מנועים חשמליים החלו לייצר לפני שנים רבות, אך הם עוררו את העניין הגדול ביותר כשהחלו להחליף מנועים הפועלים על בנזין. היעילות של מנוע חשמלי היא אחד המדדים החשובים ביותר של מנוע. הוא מראה את הפרודוקטיביות של המערכת כולה, ומאפיין עד כמה המנגנון ממיר אנרגיה. רמת הביצוע נמדדת באחוזים או מדורגת בסולם מ-0 עד 1.
תוֹכֶן
- קצת היסטוריה ומודרניות
- המאפיינים העיקריים של פעולת מנועים
- מהם היתרונות של מנוע חשמלי
- אובדן אנרגיה כאשר המנוע מתחמם
- הסיבות לירידה ביעילות
- אלמנטים המשפיעים על כוח
- מגבלת פונקציונליות
- האם יש אי פעם ערך מעל 100%
- תחנת כוח הידרואלקטרית - אב טיפוס של מנגנון תמידי
- מגנטים קבועים - יצרני חשמל
קצת היסטוריה ומודרניות
הדחף העיקרי לפיתוח מנועים חשמליים היה גילוי חוק האינדוקציה האלקטרומגנטית. הוא אומר שזרם האינדוקציה נע בצורה כזו שמתנגד למה שגרם לו. על בסיס זה הופיע המנוע החשמלי הראשון.
הייצור של היום של מנועים חשמליים עוקב אחר אותה תיאוריה, אבל לדגמים הנוכחיים יש הבדלים רבים מהמקור. כוחם של מנועים חשמליים גדל, הם הפכו קטנים יותר, וחשוב מכך, היעילות גדלה. אם נשווה את זה עם היעילות של מנוע בעירה פנימית, אז התוצאה תהיה רחוקה מלהיות לטובת האחרון. היעילות הגדולה ביותר של מנוע כזה היא לא יותר מ-45%.
המאפיינים העיקריים של פעולת מנועים
תפקידו העיקרי של המנוע הוא המרה של אנרגיה חשמלית למכנית. יעילות היא אינדיקטור לפרודוקטיביות של פונקציה נתונה. הנוסחה ליעילות של מנוע חשמלי בנויה כדלקמן:
n = p2 / p1,
כאשר p1 הוא ההספק החשמלי המסופק ו-p2 הוא ההספק המכני נטו שנוצר על ידי המנוע החשמלי.
עם זאת, לא הכל כל כך פשוט. הפונקציות של המנוע ואזור השימוש בו, משתנים רבים אחרים יחדדו את החישוב ויהפכו אותו לאינדיבידואלי יותר.
מהם היתרונות של מנוע חשמלי
ישנם יתרונות רבים למנועים חשמליים על פני מנועי בעירה פנימית. הנה כמה מהם:
-
יעילות גבוהה. - מנוע הבעירה הפנימית מוציא כמחצית מהאנרגיה על חימום המנוע. במקרה של מנוע חשמלי, מושקעת בזה מעט מאוד אנרגיה.
- המנוע החשמלי קל וקומפקטי הרבה יותר. המנוע החדש של יאסה מוטורס שוקל רק עשרים וחמישה ק"ג והוא חזק מספיק.
- חיי שירות ארוכים.
- רכבים חשמליים לא צריכים תיבת הילוכים.
- ידידותית לסביבה: המכונה אינה פולטת פליטות מזיקות לאטמוספירה. אולם זה נכון רק בחלקו, כי תחנות כוח משתמשות במשאבי טבע כדי להשיג אנרגיה – גז, פחם, תגובות גרעיניות, וזהו גורם מזיק.
אובדן אנרגיה כאשר המנוע מתחמם
הפסדי אנרגיה במהלך חימום המנוע ממלאים תפקיד חשוב בפעולת המנוע החשמלי. לרוב, הירידה ביעילות מתרחשת עקב העברת חום טבעית במהלך פעולת המנגנון.
מנוע חשמלי בדרך כלל מתחמם מחיכוך, וגם בגלל הכוחות החשמליים והמגנטיים הפועלים עליו במהלך הפעולה. לדוגמה, צריכת החשמל של המנוע הייתה 100 רובל, והאנרגיה המכנית נאמדה ב -80 רובל. במקרה זה, יעילות המנוע החשמלי תהיה 80%.
לקירור המנוע החשמלי, ישנם מאווררים מיוחדים המניעים אוויר דרך מנוע פועל ובכך יוצרים טמפרטורה אופטימלית יותר לפעולתו.
למידת העומס יש השפעה עצומה על ביצועי המנוע החשמלי. ללא עומס, המנוע פועל ביעילות של 0%. אם המנוע נטען ב-25%, היעילות תהיה שווה ל-83%. במצב של מאה אחוז עומס, היעילות תהיה 87%.
הסיבות לירידה ביעילות
ישנם אינדיקטורים רבים המפחיתים את היעילות של מנוע חשמלי. למרבה המזל, יש דרכים לקבוע בדיוק מה גרם לירידה ביעילות. לדוגמה, אתה יכול לעקוב אחר נוכחות של פער, אשר מעביר חלקית את הכוח מהרשת אל הסטטור, ולאחר מכן מעביר אותו אל הרוטור. יתכנו גם הפסדי אנרגיה בסטרטר.
ישנה גם דליפת אנרגיה עקב זרמי מערבולת והיפוך מגנטיזציה של ליבות הסטטור. הפסדים עקב שיניים ברוטור ובסטטור מתרחשים גם במנוע אינדוקציה. זרמי מערבולת יכולים להופיע בחלקים מסוימים של המנוע. מסיבות כאלה, היעילות יכולה לרדת בחצי אחוז. מנועים אסינכרוניים בנויים תוך התחשבות בתכונות אלו, והיעילות במנועים כאלה נעה בין 80 ל-90 אחוזים.
אלמנטים המשפיעים על כוח
למנועים חשמליים יש כמה חסרונות המשפיעים על הביצועים בצורה לא מספקת. רגעים לא נעימים במיוחד כוללים:
- הדק חשמלי חלש,
- רמה חזקה של זרם התחלה;
- חוסר עקביות של פיר המכונה עם העומס.
האמור לעיל מוביל לעובדה שההשפעה השימושית של המכשיר פוחתת. כדי להגביר את היעילות, הם שואפים לספק את עומס המנוע עד 75 אחוז ולהגדיל את פרופורציות הכוח. ישנם גם מכשירים מיוחדים לוויסות טווחי הזרם המסופק והספק שלו, מה שמוביל גם לעלייה ביעילות וביעילות.
אחד המכשירים הידועים ביותר להגברת הרתיעה של מנוע חשמלי נחשב למנגנון התנעה רכה, המגביל את קצב הצמיחה של זרם ההתנעה. ניתן גם להשתמש בממירי תדר כדי לשנות את מהירות הסיבוב של המנוע על ידי שינוי תדר המתח. האמור לעיל מוביל לירידה בצריכת האנרגיה ומספק התנעה רכה של המנוע, דיוק איזון גבוה. בנוסף, מומנט ההתנעה גדל, וכשהעומס אינו יציב, מהירות התנועה מתייצבת. כתוצאה מכך, ביצועי המנוע גדלים.
מגבלת פונקציונליות
בהתבסס על סוג התכנון, מקדם ה-PD במנועים חשמליים יכול לנוע בין 10 ל-99 אחוזים. הכל תלוי בסוג המנוע הספציפי. לדוגמה, היעילות של מנוע משאבה מסוג בוכנה מגיעה ל-70-90%. ההשפעה הסופית תלויה ביצרן, במבנה המכשיר וכו'.
כך גם לגבי היעילות של מנוע העגורן. כאשר ערך זה עולה ל-90%, המשמעות היא ש-90% מהחשמל הנצרך מושקע בביצוע עבודת מכונות, והאחוז הנותר מושקע בחימום החלקים. עם זאת, ישנם דגמי מנוע מוצלחים במיוחד, שמקדם ה-PD שלהם מגיע לכמעט 100%, אך אינו שווה לערך שצוין.
האם יש אי פעם ערך מעל 100%
כולם יודעים שמנועים חשמליים, שיעילותם עולה על 100%, בלתי אפשריים על פי חוקי הטבע, שכן זה סותר את החוק העיקרי של שימור האנרגיה. הכל מוסבר בכך שאנרגיה לא מגיעה משום מקום ולא נעלמת לשום מקום. לכן, לכל מנוע יש צורך במקור אנרגיה. הם יכולים להיות:
- לתדלק;
- חַשְׁמַל;
- אור שמש וכו'.
אך יחד עם זאת, אף אחד מהמקורות המפורטים אינו נצחי, יתר על כן, יש לצבור עתודות של כל אחד. עם זאת, אם היה מקור אנרגיה שצריך לאסוף ולצבור, אז זה יהיה אפשרי בהחלט ליצור מנוע, שהאפקט השימושי שלו יהיה יותר מ-100%.
תחנת כוח הידרואלקטרית - אב טיפוס של מנגנון תמידי
אם ניקח בחשבון את עקרון הפעולה של תחנת כוח הידרואלקטרית, נוכל לראות זאת חשמל מופק בו על חשבון המיםשנופל מגובה רב. חשמל מופק על ידי טורבינה המונעת על ידי מים נופלים. מים זורמים כלפי מטה בגלל כוח הכבידה.
הוא פועל ללא הרף, מבלי להיחלש או להיעלם. לאחר שהמים ניצלו מעט אנרגיה, הם הופכים לקיטור וחוזרים באופן טבעי למאגר. זה יכול לחזור על עצמו פעמים רבות. כתוצאה מכך, אנרגיה חשמלית נוצרת ללא אובדן משאבים.
השמש מחממת את כדור הארץ על ידי השתתפות באידוי המים, כוח הכבידה עושה עבודה כפולה על ידי השתתפות בסתיו מים, כמו גם בייצור משקעים - אחרי הכל, זה בגלל המשיכה של כדור הארץ כי מים מעננים נוטים ליפול ממש למטה. באופן כללי, מסתבר שתחנת כוח הידרואלקטרית היא מנגנון הממיר את אנרגיית המים הנופלים לאנרגיה חשמלית ביעילות של יותר ממאה אחוז.
מכאן ברור שהחיפוש אחר מנוע עם יעילות של יותר מ-100% אינו חסר בסיס, כי ישנם משאבים נוספים, מלבד כוח המשיכה, שאי אפשר למצות.
מגנטים קבועים - יצרני חשמל
מגנט קבוע יכול להיות גם חפץ מעניין להשגת אנרגיה, מכיוון שהוא לא מגיע אליו מבחוץ, והשדה המגנטי נשאר ללא שינוי גם לאחר שהעבודה כבר הסתיימה.
המגנט נוטה למשוך דברים שונים העשויים מברזל וסגסוגותיו. לאחר שמשך אליו חפץ מסוים, הוא לא מוציא את האנרגיה שלו, זה רק תכונה שיש לו ושהוא לא יכול למצות. לכן, על בסיס מגנטים, ניתן יהיה לעשות מנוע קרוב לנצח. כמובן, אי אפשר שלא לקחת בחשבון את הבלאי של חלקים, אבל עצם עיקרון הפעולה של מגנט יוצר תנאים לעבודה מתמדת מבלי לבזבז כסף.
נכון, כמה מדענים מאמינים שעם הזמן, המגנט מאבד את תכונותיו. זהו מידע לא מאומת, אך גם לא ניתן להתעלם מהתפנית הזו.
על בסיס מגנטים ניסו פעמים רבות ליצור מראית עין של מכונת תנועה מתמדת, אך עד כה הניסיונות הללו לא הובילו לכלום. כמובן, אני רוצה להאמין שבעתיד הנראה לעין, מדענים יעשו פריצת דרך וימציאו מנוע שיפעל על אנרגיה מתחדשת.
מעניין לציין שאחד מהממציאים המקומיים, V. צ'רנישוב - הדגימה לאחרונה תיאור של מנוע המבוסס על מגנט סטטי, ויעילותו, כפי שהנסיין עצמו מעיד, היא יותר מ-100%.
מקדם PD של מנוע חשמלי הוא אינדיקטור חשוב ביותר הקובע את הביצועים של מנוע. ככל שהציון שלו גבוה יותר, כך המנוע יעיל יותר. במנוע עם יעילות של 95%, כמעט כל הכוח המושקע מושקע בביצוע עבודה ורק 5% מושקע בפעולה מיותרת (למשל, חימום חלקים). מנועי הדיזל של היום מסוגלים להשיג ערך יעילות של 45%. המקדם קטן, אבל בכל זאת הוא נחשב לאחד היצרניים ביותר. היעילות של מנועי קרבורטור מונעי בנזין נמוכה עוד יותר.
