem la viață cu un singur impuls electromagnetic. Un motor care ar necesita reîncărcare o dată la 10-20 de ani, deși nu poate pretinde a fi etern, este foarte aproape de asta.
Au existat deja multe încercări de a crea o mașină cu mișcare perpetuă bazată pe magneți permanenți. Până acum nu au existat soluții de succes, din păcate. Dar având în vedere faptul că există o cerere pentru astfel de motoare (pur și simplu nu poate exista), este foarte posibil ca în viitorul apropiat să vedem ceva care se va apropia foarte mult de modelul de mașină cu mișcare perpetuă care va fi alimentat cu energie regenerabilă..
Concluzie
Eficiența unui motor electric este cel mai important parametru care determină randamentul unui anumit motor. Cu cât randamentul este mai mare, cu atât motorul este mai bun. Într-un motor cu o eficiență de 95%, aproape toateenergia cheltuită este cheltuită pentru a lucra și doar 5% este cheltuită fără nevoie (de exemplu, pentru încălzirea pieselor de schimb). Motoarele diesel moderne pot atinge o eficiență de 45%, iar acesta este considerat un rezultat grozav. Eficiența motoarelor pe benzină este și mai mică.
