Elektromotoren sind schon vor langer Zeit aufgekommen, aber großes Interesse an ihnen entstand, als sie anfingen, eine Alternative zu Verbrennungsmotoren darzustellen. Von besonderem Interesse ist die Frage nach dem Wirkungsgrad des Elektromotors, der eine seiner Haupteigenschaften darstellt.
Jedes System hat eine gewisse Effizienz, die die Effizienz seiner Arbeit als Ganzes charakterisiert. Das heißt, es bestimmt, wie gut ein System oder Gerät Energie liefert oder umwandelt. Als Wert hat die Effizienz keinen Wert und wird meistens als Prozentsatz oder als Zahl von null bis eins dargestellt.
Wirkungsgradparameter bei Elektromotoren
Die Hauptaufgabe eines Elektromotors ist es, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Effizienz bestimmt die Effizienz dieser Funktion. Die Formel für den Motorwirkungsgrad lautet wie folgt:
n=p2/p1
In dieser Formel ist p1 die zugeführte elektrische Leistung, p2 die direkt erzeugte mechanische NutzleistungMotor. Die elektrische Leistung wird durch die Formel: p1=UI (Spannung multipliziert mit dem Strom) und der Wert der mechanischen Leistung nach der Formel P=A/t (das Verhältnis von Arbeit zu Zeiteinheit) bestimmt. So sieht die Berechnung des Wirkungsgrades des Elektromotors aus. Dies ist jedoch der einfachste Teil davon. Je nach Verwendungszweck des Motors und dessen Umfang unterscheidet sich die Berechnung und berücksichtigt viele weitere Parameter. Tatsächlich enthält die Formel für den Motorwirkungsgrad noch viel mehr Variablen. Das einfachste Beispiel wurde oben gegeben.
Reduzierter Wirkungsgrad
Der mechanische Wirkungsgrad eines Elektromotors muss bei der Auswahl eines Motors berücksichtigt werden. Verluste im Zusammenhang mit Motorerwärmung, Leistungsreduzierung und Blindströmen spielen eine sehr wichtige Rolle. Meistens ist der Abfall des Wirkungsgrads mit der Freisetzung von Wärme verbunden, die natürlicherweise während des Motorbetriebs auftritt. Die Gründe für die Wärmefreisetzung können unterschiedlich sein: Der Motor kann sich durch Reibung sowie aus elektrischen und sogar magnetischen Gründen erwärmen. Als einfachstes Beispiel können wir eine Situation anführen, in der 1.000 Rubel für elektrische Energie ausgegeben und für 700 Rubel gearbeitet wurde. In diesem Fall beträgt der Wirkungsgrad 70 %.
Um Elektromotoren zu kühlen, werden Ventilatoren verwendet, um Luft durch die entstandenen Lücken zu drücken. Je nach Motorenklasse kann bis zu einer bestimmten Temperatur geheizt werden. Beispielsweise können Klasse-A-Motoren heiß werdenbis zu 85-90 Grad, Klasse B - bis zu 110 Grad. Überschreitet die Temperatur die zulässige Grenze, kann dies auf einen Statorkurzschluss hindeuten.
Durchschnittlicher Wirkungsgrad von Elektromotoren
Es ist erwähnenswert, dass der Wirkungsgrad eines Gleichstrom- (und Wechselstrom-)Motors je nach Last variiert:
- Effizienz ist 0 % im Leerlauf.
- Bei 25 % Last beträgt der Wirkungsgrad 83 %.
- Bei 50% Last beträgt der Wirkungsgrad 87%.
- Bei 75% Last beträgt der Wirkungsgrad 88%.
- Bei 100% Last beträgt der Wirkungsgrad 87%.
Einer der Gründe für den Wirkungsgradabfall ist die Asymmetrie der Ströme, wenn an jede der drei Phasen eine andere Spannung angelegt wird. Wenn beispielsweise die erste Phase eine Spannung von 410 V, die zweite - 403 V und die dritte - 390 V hat, beträgt der Durchschnittswert 401 V. Die Asymmetrie entspricht in diesem Fall der Differenz zwischen der maximale und minimale Spannungen an den Phasen (410 -390), dh 20 V. Die Motoreffizienzformel zur Berechnung der Verluste sieht in unserer Situation folgendermaßen aus: 20/401100=4,98%. Das bedeutet, dass wir im Betrieb durch die Spannungsdifferenz in den Phasen 5% Wirkungsgrad verlieren.
Totalverluste und Wirkungsgradabfall
Es gibt viele negative Faktoren, die den Abfall der Effizienz eines Elektromotors beeinflussen. Es gibt bestimmte Methoden, mit denen Sie sie bestimmen können. Beispielsweise können Sie feststellen, ob es einen Sp alt gibt, durch den die Leistung teilweise vom Netz zum Stator und dann zum Rotor übertragen wird.
Starterverluste treten auch auf und bestehen aus mehrerenWerte. Dies können vor allem Verluste durch Wirbelströme und Ummagnetisierung der Statorkerne sein.
Wenn der Motor asynchron ist, entstehen zusätzliche Verluste durch die Verzahnung von Rotor und Stator. Auch in einzelnen Motorkomponenten können Wirbelströme auftreten. Alles zusammen reduziert den Wirkungsgrad des Elektromotors um 0,5 %. Bei Asynchronmotoren werden alle Verluste berücksichtigt, die während des Betriebs auftreten können. Daher kann der Wirkungsgradbereich zwischen 80 und 90 % variieren.
Automobilmotoren
Die Geschichte der Entwicklung von Elektromotoren beginnt mit der Entdeckung des Gesetzes der elektromagnetischen Induktion. Ihm zufolge bewegt sich der Induktionsstrom immer so, dass er der Ursache entgegenwirkt, die ihn verursacht. Diese Theorie bildete die Grundlage für die Entwicklung des ersten Elektromotors.
Moderne Modelle basieren auf dem gleichen Prinzip, unterscheiden sich aber radikal von den ersten Exemplaren. Elektromotoren sind viel leistungsstärker und kompakter geworden, aber vor allem hat sich ihre Effizienz deutlich erhöht. Wir haben oben bereits über die Effizienz eines Elektromotors geschrieben, und im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor ist dies ein erstaunliches Ergebnis. Beispielsweise erreicht der maximale Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors 45 %.
Elektromotorische Vorteile
Hohe Effizienz ist der Hauptvorteil eines solchen Motors. Und wenn ein Verbrennungsmotor mehr als 50% der Energie für das Heizen aufwendet, wird bei einem Elektromotor ein kleiner Teil für das Heizen aufgewendetEnergie.
Der zweite Vorteil ist das geringe Gewicht und die kompakte Größe. Beispielsweise hat Yasa Motors einen Motor mit einem Gewicht von nur 25 kg entwickelt. Es kann 650 Nm liefern, was ein sehr ordentliches Ergebnis ist. Außerdem sind solche Motoren langlebig, benötigen kein Getriebe. Viele Besitzer von Elektroautos sprechen von der Effizienz von Elektromotoren, was einigermaßen logisch ist. Schließlich gibt der Elektromotor während des Betriebs keine Verbrennungsprodukte ab. Viele Autofahrer vergessen jedoch, dass zur Stromerzeugung Kohle, Gas oder angereichertes Uran benötigt werden. All diese Elemente belasten die Umwelt, daher ist die Umweltfreundlichkeit von Elektromotoren ein sehr umstrittenes Thema. Ja, sie belasten die Luft während des Betriebs nicht. Für sie tun dies Kraftwerke bei der Stromerzeugung.
Effizienz von Elektromotoren verbessern
Elektromotoren haben einige Nachteile, die sich negativ auf die Arbeitseffizienz auswirken. Dies sind ein schwaches Anlaufdrehmoment, ein hoher Anlaufstrom und eine Inkonsistenz zwischen dem mechanischen Drehmoment der Welle und der mechanischen Last. Dies führt dazu, dass die Effizienz des Gerätes abnimmt.
Um die Effizienz zu verbessern, versuchen sie, den Motor auf 75 % oder mehr zu laden und die Leistungsfaktoren zu erhöhen. Es gibt auch spezielle Geräte zur Regulierung der Frequenz des zugeführten Stroms und der Spannung, was ebenfalls zu einer erhöhten Effizienz und einer erhöhten Effizienz führt.
Eines der beliebtesten Mittel zur Steigerung der Effizienz eines Elektromotors ist ein glatterStart, der die Wachstumsrate des Einsch altstroms begrenzt. Es ist auch zweckmäßig, Frequenzumrichter zu verwenden, um die Drehzahl des Motors durch Ändern der Frequenz der Spannung zu ändern. Dies führt zu einer Reduzierung des Stromverbrauchs und sorgt für einen reibungslosen Start des Motors und eine hohe Einstellgenauigkeit. Das Anlaufdrehmoment steigt ebenfalls und bei variabler Last stabilisiert sich die Drehzahl. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert.
Maximaler Motorwirkungsgrad
Der Wirkungsgrad von Elektromotoren kann je nach Bauart zwischen 10 und 99 % liegen. Es hängt alles davon ab, was für ein Motor es sein wird. Beispielsweise beträgt der Wirkungsgrad eines Kolbenpumpenmotors 70–90 %. Das Endergebnis hängt vom Hersteller, der Konstruktion des Geräts usw. ab. Gleiches gilt für die Effizienz des Kranmotors. Wenn es 90 % beträgt, bedeutet dies, dass 90 % des verbrauchten Stroms für mechanische Arbeit verwendet werden, die restlichen 10 % werden zum Erhitzen von Teilen verwendet. Dennoch gibt es die erfolgreichsten Modelle von Elektromotoren, deren Wirkungsgrad sich 100% nähert, aber diesem Wert nicht entspricht.
Ist es möglich, einen Wirkungsgrad von über 100 % zu erreichen?
Es ist kein Geheimnis, dass Elektromotoren mit einem Wirkungsgrad von über 100% in der Natur nicht vorkommen können, da dies dem Grundgesetz der Energieerh altung widerspricht. Tatsache ist, dass Energie nicht aus dem Nichts kommen und auf die gleiche Weise verschwinden kann. Jeder Motor brauchtEnergiequelle: Benzin, Strom. Allerdings ist Benzin nicht ewig, wie Strom, denn ihre Vorräte müssen wieder aufgefüllt werden. Aber wenn es eine Energiequelle gäbe, die nicht nachgefüllt werden müsste, dann wäre es durchaus möglich, einen Motor mit einem Wirkungsgrad von über 100 % zu schaffen. Der russische Erfinder Vladimir Chernyshov zeigte eine Beschreibung des Motors, der auf einem Permanentmagneten basiert und dessen Wirkungsgrad, wie der Erfinder selbst versichert, mehr als 100% beträgt.
Wasserkraft als Beispiel eines Perpetuum mobile
Nehmen wir zum Beispiel ein Wasserkraftwerk, in dem Energie durch Fallen aus großer Wasserhöhe erzeugt wird. Das Wasser dreht die Turbine, die Strom erzeugt. Der Wasserfall erfolgt unter dem Einfluss der Schwerkraft der Erde. Und obwohl die Arbeit zur Stromerzeugung verrichtet wird, wird die Schwerkraft der Erde nicht schwächer, dh die Anziehungskraft nimmt nicht ab. Dann verdunstet das Wasser unter Einwirkung von Sonnenlicht und gelangt wieder in den Stausee. Damit schließt sich der Kreislauf. Als Ergebnis wurde Strom erzeugt und die Produktionskosten wurden wiederhergestellt.
Natürlich können wir sagen, dass die Sonne nicht ewig ist, das stimmt, aber sie wird ein paar Milliarden Jahre überdauern. Die Schwerkraft verrichtet ständig Arbeit und entzieht der Atmosphäre Feuchtigkeit. Im Allgemeinen ist ein Wasserkraftwerk ein Motor, der mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt und dessen Wirkungsgrad über 100 % liegt. Dies macht deutlich, dass es sich nicht lohnt, nach Wegen zu suchen, um einen Elektromotor zu schaffen, dessen Wirkungsgrad mehr als 100 % betragen kann. Schließlich kann nicht nur die Schwerkraft als unerschöpfliche Quelle genutzt werdenEnergie.
Permanentmagnete als Energiequelle für Motoren
Die zweite interessante Quelle ist ein Permanentmagnet, der nirgendwo Energie aufnimmt und das Magnetfeld auch bei der Arbeit nicht verbraucht. Wenn zum Beispiel ein Magnet etwas an sich zieht, dann erledigt er die Arbeit und sein Magnetfeld wird nicht schwächer. Diese Eigenschaft wurde bereits mehr als einmal ausprobiert, um das sogenannte Perpetuum Mobile zu schaffen, aber bisher ist nichts mehr oder weniger Normales daraus geworden. Jeder Mechanismus nutzt sich früher oder später ab, aber die Quelle selbst, die ein Permanentmagnet ist, ist praktisch ewig.
Es gibt jedoch Experten, die sagen, dass Dauermagnete mit der Zeit durch Alterung an Kraft verlieren. Das stimmt nicht, aber selbst wenn es wahr wäre, dann wäre es möglich, ihn mit nur einem elektromagnetischen Impuls wieder zum Leben zu erwecken. Ein Motor, der alle 10-20 Jahre einmal aufgeladen werden müsste, obwohl er nicht den Anspruch erheben kann, ewig zu h alten, kommt dem sehr nahe.
Es gab bereits viele Versuche, ein Perpetuum Mobile auf Basis von Permanentmagneten zu schaffen. Bisher gab es leider keine erfolgreichen Lösungen. Aber angesichts der Tatsache, dass die Nachfrage nach solchen Motoren besteht (die kann es einfach nicht geben), ist es gut möglich, dass wir in naher Zukunft etwas sehen werden, das dem Modell der Perpetuum Mobile sehr nahe kommt, das mit erneuerbaren Energien betrieben wird.
Schlussfolgerung
Der Wirkungsgrad eines Elektromotors ist der wichtigste Parameter, der den Wirkungsgrad eines bestimmten Motors bestimmt. Je höher der Wirkungsgrad, desto besser der Motor. Bei einem Motor mit einem Wirkungsgrad von 95 % fast allesDie aufgewendete Energie wird für die Arbeit aufgewendet und nur 5% werden nicht für den Bedarf aufgewendet (z. B. zum Erhitzen von Ersatzteilen). Moderne Dieselmotoren können einen Wirkungsgrad von 45 % erreichen, was als cooles Ergebnis gilt. Der Wirkungsgrad von Benzinmotoren ist noch geringer.
