Els motors elèctrics van aparèixer fa força temps, però van sorgir un gran interès quan van començar a representar una alternativa als motors de combustió interna. De particular interès és la qüestió de l'eficiència del motor elèctric, que és una de les seves característiques principals.
Cada sistema té algun tipus d'eficiència, que caracteritza l'eficiència del seu treball en conjunt. És a dir, determina com de bé un sistema o dispositiu lliura o converteix l'energia. Per valor, l'eficiència no té cap valor, i la majoria de vegades es presenta com un percentatge o un nombre de zero a un.
Paràmetres d'eficiència en motors elèctrics
La tasca principal d'un motor elèctric és convertir l'energia elèctrica en energia mecànica. L'eficiència determina l'eficiència d'aquesta funció. La fórmula de l'eficiència del motor és la següent:
n=p2/p1
En aquesta fórmula, p1 és la potència elèctrica subministrada, p2 és la potència mecànica útil que es genera directamentmotor. La potència elèctrica ve determinada per la fórmula: p1=UI (tensió multiplicada pel corrent) i el valor de la potència mecànica segons la fórmula P=A/t (la relació de treball a unitat de temps). Així es veu el càlcul de l'eficiència del motor elèctric. Tanmateix, aquesta és la part més senzilla. Depenent de la finalitat del motor i del seu abast, el càlcul serà diferent i tindrà en compte molts altres paràmetres. De fet, la fórmula de l'eficiència del motor inclou moltes més variables. L'exemple més senzill es va donar més amunt.
Eficiència reduïda
L'eficiència mecànica d'un motor elèctric s'ha de tenir en compte a l'hora d'escollir un motor. Les pèrdues associades a l'escalfament del motor, la reducció de potència i els corrents reactius juguen un paper molt important. Molt sovint, la caiguda de l'eficiència s'associa amb l'alliberament de calor, que es produeix de manera natural durant el funcionament del motor. Els motius de l'alliberament de calor poden ser diferents: el motor es pot escalfar durant la fricció, així com per raons elèctriques i fins i tot magnètiques. Com a exemple més senzill, podem citar una situació en què es van gastar 1.000 rubles en energia elèctrica i es va treballar per 700 rubles. En aquest cas, l'eficiència serà igual al 70%.
Per refredar els motors elèctrics, s'utilitzen ventiladors per forçar l'aire a través dels buits creats. Depenent de la classe de motors, la calefacció es pot dur a terme fins a una determinada temperatura. Per exemple, els motors de classe A poden escalfar-sefins a 85-90 graus, classe B - fins a 110 graus. En cas que la temperatura superi el límit permès, això pot indicar un curtcircuit de l'estator.
Eficiència mitjana dels motors elèctrics
Val la pena assenyalar que l'eficiència d'un motor de corrent continu (i de corrent alterna) varia en funció de la càrrega:
- L'eficiència és del 0% en inactivitat.
- A un 25% de càrrega, l'eficiència és del 83%.
- A un 50% de càrrega, l'eficiència és del 87%.
- A un 75% de càrrega, l'eficiència és del 88%.
- Amb una càrrega del 100%, l'eficiència és del 87%.
Un dels motius de la caiguda d'eficiència és l'asimetria dels corrents, quan s'aplica una tensió diferent a cadascuna de les tres fases. Si, per exemple, la primera fase té una tensió de 410 V, la segona - 403 V i la tercera - 390 V, el valor mitjà serà de 401 V. L'asimetria en aquest cas serà igual a la diferència entre els tensions màximes i mínimes a les fases (410 -390), és a dir, 20 V. La fórmula d'eficiència del motor per calcular les pèrdues semblarà a la nostra situació: 20/401100=4,98%. Això vol dir que perdem un 5% d'eficiència durant el funcionament a causa de la diferència de tensió a les fases.
Pèrdues totals i caiguda de l'eficiència
Hi ha molts factors negatius que afecten la caiguda de l'eficiència d'un motor elèctric. Hi ha certs mètodes que permeten determinar-los. Per exemple, podeu determinar si hi ha un buit a través del qual l'energia es transfereix parcialment de la xarxa a l'estator i després al rotor.
També es produeixen pèrdues d'inici, i consten de diversesvalors. En primer lloc, poden ser pèrdues relacionades amb corrents de Foucault i remagnetització dels nuclis de l'estator.
Si el motor és asíncron, hi ha pèrdues addicionals a causa de les dents del rotor i l'estator. Els corrents de Foucault també es poden produir en components individuals del motor. Tot això en total redueix l'eficiència del motor elèctric en un 0,5%. En els motors asíncrons es tenen en compte totes les pèrdues que es poden produir durant el funcionament. Per tant, el rang d'eficiència pot variar entre el 80 i el 90%.
Motors d'automoció
La història del desenvolupament dels motors elèctrics comença amb el descobriment de la llei de la inducció electromagnètica. Segons ell, el corrent d'inducció sempre es mou de manera que contraresta la causa que el provoca. Aquesta teoria va ser la base per a la creació del primer motor elèctric.
Els models moderns es basen en el mateix principi, però radicalment diferents dels primers exemplars. Els motors elèctrics s'han tornat molt més potents, més compactes, però el més important, la seva eficiència ha augmentat significativament. Ja hem escrit més amunt sobre l'eficiència d'un motor elèctric i, en comparació amb un motor de combustió interna, aquest és un resultat sorprenent. Per exemple, l'eficiència màxima d'un motor de combustió interna arriba al 45%.
Avantatges del motor elèctric
L' alta eficiència és el principal avantatge d'aquest motor. I si un motor de combustió interna gasta més del 50% de l'energia en calefacció, llavors en un motor elèctric es gasta una petita part en calefacció.energia.
El segon avantatge és el pes lleuger i la mida compacta. Per exemple, Yasa Motors ha creat un motor amb un pes de només 25 kg. És capaç de lliurar 650 Nm, que és un resultat molt decent. A més, aquests motors són duradors, no necessiten una caixa de canvis. Molts propietaris de cotxes elèctrics parlen de l'eficiència dels motors elèctrics, que és lògic fins a cert punt. Després de tot, durant el funcionament, el motor elèctric no emet cap producte de combustió. No obstant això, molts conductors obliden que és necessari utilitzar carbó, gas o urani enriquit per generar electricitat. Tots aquests elements contaminen el medi ambient, per la qual cosa el respecte al medi ambient dels motors elèctrics és un tema molt controvertit. Sí, no contaminen l'aire durant el funcionament. Per a ells, les centrals elèctriques ho fan en la producció d'electricitat.
Millora l'eficiència dels motors elèctrics
Els motors elèctrics tenen alguns inconvenients que tenen un efecte negatiu en l'eficiència del treball. Aquests són un parell d'arrencada feble, un corrent d'arrencada elevat i una inconsistència entre el parell mecànic de l'eix i la càrrega mecànica. Això fa que l'eficiència del dispositiu disminueixi.
Per millorar l'eficiència, intenten carregar el motor al 75% o més i augmentar els factors de potència. També hi ha dispositius especials per regular la freqüència del corrent i la tensió subministrats, la qual cosa també condueix a una major eficiència i eficiència.
Un dels dispositius més populars per augmentar l'eficiència d'un motor elèctric és un suaustart, que limita la velocitat de creixement del corrent d'entrada. També és adequat utilitzar convertidors de freqüència per canviar la velocitat de gir del motor canviant la freqüència de la tensió. Això condueix a una reducció del consum d'energia i proporciona un arrencada suau del motor, una gran precisió d'ajust. El parell d'arrencada també augmenta, i amb una càrrega variable, la velocitat de gir s'estabilitza. Com a resultat, es millora l'eficiència del motor elèctric.
Màxima eficiència del motor
Depenent del tipus de construcció, l'eficiència dels motors elèctrics pot variar del 10 al 99%. Tot depèn de quin tipus de motor serà. Per exemple, l'eficiència d'un motor de bomba de pistó és del 70-90%. El resultat final depèn del fabricant, del disseny del dispositiu, etc. El mateix es pot dir de l'eficiència del motor de la grua. Si és igual al 90%, això significa que el 90% de l'electricitat consumida s'utilitzarà per realitzar treballs mecànics, el 10% restant s'utilitzarà per escalfar peces. Tot i així, hi ha els models de motors elèctrics amb més èxit, l'eficiència dels quals s'aproxima al 100%, però no és igual a aquest valor.
És possible aconseguir una eficiència superior al 100%?
No és cap secret que els motors elèctrics l'eficiència dels quals superi el 100% no poden existir a la natura, ja que això contradiu la llei bàsica de conservació de l'energia. El cas és que l'energia no pot venir del no-res i desaparèixer de la mateixa manera. Cada motor necessitafont d'energia: gasolina, electricitat. Tanmateix, la gasolina no és eterna, com l'electricitat, perquè les seves existències s'han de reposar. Però si hi hagués una font d'energia que no s'hagués de reposar, seria molt possible crear un motor amb una eficiència superior al 100%. L'inventor rus Vladimir Chernyshov va mostrar una descripció del motor, que es basa en un imant permanent, i la seva eficiència, com assegura el mateix inventor, és superior al 100%.
Hidroelèctrica com a exemple de màquina de moviment perpetu
Per exemple, prenem una central hidroelèctrica, on es genera energia en caure des d'una gran alçada d'aigua. L'aigua fa girar la turbina, que produeix electricitat. La caiguda d'aigua es realitza sota la influència de la gravetat de la Terra. I tot i que s'està fent la feina de produir electricitat, la gravetat de la Terra no es fa més feble, és a dir, la força d'atracció no disminueix. Aleshores l'aigua s'evapora sota l'acció de la llum solar i torna a entrar al dipòsit. Això completa el cicle. Com a resultat, s'ha generat electricitat i s'han recuperat els costos de producció.
Per descomptat, podem dir que el Sol no és etern, és cert, però durarà un parell de mil milions d'anys. Pel que fa a la gravetat, està fent feina constantment, traient la humitat de l'atmosfera. En termes generals, una central hidroelèctrica és un motor que converteix l'energia mecànica en energia elèctrica, i la seva eficiència és superior al 100%. Això deixa clar que no val la pena aturar-se a buscar maneres de crear un motor elèctric, l'eficiència del qual pot ser superior al 100%. Després de tot, no només la gravetat es pot utilitzar com a font inesgotableenergia.
Imants permanents com a fonts d'energia per a motors
La segona font interessant és un imant permanent, que no rep energia de cap lloc, i el camp magnètic no es consumeix fins i tot quan es treballa. Per exemple, si un imant atrau alguna cosa a si mateix, farà el treball i el seu camp magnètic no es farà més feble. Aquesta propietat ja s'ha provat més d'una vegada per crear l'anomenada màquina de moviment perpetu, però fins ara no n'ha sortit res més o menys normal. Qualsevol mecanisme es desgastarà tard o d'hora, però la font en si, que és un imant permanent, és pràcticament eterna.
No obstant això, hi ha experts que diuen que amb el temps, els imants permanents perden la seva força com a conseqüència de l'envelliment. Això no és cert, però encara que fos cert, seria possible tornar-lo a la vida amb només un pols electromagnètic. Un motor que caldria recarregar una vegada cada 10-20 anys, tot i que no pot afirmar que sigui etern, està molt a prop d'això.
Ja hi ha hagut molts intents de crear una màquina de moviment perpetu basada en imants permanents. Fins ara no hi ha hagut solucions reeixides, malauradament. Però tenint en compte que hi ha una demanda d'aquests motors (simplement no n'hi ha), és molt possible que en un futur proper vegem alguna cosa que s'acosti molt al model de màquina de moviment perpetu que s'alimentarà amb energies renovables..
Conclusió
L'eficiència d'un motor elèctric és el paràmetre més important que determina l'eficiència d'un motor determinat. Com més gran sigui l'eficiència, millor serà el motor. En un motor amb una eficiència del 95%, gairebé totsl'energia gastada es destina a fer feina i només el 5% es gasta no a necessitat (per exemple, a escalfar peces de recanvi). Els motors dièsel moderns poden assolir una eficiència del 45%, i això es considera un resultat fantàstic. L'eficiència dels motors de gasolina és encara menor.
