موتورهای الکتریکی خیلی وقت پیش ظاهر شدند، اما علاقه زیادی به آنها زمانی به وجود آمد که آنها شروع به معرفی جایگزینی برای موتورهای احتراق داخلی کردند. موضوع جالب توجهی در مورد کارایی موتور الکتریکی است که یکی از ویژگی های اصلی آن است.
هر سیستم دارای نوعی کارایی است که کارایی کار آن را در کل مشخص می کند. یعنی تعیین می کند که یک سیستم یا دستگاه چقدر انرژی را تحویل یا تبدیل می کند. از نظر مقدار، کارایی ارزشی ندارد و اغلب به صورت درصد یا عددی از صفر تا یک ارائه می شود.
پارامترهای بازده در موتورهای الکتریکی
وظیفه اصلی موتور الکتریکی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است. کارایی کارایی این عملکرد را تعیین می کند. فرمول راندمان موتور به شرح زیر است:
n=p2/p1
در این فرمول، p1 توان الکتریکی عرضه شده است، p2 توان مکانیکی مفیدی است که مستقیماً تولید می شود.موتور توان الکتریکی با فرمول p1=UI (ولتاژ ضرب در جریان) و مقدار توان مکانیکی طبق فرمول P=A/t (نسبت کار به واحد زمان) تعیین می‌شود. محاسبه بازده موتور الکتریکی به این صورت است. با این حال، این ساده ترین بخش آن است. بسته به هدف موتور و محدوده آن، محاسبه متفاوت خواهد بود و بسیاری از پارامترهای دیگر را در نظر می گیرد. در واقع، فرمول بازده موتور شامل متغیرهای بسیار بیشتری است. ساده ترین مثال در بالا ارائه شد.
کاهش کارایی
راندمان مکانیکی یک موتور الکتریکی باید در هنگام انتخاب موتور در نظر گرفته شود. تلفات مربوط به گرمایش موتور، کاهش توان و جریان های راکتیو نقش بسیار مهمی دارند. اغلب، افت راندمان با انتشار گرما همراه است که به طور طبیعی در حین کار موتور رخ می دهد. دلایل انتشار گرما می تواند متفاوت باشد: موتور در هنگام اصطکاک و همچنین به دلایل الکتریکی و حتی مغناطیسی گرم می شود. به عنوان ساده ترین مثال، می توان وضعیتی را ذکر کرد که در آن 1000 روبل برای انرژی الکتریکی هزینه شد و کار با 700 روبل انجام شد. در این حالت بازده برابر 70% خواهد بود.
برای خنک کردن موتورهای الکتریکی، از فن هایی استفاده می شود که هوا را از میان شکاف های ایجاد شده عبور می دهند. بسته به کلاس موتورها، گرمایش را می توان تا دمای مشخصی انجام داد. به عنوان مثال، موتورهای کلاس A ممکن است داغ شوندتا 85-90 درجه، کلاس B - تا 110 درجه. در صورتی که دما از حد مجاز فراتر رود، ممکن است نشان دهنده اتصال کوتاه استاتور باشد.
متوسط راندمان موتورهای الکتریکی
شایان ذکر است که راندمان یک موتور DC (و AC) بسته به بار متفاوت است:
- بازده در حالت بیکار 0% است.
- در 25% بار، راندمان 83% است.
- در بارگذاری 50%، راندمان 87% است.
- در بارگذاری ۷۵٪، راندمان ۸۸٪ است.
- در 100٪ بار، راندمان 87٪ است.
یکی از دلایل افت بازده، عدم تقارن جریان ها است، زمانی که ولتاژ متفاوتی به هر یک از سه فاز اعمال می شود. به عنوان مثال، اگر فاز اول دارای ولتاژ 410 ولت، فاز دوم - 403 ولت، و فاز سوم - 390 ولت باشد، آنگاه مقدار متوسط 401 ولت خواهد بود. عدم تقارن در این حالت برابر با اختلاف بین حداکثر و حداقل ولتاژ در فازها (410 -390)، یعنی 20 ولت. فرمول راندمان موتور برای محاسبه تلفات در وضعیت ما به نظر می رسد: 20/401100=4.98%. این بدان معناست که در حین کار به دلیل اختلاف ولتاژ در فازها، 5% راندمان را از دست می دهیم.
تلفات کل و کاهش کارایی
عوامل منفی زیادی وجود دارد که بر افت بازده موتور الکتریکی تأثیر می گذارد. روش های خاصی وجود دارد که به شما امکان می دهد آنها را تعیین کنید. به عنوان مثال، می توانید تعیین کنید که آیا شکافی وجود دارد که از طریق آن توان تا حدی از شبکه به استاتور و سپس به روتور منتقل می شود.
ضررهای شروع کننده نیز رخ می دهد، و آنها از چندین مورد تشکیل شده اندارزش های. اول از همه، اینها می تواند تلفات مربوط به جریان های گردابی و مغناطیس مجدد هسته های استاتور باشد.
اگر موتور ناهمزمان باشد، به دلیل دندانه های روتور و استاتور تلفات اضافی وجود دارد. جریان گردابی همچنین می تواند در اجزای جداگانه موتور رخ دهد. همه اینها در مجموع بازده موتور الکتریکی را 0.5٪ کاهش می دهد. در موتورهای آسنکرون تمام تلفاتی که ممکن است در حین کار رخ دهد در نظر گرفته می شود. بنابراین، محدوده کارایی می تواند از 80 تا 90٪ متغیر باشد.
موتورهای خودرو
تاریخچه توسعه موتورهای الکتریکی با کشف قانون القای الکترومغناطیسی آغاز می شود. به گفته وی، جریان القایی همیشه به گونه ای حرکت می کند که با علت ایجاد کننده آن مقابله کند. این تئوری بود که اساس ایجاد اولین موتور الکتریکی را تشکیل داد.
مدل های مدرن بر اساس همان اصل هستند، اما کاملاً متفاوت از نسخه های اولیه هستند. موتورهای الکتریکی بسیار قدرتمندتر، فشرده تر شده اند، اما مهمتر از همه، راندمان آنها به طور قابل توجهی افزایش یافته است. قبلاً در بالا در مورد کارایی یک موتور الکتریکی نوشته ایم و در مقایسه با یک موتور احتراق داخلی، این یک نتیجه شگفت انگیز است. به عنوان مثال، حداکثر راندمان یک موتور احتراق داخلی به 45٪ می رسد.
مزایای موتور الکتریکی
راندمان بالا مزیت اصلی چنین موتوری است. و اگر یک موتور احتراق داخلی بیش از 50٪ انرژی را صرف گرمایش کند، در یک موتور الکتریکی بخش کوچکی برای گرم کردن صرف می شود.انرژی.
مزیت دوم وزن سبک و اندازه جمع و جور است. به عنوان مثال یاسا موتورز موتوری با وزن تنها 25 کیلوگرم ساخته است. این می تواند 650 نیوتن متر را ارائه دهد که نتیجه بسیار مناسبی است. همچنین چنین موتورهایی بادوام هستند و نیازی به گیربکس ندارند. بسیاری از دارندگان خودروهای برقی در مورد کارایی موتورهای الکتریکی صحبت می کنند که تا حدودی منطقی است. از این گذشته ، در حین کار ، موتور الکتریکی هیچ محصول احتراق منتشر نمی کند. با این حال، بسیاری از رانندگان فراموش می کنند که برای تولید برق باید از زغال سنگ، گاز یا اورانیوم غنی شده استفاده کرد. همه این عناصر محیط را آلوده می کنند، بنابراین سازگاری با محیط زیست موتورهای الکتریکی یک موضوع بسیار بحث برانگیز است. بله در حین کار هوا را آلوده نمی کنند. برای آنها نیروگاه ها این کار را در تولید برق انجام می دهند.
بهبود راندمان موتورهای الکتریکی
موتورهای الکتریکی دارای معایبی هستند که تأثیر بدی بر راندمان کار دارند. اینها گشتاور ضعیف راه اندازی، جریان راه اندازی بالا و ناهماهنگی بین گشتاور مکانیکی شفت و بار مکانیکی هستند. این منجر به این واقعیت می شود که کارایی دستگاه کاهش می یابد.
برای بهبود راندمان، آنها سعی می کنند موتور را تا 75٪ یا بیشتر بارگذاری کنند و فاکتورهای قدرت را افزایش دهند. همچنین دستگاه های خاصی برای تنظیم فرکانس جریان و ولتاژ عرضه شده وجود دارد که منجر به افزایش راندمان و افزایش راندمان می شود.
یکی از پرطرفدارترین وسایل برای افزایش راندمان موتور الکتریکی، صافی است.شروع، که سرعت رشد جریان هجومی را محدود می کند. همچنین استفاده از مبدل های فرکانس برای تغییر سرعت چرخش موتور با تغییر فرکانس ولتاژ مناسب است. این منجر به کاهش مصرف برق می شود و استارت نرم موتور، دقت تنظیم بالا را فراهم می کند. گشتاور راه اندازی نیز افزایش می یابد و با بار متغیر، سرعت چرخش تثبیت می شود. در نتیجه، راندمان موتور الکتریکی بهبود یافته است.
حداکثر راندمان موتور
بسته به نوع ساخت، راندمان موتورهای الکتریکی می تواند از 10 تا 99 درصد متغیر باشد. همه چیز بستگی به نوع موتور آن دارد. به عنوان مثال، راندمان یک موتور پمپ پیستونی 70-90٪ است. نتیجه نهایی بستگی به سازنده، طراحی دستگاه و … اگر برابر با 90 درصد باشد، این بدان معناست که 90 درصد برق مصرفی برای انجام کارهای مکانیکی و 10 درصد باقیمانده برای گرم کردن قطعات مصرف می شود. هنوز موفق‌ترین مدل‌های موتورهای الکتریکی وجود دارند که راندمان آنها به 100% می‌رسد، اما برابر با این مقدار نیست.
آیا می توان به راندمان بیش از 100% دست یافت؟
بر کسی پوشیده نیست که موتورهای الکتریکی که راندمان آنها از 100٪ بیشتر است نمی توانند در طبیعت وجود داشته باشند، زیرا این با قانون اساسی بقای انرژی در تضاد است. واقعیت این است که انرژی نمی تواند از جایی بیاید و به همان شکل ناپدید شود. هر موتوری نیاز داردمنبع انرژی: بنزین، برق. با این حال، بنزین مانند برق ابدی نیست، زیرا ذخایر آنها باید دوباره پر شود. اما اگر منبع انرژی وجود داشته باشد که نیازی به دوباره پر کردن نداشته باشد، می توان موتوری با راندمان بیش از 100٪ ایجاد کرد. مخترع روسی ولادیمیر چرنیشوف توصیفی از موتور را نشان داد که مبتنی بر آهنربای دائمی است و کارایی آن همانطور که خود مخترع اطمینان می دهد بیش از 100٪ است.
هیدروالکتریک به عنوان نمونه ای از یک ماشین حرکت دائمی
برای مثال، بیایید یک نیروگاه برق آبی را در نظر بگیریم که در آن انرژی با سقوط از ارتفاع زیاد آب تولید می شود. آب توربین را می چرخاند که برق تولید می کند. سقوط آب تحت تأثیر گرانش زمین انجام می شود. و با اینکه کار تولید الکتریسیته در حال انجام است، جاذبه زمین ضعیف تر نمی شود، یعنی نیروی جاذبه کاهش نمی یابد. سپس آب تحت تأثیر نور خورشید تبخیر شده و دوباره وارد مخزن می شود. این چرخه را کامل می کند. در نتیجه، برق تولید شده و هزینه های تولید آن جبران شده است.
البته می توان گفت که خورشید ابدی نیست، درست است، اما دو میلیارد سال عمر خواهد کرد. در مورد جاذبه، دائماً در حال انجام کار است و رطوبت را از جو بیرون می کشد. به طور کلی نیروگاه برق آبی موتوری است که انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و بازده آن بیش از 100 درصد است. این روشن می کند که ارزش توقف در جستجوی راه هایی برای ایجاد یک موتور الکتریکی را ندارد که راندمان آن می تواند بیش از 100٪ باشد. پس از همه، نه تنها جاذبه می تواند به عنوان یک منبع پایان ناپذیر استفاده شودانرژی.
آهنرباهای دائمی به عنوان منابع انرژی برای موتورها
دومین منبع جالب آهنربای دائمی است که از جایی انرژی دریافت نمی کند و میدان مغناطیسی حتی هنگام انجام کار نیز مصرف نمی شود. به عنوان مثال، اگر آهنربا چیزی را به سمت خود جذب کند، آن کار را انجام می دهد و میدان مغناطیسی آن ضعیف تر نمی شود. این ویژگی قبلاً بیش از یک بار برای ایجاد ماشین به اصطلاح حرکت دائمی آزمایش شده است، اما تاکنون چیزی کم و بیش عادی از آن به دست نیامده است. هر مکانیزم دیر یا زود فرسوده می شود، اما خود منبع، که یک آهنربای دائمی است، عملا ابدی است.
با این حال، کارشناسانی وجود دارند که می گویند با گذشت زمان، آهنرباهای دائمی در نتیجه افزایش سن قدرت خود را از دست می دهند. این درست نیست، اما حتی اگر درست باشد، بازگرداندن او به زندگی تنها با یک پالس الکترومغناطیسی امکان پذیر است. موتوری که هر 10 تا 20 سال یک بار نیاز به شارژ مجدد دارد، اگرچه نمی تواند ادعا کند ابدی است، اما بسیار به این نزدیک است.
در حال حاضر تلاش های زیادی برای ایجاد یک ماشین حرکت دائمی بر اساس آهنرباهای دائمی صورت گرفته است. متاسفانه تاکنون هیچ راه حل موفقی وجود نداشته است. اما با توجه به این واقعیت که تقاضا برای چنین موتورهایی وجود دارد (به سادگی نمی توان وجود داشته باشد)، کاملاً ممکن است در آینده نزدیک شاهد چیزی باشیم که به مدل ماشین حرکت دائمی که با انرژی تجدیدپذیر نیرو می گیرد بسیار نزدیک شود..
نتیجه گیری
بازده موتور الکتریکی مهمترین پارامتری است که کارایی یک موتور خاص را تعیین می کند. هر چه راندمان بالاتر باشد، موتور بهتر است. در موتوری با راندمان 95 درصد تقریباً همهانرژی صرف شده صرف انجام کار می شود و تنها 5 درصد آن صرف نیاز نیست (مثلاً برای گرم کردن قطعات یدکی). موتورهای دیزلی مدرن می توانند به راندمان 45٪ برسند و این یک نتیجه جالب محسوب می شود. راندمان موتورهای بنزینی حتی کمتر است.
