ظهرت المحركات الكهربائية منذ زمن بعيد ، ولكن ظهر اهتمام كبير بها عندما بدأت تمثل بديلاً لمحركات الاحتراق الداخلي. تحظى مسألة كفاءة المحرك الكهربائي بأهمية خاصة ، وهي إحدى خصائصه الرئيسية.
كل نظام له نوع من الكفاءة ، وهو ما يميز كفاءة عمله ككل. أي أنه يحدد مدى جودة النظام أو الجهاز في توصيل الطاقة أو تحويلها. من حيث القيمة ، الكفاءة ليس لها قيمة ، وغالبًا ما يتم تقديمها كنسبة مئوية أو رقم من صفر إلى واحد.
معلمات الكفاءة في المحركات الكهربائية
المهمة الرئيسية للمحرك الكهربائي هي تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. تحدد الكفاءة كفاءة هذه الوظيفة. صيغة كفاءة المحرك كما يلي:
n=p2 / p1
في هذه الصيغة ، p1 هي الطاقة الكهربائية المزودة ، p2 هي الطاقة الميكانيكية المفيدة التي يتم توليدها مباشرةمحرك. يتم تحديد القدرة الكهربائية بالصيغة: p1=UI (الجهد مضروبًا في التيار) ، وقيمة القدرة الميكانيكية وفقًا للصيغة P=A / t (نسبة العمل إلى وحدة الوقت). هكذا يبدو حساب كفاءة المحرك الكهربائي. ومع ذلك ، هذا هو أبسط جزء منه. اعتمادًا على الغرض من المحرك ونطاقه ، سيختلف الحساب ويأخذ في الاعتبار العديد من المعلمات الأخرى. في الواقع ، تتضمن صيغة كفاءة المحرك العديد من المتغيرات. تم إعطاء أبسط مثال أعلاه.
كفاءة منخفضة
يجب مراعاة الكفاءة الميكانيكية للمحرك الكهربائي عند اختيار المحرك. تلعب الخسائر المرتبطة بتسخين المحرك وتقليل الطاقة والتيارات التفاعلية دورًا مهمًا للغاية. في أغلب الأحيان ، يرتبط انخفاض الكفاءة بإطلاق الحرارة ، والتي تحدث بشكل طبيعي أثناء تشغيل المحرك. يمكن أن تكون أسباب إطلاق الحرارة مختلفة: يمكن أن يسخن المحرك أثناء الاحتكاك ، وكذلك لأسباب كهربائية وحتى مغناطيسية. كأبسط مثال ، يمكننا أن نذكر حالة تم فيها إنفاق 1000 روبل على الطاقة الكهربائية ، وتم إنجاز 700 روبل. في هذه الحالة تكون الكفاءة 70٪
لتبريد المحركات الكهربائية ، تُستخدم المراوح لدفع الهواء عبر الفجوات التي تم إنشاؤها. اعتمادًا على فئة المحركات ، يمكن إجراء التسخين حتى درجة حرارة معينة. على سبيل المثال ، يمكن أن تصبح محركات الفئة أ ساخنةحتى 85-90 درجة ، الفئة ب - حتى 110 درجة. في حالة تجاوز درجة الحرارة الحد المسموح به ، قد يشير هذا إلى ماس كهربائى للجزء الثابت.
متوسط كفاءة المحركات الكهربائية
تجدر الإشارة إلى أن كفاءة محرك DC (و AC) تختلف باختلاف الحمولة:
- الكفاءة 0٪ في وضع الخمول
- عند تحميل 25٪ الكفاءة 83٪
- عند تحميل 50٪ الكفاءة 87٪
- عند تحميل 75٪ الكفاءة 88٪
- عند تحميل 100٪ الكفاءة 87٪
أحد أسباب انخفاض الكفاءة هو عدم تناسق التيارات ، عندما يتم تطبيق جهد مختلف على كل مرحلة من المراحل الثلاث. على سبيل المثال ، إذا كان الطور الأول به جهد 410 فولت ، والثاني - 403 فولت ، والثالث - 390 فولت ، فإن متوسط القيمة سيكون 401 فولت ، فإن عدم التماثل في هذه الحالة سيكون مساويًا للفرق بين الحد الأقصى والحد الأدنى من الفولتية في المراحل (410-390) ، أي 20 فولت. ستبدو صيغة كفاءة المحرك لحساب الخسائر في حالتنا: 20/401100=4.98٪. هذا يعني أننا نفقد كفاءة بنسبة 5٪ أثناء التشغيل بسبب اختلاف الجهد في المراحل.
إجمالي الخسائر وانخفاض الكفاءة
هناك الكثير من العوامل السلبية التي تؤثر على انخفاض كفاءة المحرك الكهربائي. هناك طرق معينة تسمح لك بتحديدها. على سبيل المثال ، يمكنك تحديد ما إذا كانت هناك فجوة يتم من خلالها نقل الطاقة جزئيًا من الشبكة إلى الجزء الثابت ثم إلى الدوار.
تحدث خسائر المبتدئين أيضًا ، وهي تتكون من عدة خسائرالقيم. بادئ ذي بدء ، يمكن أن تكون هذه خسائر مرتبطة بالتيارات الدوامة وإعادة مغنطة نوى الجزء الثابت.
إذا كان المحرك غير متزامن ، فهناك خسائر إضافية بسبب الأسنان في العضو الدوار والجزء الثابت. يمكن أن تحدث تيارات إيدي أيضًا في مكونات المحرك الفردية. كل هذا يقلل من كفاءة المحرك الكهربائي بنسبة 0.5٪. في المحركات غير المتزامنة ، تؤخذ في الاعتبار جميع الخسائر التي قد تحدث أثناء التشغيل. لذلك ، يمكن أن يختلف مدى الكفاءة من 80 إلى 90٪.
محركات السيارات
يبدأ تاريخ تطور المحركات الكهربائية باكتشاف قانون الحث الكهرومغناطيسي. ووفقًا له ، فإن تيار الحث دائمًا ما يتحرك بطريقة تتصدى للسبب الذي يسببه. كانت هذه النظرية هي التي شكلت الأساس لإنشاء أول محرك كهربائي.
تعتمد النماذج الحديثة على نفس المبدأ ، لكنها تختلف جذريًا عن النسخ الأولى. أصبحت المحركات الكهربائية أكثر قوة ، وأكثر إحكاما ، ولكن الأهم من ذلك ، أن كفاءتها زادت بشكل ملحوظ. لقد كتبنا أعلاه بالفعل عن كفاءة المحرك الكهربائي ، وبالمقارنة بمحرك الاحتراق الداخلي ، فهذه نتيجة مذهلة. على سبيل المثال ، تصل أقصى كفاءة لمحرك الاحتراق الداخلي إلى 45٪.
مزايا المحرك الكهربائي
الكفاءة العالية هي الميزة الرئيسية لمثل هذا المحرك. وإذا كان محرك الاحتراق الداخلي ينفق أكثر من 50٪ من الطاقة على التدفئة ، فإن جزءًا صغيرًا في المحرك الكهربائي ينفق على التسخينالطاقة.
الميزة الثانية هي الوزن الخفيف والحجم الصغير. على سبيل المثال ، ابتكرت Yasa Motors محركًا بوزن 25 كجم فقط. إنه قادر على إيصال 650 نيوتن متر ، وهي نتيجة جيدة جدًا. أيضا ، هذه المحركات متينة ، لا تحتاج إلى علبة تروس. يتحدث الكثير من مالكي السيارات الكهربائية عن كفاءة المحركات الكهربائية ، وهو أمر منطقي إلى حد ما. بعد كل شيء ، أثناء التشغيل ، لا يصدر المحرك الكهربائي أي منتجات احتراق. ومع ذلك ، ينسى العديد من السائقين أنه من الضروري استخدام الفحم أو الغاز أو اليورانيوم المخصب لتوليد الكهرباء. كل هذه العناصر تلوث البيئة ، لذا فإن المحافظة على البيئة للمحركات الكهربائية هي قضية مثيرة للجدل للغاية. نعم ، لا تلوث الهواء أثناء التشغيل. بالنسبة لهم محطات التوليد تفعل هذا في إنتاج الكهرباء
تحسين كفاءة المحركات الكهربائية
المحركات الكهربائية لها بعض العيوب التي لها تأثير سيء على كفاءة العمل. هذه عبارة عن عزم دوران ضعيف ، تيار بدء عالٍ وعدم تناسق بين عزم الدوران الميكانيكي للعمود والحمل الميكانيكي. وهذا يؤدي إلى حقيقة أن كفاءة الجهاز تنخفض.
لتحسين الكفاءة ، يحاولون تحميل المحرك بنسبة 75٪ أو أكثر وزيادة عوامل القدرة. كما توجد أجهزة خاصة لتنظيم وتيرة التيار والجهد المزودين مما يؤدي أيضًا إلى زيادة الكفاءة وزيادة الكفاءة.
أحد أكثر الأجهزة شيوعًا لزيادة كفاءة المحرك الكهربائي هو السلسابدأ ، مما يحد من معدل نمو تيار الاندفاع. من المناسب أيضًا استخدام محولات التردد لتغيير سرعة دوران المحرك عن طريق تغيير تردد الجهد. يؤدي هذا إلى تقليل استهلاك الطاقة ويوفر بداية سلسة للمحرك ودقة ضبط عالية. يزداد عزم الدوران أيضًا ، ومع الحمل المتغير ، تستقر سرعة الدوران. نتيجة لذلك ، تم تحسين كفاءة المحرك الكهربائي.
أقصى كفاءة للمحرك
اعتمادًا على نوع البناء ، يمكن أن تختلف كفاءة المحركات الكهربائية من 10 إلى 99٪. كل هذا يتوقف على نوع المحرك الذي سيكون عليه. على سبيل المثال ، كفاءة محرك المضخة من نوع المكبس هي 70-90٪. تعتمد النتيجة النهائية على الشركة المصنعة وتصميم الجهاز وما إلى ذلك. ويمكن قول الشيء نفسه عن كفاءة محرك الرافعة. إذا كانت تساوي 90٪ ، فهذا يعني أنه سيتم استخدام 90٪ من الكهرباء المستهلكة لأداء أعمال ميكانيكية ، وسيتم استخدام 10٪ المتبقية لتسخين الأجزاء. ومع ذلك ، لا تزال هناك أكثر نماذج المحركات الكهربائية نجاحًا ، والتي تقترب كفاءتها من 100٪ ، لكنها لا تساوي هذه القيمة.
هل من الممكن تحقيق كفاءة تزيد عن 100٪؟
ليس سراً أن المحركات الكهربائية التي تزيد كفاءتها عن 100٪ لا يمكن أن توجد في الطبيعة ، لأن هذا يتعارض مع القانون الأساسي للحفاظ على الطاقة. الحقيقة هي أن الطاقة لا يمكن أن تأتي من العدم وتختفي بنفس الطريقة. كل محرك يحتاجمصدر الطاقة: البنزين والكهرباء. ومع ذلك ، فإن البنزين ليس أبديًا ، مثل الكهرباء ، لأن مخزونه يجب تجديده. ولكن إذا كان هناك مصدر طاقة لا يحتاج إلى تجديد ، فسيكون من الممكن تمامًا إنشاء محرك بكفاءة تزيد عن 100٪. أظهر المخترع الروسي فلاديمير تشيرنيشوف وصفًا للمحرك ، الذي يعتمد على مغناطيس دائم ، وكفاءته ، كما يؤكد المخترع نفسه ، أكثر من 100٪.
الكهرومائية كمثال على آلة الحركة الدائمة
على سبيل المثال ، لنأخذ محطة لتوليد الطاقة الكهرومائية ، حيث يتم توليد الطاقة من خلال السقوط من ارتفاع كبير في المياه. يدير الماء التوربين الذي ينتج الكهرباء. يتم سقوط الماء تحت تأثير جاذبية الأرض. وعلى الرغم من أن عمل إنتاج الكهرباء جار ، فإن جاذبية الأرض لا تضعف ، أي أن قوة الجاذبية لا تنخفض. ثم يتبخر الماء تحت تأثير أشعة الشمس ويدخل الخزان مرة أخرى. هذا يكمل الدورة. ونتيجة لذلك تم توليد الكهرباء واستعادة تكاليف انتاجها
بالطبع ، يمكننا القول أن الشمس ليست أبدية ، هذا صحيح ، لكنها ستستمر لبضعة مليارات من السنين. أما بالنسبة للجاذبية ، فهي تقوم بعملها باستمرار وتسحب الرطوبة من الغلاف الجوي. بشكل عام ، تعتبر محطة الطاقة الكهرومائية محركًا يحول الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ، وكفاءته تزيد عن 100٪. يوضح هذا أنه لا يستحق التوقف للبحث عن طرق لإنشاء محرك كهربائي ، يمكن أن تكون فعاليته أكثر من 100٪. بعد كل شيء ، لا يمكن استخدام الجاذبية فقط كمصدر لا ينضبالطاقة.
مغناطيس دائم كمصادر للطاقة للمحركات
المصدر الثاني المثير للاهتمام هو المغناطيس الدائم ، والذي لا يستقبل الطاقة من أي مكان ، ولا يتم استهلاك المجال المغناطيسي حتى عند القيام بالعمل. على سبيل المثال ، إذا جذب المغناطيس شيئًا ما إلى نفسه ، فسيقوم بالعمل ، ولن يصبح مجاله المغناطيسي أضعف. تمت تجربة هذه الخاصية بالفعل أكثر من مرة لإنشاء ما يسمى بآلة الحركة الدائمة ، ولكن حتى الآن لم ينتج عنها شيء أكثر أو أقل طبيعية. أي آلية سوف تبلى عاجلاً أم آجلاً ، لكن المصدر نفسه ، وهو مغناطيس دائم ، هو عمليا أبدي.
ومع ذلك ، هناك خبراء يقولون إنه بمرور الوقت ، يفقد المغناطيس الدائم قوته نتيجة الشيخوخة. هذا ليس صحيحًا ، ولكن حتى لو كان صحيحًا ، فسيكون من الممكن إعادته إلى الحياة بنبضة كهرومغناطيسية واحدة فقط. المحرك الذي يتطلب إعادة الشحن مرة واحدة كل 10-20 سنة ، على الرغم من أنه لا يمكن أن يدعي أنه أبدي ، فهو قريب جدًا من هذا.
كانت هناك بالفعل محاولات عديدة لإنشاء آلة حركة دائمة تعتمد على المغناطيس الدائم. حتى الآن لم تكن هناك حلول ناجحة ، لسوء الحظ. ولكن بالنظر إلى حقيقة أن هناك طلبًا على مثل هذه المحركات (ببساطة لا يمكن أن يكون) ، فمن الممكن تمامًا أن نرى في المستقبل القريب شيئًا قريبًا جدًا من نموذج الماكينة الدائمة الحركة التي سيتم تشغيلها بواسطة الطاقة المتجددة
الخلاصة
كفاءة المحرك الكهربائي هي أهم عامل يحدد كفاءة محرك معين. كلما زادت الكفاءة ، كان المحرك أفضل. في محرك بكفاءة 95٪ تقريبًايتم إنفاق الطاقة المستهلكة على القيام بالعمل ويتم إنفاق 5٪ فقط دون الحاجة (على سبيل المثال ، على قطع غيار التدفئة). يمكن أن تصل كفاءة محركات الديزل الحديثة إلى 45٪ ، وتعتبر هذه نتيجة رائعة. بل إن كفاءة محركات البنزين أقل.
