Elektromotori parādījās diezgan sen, taču liela interese par tiem radās, kad tie sāka pārstāvēt alternatīvu iekšdedzes dzinējiem. Īpaši interesants ir jautājums par elektromotora efektivitāti, kas ir viens no tā galvenajiem raksturlielumiem.
Katrai sistēmai ir sava veida efektivitāte, kas raksturo tās darba efektivitāti kopumā. Tas nozīmē, ka tas nosaka, cik labi sistēma vai ierīce piegādā vai pārvērš enerģiju. Pēc vērtības efektivitātei nav vērtības, un visbiežāk to uzrāda procentos vai skaitļos no nulles līdz vienam.
Efektivitātes parametri elektromotoros
Elektromotora galvenais uzdevums ir pārveidot elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā. Efektivitāte nosaka šīs funkcijas efektivitāti. Motora efektivitātes formula ir šāda:
n=p2/p1
Šajā formulā p1 ir piegādātā elektriskā jauda, p2 ir lietderīgā mehāniskā jauda, kas tiek ģenerēta tiešidzinējs. Elektrisko jaudu nosaka pēc formulas: p1=UI (spriegums reizināts ar strāvu), un mehāniskās jaudas vērtību pēc formulas P=A/t (darba un laika vienības attiecība). Šādi izskatās elektromotora efektivitātes aprēķins. Tomēr šī ir tā vienkāršākā daļa. Atkarībā no dzinēja mērķa un tā darbības jomas aprēķins atšķirsies un ņems vērā daudzus citus parametrus. Faktiski motora efektivitātes formula ietver daudz vairāk mainīgo. Vienkāršākais piemērs tika sniegts iepriekš.
Samazināta efektivitāte
Izvēloties motoru, jāņem vērā elektromotora mehāniskā efektivitāte. Ļoti liela nozīme ir zaudējumiem, kas saistīti ar motora sildīšanu, jaudas samazināšanu un reaktīvajām strāvām. Visbiežāk efektivitātes kritums ir saistīts ar siltuma izdalīšanos, kas dabiski rodas dzinēja darbības laikā. Siltuma izdalīšanās iemesli var būt dažādi: dzinējs var uzkarst berzes laikā, kā arī elektrisku un pat magnētisku iemeslu dēļ. Kā vienkāršāko piemēru var minēt situāciju, kad elektroenerģijai tika iztērēti 1000 rubļu, bet darbs tika veikts par 700 rubļiem. Šajā gadījumā efektivitāte būs vienāda ar 70%.
Elektromotoru dzesēšanai tiek izmantoti ventilatori, kas izspiež gaisu caur izveidotajām spraugām. Atkarībā no dzinēju klases sildīšanu var veikt līdz noteiktai temperatūrai. Piemēram, A klases motori var sakarstlīdz 85-90 grādiem, B klase - līdz 110 grādiem. Gadījumā, ja temperatūra pārsniedz pieļaujamo robežu, tas var norādīt uz statora īssavienojumu.
Elektromotoru vidējā efektivitāte
Ir vērts atzīmēt, ka līdzstrāvas (un maiņstrāvas) motora efektivitāte mainās atkarībā no slodzes:
- Efektivitāte tukšgaitā ir 0%.
- Pie 25% slodzes efektivitāte ir 83%.
- Pie 50% slodzes efektivitāte ir 87%.
- Pie 75% slodzes efektivitāte ir 88%.
- Pie 100% slodzes efektivitāte ir 87%.
Viens no efektivitātes krituma iemesliem ir strāvu asimetrija, kad katrai no trim fāzēm tiek pielikts atšķirīgs spriegums. Ja, piemēram, pirmajā fāzē ir spriegums 410 V, otrajā - 403 V, bet trešajā - 390 V, tad vidējā vērtība būs 401 V. Asimetrija šajā gadījumā būs vienāda ar starpību starp maksimālais un minimālais spriegums uz fāzēm (410 -390), tas ir, 20 V. Motora efektivitātes formula zudumu aprēķināšanai mūsu situācijā izskatīsies šādi: 20/401100=4,98%. Tas nozīmē, ka darbības laikā mēs zaudējam 5% efektivitāti fāzu sprieguma starpības dēļ.
Kopējie zaudējumi un efektivitātes kritums
Ir daudz negatīvu faktoru, kas ietekmē elektromotora efektivitātes kritumu. Ir noteiktas metodes, kas ļauj tos noteikt. Piemēram, varat noteikt, vai ir sprauga, caur kuru jauda tiek daļēji pārsūtīta no tīkla uz statoru un pēc tam uz rotoru.
Gadās arī starta zaudējumi, un tie sastāv no vairākiemvērtības. Pirmkārt, tie var būt zudumi, kas saistīti ar virpuļstrāvu un statora serdeņu remagnetizāciju.
Ja motors ir asinhrons, tad rodas papildu zudumi rotoru un statora zobu dēļ. Virpuļstrāvas var rasties arī atsevišķos dzinēja komponentos. Tas viss kopumā samazina elektromotora efektivitāti par 0,5%. Asinhronajos motoros tiek ņemti vērā visi zaudējumi, kas var rasties darbības laikā. Tāpēc efektivitātes diapazons var atšķirties no 80 līdz 90%.
Automobiļu dzinēji
Elektromotoru attīstības vēsture sākas ar elektromagnētiskās indukcijas likuma atklāšanu. Pēc viņa teiktā, indukcijas strāva vienmēr kustas tā, lai cīnītos pret cēloni, kas to izraisa. Tieši šī teorija veidoja pamatu pirmā elektromotora izveidei.
Mūsdienu modeļi ir veidoti pēc tāda paša principa, taču radikāli atšķiras no pirmajiem eksemplāriem. Elektromotori ir kļuvuši daudz jaudīgāki, kompaktāki, bet galvenais, to efektivitāte ir ievērojami pieaugusi. Mēs jau rakstījām iepriekš par elektromotora efektivitāti, un, salīdzinot ar iekšdedzes dzinēju, tas ir pārsteidzošs rezultāts. Piemēram, iekšdedzes dzinēja maksimālā efektivitāte sasniedz 45%.
Elektromotora priekšrocības
Augsta efektivitāte ir šāda motora galvenā priekšrocība. Un, ja iekšdedzes dzinējs apkurei tērē vairāk nekā 50% enerģijas, tad elektromotorā neliela daļa tiek tērēta apkureienerģija.
Otra priekšrocība ir vieglais svars un kompaktais izmērs. Piemēram, Yasa Motors ir radījis motoru, kura svars ir tikai 25 kg. Tas spēj nodrošināt 650 Nm, kas ir ļoti pieklājīgs rezultāts. Arī šādi motori ir izturīgi, nav nepieciešama ātrumkārba. Daudzi elektromobiļu īpašnieki runā par elektromotoru efektivitāti, kas zināmā mērā ir loģiski. Galu galā, darbības laikā elektromotors neizdala nekādus sadegšanas produktus. Tomēr daudzi autovadītāji aizmirst, ka elektroenerģijas ražošanai ir nepieciešams izmantot ogles, gāzi vai bagātinātu urānu. Visi šie elementi piesārņo vidi, tāpēc elektromotoru draudzīgums videi ir ļoti strīdīgs jautājums. Jā, tie nepiesārņo gaisu ekspluatācijas laikā. Viņiem elektrostacijas to dara elektroenerģijas ražošanā.
Uzlabojiet elektromotoru efektivitāti
Elektromotoriem ir daži trūkumi, kas slikti ietekmē darba efektivitāti. Tie ir vājš palaišanas griezes moments, liela palaišanas strāva un neatbilstība starp vārpstas mehānisko griezes momentu un mehānisko slodzi. Tas noved pie tā, ka ierīces efektivitāte samazinās.
Lai uzlabotu efektivitāti, viņi cenšas noslogot dzinēju līdz 75% vai vairāk un palielina jaudas koeficientus. Ir arī īpašas ierīces piegādātās strāvas un sprieguma frekvences regulēšanai, kas arī palielina efektivitāti un palielina efektivitāti.
Viena no populārākajām ierīcēm elektromotora efektivitātes paaugstināšanai ir gludeklisstarts, kas ierobežo ieslēgšanas strāvas pieauguma ātrumu. Ir arī lietderīgi izmantot frekvences pārveidotājus, lai mainītu motora griešanās ātrumu, mainot sprieguma frekvenci. Tas samazina enerģijas patēriņu un nodrošina vienmērīgu dzinēja iedarbināšanu, augstu regulēšanas precizitāti. Palielinās arī palaišanas griezes moments, un ar mainīgu slodzi rotācijas ātrums stabilizējas. Rezultātā tiek uzlabota elektromotora efektivitāte.
Maksimālā motora efektivitāte
Atkarībā no konstrukcijas veida elektromotoru efektivitāte var svārstīties no 10 līdz 99%. Tas viss ir atkarīgs no tā, kāda veida dzinējs tas būs. Piemēram, virzuļa tipa sūkņa motora efektivitāte ir 70-90%. Gala rezultāts ir atkarīgs no ražotāja, ierīces konstrukcijas uc To pašu var teikt par celtņa motora efektivitāti. Ja tas ir vienāds ar 90%, tas nozīmē, ka 90% no patērētās elektroenerģijas tiks izmantoti mehānisko darbu veikšanai, atlikušie 10% tiks izmantoti detaļu apsildīšanai. Tomēr ir visveiksmīgākie elektromotoru modeļi, kuru efektivitāte tuvojas 100%, bet nav vienāda ar šo vērtību.
Vai ir iespējams sasniegt efektivitāti virs 100%?
Nav noslēpums, ka dabā nevar pastāvēt elektromotori, kuru efektivitāte pārsniedz 100%, jo tas ir pretrunā ar enerģijas nezūdamības pamatlikumu. Fakts ir tāds, ka enerģija nevar nākt no nekurienes un pazust tāpat. Katram dzinējam ir nepieciešamsenerģijas avots: benzīns, elektrība. Tomēr benzīns nav mūžīgs, tāpat kā elektrība, jo to krājumi ir jāpapildina. Bet, ja būtu enerģijas avots, kas nav jāpapildina, tad būtu pilnīgi iespējams izveidot motoru ar efektivitāti virs 100%. Krievu izgudrotājs Vladimirs Černišovs parādīja dzinēja aprakstu, kura pamatā ir pastāvīgs magnēts, un tā efektivitāte, kā apliecina pats izgudrotājs, ir vairāk nekā 100%.
Hidroelektrostacija kā mūžīgās kustības mašīnas piemērs
Piemēram, ņemsim hidroelektrostaciju, kur enerģija rodas, krītot no liela ūdens augstuma. Ūdens griež turbīnu, kas ražo elektrību. Ūdens krišana notiek Zemes gravitācijas ietekmē. Un, lai gan tiek veikts darbs pie elektrības ražošanas, Zemes gravitācija nekļūst vājāka, tas ir, pievilkšanas spēks nesamazinās. Tad ūdens saules gaismas ietekmē iztvaiko un atkal nonāk rezervuārā. Tas pabeidz ciklu. Rezultātā ir saražota elektrība, un ir atjaunotas tās ražošanas izmaksas.
Protams, mēs varam teikt, ka Saule nav mūžīga, tā ir taisnība, bet tā kalpos pāris miljardu gadu. Kas attiecas uz gravitāciju, tas pastāvīgi veic darbu, izvelkot mitrumu no atmosfēras. Vispārīgi runājot, hidroelektrostacija ir dzinējs, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā, un tā efektivitāte ir vairāk nekā 100%. Tas liek saprast, ka nav vērts apstāties, meklējot veidus, kā izveidot elektromotoru, kura efektivitāte var būt lielāka par 100%. Galu galā ne tikai gravitāciju var izmantot kā neizsīkstošu avotuenerģija.
Pastāvīgie magnēti kā enerģijas avoti motoriem
Otrs interesantais avots ir pastāvīgais magnēts, kas ne no kurienes nesaņem enerģiju, un magnētiskais lauks netiek patērēts pat veicot darbu. Piemēram, ja magnēts kaut ko pievelk sev, tad tas paveiks darbu, un tā magnētiskais lauks nekļūs vājāks. Šis īpašums jau ne reizi vien ir mēģināts izveidot tā saukto perpetual motion machine, taču līdz šim nekas vairāk vai mazāk normāls nav sanācis. Jebkurš mehānisms agrāk vai vēlāk nolietosies, bet pats avots, kas ir pastāvīgais magnēts, ir praktiski mūžīgs.
Tomēr ir eksperti, kuri saka, ka ar laiku pastāvīgie magnēti zaudē spēku novecošanās rezultātā. Tā nav taisnība, bet pat ja tā būtu taisnība, tad būtu iespējams viņu atgriezt dzīvē tikai ar vienu elektromagnētisko impulsu. Dzinējs, kas būtu jāuzlādē reizi 10-20 gados, lai gan nevar apgalvot, ka tas ir mūžīgs, ir ļoti tuvu tam.
Jau ir bijuši daudzi mēģinājumi izveidot mūžīgo kustību mašīnu, kuras pamatā ir pastāvīgie magnēti. Diemžēl līdz šim nav bijuši veiksmīgi risinājumi. Bet, ņemot vērā faktu, ka pieprasījums pēc šādiem dzinējiem ir (to vienkārši nevar būt), ir pilnīgi iespējams, ka tuvākajā nākotnē mēs redzēsim kaut ko tādu, kas būs ļoti tuvu mūžīgās kustības mašīnas modelim, kas tiks darbināts ar atjaunojamo enerģiju..
Secinājums
Elektromotora efektivitāte ir vissvarīgākais parametrs, kas nosaka konkrētā motora efektivitāti. Jo augstāka efektivitāte, jo labāks ir motors. Dzinējā ar efektivitāti 95%, gandrīz visiiztērētā enerģija tiek tērēta darba veikšanai un tikai 5% tiek tērēti nevajadzībai (piemēram, rezerves daļu apkurei). Mūsdienu dīzeļdzinēji var sasniegt 45% efektivitāti, un tas tiek uzskatīts par foršu rezultātu. Benzīna dzinēju efektivitāte ir vēl mazāka.
