Elektrische motoren verschenen vrij lang geleden, maar er ontstond grote belangstelling voor hen toen ze een alternatief voor verbrandingsmotoren begonnen te vertegenwoordigen. Van bijzonder belang is de kwestie van de efficiëntie van de elektromotor, een van de belangrijkste kenmerken ervan.
Elk systeem heeft een soort van efficiëntie, die de efficiëntie van zijn werk als geheel kenmerkt. Dat wil zeggen, het bepa alt hoe goed een systeem of apparaat energie levert of omzet. Op waarde heeft de efficiëntie geen waarde en wordt deze meestal weergegeven als een percentage of een getal van nul tot één.
Efficiëntieparameters in elektromotoren
De belangrijkste taak van een elektromotor is om elektrische energie om te zetten in mechanische energie. Efficiëntie bepa alt de efficiëntie van deze functie. De formule voor motorrendement is als volgt:
n=p2/p1
In deze formule is p1 het geleverde elektrische vermogen, p2 is het bruikbare mechanische vermogen dat direct wordt opgewektmotor. Elektrisch vermogen wordt bepaald door de formule: p1=UI (spanning vermenigvuldigd met stroom), en de waarde van mechanisch vermogen volgens de formule P=A/t (de verhouding tussen arbeid en tijdseenheid). Zo ziet de berekening van het rendement van de elektromotor eruit. Dit is echter het eenvoudigste deel ervan. Afhankelijk van het doel van de motor en de reikwijdte ervan, zal de berekening verschillen en rekening houden met vele andere parameters. In feite bevat de formule voor motorefficiëntie nog veel meer variabelen. Het eenvoudigste voorbeeld is hierboven gegeven.
Verlaagde efficiëntie
Bij het kiezen van een motor moet rekening worden gehouden met het mechanische rendement van een elektromotor. Verliezen in verband met motorverwarming, vermogensvermindering en reactieve stromen spelen een zeer belangrijke rol. Meestal wordt de daling van de efficiëntie geassocieerd met het vrijkomen van warmte, die van nature optreedt tijdens het draaien van de motor. De redenen voor het vrijkomen van warmte kunnen verschillend zijn: de motor kan opwarmen tijdens wrijving, maar ook om elektrische en zelfs magnetische redenen. Als het eenvoudigste voorbeeld kunnen we een situatie noemen waarin 1.000 roebel werd uitgegeven aan elektrische energie en er werd gewerkt voor 700 roebel. In dit geval is het rendement gelijk aan 70%.
Om elektromotoren te koelen, worden ventilatoren gebruikt om lucht door de gecreëerde openingen te persen. Afhankelijk van de klasse van motoren kan er tot een bepaalde temperatuur verwarmd worden. Motoren van klasse A kunnen bijvoorbeeld heet wordentot 85-90 graden, klasse B - tot 110 graden. Als de temperatuur de toegestane limiet overschrijdt, kan dit duiden op een statorkortsluiting.
Gemiddeld rendement van elektromotoren
Het is vermeldenswaard dat het rendement van een gelijkstroom- (en wisselstroom) motor varieert afhankelijk van de belasting:
- Efficiëntie is 0% bij inactiviteit.
- Bij 25% belasting is het rendement 83%.
- Bij 50% belasting is het rendement 87%.
- Bij 75% belasting is het rendement 88%.
- Bij 100% belasting is het rendement 87%.
Een van de redenen voor de daling van de efficiëntie is de asymmetrie van de stromen, wanneer een andere spanning wordt toegepast op elk van de drie fasen. Als bijvoorbeeld de eerste fase een spanning heeft van 410 V, de tweede - 403 V en de derde - 390 V, dan is de gemiddelde waarde 401 V. De asymmetrie is in dit geval gelijk aan het verschil tussen de maximale en minimale spanningen op de fasen (410 -390), dat wil zeggen 20 V. De formule voor het motorrendement voor het berekenen van verliezen ziet er in onze situatie als volgt uit: 20/401100=4,98%. Dit betekent dat we tijdens bedrijf 5% rendement verliezen door het spanningsverschil in de fasen.
Totale verliezen en verminderde efficiëntie
Er zijn veel negatieve factoren die de daling van de efficiëntie van een elektromotor beïnvloeden. Er zijn bepaalde methoden waarmee u ze kunt bepalen. U kunt bijvoorbeeld bepalen of er een opening is waardoor het vermogen gedeeltelijk wordt overgedragen van het netwerk naar de stator en vervolgens naar de rotor.
Startverliezen komen ook voor, en deze bestaan uit meerderewaarden. Allereerst kunnen dit verliezen zijn die verband houden met wervelstromen en hermagnetisering van de statorkernen.
Als de motor asynchroon is, zijn er extra verliezen door de tanden in de rotor en stator. Wervelstromen kunnen ook voorkomen in afzonderlijke motoronderdelen. Dit alles vermindert in totaal het rendement van de elektromotor met 0,5%. Bij asynchrone motoren wordt rekening gehouden met alle verliezen die tijdens bedrijf kunnen optreden. Daarom kan het efficiëntiebereik variëren van 80 tot 90%.
Automotoren
De geschiedenis van de ontwikkeling van elektrische motoren begint met de ontdekking van de wet van elektromagnetische inductie. Volgens hem beweegt de inductiestroom altijd zodanig dat de oorzaak wordt tegengegaan. Het was deze theorie die de basis vormde voor de creatie van de eerste elektromotor.
Moderne modellen zijn gebaseerd op hetzelfde principe, maar radicaal anders dan de eerste exemplaren. Elektromotoren zijn veel krachtiger en compacter geworden, maar het belangrijkste is dat hun efficiëntie aanzienlijk is toegenomen. Over het rendement van een elektromotor schreven we hierboven al, en vergeleken met een verbrandingsmotor is dit een verbluffend resultaat. Het maximale rendement van een verbrandingsmotor bereikt bijvoorbeeld 45%.
Elektrische motor voordelen
Hoog rendement is het belangrijkste voordeel van zo'n motor. En als een verbrandingsmotor meer dan 50% van de energie aan verwarming besteedt, dan wordt bij een elektromotor een klein deel aan verwarming besteedenergie.
Het tweede voordeel is het lichte gewicht en het compacte formaat. Zo heeft Yasa Motors een motor gemaakt met een gewicht van slechts 25 kg. Hij kan 650 Nm leveren, wat een heel behoorlijk resultaat is. Dergelijke motoren zijn ook duurzaam, hebben geen versnellingsbak nodig. Veel eigenaren van elektrische auto's praten over de efficiëntie van elektromotoren, wat tot op zekere hoogte logisch is. Tijdens bedrijf stoot de elektromotor immers geen verbrandingsproducten uit. Veel automobilisten vergeten echter dat het nodig is om kolen, gas of verrijkt uranium te gebruiken om elektriciteit op te wekken. Al deze elementen vervuilen het milieu, dus de milieuvriendelijkheid van elektromotoren is een zeer controversieel onderwerp. Ja, ze vervuilen de lucht niet tijdens het gebruik. Voor hen doen energiecentrales dit bij de productie van elektriciteit.
Verbeter de efficiëntie van elektromotoren
Elektrische motoren hebben enkele nadelen die een slecht effect hebben op de werkefficiëntie. Dit zijn een zwak startkoppel, hoge startstroom en inconsistentie tussen het mechanische koppel van de as en de mechanische belasting. Dit leidt ertoe dat de efficiëntie van het apparaat afneemt.
Om de efficiëntie te verbeteren, proberen ze de motor tot 75% of meer te belasten en de vermogensfactoren te verhogen. Er zijn ook speciale apparaten voor het regelen van de frequentie van de geleverde stroom en spanning, wat ook leidt tot verhoogde efficiëntie en verhoogde efficiëntie.
Een van de meest populaire apparaten om de efficiëntie van een elektromotor te verhogen, is een soepelestart, wat de groeisnelheid van de inschakelstroom beperkt. Het is ook aangewezen om frequentieomvormers te gebruiken om de rotatiesnelheid van de motor te wijzigen door de frequentie van de spanning te wijzigen. Dit leidt tot een vermindering van het stroomverbruik en zorgt voor een soepele start van de motor, een hoge afstelnauwkeurigheid. Het startkoppel neemt ook toe en bij een variabele belasting stabiliseert het toerental. Hierdoor wordt het rendement van de elektromotor verbeterd.
Maximum motorrendement
Afhankelijk van het type constructie kan het rendement van elektromotoren variëren van 10 tot 99%. Het hangt allemaal af van wat voor soort motor het zal zijn. Het rendement van een pompmotor van het zuigertype is bijvoorbeeld 70-90%. Het uiteindelijke resultaat hangt af van de fabrikant, het ontwerp van het apparaat, enz. Hetzelfde kan gezegd worden over het rendement van de kraanmotor. Als het gelijk is aan 90%, dan betekent dit dat 90% van de verbruikte elektriciteit zal worden gebruikt om mechanisch werk uit te voeren, de resterende 10% zal worden gebruikt om onderdelen te verwarmen. Toch zijn er de meest succesvolle modellen van elektromotoren, waarvan het rendement de 100% benadert, maar niet gelijk is aan deze waarde.
Is het mogelijk om meer dan 100% efficiëntie te bereiken?
Het is geen geheim dat elektrische motoren met een efficiëntie van meer dan 100% niet in de natuur kunnen bestaan, omdat dit in tegenspraak is met de basiswet van behoud van energie. Feit is dat energie niet uit het niets kan komen en op dezelfde manier kan verdwijnen. Elke motor heeft nodigenergiebron: benzine, elektriciteit. Benzine is echter niet eeuwig, zoals elektriciteit, omdat hun voorraden moeten worden aangevuld. Maar als er een energiebron zou zijn die niet bijgevuld hoeft te worden, dan zou het heel goed mogelijk zijn om een motor te maken met een rendement van meer dan 100%. De Russische uitvinder Vladimir Chernyshov toonde een beschrijving van de motor, die is gebaseerd op een permanente magneet, en de efficiëntie ervan, zoals de uitvinder zelf verzekert, is meer dan 100%.
Hydro-elektrisch als voorbeeld van een perpetuum mobile
Laten we bijvoorbeeld een waterkrachtcentrale nemen, waar energie wordt opgewekt door van grote hoogte te vallen. Het water laat de turbine draaien, die elektriciteit opwekt. De val van water wordt uitgevoerd onder invloed van de zwaartekracht van de aarde. En hoewel het werk om elektriciteit te produceren wordt gedaan, wordt de zwaartekracht van de aarde niet zwakker, dat wil zeggen, de aantrekkingskracht neemt niet af. Dan verdampt het water onder invloed van zonlicht en komt het weer in het reservoir. Hiermee is de cyclus rond. Als gevolg hiervan is er elektriciteit opgewekt en zijn de productiekosten hersteld.
Natuurlijk kunnen we zeggen dat de zon niet eeuwig is, dat is waar, maar hij zal een paar miljard jaar meegaan. Wat de zwaartekracht betreft, deze doet constant werk en trekt vocht uit de atmosfeer. Over het algemeen is een waterkrachtcentrale een motor die mechanische energie omzet in elektrische energie, en het rendement is meer dan 100%. Dit maakt duidelijk dat het niet de moeite waard is om te zoeken naar manieren om een elektromotor te maken waarvan het rendement meer dan 100% kan zijn. Niet alleen de zwaartekracht kan immers als onuitputtelijke bron worden gebruiktenergie.
Permanente magneten als energiebronnen voor motoren
De tweede interessante bron is een permanente magneet, die nergens energie vandaan ha alt, en het magnetische veld wordt niet verbruikt, zelfs niet tijdens het werk. Als een magneet bijvoorbeeld iets naar zich toe trekt, zal hij het werk doen en zal zijn magnetische veld niet zwakker worden. Deze eigenschap is al meer dan eens geprobeerd om de zogenaamde perpetuum mobile te maken, maar tot nu toe is er niets meer of minder normaal van gekomen. Elk mechanisme zal vroeg of laat verslijten, maar de bron zelf, die een permanente magneet is, is praktisch eeuwig.
Er zijn echter experts die zeggen dat permanente magneten na verloop van tijd hun kracht verliezen als gevolg van veroudering. Dit is niet waar, maar zelfs als het waar zou zijn, zou het mogelijk zijn hem weer tot leven te brengen met slechts één elektromagnetische puls. Een motor die eens in de 10-20 jaar moet worden opgeladen, hoewel hij niet eeuwig kan claimen, komt hier heel dicht bij in de buurt.
Er zijn al veel pogingen gedaan om een perpetuum mobile te maken op basis van permanente magneten. Tot nu toe zijn er helaas geen succesvolle oplossingen. Maar gezien het feit dat er vraag is naar dergelijke motoren (die kunnen er gewoon niet zijn), is het heel goed mogelijk dat we in de nabije toekomst iets zullen zien dat heel dicht in de buurt komt van het perpetuum mobile-model dat zal worden aangedreven door hernieuwbare energie.
Conclusie
Het rendement van een elektromotor is de belangrijkste parameter die het rendement van een bepaalde motor bepa alt. Hoe hoger het rendement, hoe beter de motor. In een motor met een rendement van 95%, bijna allede verbruikte energie wordt besteed aan het doen van werk en slechts 5% wordt besteed aan niet-behoefte (bijvoorbeeld aan het verwarmen van reserveonderdelen). Moderne dieselmotoren kunnen een efficiëntie van 45% bereiken, en dit wordt als een cool resultaat beschouwd. Het rendement van benzinemotoren is zelfs nog minder.
