Elektromotori su se pojavili dosta davno, ali veliko interesovanje za njih se javilo kada su počeli da predstavljaju alternativu motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Posebno je interesantno pitanje efikasnosti elektromotora, što je jedna od njegovih glavnih karakteristika.
Svaki sistem ima neku vrstu efikasnosti, koja karakteriše efikasnost njegovog rada u celini. Odnosno, određuje koliko dobro sistem ili uređaj isporučuje ili pretvara energiju. Po vrijednosti, efikasnost nema vrijednost, a najčešće se predstavlja kao postotak ili broj od nule do jedan.
Parametri efikasnosti u elektromotorima
Glavni zadatak elektromotora je pretvaranje električne energije u mehaničku energiju. Efikasnost određuje efikasnost ove funkcije. Formula efikasnosti motora je sljedeća:
n=p2/p1
U ovoj formuli, p1 je isporučena električna snaga, p2 je korisna mehanička snaga koja se generiše direktnomotor. Električna snaga se određuje po formuli: p1=UI (napon pomnožen sa strujom), a vrijednost mehaničke snage prema formuli P=A/t (odnos rada prema jedinici vremena). Ovako izgleda proračun efikasnosti elektromotora. Međutim, ovo je najjednostavniji dio toga. Ovisno o namjeni motora i njegovom obimu, proračun će se razlikovati i uzeti u obzir mnoge druge parametre. U stvari, formula efikasnosti motora uključuje mnogo više varijabli. Najjednostavniji primjer je dat gore.
Smanjena efikasnost
Mehanička efikasnost elektromotora mora se uzeti u obzir pri odabiru motora. Gubici povezani sa zagrijavanjem motora, smanjenjem snage i reaktivnim strujama igraju vrlo važnu ulogu. Najčešće je pad efikasnosti povezan sa oslobađanjem toplote, koja se prirodno javlja tokom rada motora. Razlozi za oslobađanje 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 1.000 rubalja, a radilo se za 700 rubalja. U ovom slučaju, efikasnost će biti jednaka 70%.
Za hlađenje elektromotora, ventilatori se koriste za tjeranje zraka kroz stvorene praznine. U zavisnosti od klase motora, grijanje se može izvesti do određene temperature. Na primjer, motori klase A mogu se zagrijatido 85-90 stepeni, klasa B - do 110 stepeni. U slučaju da temperatura pređe dozvoljenu granicu, to može ukazivati na kratak spoj statora.
Prosječna efikasnost elektromotora
Vrijedi napomenuti da efikasnost DC (i AC) motora varira ovisno o opterećenju:
- Efikasnost je 0% u stanju mirovanja.
- Pri 25% opterećenja, efikasnost je 83%.
- Pri 50% opterećenja, efikasnost je 87%.
- Pri 75% opterećenja, efikasnost je 88%.
- Pri 100% opterećenja, efikasnost je 87%.
Jedan od razloga za pad efikasnosti 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 efikasnosti motora za izračunavanje gubitaka će u našoj situaciji izgledati ovako: 20/401100=4,98%. To znači da gubimo 5% efikasnosti tokom rada zbog razlike napona u fazama.
Ukupni gubici i pad efikasnosti
Postoji mnogo negativnih faktora koji utiču na pad efikasnosti elektromotora. Postoje određene metode koje vam omogućavaju da ih odredite. Na primjer, možete odrediti postoji li jaz kroz koji se snaga djelimično prenosi sa mreže na stator, a zatim na rotor.
Početni gubici se također javljaju, a sastoje se od nekolikovrijednosti. Prije svega, to mogu biti gubici povezani s vrtložnim strujama i remagnetizacijom jezgri statora.
Ako je motor asinhroni, dolazi do dodatnih gubitaka zbog zubaca u rotoru i statoru. Vrtložne struje se također mogu pojaviti u pojedinačnim komponentama motora. Sve ovo ukupno smanjuje efikasnost elektromotora za 0,5%. Kod asinhronih motora uzimaju se u obzir svi gubici koji mogu nastati tokom rada. Stoga, opseg efikasnosti može varirati od 80 do 90%.
Automobilski motori
Historija razvoja elektromotora počinje otkrićem zakona elektromagnetne indukcije. Prema njegovim riječima, indukcijska struja se uvijek kreće tako da se suprotstavi uzroku koji je uzrokuje. Upravo je ova teorija bila osnova za stvaranje prvog električnog motora.
Moderni modeli su zasnovani na istom principu, ali se radikalno razlikuju od prvih primjeraka. Elektromotori su postali mnogo snažniji, kompaktniji, ali što je najvažnije, njihova efikasnost je značajno porasla. Gore smo već pisali o efikasnosti elektromotora, a u poređenju sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem, ovo je nevjerovatan rezultat. Na primjer, maksimalna efikasnost motora sa unutrašnjim sagorevanjem dostiže 45%.
Prednosti elektromotora
Visoka efikasnost je glavna prednost ovakvog motora. A ako motor s unutarnjim sagorijevanjem 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. U stanju je da isporuči 650 Nm, što je veoma pristojan rezultat. Takođe, takvi motori su izdržljivi, ne trebaju mjenjač. Mnogi vlasnici električnih automobila govore o efikasnosti elektromotora, što je donekle logično. Uostalom, tokom rada, električni motor ne emituje nikakve produkte izgaranja. Međutim, mnogi vozači zaboravljaju da je za proizvodnju električne energije neophodno koristiti ugalj, gas ili obogaćeni uranijum. Svi ovi elementi zagađuju okoliš, pa je ekološka prihvatljivost elektromotora vrlo kontroverzno pitanje. Da, ne zagađuju vazduh tokom rada. Za njih to rade elektrane u proizvodnji električne energije.
Poboljšajte efikasnost električnih motora
Elektromotori imaju neke nedostatke koji loše utiču na efikasnost rada. To su slab startni moment, velika startna struja i neusklađenost između mehaničkog momenta osovine i mehaničkog opterećenja. To dovodi do činjenice da se efikasnost uređaja smanjuje.
Da bi poboljšali efikasnost, oni pokušavaju opteretiti motor na 75% ili više i povećati faktore snage. Postoje i posebni uređaji za regulaciju frekvencije dovedene struje i napona, što takođe dovodi do povećanja efikasnosti i povećanja efikasnosti.
Jedan od najpopularnijih uređaja za povećanje efikasnosti elektromotora je glatkastart, što ograničava brzinu rasta udarne struje. Također je prikladno koristiti frekventne pretvarače za promjenu brzine rotacije motora promjenom frekvencije napona. To dovodi do smanjenja potrošnje energije i osigurava nesmetan start motora, visoku preciznost podešavanja. Početni moment se također povećava, a s promjenjivim opterećenjem brzina rotacije se stabilizuje. Kao rezultat, efikasnost elektromotora je poboljšana.
Maksimalna efikasnost motora
U zavisnosti od tipa konstrukcije, efikasnost elektromotora može varirati od 10 do 99%. Sve zavisi kakav će motor biti. Na primjer, efikasnost motora pumpe klipnog tipa je 70-90%. Konačni rezultat zavisi od proizvođača, dizajna uređaja itd. Isto se može reći i za efikasnost 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 efikasnost približava 100%, ali nije jednaka ovoj vrijednosti.
Da li je moguće postići efikasnost preko 100%?
Nije tajna da elektromotori čija efikasnost prelazi 100% ne mogu postojati u prirodi, jer je to u suprotnosti sa 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 struja, jer se njihove zalihe moraju dopuniti. Ali kada bi postojao izvor energije koji nije trebalo dopunjavati, tada bi bilo sasvim moguće stvoriti motor s efikasnošću od preko 100%. Ruski pronalazač Vladimir Černjišov pokazao je opis motora koji je baziran na permanentnom magnetu, a njegova efikasnost je, kako sam pronalazač uvjerava, više od 100%.
Hidroelektrika kao primjer vječnog motora
Na primjer, uzmimo hidroelektranu, gdje se energija proizvodi padom sa velike visine vode. Voda okreće turbinu koja proizvodi električnu energiju. Pad vode se odvija pod uticajem gravitacije Zemlje. I iako se obavlja posao proizvodnje električne energije, gravitacija Zemlje ne slabi, odnosno sila privlačenja se ne smanjuje. Tada voda isparava pod dejstvom sunčeve svetlosti i ponovo ulazi u rezervoar. Ovim je ciklus završen. Kao rezultat toga, proizvedena je električna energija, a troškovi njene 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. Uopšteno govoreći, hidroelektrana je motor koji pretvara mehaničku energiju u električnu, a njegova efikasnost 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 interesantan izvor je trajni magnet, koji ne prima energiju niotkuda, a magnetno polje se ne troši ni pri radu. Na primjer, ako magnet privlači nešto k sebi, onda će on obaviti posao, a njegovo magnetsko polje neće postati slabije. Ovo svojstvo je već više puta isprobano da bi se stvorio takozvani perpetual motor, ali do sada ništa više ili manje normalno nije proizašlo iz toga. Svaki mehanizam će se istrošiti prije ili kasnije, ali sam izvor, koji je permanentni magnet, je praktično vječan.
Međutim, postoje stručnjaci koji kažu da s vremenom trajni magneti gube snagu kao rezultat starenja. To nije istina, ali čak i da je istina, onda bi ga bilo moguće vratiti u život samo jednim elektromagnetnim impulsom. Motor koji bi zahtijevao punjenje jednom svakih 10-20 godina, iako ne može tvrditi da je vječan, vrlo je blizak ovome.
Već je bilo mnogo pokušaja da se napravi vječni motor baziran na trajnim magnetima. Do sada, nažalost, nije bilo uspješnih rješenja. Ali s obzirom na činjenicu da postoji potražnja za ovakvim motorima (naprosto 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
Efikasnost elektromotora je najvažniji parametar koji određuje efikasnost određenog motora. Što je veća efikasnost, to je motor bolji. U motoru sa efikasnošću od 95%, skoro sveutrošena energija se troši na obavljanje posla, a samo 5% se troši ne za potrebe (npr. za grijanje rezervnih dijelova). Moderni dizel motori mogu dostići efikasnost od 45%, a to se smatra cool rezultatom. Efikasnost benzinskih motora je još manja.
