Jaká je efektivita elektromotoru? Jak zvýšit účinnost elektromotoru?

Elektromotory se objevily již dlouho, ale velký zájem na nich vznikl, když začaly představovat alternativu k motoru s vnitřním spalováním. Zvláště zajímavá je účinnost elektromotoru, která je jednou z jeho hlavních charakteristik.

Každý systém má určitý koeficient efektivity, který charakterizuje účinnost jeho práce obecně. To znamená, že určuje, jak dobře systém nebo zařízení přenáší nebo konvertuje energii. Hodnota efektivity nezáleží, a nejčastěji je reprezentována jako procento nebo číslo od nuly do jednoho.

Parametry účinnosti elektromotorů

Hlavní úkol elektrický motor redukuje na přeměnu elektrické energie na mechanickou energii. Efektivita určuje účinnost této funkce. Vzorec účinnosti elektromotoru je následující:

• n = p2 / p1

V tomto vzorci je p1 dodávaný elektrický výkon, p2 je užitečný mechanický výkon, který je generován přímo motorem. Elektrická energie je určena vzorcem: p1 = UI (napětí vynásobeno proudovou silou) a hodnota mechanického výkonu podle vzorce P = A / t (poměr práce k jednotce času). Tak vypadá výpočet účinnosti elektromotoru. Je to však nejjednodušší část. V závislosti na účelu motoru a rozsahu jeho použití se výpočet liší a zohlední mnoho dalších parametrů. Ve skutečnosti má vzorec účinnosti elektrického motoru mnoho dalších proměnných. Výše uvedený byl nejjednodušší příklad.

Snížení efektivity

Při výběru motoru je nutno vzít v úvahu mechanickou účinnost elektrického motoru. Velkou roli hrají ztráty spojené s vytápěním motoru, výkon reaktivní proudy. Nejčastěji je pokles účinnosti kvůli uvolnění tepla, které přirozeně nastává při běhu motoru. Důvody pro uvolnění tepla mohou být různé: motor může být vyhříván během tření, stejně jako z elektrických a dokonce i magnetických důvodů. Nejjednodušším příkladem je situace, kdy elektrická energie bylo vynaloženo 1 000 rublů a práce byla provedena na 700 rublů. V tomto případě bude účinnost 70%.

Pro chlazení elektrických motorů se používají ventilátory, které vyfukují vytvořené mezery. V závislosti na třídě motorů lze topení provádět na určitou teplotu. Například motory třídy A mohou být vyhřívány na 85-90 stupňů, třída B - až o 110 stupňů. V případě, že teplota překročí dovolenou mez, může to znamenat uzavření statoru.

Průměrná účinnost elektrických motorů

Za zmínku stojí, že účinnost stejnosměrného motoru (a střídavého proudu) závisí na zatížení:

1. Při nečinnosti je účinnost 0%.
2. Při zatížení 25% je účinnost 83%.
3. Při zatížení 50% je účinnost 87%.
4. Při zatížení 75% je účinnost 88%.
5. Při zatížení 100% je účinnost 87%.

Jedním z důvodů poklesu účinnosti - asymetrie proudů při různých napětí dodávané do každé ze tří fází. Pokud, například, v první fázi napětí je 410 V, druhá - 403 V, a třetí - 390 V, průměrná hodnota je 401 V. asymetrie je v tomto případě rovna rozdílu mezi maximální a minimální napětí na fázích (410 -390), tj. 20 V. vzorec pro výpočet ztráty účinnosti motoru bude vypadat v našem případě: 20/401 * 100 = 4,98%. To znamená, že ztrácíme 5% účinnost při provozu v důsledku rozdílu napětí fází.

Celková ztráta a pokles efektivity

Existuje mnoho negativních faktorů, které ovlivňují pokles účinnosti elektromotoru. Existují určité metody, které jim umožňují určit. Můžete například zjistit, zda existuje mezera, v níž je síla z mříže částečně přenášena na stator a potom na rotor.

Ztráty v startéru také probíhají a sestávají z několika hodnot. Za prvé, mohou to být ztráty související s vířivými proudy a změnou magnetizace statorových jader.

Pokud je motor asynchronní, dochází k dalším ztrátám způsobeným zuby v rotoru a statoru. Vortexové proudy mohou také nastat v samostatných uzlech motoru. Celkově to snižuje účinnost elektrického motoru o 0,5%. Asynchronní motory berou v úvahu všechny ztráty, které se mohou vyskytnout během provozu. Rozsah účinnosti se proto může pohybovat od 80 do 90%.

Automobilové motory

Historie rozvoje elektromotorů začíná objevem zákon elektromagnetické indukce. Podle něj se indukční proud vždy pohybuje takovým způsobem, aby působil proti příčině, která ho způsobuje. Právě tato teorie tvořila základ pro vytvoření prvního elektromotoru.

Moderní modely jsou založeny na stejném principu, jsou však radikálně odlišné od prvních. Elektromotory se staly mnohem silnějšími, kompaktnějšími, ale především - jejich účinnost se výrazně zvýšila. Již jsme psali výše o účinnosti elektromotoru a ve srovnání s motorem s vnitřním spalováním je to úžasný výsledek. Maximální účinnost spalovacího motoru dosahuje například 45%.

Výhody elektromotoru

Vysoká účinnost je hlavní výhodou takového motoru. A jestliže motor s vnitřním spalováním tráví více než 50% energie pro vytápění, pak v elektromotoru pro vytápění je malá část energie.

Druhou výhodou je jeho nízká hmotnost a kompaktní rozměry. Například společnost Yasa Motors vytvořila motor o hmotnosti pouze 25 kg. Je schopen dodávat 650 Nm, což je velmi slušný výsledek. Takové motory jsou také odolné, nepotřebují převodovku. Mnoho majitelů elektrických automobilů mluví o ekonomice elektromotorů, což je do jisté míry logické. Koneckonců, při práci elektromotor nevyzařuje žádné spalovací produkty. Mnozí řidiči však zapomínají, že pro výrobu elektřiny je nutné používat uhlí, plyn nebo obohacený uran. Všechny tyto prvky znečišťují životní prostředí, takže ekologická šetrnost elektromotorů je velmi sporná otázka. Ano, nemají znečišťovat ovzduší v průběhu práce. Pro ně vyrábějí elektrárny elektřinu.

Zvýšení účinnosti elektromotorů

Elektromotory mají některé nevýhody, které mají špatný vliv na výkon. Jedná se o slabý počáteční točivý moment, vysoký počáteční proud a nekonzistenci mechanického točivého momentu hřídele s mechanickým zatížením. To vede k tomu, že účinnost zařízení je snížena.

Aby se zvýšila účinnost, snaží se zajistit zatížení motoru až o 75% a vyšší a zvýšit výkonové faktory. Také existují speciální zařízení pro regulaci frekvence dodávaného proudu a napětí, což také vede ke zvýšení účinnosti a zvýšené účinnosti.

Jedním z nejoblíbenějších zařízení pro zvýšení účinnosti elektromotoru je softstartér, který omezuje rychlost růstu startovacího proudu. Je také vhodné použít a frekvenční měniče pro změňte rychlost otáčení motoru změnou frekvence napětí. To vede ke snížení spotřeby energie a zajišťuje hladký start motoru a vysokou přesnost nastavení. Počáteční točivý moment se také zvyšuje a při proměnlivém zatížení je rychlost otáčení stabilizována. Výsledkem je zvýšení účinnosti motoru.

Maximální účinnost elektromotoru

V závislosti na typu konstrukce se výkon elektromotorů může pohybovat od 10 do 99%. Vše závisí na tom, jaký motor to je. Například účinnost pístového motoru je 70-90%. Konečný výsledek závisí na výrobci, struktuře zařízení atd. Totéž lze říci o účinnosti elektromotoru jeřábu. Pokud se rovná 90%, znamená to, že 90% spotřebované elektřiny půjde k provádění mechanické práce, zbývajících 10% - k ohřevu dílů. Přesto existují nejúspěšnější modely elektromotorů, jejichž účinnost je téměř 100%, ale není rovna této hodnotě.

Je účinnost více než 100% možná?

Není pro někoho tajemství, že elektromotory, jejichž účinnost přesahuje 100%, nemohou v přírodě existovat, protože to odporuje základnímu zákonu o ochraně energie. Faktem je, že energie nemůže pocházet odnikud a zmizela přesně stejným způsobem. Každý motor potřebuje zdroj energie: benzín, elektřinu. Benzín však není věčný, stejně jako elektřina, protože jejich zásoby je třeba doplnit. Pokud by však byl zdroj energie, který nepotřeboval doplňování, bylo by možné vytvořit motor s účinností více než 100%. Ruský vynálezce Vladimir Chernyshov ukázal popis motoru, který je založen na permanentním magnetu a jeho účinnost, jak tvrdí vynálezce, je více než 100%.

Hydroelektrárna jako příklad věčného pohybu

Například, vezměte vodní elektrárnu, kde energie produkuje pádu z vysoké výšky vody. Voda rotuje turbínu a vyrábí elektřinu. Pád vody se provádí pod vlivem gravitace Země. A přestože se práce na výrobě elektřiny dělají, gravitace Země se nestane slabší, to znamená, že síla přitažlivosti neklesá. Dále se voda pod působením slunečního světla odpařuje a opět vstoupí do nádrže. To uzavírá cyklus. V důsledku toho se generuje elektřina, náklady na její výrobu se obnovují.

Samozřejmě, můžeme říci, že slunce netrvá věčně, je to pravda, ale to bude trvat několik miliard let. Co se týče gravitace, neustále pracuje, odvádí vlhkost z atmosféry. Pokud se silně zobecníme, vodní elektrárna je motor, který převádí mechanickou energii na elektrickou energii a její účinnost je více než 100%. Z toho je zřejmé, že hledání způsobů, jak vytvořit elektromotor, jehož účinnost může být více než 100%, by neměla být zastavena. Koneckonců, nejen gravitace může být použita jako nevyčerpatelný zdroj energie.

Trvalé magnety jako zdroje energie pro motory

Druhým zajímavým zdrojem je permanentní magnet, který nikde nepřivádí energii a magnetické pole není spotřebováno ani při práci. Například, pokud magnet přitáhne něco k sobě, bude dělat práci a jeho magnetické pole nebude slabší. Tato vlastnost byla vícekrát použita k vytvoření takzvaného věčného pohybu, ale zatím nebylo z něj nic více nebo méně normální. Jakýkoli mechanismus se dříve nebo později opotřebovává, ale samotný zdroj, který je permanentním magnetem, je prakticky věčný.

Existují však odborníci, kteří říkají, že permanentní magnety ztrácejí svou sílu v důsledku stárnutí. To není pravda, ale i kdyby to bylo pravdivé, bylo by možné jej vrátit zpět k životu pouze jedním elektromagnetickým impulsem. Motor, který by vyžadoval dobíjení jednou za 10-20 let, přestože se nemůže dovolávat role věčného, ​​ale velmi blízko k tomu je vhodný.

Došlo k mnoha pokusům o vytvoření věčného pohybu na základě permanentních magnetů. Zatím nedošlo, bohužel, k úspěšným rozhodnutím. Vzhledem k tomu, že poptávka po takovýchto motorech je (prostě nemůže být), je možné, že v blízké budoucnosti uvidíme něco, co velmi blíží modelu věčného motoru, který bude pracovat na obnovitelné energii.

Závěr

Účinnost elektrického motoru je nejdůležitějším parametrem, který určuje účinnost konkrétního motoru. Čím vyšší účinnost, tím lepší je motor. V motoru s účinností 95% pracuje téměř veškerá vynaložená energie a jen 5% je zbytečně vynaloženo (například topné části). Moderní vznětové motory dokáží dosáhnout účinnosti 45% a to je považováno za chladný výsledek. Účinnost benzinových motorů je ještě nižší.