Elektriske motorer dukket opp for ganske lenge siden, men stor interesse for dem oppsto da de begynte å representere et alternativ til forbrenningsmotorer. Spesielt interessant er spørsmålet om effektiviteten til den elektriske motoren, som er en av hovedkarakteristikkene.
Hvert system har en form for effektivitet, som kjennetegner effektiviteten av arbeidet som helhet. Det vil si at det bestemmer hvor godt et system eller en enhet leverer eller konverterer energi. Etter verdi har effektiviteten ingen verdi, og oftest presenteres den som en prosentandel eller et tall fra null til én.
Effektivitetsparametere i elektriske motorer
Hovedoppgaven til en elektrisk motor er å konvertere elektrisk energi til mekanisk energi. Effektivitet bestemmer effektiviteten til denne funksjonen. Formelen for motoreffektivitet er som følger:
n=p2/p1
I denne formelen er p1 den tilførte elektriske kraften, p2 er den nyttige mekaniske kraften som genereres direktemotor. Elektrisk effekt bestemmes av formelen: p1=UI (spenning multiplisert med strøm), og verdien av mekanisk kraft i henhold til formelen P=A/t (forholdet mellom arbeid og tidsenhet). Slik ser beregningen av virkningsgraden til elmotoren ut. Dette er imidlertid den enkleste delen av det. Avhengig av formålet med motoren og dens omfang, vil beregningen variere og ta hensyn til mange andre parametere. Faktisk inkluderer formelen for motoreffektivitet mange flere variabler. Det enkleste eksemplet ble gitt ovenfor.
Redusert effektivitet
Den mekaniske virkningsgraden til en elektrisk motor må tas i betraktning ved valg av motor. Tap knyttet til motoroppvarming, effektreduksjon og reaktive strømmer spiller en svært viktig rolle. Oftest er fallet i effektivitet assosiert med frigjøring av varme, som naturlig oppstår under motordrift. Årsakene til frigjøring av varme kan være forskjellige: motoren kan varmes opp under friksjon, så vel som av elektriske og til og med magnetiske årsaker. Som det enkleste eksemplet kan vi nevne en situasjon der 1000 rubler ble brukt på elektrisk energi, og arbeidet ble utført for 700 rubler. I dette tilfellet vil effektiviteten være lik 70%.
For å kjøle ned elektriske motorer, brukes vifter til å tvinge luft gjennom de opprettede hullene. Avhengig av motorklassen kan oppvarming utføres opp til en viss temperatur. For eksempel kan klasse A-motorer bli varmeopptil 85-90 grader, klasse B - opptil 110 grader. I tilfelle temperaturen overskrider tillatt grense, kan dette indikere en statorkortslutning.
Gjennomsnittlig effektivitet for elektriske motorer
Det er verdt å merke seg at effektiviteten til en DC (og AC) motor varierer avhengig av belastningen:
- Effektiviteten er 0 % ved tomgang.
- Ved 25 % belastning er effektiviteten 83%.
- Ved 50 % belastning er effektiviteten 87%.
- Ved 75 % belastning er effektiviteten 88%.
- Ved 100 % belastning er effektiviteten 87%.
En av årsakene til fallet i effektivitet er asymmetrien til strømmene, når en annen spenning påføres hver av de tre fasene. Hvis for eksempel den første fasen har en spenning på 410 V, den andre - 403 V, og den tredje - 390 V, vil gjennomsnittsverdien være 401 V. Asymmetrien i dette tilfellet vil være lik forskjellen mellom maksimale og laveste spenninger på fasene (410 -390), det vil si 20 V. Formelen for motoreffektivitet for beregning av tap vil se ut som i vår situasjon: 20/401100=4,98%. Dette betyr at vi mister 5 % effektivitet under drift på grunn av spenningsforskjellen i fasene.
Totale tap og fall i effektivitet
Det er mange negative faktorer som påvirker fallet i effektiviteten til en elektrisk motor. Det er visse metoder som lar deg bestemme dem. Du kan for eksempel finne ut om det er et gap der kraften delvis overføres fra nettverket til statoren og deretter til rotoren.
Startertap forekommer også, og de består av flereverdier. For det første kan dette være tap knyttet til virvelstrømmer og remagnetisering av statorkjernene.
Hvis motoren er asynkron, er det ytterligere tap på grunn av tennene i rotoren og statoren. Virvelstrømmer kan også forekomme i enkelte motorkomponenter. Alt dette reduserer virkningsgraden til elmotoren med 0,5 %. I asynkronmotorer er det tatt hensyn til alle tap som kan oppstå under drift. Derfor kan effektivitetsområdet variere fra 80 til 90%.
Bilmotorer
Historien om utviklingen av elektriske motorer begynner med oppdagelsen av loven om elektromagnetisk induksjon. Ifølge ham beveger induksjonsstrømmen seg alltid på en slik måte at den motvirker årsaken som forårsaker den. Det var denne teorien som dannet grunnlaget for etableringen av den første elektriske motoren.
Moderne modeller er basert på samme prinsipp, men radik alt forskjellige fra de første eksemplarene. Elektriske motorer har blitt mye kraftigere, mer kompakte, men viktigst av alt har effektiviteten økt betydelig. Vi har allerede skrevet ovenfor om effektiviteten til en elektrisk motor, og sammenlignet med en forbrenningsmotor er dette et fantastisk resultat. For eksempel når den maksimale effektiviteten til en forbrenningsmotor 45%.
Fordeler med elektrisk motor
Høy effektivitet er hovedfordelen med en slik motor. Og hvis en forbrenningsmotor bruker mer enn 50 % av energien på oppvarming, brukes en liten del på oppvarming i en elektrisk motorenergi.
Den andre fordelen er lav vekt og kompakt størrelse. For eksempel har Yasa Motors laget en motor med en vekt på kun 25 kg. Den er i stand til å levere 650 Nm, som er et veldig greit resultat. Også slike motorer er holdbare, trenger ikke en girkasse. Mange elbileiere snakker om effektiviteten til elektriske motorer, noe som til en viss grad er logisk. Tross alt, under drift, avgir den elektriske motoren ingen forbrenningsprodukter. Imidlertid glemmer mange sjåfører at det er nødvendig å bruke kull, gass eller anriket uran for å generere elektrisitet. Alle disse elementene forurenser miljøet, så miljøvennligheten til elektriske motorer er et veldig kontroversielt spørsmål. Ja, de forurenser ikke luften under drift. For dem gjør kraftverk dette i produksjon av elektrisitet.
Forbedre effektiviteten til elektriske motorer
Elektriske motorer har noen ulemper som har en dårlig effekt på arbeidseffektiviteten. Disse er svakt startmoment, høy startstrøm og inkonsistens mellom det mekaniske dreiemomentet til akselen og den mekaniske belastningen. Dette fører til at effektiviteten til enheten reduseres.
For å forbedre effektiviteten prøver de å belaste motoren til 75 % eller mer og øke effektfaktorene. Det finnes også spesielle anordninger for regulering av frekvensen til tilført strøm og spenning, noe som også fører til økt effektivitet og økt effektivitet.
En av de mest populære enhetene for å øke effektiviteten til en elektrisk motor er en glattstart, som begrenser veksthastigheten til startstrømmen. Det er også hensiktsmessig å bruke frekvensomformere for å endre rotasjonshastigheten til motoren ved å endre frekvensen til spenningen. Dette fører til en reduksjon i strømforbruket og gir en jevn start av motoren, høy justeringsnøyaktighet. Startmomentet øker også, og med variabel belastning stabiliserer rotasjonshastigheten seg. Som et resultat er effektiviteten til den elektriske motoren forbedret.
Maksimal motoreffektivitet
Avhengig av type konstruksjon kan virkningsgraden til elektriske motorer variere fra 10 til 99 %. Det kommer helt an på hva slags motor det blir. For eksempel er effektiviteten til en pumpemotor av stempeltype 70-90%. Det endelige resultatet avhenger av produsenten, utformingen av enheten osv. Det samme kan sies om effektiviteten til kranmotoren. Hvis det er lik 90%, betyr dette at 90% av forbrukt elektrisitet vil bli brukt til å utføre mekanisk arbeid, de resterende 10% vil bli brukt til å varme opp deler. Likevel er det de mest vellykkede modellene av elektriske motorer, hvis effektivitet nærmer seg 100 %, men som ikke er lik denne verdien.
Er det mulig å oppnå over 100 % effektivitet?
Det er ingen hemmelighet at elektriske motorer hvis effektivitet overstiger 100 %, ikke kan eksistere i naturen, da dette er i strid med den grunnleggende loven om bevaring av energi. Faktum er at energi ikke kan komme fra ingensteds og forsvinne på samme måte. Hver motor trengerenergikilde: bensin, elektrisitet. Bensin er imidlertid ikke evig, som elektrisitet, fordi lagrene deres må etterfylles. Men hvis det var en energikilde som ikke trengte å fylles på, ville det være fullt mulig å lage en motor med en effektivitet på over 100%. Den russiske oppfinneren Vladimir Chernyshov viste en beskrivelse av motoren, som er basert på en permanent magnet, og dens effektivitet, som oppfinneren selv forsikrer, er mer enn 100%.
Hydroelektrisk som et eksempel på en evighetsmaskin
La oss for eksempel ta et vannkraftverk, der energi genereres ved å falle fra en stor vannhøyde. Vannet snur turbinen, som produserer strøm. Fallet av vann utføres under påvirkning av jordens tyngdekraft. Og selv om arbeidet med å produsere elektrisitet gjøres, blir ikke jordens tyngdekraft svakere, det vil si at tiltrekningskraften avtar ikke. Deretter fordamper vannet under påvirkning av sollys og går igjen inn i reservoaret. Dette fullfører syklusen. Som et resultat har elektrisitet blitt generert, og kostnadene ved produksjonen er gjenopprettet.
Selvfølgelig kan vi si at solen ikke er evig, det er sant, men den vil vare et par milliarder år. Når det gjelder tyngdekraften, jobber den hele tiden og trekker fuktighet ut av atmosfæren. Generelt sett er et vannkraftverk en motor som konverterer mekanisk energi til elektrisk energi, og dens effektivitet er mer enn 100%. Dette gjør det klart at det ikke er verdt å stoppe for å se etter måter å lage en elektrisk motor, hvis effektivitet kan være mer enn 100%. Tross alt kan ikke bare tyngdekraften brukes som en uuttømmelig kildeenergi.
Permanente magneter som energikilder for motorer
Den andre interessante kilden er en permanent magnet, som ikke mottar energi fra noe sted, og magnetfeltet forbrukes ikke selv når man jobber. For eksempel, hvis en magnet tiltrekker seg noe til seg selv, vil den gjøre jobben, og magnetfeltet vil ikke bli svakere. Denne egenskapen har allerede blitt prøvd mer enn én gang for å lage den såk alte evighetsmaskinen, men så langt har det ikke kommet noe mer eller mindre norm alt ut av det. Enhver mekanisme vil slites ut før eller siden, men selve kilden, som er en permanent magnet, er praktisk t alt evig.
Det er imidlertid eksperter som sier at permanente magneter over tid mister sin styrke som følge av aldring. Dette er ikke sant, men selv om det var sant, ville det være mulig å bringe ham tilbake til livet med bare én elektromagnetisk puls. En motor som krever opplading en gang hvert 10.–20. år, selv om den ikke kan hevde å være evig, er veldig nær dette.
Det har allerede vært mange forsøk på å lage en evighetsmaskin basert på permanente magneter. Så langt har det dessverre ikke vært noen vellykkede løsninger. Men gitt det faktum at det er etterspørsel etter slike motorer (det kan det rett og slett ikke være), er det fullt mulig at vi i nær fremtid vil se noe som vil komme veldig nær den evige bevegelsesmaskinmodellen som vil bli drevet av fornybar energi.
Konklusjon
Effektiviteten til en elektrisk motor er den viktigste parameteren som bestemmer effektiviteten til en bestemt motor. Jo høyere effektivitet, jo bedre motor. I en motor med en virkningsgrad på 95 %, nesten altenergien som brukes brukes på å utføre arbeid og bare 5 % brukes ikke på behov (for eksempel på oppvarming av reservedeler). Moderne dieselmotorer kan nå en effektivitet på 45 %, og dette anses som et kult resultat. Effektiviteten til bensinmotorer er enda mindre.
