Động cơ điện đã xuất hiện cách đây khá lâu, nhưng sự quan tâm lớn đến chúng đã nảy sinh khi chúng bắt đầu trở thành một giải pháp thay thế cho động cơ đốt trong. Mối quan tâm đặc biệt là câu hỏi về hiệu suất của động cơ điện, đây là một trong những đặc điểm chính của nó.
Mỗi hệ thống có một số loại hiệu quả, đặc trưng cho hiệu quả của công việc nói chung. Đó là, nó xác định mức độ tốt của một hệ thống hoặc thiết bị cung cấp hoặc chuyển đổi năng lượng. Theo giá trị, hiệu quả không có giá trị nào và hầu hết nó được trình bày dưới dạng phần trăm hoặc một số từ 0 đến một.
Thông số hiệu suất trong động cơ điện
Nhiệm vụ chính của động cơ điện là biến đổi năng lượng điện thành cơ năng. Hiệu quả quyết định hiệu quả của chức năng này. Công thức hiệu suất động cơ như sau:
n=p2 / p1
Trong công thức này, p1 là công suất điện được cung cấp, p2 là công suất cơ học hữu ích được tạo ra trực tiếpđộng cơ. Công suất điện được xác định theo công thức: p1=UI (hiệu điện thế nhân với cường độ dòng điện) và giá trị của công suất cơ học theo công thức P=A / t (tỉ số giữa công và đơn vị thời gian). Đây là cách tính hiệu suất của động cơ điện. Tuy nhiên, đây là phần đơn giản nhất của nó. Tùy thuộc vào mục đích của động cơ và phạm vi của nó, việc tính toán sẽ khác nhau và tính đến nhiều thông số khác. Trên thực tế, công thức hiệu suất động cơ bao gồm nhiều biến số hơn. Ví dụ đơn giản nhất đã được đưa ra ở trên.
Giảm hiệu quả
Hiệu suất cơ học của động cơ điện phải được tính đến khi chọn động cơ. Tổn thất liên quan đến việc làm nóng động cơ, giảm công suất và dòng điện phản kháng đóng một vai trò rất quan trọng. Thông thường, sự sụt giảm hiệu suất có liên quan đến việc giải phóng nhiệt, điều này xảy ra một cách tự nhiên trong quá trình hoạt động của động cơ. Các lý do giải phóng nhiệt có thể khác nhau: động cơ có thể nóng lên trong quá trình ma sát, cũng như các lý do về điện và thậm chí cả từ tính. Ví dụ đơn giản nhất, chúng ta có thể dẫn chứng một trường hợp trong đó 1.000 rúp đã được chi cho năng lượng điện và công việc được thực hiện với giá 700 rúp. Trong trường hợp này, hiệu suất sẽ bằng 70%.
Để làm mát động cơ điện, người ta dùng quạt để hút không khí qua các khe hở được tạo ra. Tùy thuộc vào loại động cơ, quá trình gia nhiệt có thể được thực hiện đến một nhiệt độ nhất định. Ví dụ, động cơ loại A có thể bị nónglên đến 85-90 độ, loại B - lên đến 110 độ. Trong trường hợp nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép, điều này có thể báo hiệu ngắn mạch stato.
Hiệu suất trung bình của động cơ điện
Cần lưu ý rằng hiệu suất của động cơ DC (và AC) khác nhau tùy thuộc vào tải:
- Hiệu suất là 0% khi không sử dụng.
- Ở mức tải 25%, hiệu suất là 83%.
- Ở mức tải 50%, hiệu suất là 87%.
- Khi tải 75%, hiệu suất là 88%.
- Khi tải 100%, hiệu suất là 87%.
Một trong những lý do làm giảm hiệu suất là sự không đối xứng của dòng điện, khi một điện áp khác nhau được đặt vào mỗi trong ba pha. Ví dụ, nếu pha đầu tiên có điện áp là 410 V, pha thứ hai - 403 V và pha thứ ba - 390 V, thì giá trị trung bình sẽ là 401 V. Độ không đối xứng trong trường hợp này sẽ bằng hiệu giữa điện áp tối đa và tối thiểu trên các pha (410 -390), nghĩa là 20 V. Công thức tính hiệu suất động cơ để tính tổn thất sẽ giống như trong trường hợp của chúng ta: 20/401100=4,98%. Điều này có nghĩa là chúng tôi sẽ mất 5% hiệu suất trong quá trình hoạt động do sự chênh lệch điện áp giữa các pha.
Tổng thiệt hại và giảm hiệu quả
Có rất nhiều yếu tố tiêu cực ảnh hưởng đến việc giảm hiệu suất của động cơ điện. Có một số phương pháp nhất định cho phép bạn xác định chúng. Ví dụ: bạn có thể xác định xem có khoảng trống mà qua đó điện được truyền một phần từ mạng sang stato rồi đến rôto.
Tổn thất dành cho người mới bắt đầu cũng xảy ra, và chúng bao gồm một sốcác giá trị. Trước hết, đây có thể là những tổn thất liên quan đến dòng điện xoáy và sự tái từ của lõi stato.
Nếu động cơ không đồng bộ, thì có thêm tổn hao do răng trong rôto và stato. Dòng điện xoáy cũng có thể xuất hiện trong các bộ phận động cơ riêng lẻ. Tất cả những điều này tổng cộng làm giảm hiệu suất của động cơ điện đi 0,5%. Trong động cơ không đồng bộ, tất cả các tổn thất có thể xảy ra trong quá trình vận hành đều được tính đến. Do đó, phạm vi hiệu quả có thể thay đổi từ 80 đến 90%.
Động cơ ô tô
Lịch sử phát triển của động cơ điện bắt đầu từ việc khám phá ra định luật cảm ứng điện từ. Theo ông, dòng điện cảm ứng luôn chuyển động theo chiều ngược lại nguyên nhân gây ra nó. Chính lý thuyết này đã tạo cơ sở cho sự ra đời của động cơ điện đầu tiên.
Các mô hình hiện đại dựa trên cùng một nguyên tắc, nhưng hoàn toàn khác so với các bản sao đầu tiên. Động cơ điện đã trở nên mạnh mẽ hơn, nhỏ gọn hơn rất nhiều nhưng quan trọng hơn cả là hiệu suất của chúng đã tăng lên đáng kể. Chúng tôi đã viết ở trên về hiệu suất của động cơ điện và so với động cơ đốt trong, đây là một kết quả đáng kinh ngạc. Ví dụ, hiệu suất tối đa của động cơ đốt trong đạt 45%.
Ưu điểm của động cơ điện
Hiệu quả cao là ưu điểm chính của động cơ như vậy. Và nếu động cơ đốt trong dành hơn 50% năng lượng cho việc sưởi ấm, thì trong động cơ điện, một phần nhỏ được dành cho việc sưởi ấmnăng lượng.
Ưu điểm thứ hai là trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn. Ví dụ, Yasa Motors đã tạo ra một động cơ với trọng lượng chỉ 25 kg. Nó có khả năng cung cấp 650 Nm, đây là một kết quả rất tốt. Ngoài ra, động cơ như vậy là bền, không cần hộp số. Nhiều chủ sở hữu ô tô điện nói về hiệu quả của động cơ điện, điều này là hợp lý ở một mức độ nào đó. Xét cho cùng, trong quá trình hoạt động, động cơ điện không thải ra bất kỳ sản phẩm cháy nào. Tuy nhiên, nhiều tài xế quên rằng cần phải sử dụng than, khí đốt hoặc uranium làm giàu để tạo ra điện. Tất cả các yếu tố này đều gây ô nhiễm môi trường, vì vậy tính thân thiện với môi trường của động cơ điện là một vấn đề gây tranh cãi rất nhiều. Có, chúng không gây ô nhiễm không khí trong quá trình hoạt động. Đối với họ, các nhà máy điện thực hiện điều này trong việc sản xuất điện.
Nâng cao hiệu quả của động cơ điện
Động cơ điện có một số nhược điểm ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả công việc. Đó là mômen khởi động yếu, dòng khởi động cao và không đồng nhất giữa mômen cơ của trục và tải cơ. Điều này dẫn đến thực tế là hiệu suất của thiết bị giảm xuống.
Để nâng cao hiệu suất, họ cố gắng tải động cơ lên 75% hoặc hơn và tăng hệ số công suất. Ngoài ra còn có các thiết bị đặc biệt để điều chỉnh tần số của dòng điện và điện áp được cung cấp, điều này cũng dẫn đến tăng hiệu suất và tăng hiệu suất.
Một trong những thiết bị phổ biến nhất để tăng hiệu suất của động cơ điện là động cơkhởi động, điều này giới hạn tốc độ phát triển của dòng khởi động. Sử dụng bộ biến tần để thay đổi tốc độ quay của động cơ bằng cách thay đổi tần số của điện áp cũng rất thích hợp. Điều này dẫn đến việc giảm tiêu thụ điện năng và mang lại khả năng khởi động động cơ êm ái, độ chính xác khi điều chỉnh cao. Mômen khởi động cũng tăng, và với tải thay đổi, tốc độ quay sẽ ổn định. Kết quả là, hiệu suất của động cơ điện được cải thiện.
Hiệu suất động cơ tối đa
Tùy thuộc vào loại công trình, hiệu suất của động cơ điện có thể thay đổi từ 10 đến 99%. Tất cả phụ thuộc vào loại động cơ nó sẽ là. Ví dụ, hiệu suất của động cơ bơm kiểu piston là 70-90%. Kết quả cuối cùng phụ thuộc vào nhà sản xuất, thiết kế của thiết bị, vv Điều tương tự có thể nói về hiệu quả của động cơ cầu trục. Nếu nó bằng 90%, nghĩa là 90% điện năng tiêu thụ sẽ được sử dụng để thực hiện công cơ học, 10% còn lại sẽ được sử dụng để đốt nóng các bộ phận. Tuy nhiên, có những mô hình động cơ điện thành công nhất, hiệu suất của chúng đạt tới 100%, nhưng không bằng giá trị này.
Có thể đạt được hiệu quả trên 100% không?
Không có gì bí mật khi động cơ điện có hiệu suất vượt quá 100% không thể tồn tại trong tự nhiên, vì điều này mâu thuẫn với định luật cơ bản về bảo toàn năng lượng. Thực tế là năng lượng không thể đến từ hư không và biến mất theo cùng một cách. Mọi động cơ cầnnguồn năng lượng: xăng, điện. Tuy nhiên, xăng không phải là vĩnh cửu, giống như điện, bởi vì lượng dự trữ của chúng phải được bổ sung. Nhưng nếu có một nguồn năng lượng không cần bổ sung, thì hoàn toàn có thể tạo ra một động cơ có hiệu suất trên 100%. Nhà phát minh người Nga Vladimir Chernyshov đã cho thấy một mô tả về động cơ dựa trên một nam châm vĩnh cửu và hiệu suất của nó, như chính nhà phát minh đảm bảo, là hơn 100%.
Thủy điện như một ví dụ về cỗ máy chuyển động vĩnh cửu
Ví dụ, chúng ta hãy lấy một nhà máy thủy điện, nơi năng lượng được tạo ra bằng cách rơi từ độ cao lớn của nước. Nước làm quay tuabin, sản xuất điện. Sự rơi của nước được thực hiện dưới tác dụng của lực hút của Trái đất. Và mặc dù công việc sản xuất điện đang được thực hiện, lực hút của Trái đất không trở nên yếu đi, tức là lực hút không giảm. Sau đó nước bay hơi dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và lại đi vào bể chứa. Điều này hoàn thành chu kỳ. Kết quả là, điện đã được tạo ra và chi phí sản xuất đã được khôi phục.
Tất nhiên, chúng ta có thể nói rằng Mặt trời không vĩnh cửu, điều đó đúng, nhưng nó sẽ tồn tại vài tỷ năm. Đối với lực hấp dẫn, nó không ngừng hoạt động, kéo hơi ẩm ra khỏi bầu khí quyển. Nói chung, nhà máy thủy điện là động cơ biến đổi cơ năng thành điện năng, hiệu suất của nó là hơn 100%. Điều này cho thấy rõ ràng rằng không nên dừng lại để tìm cách tạo ra động cơ điện, hiệu suất của động cơ này có thể lên đến hơn 100%. Rốt cuộc, không chỉ trọng lực có thể được sử dụng như một nguồn vô tậnnăng lượng.
Nam châm vĩnh cửu làm nguồn năng lượng cho động cơ
Nguồn thú vị thứ hai là một nam châm vĩnh cửu, không nhận năng lượng từ bất kỳ đâu, và từ trường không bị tiêu hao ngay cả khi đang làm việc. Ví dụ, nếu một nam châm hút một cái gì đó về phía mình, thì nó sẽ thực hiện công việc đó và từ trường của nó sẽ không trở nên yếu hơn. Tính chất này đã được thử nhiều lần để tạo ra cái gọi là cỗ máy chuyển động vĩnh viễn, nhưng cho đến nay vẫn chưa có gì bình thường hơn. Bất kỳ cơ chế nào cũng sẽ bị hao mòn sớm hay muộn, nhưng bản thân nguồn, vốn là nam châm vĩnh cửu, thực tế là vĩnh cửu.
Tuy nhiên, có chuyên gia nói rằng theo thời gian, nam châm vĩnh cửu mất dần sức mạnh do quá trình lão hóa. Điều này không đúng, nhưng ngay cả khi nó là sự thật, thì chỉ cần một xung điện từ là có thể khiến anh ta sống lại. Một động cơ yêu cầu sạc lại 10-20 năm một lần, mặc dù nó không thể khẳng định là vĩnh cửu, nhưng rất gần với điều này.
Đã có nhiều nỗ lực để tạo ra một cỗ máy chuyển động vĩnh cửu dựa trên nam châm vĩnh cửu. Rất tiếc, cho đến nay vẫn chưa có giải pháp nào thành công. Nhưng với thực tế là có nhu cầu về động cơ như vậy (đơn giản là không thể có), rất có thể trong tương lai gần, chúng ta sẽ thấy một thứ gì đó sẽ đến rất gần với mô hình máy chuyển động vĩnh cửu chạy bằng năng lượng tái tạo..
Kết
Hiệu suất của động cơ điện là thông số quan trọng nhất quyết định hiệu suất của một động cơ cụ thể. Hiệu suất càng cao, động cơ càng tốt. Trong động cơ có hiệu suất 95%, hầu như tất cảnăng lượng tiêu hao được sử dụng để thực hiện công việc và chỉ 5% được chi tiêu cho những nhu cầu không cần thiết (ví dụ: cho các bộ phận thay thế sưởi ấm). Động cơ diesel hiện đại có thể đạt hiệu suất 45%, và đây được coi là một kết quả tuyệt vời. Hiệu suất của động cơ xăng thậm chí còn kém hơn.
