Elektriske motorer dukkede op for lang tid siden, men stor interesse for dem opstod, da de begyndte at repræsentere et alternativ til forbrændingsmotorer. Af særlig interesse er spørgsmålet om elmotorens effektivitet, som er en af dens hovedkarakteristika.
Hvert system har en form for effektivitet, som karakteriserer effektiviteten af dets arbejde som helhed. Det vil sige, det bestemmer, hvor godt et system eller en enhed leverer eller konverterer energi. Ved værdi har effektiviteten ingen værdi, og oftest præsenteres den som en procentdel eller et tal fra nul til én.
Effektivitetsparametre i elektriske motorer
En elektrisk motors hovedopgave er at omdanne elektrisk energi til mekanisk energi. Effektivitet bestemmer effektiviteten af denne funktion. Formlen for motoreffektivitet er som følger:
n=p2/p1
I denne formel er p1 den tilførte elektriske effekt, p2 er den nyttige mekaniske effekt, der genereres direktemotor. Elektrisk effekt bestemmes af formlen: p1=UI (spænding ganget med strøm), og værdien af mekanisk effekt i henhold til formlen P=A/t (forholdet mellem arbejde og tidsenhed). Sådan ser beregningen af elmotorens virkningsgrad ud. Dette er dog den enkleste del af det. Afhængigt af formålet med motoren og dens omfang, vil beregningen afvige og tage højde for mange andre parametre. Faktisk indeholder formlen for motoreffektivitet mange flere variabler. Det enkleste eksempel blev givet ovenfor.
Reduceret effektivitet
Den mekaniske virkningsgrad af en elektrisk motor skal tages i betragtning, når du vælger en motor. Tab forbundet med motoropvarmning, effektreduktion og reaktive strømme spiller en meget vigtig rolle. Oftest er faldet i effektiviteten forbundet med frigivelsen af varme, som naturligt forekommer under motordrift. Årsagerne til frigivelse af varme kan være forskellige: Motoren kan varme op under friktion, såvel som af elektriske og endda magnetiske årsager. Som det enkleste eksempel kan vi nævne en situation, hvor 1.000 rubler blev brugt på elektrisk energi, og arbejdet blev udført for 700 rubler. I dette tilfælde vil effektiviteten være lig med 70%.
For at køle elektriske motorer bruges blæsere til at tvinge luft gennem de skabte mellemrum. Afhængigt af motorklassen kan opvarmning udføres op til en bestemt temperatur. For eksempel kan klasse A-motorer blive varmeop til 85-90 grader, klasse B - op til 110 grader. I tilfælde af at temperaturen overstiger den tilladte grænse, kan dette indikere en statorkortslutning.
Gennemsnitlig effektivitet af elektriske motorer
Det er værd at bemærke, at effektiviteten af en DC (og AC) motor varierer afhængigt af 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 af årsagerne til faldet i effektiviteten er asymmetrien af strømmene, når en forskellig spænding påføres hver af de tre faser. Hvis for eksempel den første fase har en spænding på 410 V, den anden - 403 V og den tredje - 390 V, så vil gennemsnitsværdien være 401 V. Asymmetrien i dette tilfælde vil være lig med forskellen mellem maksimale og minimale spændinger på faserne (410 -390), det vil sige 20 V. Motoreffektivitetsformlen til beregning af tab vil se ud i vores situation: 20/401100=4,98%. Det betyder, at vi mister 5 % effektivitet under drift på grund af spændingsforskellen i faserne.
Samlede tab og fald i effektivitet
Der er en masse negative faktorer, der påvirker faldet i effektiviteten af en elektrisk motor. Der er visse metoder, der giver dig mulighed for at bestemme dem. For eksempel kan du afgøre, om der er et hul, hvorigennem strøm delvist overføres fra netværket til statoren og derefter til rotoren.
Startertab forekommer også, og de består af flereværdier. Først og fremmest kan disse være tab relateret til hvirvelstrømme og remagnetisering af statorkernerne.
Hvis motoren er asynkron, så er der yderligere tab på grund af tænderne i rotoren og statoren. Hvirvelstrømme kan også forekomme i enkelte motorkomponenter. Alt dette i alt reducerer elmotorens virkningsgrad med 0,5%. I asynkronmotorer tages der hensyn til alle tab, der kan opstå under drift. Derfor kan effektivitetsområdet variere fra 80 til 90%.
Automotive engines
Historien om udviklingen af elektriske motorer begynder med opdagelsen af loven om elektromagnetisk induktion. Ifølge ham bevæger induktionsstrømmen sig altid på en sådan måde, at den modvirker årsagen, der forårsager den. Det var denne teori, der dannede grundlaget for skabelsen af den første elektriske motor.
Moderne modeller er baseret på samme princip, men radik alt forskellige fra de første kopier. Elektriske motorer er blevet meget mere kraftfulde, mere kompakte, men vigtigst af alt er deres effektivitet steget betydeligt. Vi har allerede skrevet ovenfor om effektiviteten af en elektrisk motor, og sammenlignet med en forbrændingsmotor er dette et fantastisk resultat. For eksempel når den maksimale effektivitet for en forbrændingsmotor 45%.
Fordele ved elektrisk motor
Høj effektivitet er den største fordel ved sådan en motor. Og hvis en forbrændingsmotor bruger mere end 50 % af energien på opvarmning, så bruges en lille del på opvarmning i en elektrisk motorenergi.
Den anden fordel er lav vægt og kompakt størrelse. For eksempel har Yasa Motors skabt en motor med en vægt på kun 25 kg. Den er i stand til at levere 650 Nm, hvilket er et meget udmærket resultat. Sådanne motorer er også holdbare, behøver ikke en gearkasse. Mange elbilejere taler om elmotorers effektivitet, hvilket til en vis grad er logisk. Når alt kommer til alt, under drift udsender den elektriske motor ingen forbrændingsprodukter. Mange bilister glemmer dog, at det er nødvendigt at bruge kul, gas eller beriget uran til at generere elektricitet. Alle disse elementer forurener miljøet, så elmotorers miljøvenlighed er et meget kontroversielt spørgsmål. Ja, de forurener ikke luften under drift. For dem gør kraftværker dette i produktionen af elektricitet.
Forbedre effektiviteten af elektriske motorer
Elektriske motorer har nogle ulemper, som har en dårlig effekt på arbejdseffektiviteten. Disse er svagt startmoment, høj startstrøm og uoverensstemmelse mellem akslens mekaniske moment og den mekaniske belastning. Dette fører til, at enhedens effektivitet falder.
For at forbedre effektiviteten forsøger de at belaste motoren til 75 % eller mere og øge effektfaktorerne. Der findes også specielle enheder til at regulere frekvensen af den tilførte strøm og spænding, hvilket også fører til øget effektivitet og øget effektivitet.
En af de mest populære enheder til at øge effektiviteten af en elektrisk motor er en glatstart, hvilket begrænser væksthastigheden af startstrømmen. Det er også hensigtsmæssigt at bruge frekvensomformere til at ændre motorens rotationshastighed ved at ændre spændingens frekvens. Dette fører til en reduktion i strømforbruget og giver en jævn start af motoren, høj justeringsnøjagtighed. Startmomentet øges også, og med variabel belastning stabiliseres omdrejningshastigheden. Som et resultat er effektiviteten af den elektriske motor forbedret.
Maksimal motoreffektivitet
Afhængigt af konstruktionstypen kan elmotorernes effektivitet variere fra 10 til 99 %. Det kommer helt an på, hvilken slags motor det bliver. For eksempel er effektiviteten af en stempel-type pumpemotor 70-90%. Det endelige resultat afhænger af producenten, enhedens design osv. Det samme kan siges om effektiviteten af kranmotoren. Hvis det er lig med 90%, betyder det, at 90% af den forbrugte elektricitet vil blive brugt til at udføre mekanisk arbejde, de resterende 10% vil blive brugt til at opvarme dele. Alligevel er der de mest succesrige modeller af elektriske motorer, hvis effektivitet nærmer sig 100 %, men som ikke er lig med denne værdi.
Er det muligt at opnå over 100 % effektivitet?
Det er ingen hemmelighed, at elektriske motorer, hvis effektivitet overstiger 100 %, ikke kan eksistere i naturen, da dette er i modstrid med den grundlæggende lov om energibevarelse. Faktum er, at energi ikke kan komme fra ingenting og forsvinde på samme måde. Enhver motor har brug forenergikilde: benzin, elektricitet. Benzin er dog ikke evig, ligesom elektricitet, fordi deres lagre skal genopbygges. Men hvis der var en energikilde, der ikke behøvede at blive genopfyldt, så ville det være ganske muligt at skabe en motor med en effektivitet på over 100%. Den russiske opfinder Vladimir Chernyshov viste en beskrivelse af motoren, som er baseret på en permanent magnet, og dens effektivitet, som opfinderen selv forsikrer, er mere end 100%.
Hydroelektrisk som et eksempel på en evighedsmaskine
For eksempel, lad os tage et vandkraftværk, hvor energi genereres ved at falde fra en stor vandhøjde. Vandet drejer turbinen, som producerer elektricitet. Vandfaldet udføres under indflydelse af Jordens tyngdekraft. Og selvom arbejdet med at producere elektricitet udføres, bliver Jordens tyngdekraft ikke svagere, det vil sige, at tiltrækningskraften ikke aftager. Derefter fordamper vandet under påvirkning af sollys og kommer igen ind i reservoiret. Dette fuldender cyklussen. Som et resultat er der blevet produceret elektricitet, og omkostningerne ved dens produktion er blevet genoprettet.
Selvfølgelig kan vi sige, at Solen ikke er evig, det er sandt, men den vil vare et par milliarder år. Hvad angår tyngdekraften, arbejder den konstant og trækker fugt ud af atmosfæren. Generelt er et vandkraftværk en motor, der omdanner mekanisk energi til elektrisk energi, og dens effektivitet er mere end 100%. Dette gør det klart, at det ikke er værd at stoppe for at lede efter måder at skabe en elektrisk motor, hvis effektivitet kan være mere end 100%. Det er trods alt ikke kun tyngdekraften, der kan bruges som en uudtømmelig kildeenergi.
Permanente magneter som energikilder til motorer
Den anden interessante kilde er en permanent magnet, som ikke modtager energi nogen steder fra, og magnetfeltet forbruges ikke, selv når man arbejder. For eksempel, hvis en magnet tiltrækker noget til sig selv, så vil den gøre arbejdet, og dens magnetfelt bliver ikke svagere. Denne egenskab er allerede blevet prøvet mere end én gang for at skabe den såkaldte evighedsmaskine, men indtil videre er der ikke kommet noget mere eller mindre norm alt ud af det. Enhver mekanisme vil blive slidt før eller siden, men selve kilden, som er en permanent magnet, er praktisk t alt evig.
Der er dog eksperter, der siger, at permanente magneter med tiden mister deres styrke som følge af aldring. Dette er ikke sandt, men selvom det var sandt, så ville det være muligt at bringe ham tilbage til livet med kun én elektromagnetisk puls. En motor, der ville kræve genopladning en gang hvert 10.-20. år, selvom den ikke kan hævde at være evig, er meget tæt på dette.
Der har allerede været mange forsøg på at skabe en evighedsmaskine baseret på permanente magneter. Indtil videre har der desværre ikke været nogen succesfulde løsninger. Men givet det faktum, at der er en efterspørgsel efter sådanne motorer (det kan der simpelthen ikke være), er det meget muligt, at vi i den nærmeste fremtid vil se noget, der vil komme meget tæt på den evige bevægelsesmaskinemodel, der vil blive drevet af vedvarende energi.
Konklusion
Effektiviteten af en elektrisk motor er den vigtigste parameter, der bestemmer effektiviteten af en bestemt motor. Jo højere effektivitet, jo bedre motor. I en motor med en virkningsgrad på 95 %, næsten det heleden brugte energi bruges på at udføre arbejde, og kun 5 % bruges ikke på behov (f.eks. på opvarmning af reservedele). Moderne dieselmotorer kan nå en virkningsgrad på 45 %, og det anses for at være et fedt resultat. Benzinmotorers effektivitet er endnu mindre.
