Elektrimootorid ilmusid üsna kaua aega tagasi, kuid suur huvi nende vastu tekkis siis, kui nad hakkasid esindama alternatiivi sisepõlemismootoritele. Eriti huvitav on küsimus elektrimootori tõhususe 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 tõhususe parameetrid
Elektrimootori põhiülesanne on elektrienergia muundamine mehaaniliseks energiaks. Tõhusus määrab selle funktsiooni tõhususe. Mootori efektiivsuse valem on järgmine:
n=p2/p1
Selles valemis on p1 tarnitud elektrienergia, p2 on kasulik mehaaniline võimsus, mis genereeritakse otsemootor. 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. Sõltuv alt mootori otstarbest ja selle ulatusest erineb arvutus ja see võtab arvesse paljusid muid parameetreid. Tegelikult sisaldab mootori efektiivsuse valem palju rohkem muutujaid. Lihtsaim näide on toodud ülal.
Vähenenud efektiivsus
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, et suruda õhk läbi tekkinud vahede. Olenev alt mootoriklassist saab soojendada kuni teatud temperatuurini. Näiteks võivad A-klassi mootorid kuumenedakuni 85-90 kraadi, klass B - kuni 110 kraadi. Kui temperatuur ületab lubatud piiri, võib see viidata staatori lühisele.
Elektrimootorite keskmine efektiivsus
Väärib märkimist, et alalis- (ja vahelduvvoolu) mootori efektiivsus varieerub sõltuv alt koormusest:
- Tõhusus on tühikäigul 0%.
- 25% koormuse korral on efektiivsus 83%.
- 50% koormuse korral on efektiivsus 87%.
- 75% koormuse korral on efektiivsus 88%.
- 100% koormuse korral 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 vahega faaside maksimaalne ja minimaalne pinge (410–390), see tähendab 20 V. Mootori efektiivsuse valem kadude arvutamiseks näeb meie olukorras välja selline: 20/401100=4,98%. See tähendab, et me kaotame töötamise ajal 5% efektiivsust faaside pingeerinevuse tõttu.
Kaod kokku ja efektiivsuse langus
Elektrimootori efektiivsuse langust mõjutavad paljud negatiivsed tegurid. On teatud meetodeid, mis võimaldavad teil neid määrata. Näiteks saate määrata, kas on tühimik, mille kaudu võimsus kantakse osaliselt võrgust staatorile ja seejärel rootorile.
Esinevad ka starterikadud ja need koosnevad mitmestväärtused. Esiteks võivad need olla pöörisvoolude ja staatorisüdamike ümbermagnetiseerimisega seotud kaod.
Kui mootor on asünkroonne, siis on rootoris ja staatoris hammaste tõttu lisakadusid. 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 tõhususe vahemik varieeruda vahemikus 80–90%.
Automootorid
Elektrimootorite arengu ajalugu algab elektromagnetilise induktsiooni seaduse avastamisega. Tema sõnul liigub induktsioonivool alati nii, et mõjub seda põhjustavale põhjusele vastu. Just see teooria oli aluseks esimese elektrimootori loomisele.
Kaasaegsed mudelid põhinevad samal põhimõttel, kuid erinevad kardinaalselt 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%.
Elektrimootori eelised
Sellise mootori peamine eelis on kõrge kasutegur. Ja kui sisepõlemismootor kulutab küttele üle 50% energiast, siis elektrimootoris kulub küttele väike osa.energiat.
Teine eelis on kerge kaal ja kompaktne suurus. 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 elektrijaamad seda elektri tootmisel.
Parandage elektrimootorite tõhusust
Elektrimootoritel on mõned puudused, mis mõjuvad halvasti töö efektiivsusele. Nendeks on nõrk käivitusmoment, suur käivitusvool ning võlli mehaanilise pöördemomendi ja mehaanilise koormuse ebakõla. See toob kaasa asjaolu, et seadme efektiivsus väheneb.
Tõhususe parandamiseks püüavad nad mootorit koormata 75% või rohkem ja suurendada võimsustegureid. Tarnitava voolu ja pinge sageduse reguleerimiseks on olemas ka spetsiaalsed seadmed, mis suurendab ka efektiivsust ja efektiivsust.
Üks populaarsemaid seadmeid elektrimootori efektiivsuse tõstmiseks on sujuvstart, mis piirab sisselülitusvoolu kasvukiirust. 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 paraneb elektrimootori efektiivsus.
Mootori maksimaalne efektiivsus
Sõltuv alt 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 on võrdne 90%, siis see tähendab, et 90% tarbitud elektrist kasutatakse mehaaniliste tööde tegemiseks, ülejäänud 10% kulub osade soojendamiseks. Siiski on kõige edukamad elektrimootorite mudelid, mille kasutegur läheneb 100%, kuid ei ole selle väärtusega võrdne.
Kas on võimalik saavutada üle 100% efektiivsust?
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 tühjast kohast ja samamoodi kaduda. Iga mootor vajabenergiaallikas: bensiin, elekter. Bensiin pole aga igavene nagu 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%.
Hüdroelekter kui igiliikuri näide
Võtame näiteks hüdroelektrijaama, kus energia tekib suurelt veepinn alt kukkudes. 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 ja taastunud selle tootmise kulud.
Muidugi võime öelda, et Päike ei ole igavene, tõsi, aga see kestab paar miljardit aastat. Mis puutub gravitatsiooni, siis see teeb pidev alt tööd, tõmmates niiskust atmosfäärist 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 allikana kasutada mitte ainult gravitatsioonienergiat.
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.
Samas on eksperte, kes ütlevad, et aja jooksul kaotavad püsimagnetid vananemise tagajärjel oma tugevuse. See pole tõsi, kuid isegi kui see oleks tõsi, oleks ta võimalik vaid ühe elektromagnetimpulsiga ellu äratada. Mootor, mis vajaks laadimist kord 10-20 aasta jooksul, kuigi see ei saa väita, et see on igavene, on sellele väga lähedal.
Püsimagnetitel põhinevat igiliikurit on juba üritatud luua palju. Seni pole kahjuks edukaid lahendusi olnud. Kuid arvestades asjaolu, et nõudlus selliste mootorite järele on (seda lihts alt 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. Mootoris, mille kasutegur on 95%, peaaegu kõikkulutatud energia kulub töö tegemiseks ja ainult 5% kulub mittevajadusele (näiteks varuosade soojendamiseks). Kaasaegsed diiselmootorid võivad jõuda 45% kasutegurini ja seda peetakse lahedaks tulemuseks. Bensiinimootorite kasutegur on veelgi väiksem.
