Az elektromos motorok meglehetősen régen jelentek meg, de nagy érdeklődés mutatkozott irántuk, amikor elkezdték a belső égésű motorok alternatíváját képviselni. Különösen érdekes az elektromos motor hatásfokának kérdése, amely az egyik fő jellemzője.
Minden rendszernek van valamilyen hatékonysága, ami a munkavégzés hatékonyságát összességében jellemzi. Vagyis meghatározza, hogy egy rendszer vagy eszköz milyen jól szállítja vagy alakítja át az energiát. Érték szerint a hatékonyságnak nincs értéke, és leggyakrabban százalékban vagy nullától egyig terjedő számként jelenik meg.
Hatékonysági paraméterek villanymotorokban
Az elektromos motor fő feladata az elektromos energia mechanikai energiává alakítása. A hatékonyság határozza meg ennek a funkciónak a hatékonyságát. A motor hatásfokának képlete a következő:
n=p2/p1
Ebben a képletben p1 a betáplált elektromos teljesítmény, p2 a közvetlenül előállított hasznos mechanikai teljesítménymotor. Az elektromos teljesítményt a következő képlet határozza meg: p1=UI (feszültség szorozva az áramerősséggel), a mechanikai teljesítmény értéke pedig a P=A/t képlet szerint (a munka és az időegység aránya). Így néz ki az elektromos motor hatásfokának kiszámítása. Ez azonban a legegyszerűbb része. A motor rendeltetésétől és hatókörétől függően a számítás eltérő lesz, és sok más paramétert is figyelembe vesz. Valójában a motor hatékonysági képlete sokkal több változót tartalmaz. A legegyszerűbb példát fent adtuk.
Csökkentett hatékonyság
A motor kiválasztásánál figyelembe kell venni az elektromos motor mechanikai hatásfokát. A motorfűtéssel, teljesítménycsökkentéssel és meddőáramokkal kapcsolatos veszteségek nagyon fontos szerepet játszanak. Leggyakrabban a hatékonyság csökkenése a hő felszabadulásával jár, ami természetesen a motor működése során következik be. A hőleadás okai különbözőek lehetnek: a motor felmelegedhet súrlódás közben, valamint elektromos, sőt mágneses okokból is. A legegyszerűbb példaként egy olyan helyzetet említhetünk, amikor 1000 rubelt költöttek elektromos energiára, és 700 rubelért dolgoztak. Ebben az esetben a hatékonyság 70% lesz.
Az elektromos motorok hűtésére ventilátorokat használnak, amelyek a levegőt a keletkezett réseken keresztül vezetik át. A motor osztályától függően a fűtés egy bizonyos hőmérsékletig elvégezhető. Például az A osztályú motorok felforrósodhatnak85-90 fokig, B osztály - 110 fokig. Abban az esetben, ha a hőmérséklet meghaladja a megengedett határértéket, ez állórész rövidzárlatot jelezhet.
Villanymotorok átlagos hatásfoka
Érdemes megjegyezni, hogy a DC (és AC) motorok hatásfoka a terheléstől függően változik:
- A hatékonyság 0% alapjáraton.
- 25%-os terhelésnél a hatékonyság 83%.
- 50%-os terhelésnél a hatékonyság 87%.
- 75%-os terhelésnél a hatékonyság 88%.
- 100%-os terhelésnél a hatásfok 87%.
A hatásfok csökkenésének egyik oka az áramok aszimmetriája, amikor a három fázis mindegyikére eltérő feszültség vonatkozik. Ha például az első fázis feszültsége 410 V, a másodiké 403 V, a harmadiké pedig 390 V, akkor az átlagos érték 401 V. Az aszimmetria ebben az esetben egyenlő lesz a két fázis közötti különbséggel. maximális és minimális feszültség a fázisokon (410-390), azaz 20 V. A veszteségek kiszámítására szolgáló motor hatásfok-képlete a mi helyzetünkben így fog kinézni: 20/401100=4,98%. Ez azt jelenti, hogy működés közben 5%-os hatásfokot veszítünk a fázisok feszültségkülönbsége miatt.
Teljes veszteség és hatékonyságcsökkenés
Nagyon sok negatív tényező befolyásolja az elektromos motorok hatásfokának csökkenését. Vannak bizonyos módszerek, amelyek lehetővé teszik ezek meghatározását. Például meghatározhatja, hogy van-e rés, amelyen keresztül a teljesítmény részben átkerül a hálózatról az állórészre, majd a forgórészre.
Indító veszteségek is előfordulnak, és ezek többből állnakértékeket. Mindenekelőtt ezek örvényáramok és az állórészmagok újramágnesezésével kapcsolatos veszteségek lehetnek.
Ha a motor aszinkron, akkor további veszteségek keletkeznek a forgórész és az állórész fogai miatt. Örvényáramok is előfordulhatnak az egyes motoralkatrészekben. Mindez összességében 0,5%-kal csökkenti az elektromos motor hatásfokát. Az aszinkron motoroknál az üzem közben esetlegesen fellépő összes veszteséget figyelembe veszik. Ezért a hatásfok 80 és 90% között változhat.
Gépjárműmotorok
Az elektromos motorok fejlődésének története az elektromágneses indukció törvényének felfedezésével kezdődik. Szerinte az indukciós áram mindig úgy mozog, hogy ellensúlyozza az azt okozó okot. Ez az elmélet képezte az első villanymotor megalkotásának alapját.
A modern modellek ugyanazon az elven alapulnak, de gyökeresen különböznek az első példányoktól. Az elektromos motorok sokkal erősebbek, kompaktabbak lettek, de ami a legfontosabb, jelentősen megnőtt a hatásfokuk. Fentebb már írtunk a villanymotor hatásfokáról, és egy belső égésű motorhoz képest ez elképesztő eredmény. Például egy belső égésű motor maximális hatásfoka eléri a 45%-ot.
Az elektromos motor előnyei
A nagy hatásfok az ilyen motorok fő előnye. És ha egy belső égésű motor az energia több mint 50% -át fűtésre fordítja, akkor az elektromos motorban egy kis részt fűtésre fordítanak.energia.
A második előny a könnyű súly és a kompakt méret. Például a Yasa Motors olyan motort készített, amelynek tömege mindössze 25 kg. 650 Nm leadására képes, ami nagyon tisztességes eredmény. Ezenkívül az ilyen motorok tartósak, nincs szükségük sebességváltóra. Sok elektromos autó tulajdonos beszél az elektromos motorok hatékonyságáról, ami bizonyos mértékig logikus. Végtére is, működés közben az elektromos motor nem bocsát ki égésterméket. Sok sofőr azonban megfeledkezik arról, hogy villamos energia előállításához szenet, gázt vagy dúsított uránt kell használni. Mindezek az elemek szennyezik a környezetet, ezért az elektromos motorok környezetbarátsága igen vitatott kérdés. Igen, működés közben nem szennyezik a levegőt. Náluk az erőművek ezt teszik meg az áramtermelésben.
Javítsa az elektromos motorok hatásfokát
Az elektromos motoroknak van néhány hátránya, amelyek rossz hatással vannak a munka hatékonyságára. Ezek a gyenge indítónyomaték, a nagy indítóáram, valamint a tengely mechanikus nyomatéka és a mechanikai terhelés közötti inkonzisztencia. Ez azt eredményezi, hogy az eszköz hatékonysága csökken.
A hatékonyság javítása érdekében megpróbálják 75%-ra vagy még nagyobbra terhelni a motort, és növelik a teljesítménytényezőket. Vannak speciális eszközök is a betáplált áram és feszültség frekvenciájának szabályozására, ami szintén növeli a hatékonyságot és a hatékonyságot.
Az egyik legnépszerűbb eszköz az elektromos motorok hatásfokának növelésére a simastart, ami korlátozza a bekapcsolási áram növekedési sebességét. Szintén célszerű frekvenciaváltókat használni a motor forgási sebességének megváltoztatására a feszültség frekvenciájának változtatásával. Ez az energiafogyasztás csökkenéséhez vezet, és egyenletes motorindítást, nagy beállítási pontosságot biztosít. Az indítónyomaték is nő, változó terhelés mellett a forgási sebesség is stabilizálódik. Ennek eredményeként javul az elektromos motor hatásfoka.
Maximális motorhatásfok
A felépítés típusától függően az elektromos motorok hatásfoka 10 és 99% között változhat. Minden attól függ, hogy milyen motor lesz. Például egy dugattyús szivattyúmotor hatásfoka 70-90%. A végeredmény a gyártótól, a készülék kialakításától stb. függ. Ugyanez mondható el a darumotor hatásfokáról is. Ha ez egyenlő 90%-kal, akkor ez azt jelenti, hogy az elfogyasztott villamos energia 90%-a mechanikai munkákra, a maradék 10%-a pedig alkatrészek fűtésére kerül felhasználásra. Ennek ellenére vannak a legsikeresebb villanymotor-modellek, amelyek hatásfoka megközelíti a 100%-ot, de nem egyenlő ezzel az értékkel.
Elérhető 100% feletti hatékonyság?
Nem titok, hogy 100%-ot meghaladó hatásfokú villanymotorok nem létezhetnek a természetben, mivel ez ellentmond az energiamegmaradás alaptörvényének. Az a tény, hogy az energia nem származhat a semmiből és nem tűnhet el ugyanúgy. Minden motornak szüksége van ráenergiaforrás: benzin, villany. A benzin azonban nem örök, mint az áram, mert pótolni kell a készleteiket. De ha lenne olyan energiaforrás, amelyet nem kell feltölteni, akkor teljesen lehetséges lenne 100% feletti hatásfokú motort létrehozni. Vlagyimir Csernisov orosz feltaláló bemutatta a motor leírását, amely állandó mágnesen alapul, és hatékonysága, amint azt maga a feltaláló is biztosítja, több mint 100%.
Hidroelektromos mint egy örökmozgó példa
Például vegyünk egy vízi erőművet, ahol nagy vízből zuhanva keletkezik az energia. A víz megfordítja a turbinát, amely elektromosságot termel. A víz esése a Föld gravitációjának hatására történik. És bár folyik az elektromosság előállítása, a Föld gravitációja nem gyengül, vagyis a vonzás ereje nem csökken. Ezután a víz a napfény hatására elpárolog, és ismét belép a tartályba. Ezzel befejeződik a ciklus. Ennek eredményeként áramot termeltek, és az előállítás költségeit helyreállították.
Persze, mondhatjuk, hogy a Nap nem örök, az igaz, de kibír pár milliárd évig. Ami a gravitációt illeti, folyamatosan dolgozik, kivonja a nedvességet a légkörből. Általánosságban elmondható, hogy a vízerőmű olyan motor, amely mechanikai energiát alakít át elektromos energiává, és hatásfoka meghaladja a 100%-ot. Ez egyértelművé teszi, hogy nem érdemes abbahagyni, hogy keressük a lehetőségeket egy olyan villanymotor létrehozására, amelynek hatásfoka több mint 100%. Hiszen nem csak a gravitáció használható kimeríthetetlen forráskéntenergia.
Állandó mágnesek, mint energiaforrások a motorokhoz
A második érdekes forrás egy állandó mágnes, amely sehonnan nem kap energiát, és a mágneses tér munkavégzés közben sem merül el. Például, ha egy mágnes vonz valamit magához, akkor elvégzi a munkát, és a mágneses tere nem gyengül. Ezzel a tulajdonsággal már nem egyszer próbálkoztak az úgynevezett örökmozgó megalkotásával, de eddig semmi többé-kevésbé normális nem lett belőle. Bármely mechanizmus elhasználódik előbb-utóbb, de maga a forrás, amely egy állandó mágnes, gyakorlatilag örök.
Vannak azonban szakértők, akik szerint az állandó mágnesek idővel veszítenek erejükből az öregedés következtében. Ez nem igaz, de még ha igaz is lenne, akkor egyetlen elektromágneses impulzussal vissza lehet kelteni az életbe. Egy olyan motor, amelyet 10-20 évente egyszer kellene újratölteni, bár nem mondhatja magát örökérvényűnek, nagyon közel áll ehhez.
Sok próbálkozás történt már állandó mágneseken alapuló örökmozgó létrehozására. Eddig sajnos nem születtek sikeres megoldások. De tekintettel arra a tényre, hogy van igény az ilyen motorokra (egyszerűen nem lehet), nagyon valószínű, hogy a közeljövőben látni fogunk valamit, ami nagyon közel kerül a megújuló energiával működő örökmozgó modellhez..
Következtetés
Az elektromos motor hatásfoka a legfontosabb paraméter, amely meghatározza egy adott motor hatásfokát. Minél nagyobb a hatásfok, annál jobb a motor. 95%-os hatásfokú motorban szinte mindena ráfordított energiát munkára fordítják, és csak 5%-át költik nem szükségletekre (például alkatrészek fűtésére). A modern dízelmotorok 45%-os hatásfokot is elérhetnek, és ez jó eredménynek számít. A benzinmotorok hatásfoka még kisebb.
