Elektriniai varikliai atsirado gana seniai, tačiau didžiulis susidomėjimas jais kilo pradėjus atstovauti alternatyvai vidaus degimo varikliams. Ypač įdomus yra elektros variklio efektyvumo klausimas, kuris yra viena iš pagrindinių jo charakteristikų.
Kiekviena sistema turi tam tikrą efektyvumą, kuris apibūdina jos darbo kaip visumos efektyvumą. Tai reiškia, kad ji nustato, kaip gerai sistema arba įrenginys tiekia arba konvertuoja energiją. Pagal vertę efektyvumas neturi reikšmės ir dažniausiai pateikiamas procentais arba skaičiumi nuo nulio iki vieneto.
Elektros variklių efektyvumo parametrai
Pagrindinė elektros variklio užduotis yra elektros energiją paversti mechanine energija. Efektyvumas lemia šios funkcijos efektyvumą. Variklio efektyvumo formulė yra tokia:
n=p2/p1
Šioje formulėje p1 yra tiekiama elektros galia, p2 yra naudinga mechaninė galia, kuri generuojama tiesiogiaivariklis. Elektros galia nustatoma pagal formulę: p1=UI (įtampa padauginta iš srovės), o mechaninės galios reikšmė pagal formulę P=A/t (darbo ir laiko vieneto santykis). Taip atrodo elektros variklio naudingumo koeficiento skaičiavimas. Tačiau tai yra pati paprasčiausia dalis. Atsižvelgiant į variklio paskirtį ir jo taikymo sritį, skaičiavimas skirsis ir bus atsižvelgta į daugelį kitų parametrų. Tiesą sakant, variklio efektyvumo formulė apima daug daugiau kintamųjų. Paprasčiausias pavyzdys pateiktas aukščiau.
Sumažėjęs efektyvumas
Renkantis variklį reikia atsižvelgti į mechaninį elektros variklio efektyvumą. Nuostoliai, susiję su variklio šildymu, galios sumažinimu ir reaktyviosiomis srovėmis, atlieka labai svarbų vaidmenį. Dažniausiai efektyvumo sumažėjimas yra susijęs su šilumos išsiskyrimu, kuris natūraliai atsiranda variklio veikimo metu. Šilumos išsiskyrimo priežastys gali būti įvairios: variklis gali įkaisti trinties metu, taip pat dėl elektrinių ir net magnetinių priežasčių. Kaip paprasčiausią pavyzdį galime pateikti situaciją, kai elektros energijai buvo išleista 1000 rublių, o darbų atlikta už 700 rublių. Šiuo atveju efektyvumas bus lygus 70%.
Elektriniams varikliams aušinti naudojami ventiliatoriai, kurie priverčia orą pro susidariusius tarpus. Priklausomai nuo variklių klasės, šildymas gali būti atliekamas iki tam tikros temperatūros. Pavyzdžiui, A klasės varikliai gali įkaistiiki 85-90 laipsnių, B klasė - iki 110 laipsnių. Jei temperatūra viršija leistiną ribą, tai gali reikšti statoriaus trumpąjį jungimą.
Vidutinis elektros variklių efektyvumas
Verta pažymėti, kad nuolatinės srovės (ir kintamosios srovės) variklio efektyvumas skiriasi priklausomai nuo apkrovos:
- Efektyvumas tuščiąja eiga yra 0 %.
- Esant 25 % apkrovai efektyvumas yra 83 %.
- Esant 50 % apkrovai efektyvumas yra 87 %.
- Esant 75 % apkrovai efektyvumas yra 88 %.
- Esant 100 % apkrovai efektyvumas yra 87 %.
Viena iš efektyvumo sumažėjimo priežasčių yra srovių asimetrija, kai kiekvienai iš trijų fazių taikoma skirtinga įtampa. Jei, pavyzdžiui, pirmosios fazės įtampa yra 410 V, antrosios - 403 V, o trečiosios - 390 V, tada vidutinė vertė bus 401 V. Asimetrija šiuo atveju bus lygi skirtumui tarp maksimali ir minimali fazių įtampa (410 -390), tai yra 20 V. Variklio efektyvumo formulė nuostoliams skaičiuoti mūsų situacijoje atrodys taip: 20/401100=4,98%. Tai reiškia, kad veikimo metu prarandame 5 % efektyvumo dėl fazių įtampos skirtumo.
Visi nuostoliai ir efektyvumo sumažėjimas
Yra daug neigiamų veiksnių, turinčių įtakos elektros variklio efektyvumo sumažėjimui. Yra tam tikrų metodų, leidžiančių juos nustatyti. Pavyzdžiui, galite nustatyti, ar nėra tarpo, per kurį galia dalinai perduodama iš tinklo į statorių, o paskui į rotorių.
Taip pat atsiranda starto nuostolių, kurie susideda iš keliųvertybes. Visų pirma, tai gali būti nuostoliai, susiję su sūkurinėmis srovėmis ir statoriaus šerdžių permagnetinimu.
Jei variklis yra asinchroninis, atsiranda papildomų nuostolių dėl rotoriaus ir statoriaus dantų. Sūkurinės srovės taip pat gali atsirasti atskiruose variklio komponentuose. Visa tai iš viso sumažina elektros variklio efektyvumą 0,5%. Asinchroniniuose varikliuose atsižvelgiama į visus nuostolius, kurie gali atsirasti eksploatacijos metu. Todėl efektyvumo diapazonas gali svyruoti nuo 80 iki 90%.
Automobilių varikliai
Elektros variklių kūrimo istorija prasideda elektromagnetinės indukcijos dėsnio atradimu. Anot jo, indukcijos srovė visada juda taip, kad atremtų ją sukeliančią priežastį. Būtent ši teorija buvo pirmojo elektros variklio sukūrimo pagrindas.
Šiuolaikiniai modeliai yra pagrįsti tuo pačiu principu, tačiau kardinaliai skiriasi nuo pirmųjų kopijų. Elektros varikliai tapo daug galingesni, kompaktiškesni, bet svarbiausia – jų efektyvumas gerokai išaugo. Aukščiau jau rašėme apie elektros variklio efektyvumą ir palyginus su vidaus degimo varikliu, tai nuostabus rezultatas. Pavyzdžiui, maksimalus vidaus degimo variklio efektyvumas siekia 45%.
Elektrinio variklio pranašumai
Aukštas efektyvumas yra pagrindinis tokio variklio privalumas. Ir jei vidaus degimo variklis šildymui išleidžia daugiau nei 50% energijos, tai elektros variklyje nedidelė dalis išleidžiama šildymuienergija.
Antras privalumas – lengvas svoris ir kompaktiškas dydis. Pavyzdžiui, Yasa Motors sukūrė variklį, kurio svoris yra tik 25 kg. Jis gali išvystyti 650 Nm, o tai yra labai geras rezultatas. Taip pat tokie varikliai yra patvarūs, jiems nereikia pavarų dėžės. Daugelis elektromobilių savininkų kalba apie elektros variklių efektyvumą, o tai tam tikru mastu yra logiška. Juk eksploatacijos metu elektros variklis neišskiria jokių degimo produktų. Tačiau daugelis vairuotojų pamiršta, kad elektros energijai gaminti būtina naudoti anglį, dujas ar prisodrintą uraną. Visi šie elementai teršia aplinką, todėl elektros variklių ekologiškumas yra labai prieštaringas klausimas. Taip, eksploatacijos metu jie neteršia oro. Jiems elektrinės tai daro gamindamos elektrą.
Padidinkite elektros variklių efektyvumą
Elektriniai varikliai turi tam tikrų trūkumų, kurie blogai veikia darbo efektyvumą. Tai yra silpnas paleidimo momentas, didelė paleidimo srovė ir mechaninio veleno sukimo momento ir mechaninės apkrovos neatitikimas. Tai veda prie to, kad prietaiso efektyvumas mažėja.
Siekdami pagerinti efektyvumą, jie stengiasi apkrauti variklį iki 75% ar daugiau ir padidinti galios koeficientus. Taip pat yra specialūs įtaisai tiekiamos srovės ir įtampos dažniui reguliuoti, o tai taip pat padidina efektyvumą ir efektyvumą.
Vienas populiariausių elektros variklio efektyvumą didinančių prietaisų yra sklandžiaipradžia, o tai riboja įsiveržimo srovės augimo greitį. Taip pat tikslinga naudoti dažnio keitiklius variklio sukimosi greičiui keisti keičiant įtampos dažnį. Tai sumažina energijos sąnaudas ir užtikrina sklandų variklio užvedimą, aukštą reguliavimo tikslumą. Taip pat padidėja paleidimo momentas, o esant kintamajai apkrovai, sukimosi greitis stabilizuojasi. Dėl to padidėja elektros variklio efektyvumas.
Maksimalus variklio efektyvumas
Priklausomai nuo konstrukcijos tipo, elektros variklių efektyvumas gali svyruoti nuo 10 iki 99%. Viskas priklauso nuo to, koks tai bus variklis. Pavyzdžiui, stūmoklinio siurblio variklio efektyvumas yra 70-90%. Galutinis rezultatas priklauso nuo gamintojo, įrenginio konstrukcijos ir tt Tą patį galima pasakyti ir apie krano variklio efektyvumą. Jei jis lygus 90%, tai reiškia, kad 90% suvartotos elektros energijos bus skirta mechaniniams darbams atlikti, likusieji 10% bus skirti dalims šildyti. Vis dėlto yra sėkmingiausių elektros variklių modelių, kurių efektyvumas artėja prie 100%, tačiau šiai vertei neprilygsta.
Ar įmanoma pasiekti didesnį nei 100 % efektyvumą?
Ne paslaptis, kad gamtoje negali egzistuoti elektros varikliai, kurių naudingumo koeficientas viršija 100%, nes tai prieštarauja pagrindiniam energijos tvermės dėsniui. Faktas yra tas, kad energija negali atsirasti iš niekur ir išnykti taip pat. Kiekvienam varikliui reikiaenergijos š altinis: benzinas, elektra. Tačiau benzinas nėra amžinas, kaip elektra, nes jų atsargas tenka papildyti. Bet jei būtų energijos š altinis, kurio nereikėtų papildyti, būtų visiškai įmanoma sukurti variklį, kurio efektyvumas viršija 100%. Rusijos išradėjas Vladimiras Černyšovas parodė variklio aprašymą, kuris yra pagrįstas nuolatiniu magnetu, o jo efektyvumas, kaip tikina pats išradėjas, yra daugiau nei 100%.
Hidroelektrinė kaip amžinojo varymo mašinos pavyzdys
Pavyzdžiui, paimkime hidroelektrinę, kurioje energija generuojama krintant iš didelio vandens aukščio. Vanduo apsuka turbiną, kuri gamina elektrą. Vandens kritimas vyksta veikiant Žemės gravitacijai. Ir nors vyksta elektros gamybos darbas, Žemės gravitacija nesusilpnėja, tai yra, traukos jėga nemažėja. Tada vanduo, veikiamas saulės spindulių, išgaruoja ir vėl patenka į rezervuarą. Tai užbaigia ciklą. Dėl to buvo pagaminta elektra, atkurtos jos gamybos sąnaudos.
Žinoma, galime sakyti, kad Saulė nėra amžina, tiesa, bet ji truks porą milijardų metų. Kalbant apie gravitaciją, ji nuolat dirba, ištraukia drėgmę iš atmosferos. Paprastai tariant, hidroelektrinė – tai mechaninę energiją paverčiantis elektros energija variklis, kurio naudingumo koeficientas yra daugiau nei 100%. Tai leidžia suprasti, kad neverta sustoti ieškant būdų, kaip sukurti elektros variklį, kurio naudingumo koeficientas gali siekti daugiau nei 100%. Juk ne tik gravitacija gali būti naudojama kaip neišsenkantis š altinisenergija.
Nuolatiniai magnetai kaip variklių energijos š altiniai
Antras įdomus š altinis – nuolatinis magnetas, kuris iš niekur negauna energijos, o magnetinis laukas nenaudojamas net dirbant. Pavyzdžiui, jei magnetas kažką traukia prie savęs, tai jis atliks savo darbą, o jo magnetinis laukas netaps silpnesnis. Ši savybė jau ne kartą buvo išbandyta kuriant vadinamąjį amžinąjį variklį, tačiau kol kas nieko daugiau ar mažiau normalaus. Bet koks mechanizmas anksčiau ar vėliau susidėvės, tačiau pats š altinis, kuris yra nuolatinis magnetas, yra praktiškai amžinas.
Tačiau yra ekspertų, teigiančių, kad ilgainiui nuolatiniai magnetai praranda savo stiprumą dėl senėjimo. Tai netiesa, bet net jei tai būtų tiesa, tuomet jį būtų galima sugrąžinti į gyvenimą tik vienu elektromagnetiniu impulsu. Variklis, kurį reikėtų įkrauti kartą per 10–20 metų, nors ir negali teigti, kad jis yra amžinas, yra labai arti to.
Jau buvo daug bandymų sukurti amžinąjį variklį, pagrįstą nuolatiniais magnetais. Deja, kol kas sėkmingų sprendimų nebuvo. Tačiau atsižvelgiant į tai, kad tokių variklių paklausa yra (to tiesiog negali būti), visai tikėtina, kad netolimoje ateityje pamatysime kažką, kas labai priartės prie amžinojo variklio modelio, kuris bus varomas atsinaujinančia energija..
Išvada
Elektros variklio efektyvumas yra svarbiausias parametras, lemiantis konkretaus variklio efektyvumą. Kuo didesnis efektyvumas, tuo geresnis variklis. Variklyje, kurio efektyvumas yra 95%, beveik visisunaudojamos energijos išleidžiama darbams atlikti ir tik 5% išleidžiama ne pagal poreikį (pavyzdžiui, atsarginėms dalims šildyti). Šiuolaikiniai dyzeliniai varikliai gali pasiekti 45% naudingumo koeficientą, ir tai laikoma šauniu rezultatu. Benzininių variklių efektyvumas dar mažesnis.
