Elektriska motorer dök upp för ganska länge sedan, men stort intresse för dem uppstod när de började representera ett alternativ till förbränningsmotorer. Av särskilt intresse är frågan om elmotorns verkningsgrad, som är en av dess främsta egenskaper.
Varje system har någon form av effektivitet, vilket kännetecknar effektiviteten i dess arbete som helhet. Det vill säga, det avgör hur väl ett system eller en enhet levererar eller omvandlar energi. Efter värde har effektiviteten inget värde, och oftast presenteras den som en procentandel eller ett tal från noll till ett.
Effektivitetsparametrar i elmotorer
En elmotors huvuduppgift är att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi. Effektivitet avgör effektiviteten av denna funktion. Formeln för motoreffektivitet är följande:
n=p2/p1
I denna formel är p1 den tillförda elektriska effekten, p2 är den användbara mekaniska kraften som genereras direktmotor. Elektrisk effekt bestäms av formeln: p1=UI (spänning multiplicerad med ström), och värdet på mekanisk effekt enligt formeln P=A/t (förhållandet mellan arbete och tidsenhet). Så här ser beräkningen av elmotorns verkningsgrad ut. Detta är dock den enklaste delen av det. Beroende på syftet med motorn och dess omfattning kommer beräkningen att skilja sig och ta hänsyn till många andra parametrar. Faktum är att formeln för motoreffektivitet innehåller många fler variabler. Det enklaste exemplet gavs ovan.
Minskad effektivitet
Den mekaniska verkningsgraden hos en elmotor måste beaktas vid val av motor. Förluster i samband med motorvärme, effektminskning och reaktiva strömmar spelar en mycket viktig roll. Oftast är minskningen i effektivitet associerad med frigöring av värme, som naturligt sker under motordrift. Orsakerna till frigörandet av värme kan vara olika: motorn kan värmas upp under friktion, såväl som av elektriska och till och med magnetiska skäl. Som det enklaste exemplet kan vi nämna en situation där 1 000 rubel spenderades på elektrisk energi och arbete gjordes för 700 rubel. I det här fallet blir effektiviteten lika med 70%.
För att kyla elmotorer används fläktar för att tvinga luft genom de skapade luckorna. Beroende på motorklassen kan uppvärmning utföras upp till en viss temperatur. Till exempel kan klass A-motorer bli varmaupp till 85-90 grader, klass B - upp till 110 grader. I händelse av att temperaturen överstiger den tillåtna gränsen kan detta indikera en statorkortslutning.
Genomsnittlig verkningsgrad för elmotorer
Det är värt att notera att verkningsgraden hos en DC-motor (och AC) varierar beroende på belastningen:
- Effektiviteten är 0 % vid tomgång.
- Vid 25 % belastning är effektiviteten 83%.
- Vid 50 % belastning är effektiviteten 87%.
- Vid 75 % belastning är effektiviteten 88%.
- Vid 100 % belastning är effektiviteten 87%.
En av anledningarna till minskningen av effektiviteten är strömmarnas asymmetri när en annan spänning appliceras på var och en av de tre faserna. Om till exempel den första fasen har en spänning på 410 V, den andra - 403 V och den tredje - 390 V, kommer medelvärdet att vara 401 V. Asymmetrin i detta fall kommer att vara lika med skillnaden mellan maximala och lägsta spänningar på faserna (410 -390), det vill säga 20 V. Formeln för motoreffektivitet för beräkning av förluster kommer att se ut som i vår situation: 20/401100=4,98%. Det betyder att vi tappar 5 % verkningsgrad under drift på grund av spänningsskillnaden i faserna.
Totala förluster och minskad effektivitet
Det finns många negativa faktorer som påverkar minskningen av effektiviteten hos en elmotor. Det finns vissa metoder som låter dig bestämma dem. Du kan till exempel avgöra om det finns ett gap genom vilket kraften delvis överförs från nätverket till statorn och sedan till rotorn.
Startförluster förekommer också, och de består av fleravärden. Först och främst kan dessa vara förluster relaterade till virvelströmmar och ommagnetisering av statorkärnorna.
Om motorn är asynkron, så finns det ytterligare förluster på grund av tänderna i rotorn och statorn. Virvelströmmar kan också förekomma i enskilda motorkomponenter. Allt detta tot alt minskar elmotorns verkningsgrad med 0,5 %. I asynkronmotorer beaktas alla förluster som kan uppstå under drift. Därför kan effektivitetsintervallet variera från 80 till 90%.
Fordonsmotorer
Historien om utvecklingen av elektriska motorer börjar med upptäckten av lagen om elektromagnetisk induktion. Enligt honom rör sig induktionsströmmen alltid på ett sådant sätt att den motverkar orsaken som orsakar den. Det var denna teori som låg till grund för skapandet av den första elmotorn.
Moderna modeller bygger på samma princip, men radik alt annorlunda än de första exemplaren. Elmotorer har blivit mycket kraftfullare, mer kompakta, men viktigast av allt har deras effektivitet ökat avsevärt. Vi har redan skrivit ovan om effektiviteten hos en elmotor, och jämfört med en förbränningsmotor är detta ett fantastiskt resultat. Till exempel når den maximala verkningsgraden för en förbränningsmotor 45%.
Elmotorfördelar
Hög verkningsgrad är den största fördelen med en sådan motor. Och om en förbränningsmotor spenderar mer än 50% av energin på uppvärmning, så går en liten del till uppvärmning i en elmotorenergi.
Den andra fördelen är låg vikt och kompakt storlek. Till exempel har Yasa Motors skapat en motor med en vikt på endast 25 kg. Den klarar av att leverera 650 Nm, vilket är ett mycket hyfsat resultat. Sådana motorer är också hållbara, behöver ingen växellåda. Många elbilsägare pratar om elmotorers effektivitet, vilket till viss del är logiskt. När allt kommer omkring, under drift, avger elmotorn inga förbränningsprodukter. Men många förare glömmer att det är nödvändigt att använda kol, gas eller anrikat uran för att generera elektricitet. Alla dessa element förorenar miljön, så miljövänligheten hos elmotorer är en mycket kontroversiell fråga. Ja, de förorenar inte luften under drift. För dem gör kraftverk detta i produktionen av el.
Förbättra effektiviteten hos elmotorer
Elektriska motorer har vissa nackdelar som har en dålig effekt på arbetseffektiviteten. Dessa är svagt startmoment, hög startström och inkonsekvens mellan axelns mekaniska vridmoment och den mekaniska belastningen. Detta leder till att enhetens effektivitet minskar.
För att förbättra effektiviteten försöker de belasta motorn till 75 % eller mer och öka effektfaktorerna. Det finns även speciella anordningar för att reglera frekvensen på den tillförda strömmen och spänningen, vilket också leder till ökad effektivitet och ökad effektivitet.
En av de mest populära enheterna för att öka effektiviteten hos en elmotor är en smidigstart, vilket begränsar tillväxthastigheten för startströmmen. Det är också lämpligt att använda frekvensomvandlare för att ändra motorns rotationshastighet genom att ändra frekvensen på spänningen. Detta leder till en minskning av energiförbrukningen och ger en mjuk start av motorn, hög justeringsnoggrannhet. Även startvridmomentet ökar och med variabel belastning stabiliseras rotationshastigheten. Som ett resultat förbättras elmotorns effektivitet.
Maximal motoreffektivitet
Beroende på typ av konstruktion kan elmotorers verkningsgrad variera från 10 till 99 %. Allt beror på vilken typ av motor det blir. Till exempel är effektiviteten för en pumpmotor av kolvtyp 70-90%. Det slutliga resultatet beror på tillverkaren, enhetens design etc. Detsamma kan sägas om kranmotorns effektivitet. Om det är lika med 90% betyder det att 90% av den förbrukade elen kommer att användas för att utföra mekaniskt arbete, de återstående 10% kommer att användas för att värma delar. Ändå finns det de mest framgångsrika modellerna av elmotorer, vars verkningsgrad närmar sig 100 %, men som inte är lika med detta värde.
Är det möjligt att uppnå över 100 % effektivitet?
Det är ingen hemlighet att elmotorer vars verkningsgrad överstiger 100 % inte kan existera i naturen, eftersom detta strider mot den grundläggande lagen om energibevarande. Faktum är att energi inte kan komma från ingenstans och försvinna på samma sätt. Varje motor behöverenergikälla: bensin, el. Men bensin är inte evig, som elektricitet, eftersom deras lager måste fyllas på. Men om det fanns en energikälla som inte behövde fyllas på, skulle det vara fullt möjligt att skapa en motor med en verkningsgrad på över 100%. Den ryske uppfinnaren Vladimir Chernyshov visade en beskrivning av motorn, som är baserad på en permanentmagnet, och dess effektivitet, som uppfinnaren själv försäkrar, är mer än 100%.
Vattenelektrisk som ett exempel på en evighetsmaskin
Låt oss till exempel ta ett vattenkraftverk, där energi genereras genom att falla från en stor vattenhöjd. Vattnet vänder turbinen, som producerar elektricitet. Vattenfallet utförs under påverkan av jordens gravitation. Och även om arbetet med att producera elektricitet görs, blir inte jordens gravitation svagare, det vill säga att attraktionskraften minskar inte. Sedan avdunstar vattnet under inverkan av solljus och kommer igen in i reservoaren. Detta avslutar cykeln. Som ett resultat har el genererats och kostnaderna för dess produktion har återställts.
Visst kan vi säga att solen inte är evig, det är sant, men den kommer att hålla i ett par miljarder år. När det gäller tyngdkraften arbetar den ständigt och drar ut fukt ur atmosfären. Generellt sett är ett vattenkraftverk en motor som omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi, och dess effektivitet är mer än 100%. Detta gör det klart att det inte är värt att stanna för att leta efter sätt att skapa en elmotor, vars effektivitet kan vara mer än 100%. När allt kommer omkring kan inte bara gravitationen användas som en outtömlig källaenergi.
Permanenta magneter som energikällor för motorer
Den andra intressanta källan är en permanent magnet, som inte tar emot energi från någonstans, och magnetfältet förbrukas inte ens när man arbetar. Till exempel, om en magnet attraherar något till sig själv, kommer den att göra jobbet, och dess magnetfält blir inte svagare. Den här egenskapen har redan prövats mer än en gång för att skapa den så kallade perpetual motion-maskinen, men hittills har det inte blivit något mer eller mindre norm alt. Alla mekanismer kommer att slitas ut förr eller senare, men själva källan, som är en permanent magnet, är praktiskt taget evig.
Det finns dock experter som säger att permanentmagneter med tiden förlorar sin styrka till följd av åldrande. Detta är inte sant, men även om det vore sant, då skulle det vara möjligt att väcka honom till liv igen med bara en elektromagnetisk puls. En motor som skulle behöva laddas en gång vart 10-20:e år, även om den inte kan göra anspråk på att vara evig, är mycket nära detta.
Det har redan gjorts många försök att skapa en evighetsmaskin baserad på permanentmagneter. Hittills har det tyvärr inte funnits några framgångsrika lösningar. Men med tanke på det faktum att det finns en efterfrågan på sådana motorer (det kan det helt enkelt inte finnas), är det fullt möjligt att vi inom en snar framtid kommer att se något som kommer att komma väldigt nära den eviga rörelsemaskinmodellen som kommer att drivas av förnybar energi.
Slutsats
En elmotors verkningsgrad är den viktigaste parametern som bestämmer verkningsgraden för en viss motor. Ju högre verkningsgrad, desto bättre motor. I en motor med en verkningsgrad på 95 %, nästan alltenergin som förbrukas går åt till att utföra arbete och endast 5 % går åt utan behov (till exempel på uppvärmning av reservdelar). Moderna dieselmotorer kan nå en verkningsgrad på 45%, och detta anses vara ett coolt resultat. Effektiviteten hos bensinmotorer är ännu mindre.
