I motori elettrici sono apparsi molto tempo fa, ma un grande interesse per loro è sorto quando hanno iniziato a rappresentare un' alternativa ai motori a combustione interna. Di particolare interesse è la questione dell'efficienza del motore elettrico, che è una delle sue principali caratteristiche.
Ogni sistema ha una sorta di efficienza, che caratterizza l'efficienza del suo lavoro nel suo insieme. Cioè, determina quanto bene un sistema o un dispositivo eroga o converte l'energia. Per valore, l'efficienza non ha valore e molto spesso è presentata come una percentuale o un numero da zero a uno.
Parametri di efficienza nei motori elettrici
Il compito principale di un motore elettrico è convertire l'energia elettrica in energia meccanica. L'efficienza determina l'efficienza di questa funzione. La formula dell'efficienza del motore è la seguente:
n=p2/p1
In questa formula, p1 è la potenza elettrica fornita, p2 è la potenza meccanica utile che viene generata direttamentemotore. La potenza elettrica è determinata dalla formula: p1=UI (tensione moltiplicata per la corrente) e il valore della potenza meccanica secondo la formula P=A/t (il rapporto tra lavoro e unità di tempo). Ecco come appare il calcolo dell'efficienza del motore elettrico. Tuttavia, questa è la parte più semplice. A seconda dello scopo del motore e della sua portata, il calcolo sarà diverso e terrà conto di molti altri parametri. Infatti, la formula dell'efficienza del motore include molte più variabili. L'esempio più semplice è stato fornito sopra.
Efficienza ridotta
L'efficienza meccanica di un motore elettrico deve essere presa in considerazione nella scelta di un motore. Le perdite associate al riscaldamento del motore, alla riduzione della potenza e alle correnti reattive svolgono un ruolo molto importante. Molto spesso, il calo di efficienza è associato al rilascio di calore, che si verifica naturalmente durante il funzionamento del motore. Le ragioni del rilascio di calore possono essere diverse: il motore può riscaldarsi durante l'attrito, oltre che per ragioni elettriche e persino magnetiche. Come esempio più semplice, possiamo citare una situazione in cui sono stati spesi 1.000 rubli per l'energia elettrica e il lavoro è stato svolto per 700 rubli. In questo caso, l'efficienza sarà pari al 70%.
Per raffreddare i motori elettrici, le ventole vengono utilizzate per forzare l'aria attraverso le fessure create. A seconda della classe dei motori, il riscaldamento può essere effettuato fino a una certa temperatura. Ad esempio, i motori di classe A possono surriscaldarsifino a 85-90 gradi, classe B - fino a 110 gradi. Nel caso in cui la temperatura superi il limite consentito, ciò potrebbe indicare un cortocircuito dello statore.
Rendimento medio dei motori elettrici
Vale la pena notare che l'efficienza di un motore DC (e AC) varia a seconda del carico:
- L'efficienza è 0% al minimo.
- Al 25% di carico, l'efficienza è dell'83%.
- Al 50% di carico, l'efficienza è dell'87%.
- Al 75% di carico, l'efficienza è dell'88%.
- Al 100% del carico, l'efficienza è dell'87%.
Uno dei motivi del calo di efficienza è l'asimmetria delle correnti, quando viene applicata una tensione diversa a ciascuna delle tre fasi. Se, ad esempio, la prima fase ha una tensione di 410 V, la seconda - 403 V e la terza - 390 V, il valore medio sarà 401 V. L'asimmetria in questo caso sarà uguale alla differenza tra il tensioni massime e minime sulle fasi (410 -390), ovvero 20 V. La formula dell'efficienza del motore per il calcolo delle perdite sarà simile alla nostra situazione: 20/401100=4,98%. Ciò significa che perdiamo il 5% di efficienza durante il funzionamento a causa della differenza di tensione nelle fasi.
Perdite totali e calo di efficienza
Ci sono molti fattori negativi che influenzano il calo dell'efficienza di un motore elettrico. Ci sono alcuni metodi che ti permettono di determinarli. Ad esempio, è possibile determinare se esiste un intervallo attraverso il quale la potenza viene parzialmente trasferita dalla rete allo statore e quindi al rotore.
Si verificano anche perdite da titolare e sono composte da diversevalori. Prima di tutto, possono essere perdite legate a correnti parassite e rimagnetizzazione dei nuclei dello statore.
Se il motore è asincrono, si verificano perdite aggiuntive dovute ai denti nel rotore e nello statore. Le correnti parassite possono verificarsi anche nei singoli componenti del motore. Tutto questo in totale riduce dello 0,5% l'efficienza del motore elettrico. Nei motori asincroni vengono prese in considerazione tutte le perdite che possono verificarsi durante il funzionamento. Pertanto, l'intervallo di efficienza può variare da 80 a 90%.
Motori per autoveicoli
La storia dello sviluppo dei motori elettrici inizia con la scoperta della legge dell'induzione elettromagnetica. Secondo lui, la corrente di induzione si muove sempre in modo da contrastare la causa che la provoca. Fu questa teoria a costituire la base per la creazione del primo motore elettrico.
I modelli moderni si basano sullo stesso principio, ma radicalmente diversi dalle prime copie. I motori elettrici sono diventati molto più potenti, più compatti, ma soprattutto la loro efficienza è aumentata in modo significativo. Abbiamo già scritto sopra dell'efficienza di un motore elettrico e, rispetto a un motore a combustione interna, questo è un risultato sorprendente. Ad esempio, l'efficienza massima di un motore a combustione interna raggiunge il 45%.
Vantaggi del motore elettrico
L'elevata efficienza è il principale vantaggio di un tale motore. E se un motore a combustione interna spende più del 50% dell'energia per il riscaldamento, in un motore elettrico una piccola parte viene spesa per il riscaldamentoenergia.
Il secondo vantaggio è la leggerezza e le dimensioni compatte. Ad esempio, Yasa Motors ha creato un motore con un peso di soli 25 kg. È in grado di erogare 650 Nm, che è un risultato molto decente. Inoltre, tali motori sono durevoli, non necessitano di un cambio. Molti proprietari di auto elettriche parlano dell'efficienza dei motori elettrici, il che è logico in una certa misura. Dopotutto, durante il funzionamento, il motore elettrico non emette prodotti di combustione. Tuttavia, molti automobilisti dimenticano che è necessario utilizzare carbone, gas o uranio arricchito per generare elettricità. Tutti questi elementi inquinano l'ambiente, quindi la compatibilità ambientale dei motori elettrici è una questione molto controversa. Sì, non inquinano l'aria durante il funzionamento. Per loro, le centrali elettriche fanno questo nella produzione di elettricità.
Migliora l'efficienza dei motori elettrici
I motori elettrici presentano alcuni inconvenienti che hanno un effetto negativo sull'efficienza del lavoro. Si tratta di coppia di spunto debole, corrente di spunto elevata e incoerenza tra la coppia meccanica dell'albero e il carico meccanico. Ciò porta al fatto che l'efficienza del dispositivo diminuisce.
Per migliorare l'efficienza, provano a caricare il motore al 75% o più e ad aumentare i fattori di potenza. Esistono anche dispositivi speciali per la regolazione della frequenza della corrente e della tensione fornite, che porta anche a una maggiore efficienza e ad una maggiore efficienza.
Uno dei dispositivi più popolari per aumentare l'efficienza di un motore elettrico è un lisciostart, che limita il tasso di crescita della corrente di spunto. È inoltre opportuno utilizzare convertitori di frequenza per modificare la velocità di rotazione del motore variando la frequenza della tensione. Ciò porta a una riduzione del consumo energetico e fornisce un avvio regolare del motore, un'elevata precisione di regolazione. Anche la coppia di spunto aumenta e, con un carico variabile, la velocità di rotazione si stabilizza. Di conseguenza, l'efficienza del motore elettrico è migliorata.
Efficienza massima del motore
A seconda del tipo di costruzione, l'efficienza dei motori elettrici può variare dal 10 al 99%. Tutto dipende dal tipo di motore che sarà. Ad esempio, l'efficienza di un motore di una pompa a pistoni è del 70-90%. Il risultato finale dipende dal produttore, dal design del dispositivo, ecc. Lo stesso si può dire dell'efficienza del motore della gru. Se è pari al 90%, significa che il 90% dell'elettricità consumata verrà utilizzata per eseguire lavori meccanici, il restante 10% verrà utilizzato per riscaldare parti. Tuttavia, ci sono i modelli di motori elettrici di maggior successo, la cui efficienza si avvicina al 100%, ma non è uguale a questo valore.
È possibile raggiungere un'efficienza superiore al 100%?
Non è un segreto che motori elettrici la cui efficienza supera il 100% non possono esistere in natura, poiché ciò contraddice la legge fondamentale della conservazione dell'energia. Il fatto è che l'energia non può venire dal nulla e scomparire allo stesso modo. Ogni motore ha bisognofonte di energia: benzina, elettricità. Tuttavia, la benzina non è eterna, come l'elettricità, perché le loro scorte devono essere reintegrate. Ma se ci fosse una fonte di energia che non ha bisogno di essere reintegrata, allora sarebbe del tutto possibile creare un motore con un'efficienza superiore al 100%. L'inventore russo Vladimir Chernyshov ha mostrato una descrizione del motore, che si basa su un magnete permanente, e la sua efficienza, come assicura lo stesso inventore, è superiore al 100%.
Idroelettrico come esempio di macchina a moto perpetuo
Ad esempio, prendiamo una centrale idroelettrica, dove l'energia viene generata cadendo da una grande altezza dell'acqua. L'acqua fa girare la turbina, che produce elettricità. La caduta dell'acqua avviene sotto l'influenza della gravità terrestre. E sebbene il lavoro di produzione di elettricità sia in corso, la gravità della Terra non si indebolisce, cioè la forza di attrazione non diminuisce. Quindi l'acqua evapora sotto l'azione della luce solare ed entra di nuovo nel serbatoio. Questo completa il ciclo. Di conseguenza, è stata generata elettricità e sono stati ripristinati i costi della sua produzione.
Certo, possiamo dire che il Sole non è eterno, è vero, ma durerà un paio di miliardi di anni. Per quanto riguarda la gravità, lavora costantemente, estraendo l'umidità dall'atmosfera. In generale, una centrale idroelettrica è un motore che converte l'energia meccanica in energia elettrica e la sua efficienza è superiore al 100%. Ciò rende chiaro che non vale la pena fermarsi a cercare modi per creare un motore elettrico, la cui efficienza può essere superiore al 100%. Dopotutto, non solo la gravità può essere utilizzata come fonte inesauribileenergia.
Magneti permanenti come fonti di energia per i motori
La seconda fonte interessante è un magnete permanente, che non riceve energia da nessuna parte, e il campo magnetico non viene consumato anche quando si lavora. Ad esempio, se un magnete attrae qualcosa a sé, farà il lavoro e il suo campo magnetico non si indebolirà. Questa proprietà è stata già tentata più di una volta per creare la cosiddetta macchina del moto perpetuo, ma finora non ne è venuto fuori nulla di più o meno normale. Qualsiasi meccanismo si esaurirà prima o poi, ma la fonte stessa, che è un magnete permanente, è praticamente eterna.
Tuttavia, ci sono esperti che affermano che nel tempo i magneti permanenti perdono la loro forza a causa dell'invecchiamento. Questo non è vero, ma anche se fosse vero, allora sarebbe possibile riportarlo in vita con un solo impulso elettromagnetico. Un motore che richiederebbe la ricarica una volta ogni 10-20 anni, anche se non può pretendere di essere eterno, è molto vicino a questo.
Ci sono già stati molti tentativi di creare una macchina a moto perpetuo basata su magneti permanenti. Finora non ci sono state soluzioni di successo, purtroppo. Ma dato il fatto che c'è una domanda per tali motori (semplicemente non può esserci), è del tutto possibile che nel prossimo futuro vedremo qualcosa che si avvicinerà molto al modello di macchina a moto perpetuo che sarà alimentato da energia rinnovabile.
Conclusione
L'efficienza di un motore elettrico è il parametro più importante che determina l'efficienza di un particolare motore. Maggiore è l'efficienza, migliore è il motore. In un motore con un rendimento del 95%, quasi tuttol'energia spesa viene spesa per il lavoro e solo il 5% viene spesa non per il fabbisogno (ad esempio per il riscaldamento dei pezzi di ricambio). I moderni motori diesel possono raggiungere un'efficienza del 45% e questo è considerato un ottimo risultato. L'efficienza dei motori a benzina è ancora inferiore.
