Os motores elétricos surgiram há muito tempo, mas surgiu um grande interesse por eles quando começaram a representar uma alternativa aos motores de combustão interna. De particular interesse é a questão da eficiência do motor elétrico, que é uma de suas principais características.
Cada sistema possui algum tipo de eficiência, o que caracteriza a eficiência de seu trabalho como um todo. Ou seja, determina quão bem um sistema ou dispositivo fornece ou converte energia. Por valor, a eficiência não tem valor, e na maioria das vezes é apresentada como uma porcentagem ou um número de zero a um.
Parâmetros de eficiência em motores elétricos
A principal tarefa de um motor elétrico é converter energia elétrica em energia mecânica. A eficiência determina a eficiência desta função. A fórmula de eficiência do motor é a seguinte:
n=p2/p1
Nesta fórmula, p1 é a potência elétrica fornecida, p2 é a potência mecânica útil que é gerada diretamentemotor. A potência elétrica é determinada pela fórmula: p1=UI (tensão multiplicada pela corrente), e o valor da potência mecânica pela fórmula P=A/t (relação entre trabalho e unidade de tempo). É assim que o cálculo da eficiência do motor elétrico se parece. No entanto, esta é a parte mais simples. Dependendo da finalidade do mecanismo e seu escopo, o cálculo será diferente e levará em consideração muitos outros parâmetros. Na verdade, a fórmula de eficiência do motor inclui muitas outras variáveis. O exemplo mais simples foi dado acima.
Eficiência reduzida
A eficiência mecânica de um motor elétrico deve ser levada em consideração na escolha de um motor. Perdas associadas ao aquecimento do motor, redução de potência e correntes reativas desempenham um papel muito importante. Na maioria das vezes, a queda na eficiência está associada à liberação de calor, que ocorre naturalmente durante a operação do motor. As razões para a liberação de calor podem ser diferentes: o motor pode aquecer durante o atrito, bem como por razões elétricas e até magnéticas. Como exemplo mais simples, podemos citar uma situação em que 1.000 rublos foram gastos em energia elétrica e o trabalho foi feito por 700 rublos. Neste caso, a eficiência será igual a 70%.
Para resfriar motores elétricos, os ventiladores são usados para forçar o ar através das aberturas criadas. Dependendo da classe de motores, o aquecimento pode ser realizado até uma determinada temperatura. Por exemplo, motores classe A podem ficar quentesaté 85-90 graus, classe B - até 110 graus. Caso a temperatura ultrapasse o limite permitido, isso pode indicar um curto-circuito no estator.
Eficiência média de motores elétricos
Vale a pena notar que a eficiência de um motor CC (e CA) varia de acordo com a carga:
- A eficiência é 0% em modo inativo.
- Com 25% de carga, a eficiência é de 83%.
- Com 50% de carga, a eficiência é de 87%.
- Com 75% de carga, a eficiência é de 88%.
- Com 100% de carga, a eficiência é de 87%.
Uma das razões para a queda de eficiência é a assimetria das correntes, quando uma tensão diferente é aplicada a cada uma das três fases. Se, por exemplo, a primeira fase tiver uma tensão de 410 V, a segunda - 403 V e a terceira - 390 V, o valor médio será de 401 V. A assimetria neste caso será igual à diferença entre o tensões máximas e mínimas nas fases (410 -390), ou seja, 20 V. A fórmula de eficiência do motor para calcular as perdas ficará como em nossa situação: 20/401100=4,98%. Isso significa que perdemos 5% de eficiência durante a operação devido à diferença de tensão nas fases.
Perdas totais e queda na eficiência
Existem muitos fatores negativos que afetam a queda na eficiência de um motor elétrico. Existem certos métodos que permitem determiná-los. Por exemplo, você pode determinar se há uma lacuna através da qual a energia é parcialmente transferida da rede para o estator e depois para o rotor.
As perdas de partida também ocorrem, e elas consistem em váriosvalores. Em primeiro lugar, podem ser perdas relacionadas a correntes parasitas e remagnetização dos núcleos do estator.
Se o motor for assíncrono, haverá perdas adicionais devido aos dentes do rotor e do estator. As correntes parasitas também podem ocorrer em componentes individuais do motor. Tudo isso no total reduz a eficiência do motor elétrico em 0,5%. Nos motores assíncronos, todas as perdas que podem ocorrer durante a operação são levadas em consideração. Portanto, a faixa de eficiência pode variar de 80 a 90%.
Motores automotivos
A história do desenvolvimento dos motores elétricos começa com a descoberta da lei da indução eletromagnética. Segundo ele, a corrente de indução sempre se move de forma a contrariar a causa que a causa. Foi essa teoria que formou a base para a criação do primeiro motor elétrico.
Os modelos modernos são baseados no mesmo princípio, mas radicalmente diferentes das primeiras cópias. Os motores elétricos tornaram-se muito mais potentes, mais compactos, mas o mais importante, sua eficiência aumentou significativamente. Já escrevemos acima sobre a eficiência de um motor elétrico e, comparado a um motor de combustão interna, esse é um resultado incrível. Por exemplo, a eficiência máxima de um motor de combustão interna atinge 45%.
Vantagens do motor elétrico
Alta eficiência é a principal vantagem de tal motor. E se um motor de combustão interna gasta mais de 50% de energia em aquecimento, em um motor elétrico uma pequena parte é gasta em aquecimentoenergia.
A segunda vantagem é o peso leve e o tamanho compacto. Por exemplo, a Yasa Motors criou um motor com um peso de apenas 25 kg. É capaz de fornecer 650 Nm, o que é um resultado muito decente. Além disso, esses motores são duráveis, não precisam de uma caixa de engrenagens. Muitos proprietários de carros elétricos falam sobre a eficiência dos motores elétricos, o que é lógico até certo ponto. Afinal, durante a operação, o motor elétrico não emite nenhum produto de combustão. No entanto, muitos motoristas esquecem que é necessário usar carvão, gás ou urânio enriquecido para gerar eletricidade. Todos esses elementos poluem o meio ambiente, por isso a compatibilidade ambiental dos motores elétricos é uma questão muito controversa. Sim, eles não poluem o ar durante a operação. Para eles, as usinas fazem isso na produção de eletricidade.
Melhore a eficiência dos motores elétricos
Os motores elétricos têm algumas desvantagens que prejudicam a eficiência do trabalho. São eles: torque de partida fraco, corrente de partida alta e inconsistência entre o torque mecânico do eixo e a carga mecânica. Isso leva ao fato de que a eficiência do dispositivo diminui.
Para melhorar a eficiência, eles tentam carregar o motor em 75% ou mais e aumentar os fatores de potência. Existem também dispositivos especiais para regular a frequência da corrente e tensão fornecidas, o que também leva a uma maior eficiência e maior eficiência.
Um dos dispositivos mais populares para aumentar a eficiência de um motor elétrico é umstart, o que limita a taxa de crescimento da corrente de inrush. Também é apropriado usar conversores de frequência para alterar a velocidade de rotação do motor alterando a frequência da tensão. Isso leva a uma redução no consumo de energia e fornece uma partida suave do motor, alta precisão de ajuste. O torque de partida também aumenta e, com carga variável, a velocidade de rotação se estabiliza. Como resultado, a eficiência do motor elétrico é melhorada.
Eficiência máxima do motor
Dependendo do tipo de construção, a eficiência dos motores elétricos pode variar de 10 a 99%. Tudo depende do tipo de motor que será. Por exemplo, a eficiência de um motor de bomba do tipo pistão é de 70-90%. O resultado final depende do fabricante, do design do dispositivo, etc. O mesmo pode ser dito sobre a eficiência do motor do guindaste. Se for igual a 90%, isso significa que 90% da eletricidade consumida será usada para realizar trabalhos mecânicos, os 10% restantes serão usados para aquecer peças. Ainda assim, existem os modelos de motores elétricos de maior sucesso, cuja eficiência se aproxima de 100%, mas não é igual a esse valor.
É possível atingir mais de 100% de eficiência?
Não é segredo que motores elétricos com eficiência superior a 100% não podem existir na natureza, pois isso contraria a lei básica de conservação de energia. O fato é que a energia não pode vir do nada e desaparecer da mesma forma. Todo motor precisafonte de energia: gasolina, eletricidade. No entanto, a gasolina não é eterna, como a eletricidade, porque seus estoques precisam ser reabastecidos. Mas se houvesse uma fonte de energia que não precisasse ser reabastecida, seria bem possível criar um motor com eficiência superior a 100%. O inventor russo Vladimir Chernyshov mostrou uma descrição do motor, que é baseado em um ímã permanente, e sua eficiência, como o próprio inventor garante, é superior a 100%.
Hidrelétrica como exemplo de máquina de movimento perpétuo
Por exemplo, tomemos uma usina hidrelétrica, onde a energia é gerada pela queda de uma grande altura de água. A água gira a turbina, que produz eletricidade. A queda de água é realizada sob a influência da gravidade da Terra. E embora o trabalho de produzir eletricidade esteja sendo feito, a gravidade da Terra não se enfraquece, ou seja, a força de atração não diminui. Em seguida, a água evapora sob a ação da luz solar e entra novamente no reservatório. Isso completa o ciclo. Como resultado, a eletricidade foi gerada e os custos de sua produção foram restabelecidos.
Claro, podemos dizer que o Sol não é eterno, é verdade, mas durará alguns bilhões de anos. Quanto à gravidade, ela está constantemente trabalhando, retirando a umidade da atmosfera. De um modo geral, uma usina hidrelétrica é um motor que converte energia mecânica em energia elétrica, e sua eficiência é superior a 100%. Isso deixa claro que não vale a pena parar para procurar maneiras de criar um motor elétrico, cuja eficiência pode ser superior a 100%. Afinal, não só a gravidade pode ser usada como uma fonte inesgotávelenergia.
Ímãs permanentes como fontes de energia para motores
A segunda fonte interessante é um ímã permanente, que não recebe energia de lugar nenhum, e o campo magnético não é consumido mesmo durante o trabalho. Por exemplo, se um ímã atrai algo para si, ele fará o trabalho e seu campo magnético não ficará mais fraco. Esta propriedade já foi tentada mais de uma vez para criar a chamada máquina de movimento perpétuo, mas até agora nada mais ou menos normal resultou dela. Qualquer mecanismo se desgastará mais cedo ou mais tarde, mas a própria fonte, que é um ímã permanente, é praticamente eterna.
No entanto, há especialistas que dizem que com o tempo, os ímãs permanentes perdem sua força como resultado do envelhecimento. Isso não é verdade, mas mesmo que fosse verdade, seria possível trazê-lo de volta à vida com apenas um pulso eletromagnético. Um motor que precisa ser recarregado uma vez a cada 10-20 anos, embora não possa ser eterno, está muito próximo disso.
Já houve muitas tentativas de criar uma máquina de movimento perpétuo baseada em ímãs permanentes. Até agora não houve soluções bem sucedidas, infelizmente. Mas dado o fato de que há uma demanda por tais motores (simplesmente não pode haver), é bem possível que em um futuro próximo vejamos algo que se aproxime muito do modelo de máquina de movimento perpétuo que será alimentado por energia renovável.
Conclusão
A eficiência de um motor elétrico é o parâmetro mais importante que determina a eficiência de um motor em particular. Quanto maior a eficiência, melhor o motor. Em um motor com eficiência de 95%, quase todosa energia gasta é gasta em trabalho e apenas 5% é gasta sem necessidade (por exemplo, no aquecimento de peças sobressalentes). Os motores diesel modernos podem atingir uma eficiência de 45%, e isso é considerado um resultado legal. A eficiência dos motores a gasolina é ainda menor.
