Elektromotorji so se pojavili že zelo dolgo nazaj, veliko zanimanje zanje pa se je pojavilo, ko so začeli predstavljati alternativo motorjem z notranjim zgorevanjem. Posebno zanimivo je vprašanje učinkovitosti elektromotorja, ki je ena njegovih glavnih značilnosti.
Vsak sistem ima neko vrsto učinkovitosti, ki označuje učinkovitost njegovega dela kot celote. To pomeni, da določa, kako dobro sistem ali naprava oddaja ali pretvarja energijo. Po vrednosti učinkovitost nima vrednosti, najpogosteje pa je predstavljena kot odstotek ali število od nič do ena.
Parametri učinkovitosti v elektromotorjih
Glavna naloga elektromotorja je pretvorba električne energije v mehansko energijo. Učinkovitost določa učinkovitost te funkcije. Formula učinkovitosti motorja je naslednja:
n=p2/p1
V tej formuli je p1 dobavljena električna moč, p2 je uporabna mehanska moč, ki se ustvari neposrednomotor. Električno moč določimo po formuli: p1=UI (napetost pomnožena s tokom), vrednost mehanske moči pa po formuli P=A/t (razmerje med delom in enoto časa). Takole izgleda izračun izkoristka elektromotorja. Vendar je to najpreprostejši del. Odvisno od namena motorja in njegovega obsega se bo izračun razlikoval in bo upošteval številne druge parametre. Pravzaprav formula učinkovitosti motorja vključuje veliko več spremenljivk. Najenostavnejši primer je bil podan zgoraj.
Zmanjšana učinkovitost
Pri izbiri motorja je treba upoštevati mehanski izkoristek elektromotorja. Zelo pomembno vlogo imajo izgube, povezane z ogrevanjem motorja, zmanjšanjem moči in reaktivnimi tokovi. Najpogosteje je padec učinkovitosti povezan s sproščanjem toplote, ki se naravno pojavi med delovanjem motorja. Razlogi za sproščanje toplote so lahko različni: motor se lahko segreje med trenjem, pa tudi zaradi električnih in celo magnetnih razlogov. Kot najpreprostejši primer lahko navedemo situacijo, ko je bilo za električno energijo porabljenih 1000 rubljev, delo pa je bilo opravljeno za 700 rubljev. V tem primeru bo učinkovitost enaka 70%.
Za hlajenje elektromotorjev se uporabljajo ventilatorji, ki potiskajo zrak skozi ustvarjene reže. Glede na razred motorjev se lahko ogrevanje izvaja do določene temperature. Na primer, motorji razreda A se lahko segrejejodo 85-90 stopinj, razred B - do 110 stopinj. V primeru, da temperatura preseže dovoljeno mejo, lahko to kaže na kratek stik statorja.
Povprečna učinkovitost elektromotorjev
Omeniti velja, da se učinkovitost DC (in AC) motorja razlikuje glede na obremenitev:
- Učinkovitost je 0 % v prostem teku.
- Pri 25% obremenitvi je učinkovitost 83%.
- Pri 50% obremenitvi je izkoristek 87%.
- Pri 75% obremenitvi je izkoristek 88%.
- Pri 100 % obremenitvi je izkoristek 87%.
Eden od razlogov za padec učinkovitosti je asimetrija tokov, ko se na vsako od treh faz uporablja drugačna napetost. Če ima na primer prva faza napetost 410 V, druga - 403 V in tretja - 390 V, bo povprečna vrednost 401 V. Asimetrija v tem primeru bo enaka razliki med največja in najmanjša napetost na fazah (410 -390), to je 20 V. Formula učinkovitosti motorja za izračun izgub bo v naši situaciji videti tako: 20/401100=4,98%. To pomeni, da med delovanjem zaradi napetostne razlike v fazah izgubimo 5% izkoristka.
Popolne izgube in padec učinkovitosti
Obstaja veliko negativnih dejavnikov, ki vplivajo na padec učinkovitosti elektromotorja. Obstajajo določene metode, ki vam omogočajo, da jih določite. Lahko na primer ugotovite, ali obstaja vrzel, skozi katero se moč delno prenaša iz omrežja na stator in nato na rotor.
Pojavijo se tudi začetne izgube, ki so sestavljene iz večvrednote. Najprej so to lahko izgube, povezane z vrtinčnimi tokovi in remagnetizacijo jeder statorja.
Če je motor asinhroni, pride do dodatnih izgub zaradi zob v rotorju in statorju. V posameznih komponentah motorja se lahko pojavijo tudi vrtinčni tokovi. Vse to skupaj zmanjša izkoristek elektromotorja za 0,5 %. Pri asinhronih motorjih se upoštevajo vse izgube, ki lahko nastanejo med delovanjem. Zato se lahko razpon učinkovitosti giblje od 80 do 90%.
avtomobilski motorji
Zgodovina razvoja elektromotorjev se začne z odkritjem zakona elektromagnetne indukcije. Po njegovem mnenju se indukcijski tok vedno premika tako, da prepreči vzrok, ki ga povzroča. Prav ta teorija je bila osnova za nastanek prvega elektromotorja.
Sodobni modeli temeljijo na istem principu, vendar se bistveno razlikujejo od prvih izvodov. Elektromotorji so postali veliko močnejši, bolj kompaktni, najpomembneje pa je, da se je njihova učinkovitost znatno povečala. O učinkovitosti elektromotorja smo že pisali in v primerjavi z motorjem z notranjim zgorevanjem je to neverjeten rezultat. Na primer, največji izkoristek motorja z notranjim zgorevanjem doseže 45%.
Prednosti električnega motorja
Visoka učinkovitost je glavna prednost takšnega motorja. In če motor z notranjim zgorevanjem porabi več kot 50% energije za ogrevanje, se v električnem motorju majhen del porabi za ogrevanjeenergija.
Druga prednost je majhna teža in kompaktna velikost. Yasa Motors je na primer ustvarila motor s težo le 25 kg. Zmožen je oddati 650 Nm, kar je zelo spodoben rezultat. Tudi takšni motorji so trpežni, ne potrebujejo menjalnika. Mnogi lastniki električnih avtomobilov govorijo o učinkovitosti elektromotorjev, kar je do neke mere logično. Navsezadnje med delovanjem električni motor ne oddaja produktov izgorevanja. Vendar pa mnogi vozniki pozabljajo, da je za pridobivanje električne energije treba uporabiti premog, plin ali obogaten uran. Vsi ti elementi onesnažujejo okolje, zato je okolju prijaznost elektromotorjev zelo sporno vprašanje. Da, med delovanjem ne onesnažujejo zraka. Zanje to počnejo elektrarne pri proizvodnji električne energije.
Izboljšajte učinkovitost električnih motorjev
Elektromotorji imajo nekaj pomanjkljivosti, ki slabo vplivajo na delovno učinkovitost. To so šibek zagonski moment, visok zagonski tok in neskladje med mehanskim navorom gredi in mehansko obremenitvijo. To vodi do dejstva, da se učinkovitost naprave zmanjša.
Za izboljšanje učinkovitosti poskušajo motor obremeniti na 75% ali več in povečati faktorje moči. Obstajajo tudi posebne naprave za uravnavanje frekvence dovajanega toka in napetosti, kar vodi tudi do povečanja učinkovitosti in povečanja učinkovitosti.
Ena izmed najbolj priljubljenih naprav za povečanje učinkovitosti elektromotorja je gladkastart, ki omejuje hitrost rasti zagonskega toka. Primerna je tudi uporaba frekvenčnih pretvornikov za spreminjanje hitrosti vrtenja motorja s spreminjanjem frekvence napetosti. To vodi do zmanjšanja porabe energije in zagotavlja gladek zagon motorja, visoko natančnost prilagajanja. Poveča se tudi začetni navor, s spremenljivo obremenitvijo pa se hitrost vrtenja stabilizira. Posledično se izboljša učinkovitost elektromotorja.
Maksimalna učinkovitost motorja
Odvisno od vrste konstrukcije se lahko izkoristek elektromotorjev razlikuje od 10 do 99%. Vse je odvisno od tega, kakšen motor bo. Na primer, učinkovitost motorja črpalke bata je 70-90%. Končni rezultat je odvisen od proizvajalca, zasnove naprave itd. Enako lahko rečemo o učinkovitosti motorja žerjava. Če je enak 90%, potem to pomeni, da bo 90% porabljene električne energije porabljenih za opravljanje mehanskega dela, preostalih 10% pa za ogrevanje delov. Še vedno pa obstajajo najuspešnejši modeli elektromotorjev, katerih izkoristek se približuje 100%, vendar ni enak tej vrednosti.
Ali je mogoče doseči več kot 100-odstotno učinkovitost?
Ni skrivnost, da elektromotorji, katerih izkoristek presega 100 %, v naravi ne morejo obstajati, saj je to v nasprotju z osnovnim zakonom o ohranjanju energije. Dejstvo je, da energija ne more priti od nikoder in na enak način izginiti. Vsak motor potrebujevir energije: bencin, elektrika. Vendar bencin ni večen, tako kot elektrika, saj je treba njihove zaloge napolniti. Toda če bi obstajal vir energije, ki ga ni bilo treba dopolnjevati, bi bilo povsem mogoče ustvariti motor z izkoristkom več kot 100%. Ruski izumitelj Vladimir Chernyshov je pokazal opis motorja, ki temelji na permanentnem magnetu, njegova učinkovitost pa je, kot zagotavlja sam izumitelj, več kot 100%.
Hidroelektrika kot primer večnega motorja
Za primer vzemimo hidroelektrarno, kjer energija nastane s padcem z velike višine vode. Voda vrti turbino, ki proizvaja elektriko. Padec vode poteka pod vplivom težnosti Zemlje. In čeprav se delo proizvajanja električne energije opravlja, gravitacija Zemlje ne postane šibkejša, torej sila privlačnosti se ne zmanjša. Nato voda pod vplivom sončne svetlobe izhlapi in ponovno vstopi v rezervoar. S tem se cikel zaključi. Posledično je bila proizvedena električna energija, stroški njene proizvodnje pa so bili obnovljeni.
Seveda lahko rečemo, da Sonce ni večno, res je, vendar bo trajalo nekaj milijard let. Kar zadeva gravitacijo, nenehno opravlja delo in iz ozračja vleče vlago. Na splošno je hidroelektrarna motor, ki pretvarja mehansko energijo v električno energijo, njen izkoristek pa je več kot 100 %. Iz tega je jasno, da se ni vredno ustaviti iskati načinov za ustvarjanje elektromotorja, katerega učinkovitost je lahko več kot 100%. Konec koncev, ne samo gravitacija se lahko uporablja kot neizčrpen virenergija.
Trajni magneti kot viri energije za motorje
Drugi zanimiv vir je trajni magnet, ki ne prejema energije od nikoder, magnetno polje pa se ne porablja niti pri delu. Na primer, če magnet pritegne nekaj k sebi, bo opravil delo in njegovo magnetno polje ne bo postalo šibkejše. S to lastnostjo so že večkrat poskusili ustvariti tako imenovani perpetual motor, a do zdaj iz tega ni bilo nič bolj ali manj običajnega. Vsak mehanizem se bo prej ali slej obrabil, a sam vir, ki je trajni magnet, je tako rekoč večen.
Vendar pa obstajajo strokovnjaki, ki pravijo, da sčasoma trajni magneti zaradi staranja izgubijo svojo moč. To ni res, a tudi če bi bilo res, bi ga bilo mogoče vrniti v življenje le z enim elektromagnetnim impulzom. Motor, ki bi zahteval polnjenje enkrat na 10-20 let, čeprav ne more trditi, da je večen, je zelo blizu temu.
Bilo je že veliko poskusov, da bi ustvarili večni motor na osnovi trajnih magnetov. Do sedaj žal ni bilo uspešnih rešitev. A glede na dejstvo, da je povpraševanje po takšnih motorjih (preprosto ne more biti), je povsem možno, da bomo v bližnji prihodnosti videli nekaj, kar se bo zelo približalo modelu večnega motorja, ki ga bo poganjal obnovljivi vir energije..
Sklep
Učinkovitost elektromotorja je najpomembnejši parameter, ki določa učinkovitost posameznega motorja. Večji kot je izkoristek, boljši je motor. V motorju z izkoristkom 95 % skoraj vseporabljena energija se porabi za opravljanje dela in le 5 % se porabi ne za potrebe (na primer za ogrevanje rezervnih delov). Sodobni dizelski motorji lahko dosežejo izkoristek 45 % in to velja za kul rezultat. Učinkovitost bencinskih motorjev je še manjša.
