Що характеризує ккд електродвигуна. Ккд електродвигунів і що впливає на його значення

В електродвигуні при перетворенні електричної енергії в механічну частину енергії втрачається у вигляді тепла, яке відразу розсіюється в різних частинах мотора і частково - в навколишньому середовищу. Всі втрати діляться на три види: механічні, обмотувальні і втрати в сталі. Причому існують ще й додаткові втрати.

Розрахунок втрат в електричному двигуні

• Для розрахунку втрат в електродвигуні використовують спеціальні формули. На діаграмах можна помітити, що частина потужності, яка подається до статора з електромережі, передається на ротор через зазор. Рем - це електромагнітна потужність.

• Втрати потужності безпосередньо в статорі - це складова втрат на вихрові струми і на часткове перемагничивание сердечника самого статора. Якщо розглядати втрати в сталі, вони настільки незначні, що рідко беруться до уваги. Пояснити таке можна досить просто. Швидкість обертання самого статора електродвигуна значно вище швидкості, створюваної магнітним потоком. Так відбувається тільки в тому випадку, якщо швидкість обертання ротора повністю відповідає технічним характеристикам електромотора, заявленим виробником.

• Механічна потужність на валу ротора, як правило, менше потужності Рем рівно на кількість втрат в обмотці. Механічні втрати в основному припадають на певний тертя в підшипниках, а також на тертя щіток, що характерно для електродвигунів з фазними роторами і на тертя обертових частин, зустрічаючих повітряну перешкоду.

• Додаткові втрати в асинхронних електродвигунах обумовлені наявністю зубчастості статора і ротора, вихрових потоків в різних вузлах електродвигуна і іншими втратами. При розрахунку такі втрати зменшують ККД електродвигуна на половину відсотка від номінальної потужності.

ККД електродвигуна в розрахунках

коефіцієнт корисної дії асинхронного електродвигуна зменшується на сумарність втрат потужності, які розраховуються за формулою. Загальна ж сума втрат безпосередньо залежить від навантаження електродвигуна. Чим вище навантаження, тим більше втрат і менше ККД.

Конструювання асинхронного електродвигуна виробляється з урахуванням всіх втрат при максимальному навантаженні. Тому даний діапазон може бути досить широким. Більшість асинхронних електродвигунів має коефіцієнт корисної дії 80-90%. Потужні мотори випускають з ККД від 90 до 96%.

Електричні двигуни мають високий коефіцієнт корисної дії (ККД), але все ж він далекий від ідеальних показників, до яких продовжують прагнути конструктори. Вся справа в тому, що при роботі силового агрегату перетворення одного виду енергії в інший проходить з виділення теплоти і неминучими втратами. Розсіювання теплової енергії можна зафіксувати в різних вузлах двигуна будь-якого типу. Втрати потужності в електродвигунах є наслідком локальних втрат в обмотці, в сталевих деталях і при механічній роботі. Вносять свій внесок, нехай і незначний, додаткові втрати.

Магнітні втрати потужності

При перемагничивании в магнітному полі сердечника якоря електродвигуна відбуваються магнітні втрати. Їх величина, що складається з сумарних втрат вихрових струмів і тих, що виникають при перемагничивании, залежать від частоти перемагнічування, значень магнітної індукції спинки і зубців якоря. Чималу роль грає товщина листів використовуваної електротехнічної сталі, якість її ізоляції.

Механічні та електричні втрати

Механічні втрати при роботі електродвигуна, як і магнітні, відносяться до числа постійних. Вони складаються з втрат на тертя підшипників, на тертя щіток, на вентиляцію двигуна. Мінімізувати механічні втрати дозволяє використання сучасних матеріалів, експлуатаційні характеристики яких удосконалюються з року в рік. На відміну від них електричні втрати не є постійними і залежать від рівня навантаження електродвигуна. Найчастіше вони виникають внаслідок нагрівання щіток, щіткового контакту. Падає коефіцієнт корисної дії (ККД) від втрат в обмотці якоря і ланцюги збудження. Механічні та електричні втрати вносять основний внесок у зміну ефективності роботи двигуна.

додаткові втрати

Додаткові втрати потужності в електродвигунах складаються з втрат, що виникають в зрівняльних з'єднаннях, з втрат через нерівномірне індукції в стали якоря при високому навантаженні. Вносять свій внесок в загальну суму додаткових втрат вихрові струми, а також втрати в полюсних наконечниках. Точно визначити всі ці значення досить складно, тому їх суму приймають зазвичай рівний в межах 0,5-1%. Ці цифри використовують при розрахунку загальних втрат для визначення ККД електродвигуна.

ККД і його залежність від навантаження

Коефіцієнт корисної дії (ККД) електричного двигуна це відношення корисної потужності силового агрегату до потужності споживаної. Цей показник у двигунів, потужністю до 100 кВт знаходиться в межах від 0,75 до 0,9. для більш потужних силових агрегатів ККД суттєво вище: 0,9-0,97. Визначивши сумарні втрати потужності в електродвигунах можна досить точно обчислити коефіцієнт корисної дії будь-якого силового агрегату. Цей метод визначення ККД називається непрямим і він може застосовуватися для машин різної потужності. Для малопотужних силових агрегатів часто використовують метод безпосереднього навантаження, що полягає у вимірах споживаної двигуном потужності.

ККД електричного двигуна не є величиною постійною, свого максимуму він досягає при навантаженнях близько 80% потужності. Досягає він пікового значення швидко і впевнено, але після свого максимуму починає повільно зменшуватися. Це пов'язують зі зростанням електричних втрат при навантаженнях, більше 80% від номінальної потужності. Падіння коефіцієнта корисної дії не велика, що дозволяє говорити про високі показники ефективності електродвигунів в широкому діапазоні потужностей.

Розроблено електродвигун нового типу , Що володіє значно більш високою ефективністю, ніж випускаються зараз. З порушенням, від електромагнітів, Або від постійних магнітів. Варіантів конструктивного виконання може бути багато.

Все знаходиться в повній відповідності з відомими законами фізики і законами збереження енергії. Справа в тому, що в відомих електродвигунах тільки дуже мала частина споживаної потужності використовується для створення роботи, а основна частина витрачається на подолання так званої зворотної (або генераторної) ЕРС, що виникає відповідно до закону Ленца в обертовому роторі. У всіх посібниках з електротехніки стверджується, що ККД електродвигуна може досягати 80-98%, але провівши необхідні дослідження, я переконався, що це не так, а істинний ККД електродвигуна не перевищує 5-10%, тому є великі резерви для його збільшення, і відповідно поліпшення економічності електродвигуна в багато разів.

З тих пір, як в 1821 році Ерстед продемонстрував виникнення магнітного поля навколо провідника зі струмом, електротехніка почала стрімко розвиватися.

Вже через кілька років були встановлені основні закони електротехніки, створені потужні електромагніти, А також перші електродвигуни. Але дивна річ: електромагніти, Що створюють велику статичну силу магнітного взаємодії і споживають при цьому невелику потужність, при роботі електродвигуна, Коли ротор починав обертатися, втрачали свою силу і вимагали збільшення напруги, а отже і потужності для того, щоб електродвигун міг здійснювати механічну роботу.

Правильне пояснення цьому явищу дав російський фізик Ленц. Зараз це явище можна коротко назвати протівоедс.

Суть цього явища в тому, що при русі щодо один одного провідників зі струмом або магніту і провідника зі струмом, в провіднику виникає напруга, яке завжди спрямоване зустрічно живить обмотку двигуна, Тому і доводиться, для підтримки потужності двигуна, Збільшувати напругу його живлення. Виходить дивна картина: з одного боку - потужна магнітне поле і величезна сила взаємодії котушок з феромагнітними сердечниками один з одним, при малій споживаної потужності, а з іншого, при відносно повільному русі котушок відносно один одного вже потрібно значно збільшувати напруги живлення для підтримки сили магнітного взаємодії. Тому виникла думка, що якщо вдасться знайти спосіб нейтралізувати вплив закону Ленца в електродвигуні, то можна отримати величезний виграш в одержуваної механічної потужності, щодо витраченої електричної. В результаті проведених досліджень були теоретично знайдені і підтверджені дослідним шляхом кілька окремих випадків, коли закон Ленца не робить свого впливу на процеси, що відбуваються в електродвигуні, або значно послаблюється. Це дає можливість створювати електродвигуни, які здатні на одиницю витраченої електричної потужності, Провести від двох до десяти і більше одиниць механічної роботи. При цьому все залишається в повній відповідності з будь-якими відомими законами фізики! Я не можу відкрито говорити про конструктивні особливості подібних двигунів, скажу тільки, що основні варіанти мало відрізняються від вже відомих конструкцій. Інші варіанти зовсім не схожі на будь-які відомі електродвигуни. Я навіть не очікував, що завдання має таку силу-силенну рішень! А взятися за вирішення такого завдання мене спонукала замітка, що близько 50-и років тому, в СРСР, один умілець їздив на автомобілі "Москвич" з електромотором цілий день, на енергії звичайного автомобільного акумулятора. Я відразу подумав про те, що його електромотор споживав значно меншу потужність, ніж розвивається механічна і прийняв за аксіому, що раз було можливо тоді, то можливо і зараз.

Порівняння електродвигуна без протівоедс зі звичайним, по потужності споживання

Для простоти аналізу візьмемо будь-колекторний або вентильний двигун. Він складається з ротора і статора. Обмотки збудження можуть бути як на роторі зі статором, так і тільки на одному роторі або статорі (якщо використовуються постійні магніти збудження). При подачі напруги на двигун, Ротор і статор починають рухатися відносно один одного, при цьому в обмотках якоря або статора (якщо ротор збуджується постійними магнітами), Індукується ЕРС, спрямована завжди проти напруги зовнішнього джерела живлення. У міру збільшення числа оборотів ротора (дійсної або уявної лінійної швидкості руху провідника щодо магнітного поля збудження) струм в обмотках під дією цієї ЕРС зменшується, відповідно зменшується, і крутний момент. Для його збільшення доводиться підвищувати напругу (потужність) харчування електродвигуна. В сучасних електродвигунах практично вся потужність, що підводиться для харчування, витрачається на подолання протидіє ЕРС.

Наприклад, серійний електродвигун постійного струму типу 4ПН 200S має наступні характеристики: потужність 60 кВт; напруга 440 В; ток 149 А; частота обертання 3150/3500 об / хв; ккд 90,5%; довжина статора 377 мм; діаметр ротора 250 мм, напруга втрат 41,8 В; напруга на подолання індукованої ЕРС 398,2 В; потужність на подолання втрат 6228 Вт; крутний момент (3500 об / хв) 164,6 Нм.

Виходить, що якщо ми позбудемося протівоедс, то для харчування двигуна потрібен джерело напруга не 440 вольт, а тільки 42 вольта, при тому ж струмі 150А. Тому споживана потужність при повному навантаженні складе 6300 ват при механічної вихідної потужності 60 кВт. Регулювання вихідної потужності двигуна без протівоедс може здійснюватися зміною напруги живлення або імпульсним регулюванням.

В результаті порівняльного аналізу ми бачимо, що використання електродвигуна без протівоедс здатне докорінно змінити всю економіку людства. Це один із способів назавжди відмовитися від використання органічного палива для енергетичних і транспортних потреб людства. Справді, подібні електродвигуни, можливо, з'єднати на одному валу з генераторами невеликої потужності і отримати самопітаемую систему! Тільки для запуску потрібно акумулятор. Але ж є ще й розробки безпаливної генераторів, які можуть використовуватися спільно з електродвигунами даного типу. При цьому виникає велика економія, так як потрібно генератор набагато меншої потужності. Спільне використання БТГ і описаних електродвигунів дозволить в найближчому майбутньому випускати абсолютно автономні електромобілі, здатні рухатися без всякого палива до тих пір, поки не зносяться механічно. На такому принципі можна будувати більшість відомих сьогодні транспортних засобів. У тому числі і літаки, і навіть космічні апарати, адже є варіанти і електричних польових пристроїв, що створюють тягу без відкидання маси. це абсолютно нова ера в історії людства і важко навіть припустити наслідки застосування подібних конструкцій.

двигун простий по конструкції і недорогий.

Відмінність від існуючих двигунів невелике. Але при цьому, пропонований двигун буде споживати в кілька разів меншу потужність, ніж рівний йому за характеристиками промисловий.

ККД двигуна не перевищить 100%, це неможливо. Просто він набагато ефективніше перетворює електричну енергію в механічну. звичайні електродвигуни, Мають найвищий ККД тільки у вузькому діапазоні навантажень, але і при цьому він дуже далекий від зазначених вище виробником.

Проведені практичні досліди показали, що на одиницю витраченої електричної енергії, новий двигун, Зможе виробити в кілька разів більшу механічну потужність. випробування макета двигуна повністю підтвердило теорію. Вихідна, механічна потужність, в три рази перевищила, споживану електричну. Для експерименту було виготовлено один з найпростіших і неефективних варіантів двигуна. даний двигун розмістили на одній рамі з автомобільним генератором від автомобіля «Жигулі», з'єднавши клиноремінною передачею їх шківи. двигун харчувався від мережі 220 вольт. Для керування двигуном був використаний механічний комутатор, а не електронний, що також значно знизило ефективність його роботи. Як навантаження генератора використовувалися автомобільні лампи. При цьому споживана двигуном потужність (по постійному струмі) Склала 140 ват. Вимірявши потужність на виході генератора на лампочках (теж по постійному струму), отримали 160 ват електричної потужності. Відомо що автомобільні генератори мають ККД, що не перевищує 60%, тому механічна потужність на валу двигуна була значно вище, ніж електрична на виході генератора. На жаль, не було можливості дістати на 220 вольт необхідної потужності і перевірити пристрій в режимі самозапіткі. А від того генератора, що використовувався, це було неможливо. Але і в цьому вигляді, випробування показали, що можливе отримання більшої механічної потужності, ніж витрачено електричної. використовуючи електронний Блок управління двигуном, Можна значно поліпшити параметри. Дослідження на іншому макеті (електромагнітних взаємодій) показало, що реально досягти відносини вхідні електрична / вихідна механічна потужність 1/20, а трохи ускладнивши конструкцію, показники можна поліпшити в кілька разів.

Інструкція

визначення ККД двигуна внутрішнього згорянняЗнайдіть в технічній документації потужність даного двигуна внутрішнього згоряння. Залийте в нього паливо, це може бути бензин чи дизельне паливо, і змусьте пропрацювати на максимальних обертах деякий час, яке заміряйте за допомогою секундоміра, в секундах. Злийте залишки і визначте обсяг згорілого палива, віднявши від початкового об'єму кінцевий. Знайдіть його масу, помноживши об'єм, переведений в м³, на його щільність в кг / м³.

Для визначення ККД потужність двигуна помножте на час і поділіть на добуток маси витраченого палива на його питому теплоту згоряння ККД\u003d P t / (q m). Щоб отримати результат у відсотках, число, помножте на 100.

Якщо потрібно виміряти ККД двигуна автомобіля, а потужність його невідома, але відомо багато, для визначення корисної роботи розженетеся на ньому зі стану спокою до швидкості 30 м / с (якщо це можливо), вимірявши масу витраченого палива. Потім масу автомобіля помножте на квадрат його швидкості, і поділіть на подвоєне твір маси витраченого палива на питому теплоту його згоряння ККД\u003d М v² / (2 q m).

визначення ККД електро двигуна Якщо відома потужність електро двигуна, То підключіть його до джерела струму з відомим напругою, добийтеся максимальних обертів і тестером, виміряйте струм в ланцюзі. Потім потужність поділіть на твір сили струму і напруги ККД\u003d P / (I U).

якщо потужність двигуна невідома, прикріпіть до його валу шків, і підійміть на відому висоту, вантаж відомої маси. Виміряйте тестером напругу і силу струму на двигуні, а так же час підйому вантажу. Потім добуток маси вантажу на висоту підйому і число 9,81 поділіть на твір напруги, сили струму і часу підйому в секундах ККД\u003d M g h / (I U t).

Зверніть увагу

У всіх випадках ККД повинен бути менше 1 в часткових величинах або 100%.

Щоб знайти коефіцієнт корисної дії будь-якого двигуна, потрібно корисну роботу поділити на витрачену і помножити на 100 відсотків. для теплового двигуна знайдіть цю величину по відношенню потужності, помноженої на тривалість роботи, до тепла, що виділився при згорянні палива. теоретично ККД теплового двигуна визначається по співвідношенню температур холодильника і нагрівача. для електричних двигунів знайдіть відношення його потужності до потужності споживаного струму.

Вам знадобиться

• паспорт двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ), термометр, тестер

Інструкція

визначення ККД ДВС Знайдіть в технічній документації даного конкретного двигуна його потужність. Залийте в його бак деяка кількість палива і запустіть двигун, щоб він працював деякий час на повних обертах, розвиваючи максимальну потужність, Зазначену в паспорті. За допомогою секундоміра засічіть час роботи двигуна, Висловивши його в секундах. Через деякий час зупиніть двигун, і злийте залишки палива. Віднявши від початкового об'єму залитого палива кінцевий обсяг, знайдіть обсяг витраченого палива. Використовуючи таблицю, знайдіть його щільність і помножте на обсяг, отримавши масу витраченого палива m \u003d ρ V. Масу висловіть в кілограмах. Залежно від виду палива (бензин чи дизельне паливо), визначте по таблиці його питому теплоту згоряння. Для визначення ККД максимальну потужність помножте на час роботи двигуна і на 100%, а результат послідовно поділіть на його масу і питому теплоту згоряння ККД\u003d P t 100% / (q m).

Для ідеальної теплової машини, можна застосувати формулу Карно. Для цього дізнайтеся температуру згоряння палива і виміряйте температуру холодильника (вихлопних газів) спеціальним термометром. Переведіть температуру, виміряну в градусах Цельсія в абсолютну шкалу, для чого до значення додайте число 273. Для визначення ККД від числа 1 відніміть відношення температур холодильника і нагрівача (температуру згоряння палива) ККД\u003d (1-Тхол / Тнаг) 100%. Даний варіант розрахунку ККД не враховує механічне тертя і теплообмін із зовнішнім середовищем.

визначення ККД електро двигуна Дізнайтеся номінальну потужність електро двигуна, Згідно з технічною документацією. Підключіть його до джерела струму, домігшись максимальних обертів вала, і за допомогою тестера виміряйте значення напруги на ньому і силу струму в ланцюзі. Для визначення ККД заявлену в документації потужність, поділіть на твір сили струму на напругу, результат помножте на 100% ККД\u003d P 100% / (I U).

Відео по темі

Зверніть увагу

У всіх розрахунках ККД повинен бути менше 100%.

Деяким автомобілістам згодом набридає їздити на стоковому автомобілі. Тому вони починають тюнінгувати свого залізного, тобто вносити ті чи інші інші зміни в технічну конструкцію, щоб таким чином збільшити можливості автомобіля. Однак після модернізації потрібно знати, скільки потужності додалося. Як же виміряти потужність двигуна?

Вам знадобиться

• Комп'ютер, кабель, спеціальна програма, Динамометричний стенд.

Інструкція

Є кілька способів, як виміряти потужність двигуна. Відразу ж варто відзначити, що всі є неточними, тобто мають певну похибку. Можна встановити спеціальне електронне обладнання, яке буде стежити за параметрами роботи вашого двигуна в режимі онлайн. Таке обладнання має середню помилку. Однак у нього є мінус - його велика вартість. Також ноутбук. Завантажте програму. Необхідний буде проїхати кілька разів на різній швидкості. Програма запам'ятає показники, а потім автоматично вирахує потужність силового агрегату і вкаже похибка обчислень.

Найточніший спосіб виміряти потужність двигуна - загнати автомобіль на динамометричний стенд. Для цього необхідно знайти сервіс, в якому є така установка. Заженіть ваш автомобіль на стенд передом до вентилятора. Колеса повинні бути рівно між двох барабанів. Закріпіть спеціальні ремені за несучу конструкцію авто. Підключіть апаратуру до машини через діагностичний роз'єм. На вихлопну трубу надіньте гофрований каркас, який буде виводити гази з боксу. Увімкніть вентилятор, який буде імітувати опір зустрічного повітря. Тепер потрібно максимально розігнати автомобіль. Паралельно стежте за станом з'єднують ременів. Зробіть кілька спроб, щоб виключити ймовірність помилки. Після кожної спроби комп'ютер видасть вам роздруківку, де буде вказана максимальна швидкість і потужність.

Відео по темі