Mis on mootori efektiivsus? 3 tegurit, mis mõjutavad mootori efektiivsust

Haridus 19. august 2017

Elektrimootorid ilmusid juba ammu, kuid suur huvi nende vastu tekkis siis, kui nad hakkasid esindama alternatiivi sisepõlemismootoritele. Eriti huvitav on küsimus elektrimootori efektiivsuse kohta, mis on selle üks peamisi omadusi.

Igal süsteemil on mingisugune efektiivsus, mis iseloomustab selle töö efektiivsust tervikuna. See tähendab, et see määrab, kui hästi süsteem või seade energiat edastab või muundab. Väärtuse järgi ei ole efektiivsusel väärtust ja enamasti esitatakse see protsendina või arvuna nullist üheni.

Elektrimootorite efektiivsuse parameetrid

Elektrimootori põhiülesanne on elektrienergia muundamine mehaaniliseks energiaks. Tõhusus määrab selle funktsiooni tõhususe. Elektrimootori efektiivsuse valem on järgmine:

Selles valemis on p1 tarnitud elektrienergia, p2 on kasulik mehaaniline võimsus, mille mootor genereerib otse.

Elektrivõimsus määratakse valemiga: p1=UI (pinge korrutatud vooluga) ja mehaanilise võimsuse väärtus valemiga P=A/t (töö ja ajaühiku suhe). Nii näeb välja elektrimootori kasuteguri arvutamine. See on aga selle kõige lihtsam osa.

Sõltuvalt mootori eesmärgist ja selle ulatusest on arvutus erinev ja võtab arvesse paljusid muid parameetreid. Tegelikult sisaldab mootori efektiivsuse valem palju rohkem muutujaid. Kõige lihtsam näide on toodud ülal.

Tõhususe vähenemine

Mootori valikul tuleb arvestada elektrimootori mehaanilist kasutegurit. Mootori soojendamise, võimsuse vähendamise ja reaktiivvooluga seotud kaod mängivad väga olulist rolli. Kõige sagedamini on efektiivsuse langus seotud soojuse eraldumisega, mis tekib loomulikult mootori töötamise ajal.

Soojuse eraldumise põhjused võivad olla erinevad: mootor võib kuumeneda hõõrdumise ajal, samuti elektrilistel ja isegi magnetilistel põhjustel. Lihtsaima näitena võib tuua olukorra, kus elektrienergiale kulutati 1000 rubla ja tööd tehti 700 rubla eest.

Sel juhul on efektiivsus 70%.

Elektrimootorite jahutamiseks kasutatakse ventilaatoreid, mis juhivad õhku läbi tekkinud vahede. Olenevalt mootoriklassist saab kuumutada kuni teatud temperatuurini.

Näiteks A-klassi mootorid võivad soojeneda kuni 85-90 kraadi, klassi B – kuni 110 kraadi. Kui temperatuur ületab lubatud piiri, võib see viidata staatori lühisele.

Elektrimootorite keskmine kasutegur

Väärib märkimist, et alalis- (ja vahelduvvoolu) mootori efektiivsus varieerub sõltuvalt koormusest:

1. Tühikäigul on kasutegur 0%.
2. 25% koormusel on efektiivsus 83%.
3. 50% koormusel on efektiivsus 87%.
4. 75% koormuse korral on efektiivsus 88%.
5. 100% koormusel on efektiivsus 87%.

Üks efektiivsuse languse põhjusi on voolude asümmeetria, kui igale kolmele faasile rakendatakse erinevat pinget. Kui näiteks esimese faasi pinge on 410 V, teise 403 V ja kolmanda 390 V, siis on keskmine väärtus 401 V.

Asümmeetria on sel juhul võrdne faaside maksimaalse ja minimaalse pinge erinevusega (410-390), see tähendab 20 V. Mootori efektiivsuse valem kadude arvutamiseks näeb meie olukorras välja selline: 20/401 * 100 = 4,98%.

See tähendab, et faaside pingeerinevuse tõttu kaotame töö käigus 5% efektiivsust.

Üldised kaod ja efektiivsuse langus

Elektrimootori efektiivsuse langust mõjutavad paljud negatiivsed tegurid. On teatud meetodeid, mis võimaldavad teil neid määrata. Näiteks saate kindlaks teha, kas on tühimik, mille kaudu võimsus kantakse osaliselt võrgust staatorile ja seejärel rootorile.

Käivitis esinevad ka kaotused ja need koosnevad mitmest väärtusest. Esiteks võivad need olla pöörisvoolude ja staatorisüdamike ümbermagnetiseerimisega seotud kaod.

Kui mootor on asünkroonne, tekivad rootori ja staatori hammaste tõttu täiendavad kaod. Pöörisvoolud võivad tekkida ka üksikutes mootorikomponentides. Kõik see kokku vähendab elektrimootori efektiivsust 0,5%. Asünkroonsetes mootorites võetakse arvesse kõiki töö ajal tekkida võivaid kadusid. Seetõttu võib efektiivsuse vahemik varieeruda 80–90%.

Autode mootorid

Elektrimootorite arengu ajalugu algab elektromagnetilise induktsiooni seaduse avastamisega. Tema sõnul liigub induktiivne vool alati nii, et mõjub seda põhjustavale põhjusele vastu. Just see teooria oli aluseks esimese elektrimootori loomisele.

Kaasaegsed mudelid põhinevad samal põhimõttel, kuid erinevad radikaalselt esimestest koopiatest. Elektrimootorid on muutunud palju võimsamaks, kompaktsemaks, kuid mis kõige tähtsam, nende efektiivsus on oluliselt kasvanud.

Elektrimootori efektiivsusest oleme juba eespool kirjutanud ja sisepõlemismootoriga võrreldes on see hämmastav tulemus. Näiteks sisepõlemismootori maksimaalne kasutegur ulatub 45%-ni.

Elektrimootori eelised

Kõrge kasutegur on sellise mootori peamine eelis. Ja kui sisepõlemismootor kulutab küttele üle 50% energiast, siis elektrimootoris kulub küttele väike osa energiast.

Teine eelis on väike kaal ja kompaktsed mõõtmed. Näiteks Yasa Motors on loonud mootori, mille kaal on vaid 25 kg. See on võimeline väljastama 650 Nm, mis on väga korralik tulemus. Samuti on sellised mootorid vastupidavad, ei vaja käigukasti.

Paljud elektriautode omanikud räägivad elektrimootorite efektiivsusest, mis on mingil määral loogiline. Lõppude lõpuks ei eralda elektrimootor töö ajal põlemisprodukte.

Paljud autojuhid aga unustavad, et elektri tootmiseks on vaja kasutada kivisütt, gaasi või rikastatud uraani. Kõik need elemendid saastavad keskkonda, mistõttu on elektrimootorite keskkonnasõbralikkus väga vastuoluline teema.

Jah, nad ei saasta töötamise ajal õhku. Nende jaoks teevad seda elektrijaamad elektri tootmisel.

Elektrimootorite efektiivsuse parandamine

Elektrimootoritel on mõned puudused, mis mõjuvad halvasti töö efektiivsusele. Need on nõrk käivitusmoment, suur käivitusvool ning võlli mehaanilise pöördemomendi ja mehaanilise koormuse vaheline ebakõla. See toob kaasa asjaolu, et seadme efektiivsus väheneb.

Tõhususe parandamiseks püüavad nad tagada, et mootori koormus oleks kuni 75% või rohkem ning suurendatakse võimsustegureid. Samuti on olemas spetsiaalsed seadmed tarnitava voolu ja pinge sageduse reguleerimiseks, mis toob kaasa ka efektiivsuse tõusu ja efektiivsuse tõusu.

Üks populaarsemaid elektrimootori efektiivsuse tõstmise seadmeid on pehme starter, mis piirab käivitusvoolu suurenemise kiirust.

Samuti on sobiv kasutada sagedusmuundureid, et muuta mootori pöörlemiskiirust pinge sagedust muutes. See vähendab energiatarbimist ja tagab mootori sujuva käivitumise ning suure reguleerimistäpsuse.

Suureneb ka käivitusmoment ning muutuva koormuse korral pöörlemiskiirus stabiliseerub. Selle tulemusena suureneb elektrimootori efektiivsus.

Maksimaalne mootori efektiivsus

Sõltuvalt konstruktsiooni tüübist võib elektrimootorite kasutegur kõikuda 10-99%. Kõik sõltub sellest, millist mootorit see on. Näiteks kolb-tüüpi pumbamootori kasutegur on 70-90%. Lõpptulemus sõltub tootjast, seadme disainist jne.

Sama võib öelda ka kraana mootori efektiivsuse kohta. Kui see võrdub 90%, tähendab see, et 90% tarbitud elektrist kasutatakse mehaaniliste tööde tegemiseks, ülejäänud 10% kulub osade soojendamiseks.

Sellegipoolest on kõige edukamad elektrimootorite mudelid, mille efektiivsus läheneb 100%, kuid ei ole selle väärtusega võrdne.

Kas efektiivsus on üle 100% võimalik?

Pole saladus, et elektrimootoreid, mille kasutegur ületab 100%, looduses eksisteerida ei saa, kuna see on vastuolus energia jäävuse põhiseadusega. Fakt on see, et energia ei saa tulla eikusagilt ja samamoodi kaduda. Iga mootor vajab energiaallikat: bensiin, elekter.

Bensiin pole aga igavene, nagu ka elekter, sest nende varusid tuleb täiendada. Kuid kui oleks energiaallikas, mida pole vaja täiendada, oleks täiesti võimalik luua mootor, mille kasutegur on üle 100%.

Vene leiutaja Vladimir Tšernõšov näitas mootori kirjeldust, mis põhineb püsimagnetil ja selle kasutegur, nagu leiutaja ise kinnitab, on üle 100%.

Hüdroelektrijaam kui igiliikuri näide

Võtame näiteks hüdroelektrijaama, kus energia tekib suurelt kõrguselt langeva vee tõttu. Vesi pöörab turbiini, mis toodab elektrit. Vee langemine toimub Maa gravitatsiooni mõjul.

Ja kuigi elektri tootmise töö käib, ei muutu Maa gravitatsioon nõrgemaks ehk tõmbejõud ei vähene. Seejärel aurustub vesi päikesevalguse toimel ja siseneb uuesti reservuaari. See lõpetab tsükli.

Selle tulemusena on toodetud elektrit, mille tootmise kulud on uuendatud.

Muidugi võib öelda, et Päike pole igavene, see on tõsi, aga see kestab paar miljardit aastat. Mis puutub gravitatsiooni, siis see teeb pidevalt tööd, tõmmates atmosfäärist niiskust välja.

Üldiselt võib öelda, et hüdroelektrijaam on mehaanilist energiat elektrienergiaks muundav mootor, mille kasutegur on üle 100%. See teeb selgeks, et ei tasu peatuda otsimas võimalusi, kuidas luua elektrimootorit, mille kasutegur võib olla üle 100%.

Lõppude lõpuks ei saa ammendamatu energiaallikana kasutada mitte ainult gravitatsiooni.

Püsimagnetid mootorite energiaallikatena

Teine huvitav allikas on püsimagnet, mis ei saa kuskilt energiat ja magnetväli ei kulu ka tööd tehes. Näiteks kui magnet tõmbab midagi enda poole, siis ta teeb töö ära ja tema magnetväli ei muutu nõrgemaks.

Seda omadust on nn igiliikuri loomiseks juba rohkem kui korra proovitud, kuid siiani pole sellest enam-vähem normaalset tulnud.

Iga mehhanism kulub varem või hiljem ära, kuid allikas ise, mis on püsimagnet, on praktiliselt igavene.

Siiski on eksperte, kes väidavad, et aja jooksul kaotavad püsimagnetid vananemise tagajärjel oma tugevuse. See ei vasta tõele, kuid isegi kui see oleks tõsi, oleks ta võimalik ellu äratada vaid ühe elektromagnetimpulsiga. Mootor, mis vajaks kord 10-20 aasta tagant laadimist, kuigi igavikulisusele pretendeerida ei saa, on sellele väga lähedal.

Püsimagnetitel põhineva igiliikuri loomise katseid on juba tehtud palju. Seni pole kahjuks edukaid lahendusi olnud. Kuid arvestades asjaolu, et nõudlus selliste mootorite järele on (seda lihtsalt ei saa olla), on täiesti võimalik, et lähitulevikus näeme midagi, mis on väga lähedal taastuvenergial töötavale igiliikuri mudelile. .

Järeldus

Elektrimootori kasutegur on kõige olulisem parameeter, mis määrab konkreetse mootori kasuteguri. Mida suurem kasutegur, seda parem mootor.

95% kasuteguriga mootoris kulub peaaegu kogu kulutatud energia töö tegemiseks ja mittevajalikuks (näiteks varuosade soojendamiseks) kulub vaid 5%.

Kaasaegsed diiselmootorid võivad jõuda 45% kasutegurini ja seda peetakse lahedaks tulemuseks. Bensiinimootorite kasutegur on veelgi väiksem.

Allikas: fb.ru

Mootori efektiivsuse valem

Asünkroonmootor ja segamine

Tänapäeval on turul asünkroonsed masinad, millest enamik on elektrilised. Asünkroonne mehhanism muudab elektrienergia mehaaniliseks energiaks.

Nende peamised eelised:

• valmistamise lihtsus ja suhteliselt madalad kulud;
• kõrge töökindlus;
• tegevuskulud on väikesed.

Tõhususe valem arvutatakse järgmiselt: η \u003d P2 / P1 \u003d (P1 – (Pob – Pc – Pmx – Pd)) / P1, kus Rob \u003d Pob1 + Rob2 on asünkroonmootori mähiste kogukaod . Enamiku seda tüüpi kaasaegsete mehhanismide puhul ulatub koefitsient 80–90%.

• Teine sisepõlemismootor, mis võib töötada mis tahes soojusallikaga, on Stirlingi mootor.
• Tuleb märkida, et selliseid mehhanisme kasutatakse kosmoselaevadel ja kaasaegsetel allveelaevadel.
• See töötab igal temperatuuril, ei vaja käivitamiseks täiendavaid süsteeme, samas kui nende kasutegur on 50–70 suurem kui tavalistel mootoritel.

Ideaalse mootori maksimaalne kasutegur

Kuidas leida mootori kasutegur, mille väärtus oleks ideaalne ja võrdne 100%. Kas see on võimalik? Sellele küsimusele andis vastuse 1824. aastal insener S. Carnot. Oma arendustes tuli ta välja ideaalse masinaga, kus soojusmasina efektiivsuse valem näeb välja selline: η \u003d (T1 – T2) / T1.

Selle tulemusena leiti, et 100% koefitsienti saab saavutada ainult siis, kui jahutusvedeliku temperatuur on võrdne absoluutse nulliga, ja see on võimatu, kuna see ei saa olla õhutemperatuurist madalam.

Kuidas tõhusust suurendada?

Selle väärtuse suurendamine on oluline tehniline väljakutse. Teoreetiliselt saab seda suurendada, vähendades mootoriosade hõõrdumist, vähendades soojuskadusid. Diiselmootorites saavutatakse see turboülelaaduriga. Sel juhul tõuseb kasuliku energia tase 50% -ni.

Nagu näete, sõltub mootori efektiivsus täielikult selle tüübist ja konstruktsioonist. Teadlased seevastu usuvad, et tulevik kuulub elektrilistele võimalustele, seega on ideaalse mehhanismi leiutamine tuleviku küsimus.