Električni motori pojavili su se dosta davno, ali veliki interes za njih se pojavio kada su počeli predstavljati alternativu motorima s unutarnjim izgaranjem. Posebno je zanimljivo pitanje učinkovitosti elektromotora, što je jedna od njegovih glavnih karakteristika.
Svaki sustav ima neku vrstu učinkovitosti, koja karakterizira učinkovitost njegovog rada u cjelini. Odnosno, određuje koliko dobro sustav ili uređaj isporučuje ili pretvara energiju. Po vrijednosti, učinkovitost nema vrijednost, a najčešće se predstavlja kao postotak ili broj od nule do jedan.
Parametri učinkovitosti u elektromotorima
Glavni zadatak elektromotora je pretvaranje električne energije u mehaničku energiju. Učinkovitost određuje učinkovitost ove funkcije. Formula učinkovitosti motora je sljedeća:
n=p2/p1
U ovoj formuli, p1 je isporučena električna snaga, p2 je korisna mehanička snaga koja se izravno generiramotor. Električna snaga određena je formulom: p1=UI (napon pomnožen sa strujom), a vrijednost mehaničke snage prema formuli P=A/t (omjer rada prema jedinici vremena). Ovako izgleda izračun učinkovitosti elektromotora. Međutim, ovo je najjednostavniji dio toga. Ovisno o namjeni motora i njegovom opsegu, izračun će se razlikovati i uzeti u obzir mnoge druge parametre. Zapravo, formula učinkovitosti motora uključuje mnogo više varijabli. Najjednostavniji primjer dat je gore.
Smanjena učinkovitost
Mehanička učinkovitost elektromotora mora se uzeti u obzir pri odabiru motora. Gubici povezani s zagrijavanjem motora, smanjenjem snage i reaktivnim strujama igraju vrlo važnu ulogu. Najčešće je pad učinkovitosti povezan s oslobađanjem topline, što se prirodno događa tijekom rada motora. Razlozi oslobađanja topline mogu biti različiti: motor se može zagrijati tijekom trenja, kao i zbog električnih, pa čak i magnetskih razloga. Kao najjednostavniji primjer možemo navesti situaciju u kojoj je na električnu energiju potrošeno 1000 rubalja, a radilo se za 700 rubalja. U ovom slučaju, učinkovitost će biti jednaka 70%.
Za hlađenje elektromotora koriste se ventilatori za tjeranje zraka kroz stvorene praznine. Ovisno o klasi motora, grijanje se može izvesti do određene temperature. Na primjer, motori klase A mogu se zagrijatido 85-90 stupnjeva, klasa B - do 110 stupnjeva. U slučaju da temperatura prijeđe dopuštenu granicu, to može ukazivati na kratki spoj statora.
Prosječna učinkovitost elektromotora
Vrijedi napomenuti da učinkovitost DC (i AC) motora varira ovisno o opterećenju:
- Učinkovitost je 0% u stanju mirovanja.
- Pri 25% opterećenja, učinkovitost je 83%.
- Pri 50% opterećenja, učinkovitost je 87%.
- Pri 75% opterećenja, učinkovitost je 88%.
- Pri 100% opterećenja, učinkovitost je 87%.
Jedan od razloga pada učinkovitosti je asimetrija struja, kada se na svaku od tri faze primjenjuje različit napon. Ako, na primjer, prva faza ima napon od 410 V, druga - 403 V, a treća - 390 V, tada će prosječna vrijednost biti 401 V. Asimetrija će u ovom slučaju biti jednaka razlici između maksimalni i minimalni naponi na fazama (410 -390), odnosno 20 V. Formula učinkovitosti motora za izračun gubitaka izgledat će u našoj situaciji: 20/401100=4,98%. To znači da gubimo 5% učinkovitosti tijekom rada zbog razlike napona u fazama.
Ukupni gubici i pad učinkovitosti
Puno je negativnih čimbenika koji utječu na pad učinkovitosti elektromotora. Postoje određene metode koje vam omogućuju da ih odredite. Na primjer, možete odrediti postoji li jaz kroz koji se snaga djelomično prenosi s mreže na stator, a zatim na rotor.
Starter gubici također se javljaju, a sastoje se od nekolikovrijednosti. Prije svega, to mogu biti gubici povezani s vrtložnim strujama i remagnetizacijom jezgri statora.
Ako je motor asinkroni, dolazi do dodatnih gubitaka zbog zubaca u rotoru i statoru. Vrtložne struje mogu se pojaviti i u pojedinim komponentama motora. Sve to ukupno smanjuje učinkovitost elektromotora za 0,5%. Kod asinkronih motora uzimaju se u obzir svi gubici koji mogu nastati tijekom rada. Stoga raspon učinkovitosti može varirati od 80 do 90%.
Automobilski motori
Povijest razvoja elektromotora počinje otkrićem zakona elektromagnetske indukcije. Po njemu se indukcijska struja uvijek kreće tako da se suprotstavi uzroku koji je uzrokuje. Upravo je ta teorija bila osnova za stvaranje prvog električnog motora.
Moderni modeli temelje se na istom principu, ali se radikalno razlikuju od prvih primjeraka. Elektromotori su postali mnogo snažniji, kompaktniji, ali što je najvažnije, njihova je učinkovitost značajno porasla. Gore smo već pisali o učinkovitosti elektromotora, a u usporedbi s motorom s unutarnjim izgaranjem, ovo je nevjerojatan rezultat. Na primjer, maksimalna učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem doseže 45%.
Prednosti elektromotora
Visoka učinkovitost je glavna prednost takvog motora. A ako motor s unutarnjim izgaranjem troši više od 50% energije na grijanje, tada se u elektromotoru mali dio troši na grijanjeenergija.
Druga prednost je mala težina i kompaktna veličina. Na primjer, Yasa Motors je stvorio motor težine od samo 25 kg. Sposoban je isporučiti 650 Nm, što je vrlo pristojan rezultat. Također, takvi motori su izdržljivi, ne trebaju mjenjač. Mnogi vlasnici električnih automobila govore o učinkovitosti elektromotora, što je donekle i logično. Uostalom, tijekom rada elektromotor ne emitira nikakve produkte izgaranja. No, mnogi vozači zaboravljaju da je za proizvodnju električne energije potrebno koristiti ugljen, plin ili obogaćeni uran. Svi ti elementi zagađuju okoliš, pa je ekološka prihvatljivost elektromotora vrlo kontroverzno pitanje. Da, ne zagađuju zrak tijekom rada. Za njih to rade elektrane u proizvodnji električne energije.
Poboljšajte učinkovitost električnih motora
Elektromotori imaju neke nedostatke koji loše utječu na radnu učinkovitost. To su slab startni moment, visoka startna struja i nedosljednost između mehaničkog momenta osovine i mehaničkog opterećenja. To dovodi do činjenice da se učinkovitost uređaja smanjuje.
Da bi poboljšali učinkovitost, pokušavaju opteretiti motor na 75% ili više i povećati faktore snage. Postoje i posebni uređaji za regulaciju frekvencije dovedene struje i napona, što također dovodi do povećanja učinkovitosti i povećanja učinkovitosti.
Jedan od najpopularnijih uređaja za povećanje učinkovitosti elektromotora je glatkastart, što ograničava brzinu rasta udarne struje. Također je prikladno koristiti frekventne pretvarače za promjenu brzine vrtnje motora promjenom frekvencije napona. To dovodi do smanjenja potrošnje energije i osigurava glatko pokretanje motora, visoku točnost podešavanja. Početni moment također se povećava, a s promjenjivim opterećenjem brzina vrtnje se stabilizira. Kao rezultat toga, učinkovitost elektromotora je poboljšana.
Maksimalna učinkovitost motora
Ovisno o vrsti konstrukcije, učinkovitost elektromotora može varirati od 10 do 99%. Sve ovisi o tome kakav će motor biti. Na primjer, učinkovitost motora pumpe klipnog tipa iznosi 70-90%. Konačni rezultat ovisi o proizvođaču, dizajnu uređaja itd. Isto se može reći i o učinkovitosti motora dizalice. Ako je jednako 90%, to znači da će se 90% potrošene električne energije koristiti za obavljanje mehaničkog rada, a preostalih 10% će se koristiti za zagrijavanje dijelova. Ipak, postoje najuspješniji modeli elektromotora, čija se učinkovitost približava 100%, ali nije jednaka ovoj vrijednosti.
Je li moguće postići učinkovitost preko 100%?
Nije tajna da elektromotori čija učinkovitost prelazi 100% ne mogu postojati u prirodi, jer je to u suprotnosti s osnovnim zakonom očuvanja energije. Činjenica je da energija ne može doći niotkuda i nestati na isti način. Svaki motor trebaizvor energije: benzin, struja. Međutim, benzin nije vječan, kao i struja, jer se njihove zalihe moraju nadopunjavati. Ali kada bi postojao izvor energije koji nije trebalo nadopunjavati, tada bi bilo sasvim moguće stvoriti motor s učinkovitošću od preko 100%. Ruski izumitelj Vladimir Chernyshov pokazao je opis motora koji se temelji na trajnom magnetu, a njegova je učinkovitost, kako sam izumitelj uvjerava, više od 100%.
Hidroelektrika kao primjer vječnog motora
Na primjer, uzmimo hidroelektranu, gdje se energija proizvodi padom s velike visine vode. Voda okreće turbinu koja proizvodi električnu energiju. Pad vode se odvija pod utjecajem gravitacije Zemlje. I premda se obavlja posao proizvodnje električne energije, gravitacija Zemlje ne postaje slabija, odnosno sila privlačenja se ne smanjuje. Tada voda isparava pod djelovanjem sunčeve svjetlosti i ponovno ulazi u rezervoar. Time je ciklus završen. Kao rezultat toga, proizvedena je električna energija, a troškovi njezine proizvodnje su vraćeni.
Naravno, možemo reći da Sunce nije vječno, istina je, ali će trajati nekoliko milijardi godina. Što se tiče gravitacije, ona neprestano radi, izvlačeći vlagu iz atmosfere. Općenito govoreći, hidroelektrana je motor koji pretvara mehaničku energiju u električnu, a njezina učinkovitost je veća od 100%. To jasno daje do znanja da se ne isplati prestati tražiti načine za stvaranje električnog motora, čija učinkovitost može biti veća od 100%. Uostalom, ne samo gravitacija se može koristiti kao nepresušni izvorenergija.
Trajni magneti kao izvori energije za motore
Drugi zanimljiv izvor je trajni magnet, koji ne prima energiju niotkuda, a magnetsko polje se ne troši ni pri radu. Na primjer, ako magnet privlači nešto k sebi, tada će obaviti posao, a njegovo magnetsko polje neće postati slabije. Ovo svojstvo je već više puta isprobano kako bi se stvorio takozvani perpetual motor, ali do sada od njega nije proizašlo ništa više ili manje normalno. Svaki mehanizam će se prije ili kasnije istrošiti, ali sam izvor, koji je trajni magnet, praktički je vječan.
Međutim, postoje stručnjaci koji kažu da s vremenom trajni magneti gube snagu kao rezultat starenja. To nije točno, ali čak i da je istina, onda bi ga bilo moguće vratiti u život samo jednim elektromagnetskim impulsom. Motor koji bi zahtijevao punjenje jednom svakih 10-20 godina, iako ne može tvrditi da je vječan, vrlo je blizu tome.
Već je bilo mnogo pokušaja da se stvori vječni motor baziran na trajnim magnetima. Do sada, nažalost, nije bilo uspješnih rješenja. No s obzirom na činjenicu da postoji potražnja za takvim motorima (naprosto ih ne može biti), sasvim je moguće da ćemo u bliskoj budućnosti vidjeti nešto što će se vrlo približiti modelu vječnog motora koji će pokretati obnovljivu energiju.
Zaključak
Učinkovitost elektromotora najvažniji je parametar koji određuje učinkovitost pojedinog motora. Što je veća učinkovitost, to je motor bolji. U motoru s učinkovitošću od 95%, gotovo sveutrošena energija se troši na rad, a samo 5% se troši ne za potrebe (primjerice, na grijanje rezervnih dijelova). Moderni dizelski motori mogu doseći učinkovitost od 45%, a to se smatra cool rezultatom. Učinkovitost benzinskih motora još je manja.
