มอเตอร์ไฟฟ้าปรากฏตัวขึ้นเมื่อนานมาแล้ว แต่ความสนใจในตัวมันกลับเกิดขึ้นมาก เมื่อพวกเขาเริ่มเป็นตัวแทนทางเลือกของเครื่องยนต์สันดาปภายใน สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือคำถามเกี่ยวกับประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งเป็นหนึ่งในคุณสมบัติหลัก
แต่ละระบบมีประสิทธิภาพบางอย่างซึ่งแสดงถึงประสิทธิภาพในการทำงานโดยรวม นั่นคือเป็นตัวกำหนดว่าระบบหรืออุปกรณ์ส่งหรือแปลงพลังงานได้ดีเพียงใด ตามมูลค่า ประสิทธิภาพไม่มีค่า และส่วนใหญ่มักจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์หรือตัวเลขจากศูนย์ถึงหนึ่ง
พารามิเตอร์ประสิทธิภาพในมอเตอร์ไฟฟ้า
งานหลักของมอเตอร์ไฟฟ้าคือการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ประสิทธิภาพเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของฟังก์ชันนี้ สูตรประสิทธิภาพของมอเตอร์มีดังนี้:
n=p2/p1
ในสูตรนี้ p1 คือพลังงานไฟฟ้าที่จ่ายให้ p2 คือพลังงานกลที่มีประโยชน์ซึ่งสร้างขึ้นโดยตรงเครื่องยนต์. พลังงานไฟฟ้าถูกกำหนดโดยสูตร: p1=UI (แรงดันคูณด้วยกระแส) และค่าของพลังงานกลตามสูตร P=A/t (อัตราส่วนของงานต่อหน่วยเวลา) นี่คือลักษณะการคำนวณประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม นี่เป็นส่วนที่ง่ายที่สุด ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์และขอบเขต การคำนวณจะแตกต่างกันและคำนึงถึงพารามิเตอร์อื่นๆ อีกมากมาย อันที่จริง สูตรประสิทธิภาพของมอเตอร์มีตัวแปรอีกมากมาย ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดได้รับข้างต้น
ประสิทธิภาพลดลง
ต้องคำนึงถึงประสิทธิภาพเชิงกลของมอเตอร์ไฟฟ้าด้วยเมื่อเลือกมอเตอร์ ความสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับความร้อนของมอเตอร์ การลดกำลังไฟฟ้า และกระแสปฏิกิริยามีบทบาทสำคัญมาก บ่อยครั้ง ประสิทธิภาพที่ลดลงเกี่ยวข้องกับการปล่อยความร้อน ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างการทำงานของเครื่องยนต์ สาเหตุของการปล่อยความร้อนอาจแตกต่างกัน: เครื่องยนต์อาจร้อนขึ้นในระหว่างการเสียดสี เช่นเดียวกับเหตุผลทางไฟฟ้าและแม้กระทั่งแม่เหล็ก จากตัวอย่างที่ง่ายที่สุด เราสามารถอ้างอิงสถานการณ์ที่มีการใช้พลังงานไฟฟ้า 1,000 รูเบิล และงานเสร็จสิ้นสำหรับ 700 รูเบิล ในกรณีนี้ประสิทธิภาพจะเท่ากับ 70%
ในการทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าเย็นลง พัดลมจะถูกใช้บังคับอากาศผ่านช่องว่างที่สร้างขึ้น ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องยนต์ การทำความร้อนสามารถทำได้จนถึงอุณหภูมิที่กำหนด ตัวอย่างเช่น มอเตอร์คลาส A อาจร้อนขึ้นได้สูงถึง 85-90 องศาคลาส B - สูงถึง 110 องศา ในกรณีที่อุณหภูมิเกินขีดจำกัดที่อนุญาต อาจแสดงว่าสเตเตอร์ลัดวงจร
ประสิทธิภาพมอเตอร์ไฟฟ้าโดยเฉลี่ย
เป็นที่น่าสังเกตว่าประสิทธิภาพของมอเตอร์กระแสตรง (และไฟฟ้ากระแสสลับ) จะแตกต่างกันไปตามโหลด:
- ประสิทธิภาพ 0% เมื่อไม่ได้ใช้งาน
- เมื่อโหลด 25% ประสิทธิภาพคือ 83%
- เมื่อโหลด 50% ประสิทธิภาพคือ 87%
- ที่โหลด 75% ประสิทธิภาพคือ 88%
- ที่โหลด 100% ประสิทธิภาพคือ 87%
สาเหตุหนึ่งที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงคือความไม่สมดุลของกระแส เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกันในแต่ละเฟส ตัวอย่างเช่น หากเฟสแรกมีแรงดันไฟฟ้า 410 V เฟสที่สอง - 403 V และเฟสที่สาม - 390 V ค่าเฉลี่ยจะเป็น 401 V ความไม่สมดุลในกรณีนี้จะเท่ากับความแตกต่างระหว่าง แรงดันไฟฟ้าสูงสุดและต่ำสุดในเฟส (410 -390) นั่นคือ 20 V สูตรประสิทธิภาพของมอเตอร์สำหรับการคำนวณการสูญเสียจะมีลักษณะเช่นนี้ในสถานการณ์ของเรา: 20/401100=4.98% ซึ่งหมายความว่าเราสูญเสียประสิทธิภาพ 5% ระหว่างการทำงานเนื่องจากความต่างศักย์ไฟฟ้าในเฟส
ผลขาดทุนรวมและประสิทธิภาพลดลง
มีปัจจัยลบมากมายที่ส่งผลต่อการลดลงของประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า มีวิธีการบางอย่างที่ช่วยให้คุณกำหนดได้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถระบุได้ว่ามีช่องว่างที่พลังงานบางส่วนถูกถ่ายโอนจากเครือข่ายไปยังสเตเตอร์และจากนั้นไปยังโรเตอร์หรือไม่
การขาดทุนของสตาร์ทเตอร์ก็เกิดขึ้นเช่นกันและประกอบด้วยหลายรายการค่านิยม ประการแรก สิ่งเหล่านี้อาจเป็นความสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับกระแสน้ำวนและการทำให้เป็นแม่เหล็กอีกครั้งของแกนสเตเตอร์
ถ้ามอเตอร์เป็นแบบอะซิงโครนัส แสดงว่ามีการสูญเสียเพิ่มเติมเนื่องจากฟันในโรเตอร์และสเตเตอร์ กระแสน้ำวนสามารถเกิดขึ้นได้ในส่วนประกอบต่างๆ ของเครื่องยนต์ ทั้งหมดนี้ช่วยลดประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าลง 0.5% ในมอเตอร์แบบอะซิงโครนัส ความสูญเสียทั้งหมดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการทำงานจะถูกนำมาพิจารณาด้วย ดังนั้น ช่วงประสิทธิภาพสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ 80 ถึง 90%
เครื่องยนต์ยานยนต์
ประวัติศาสตร์การพัฒนามอเตอร์ไฟฟ้าเริ่มต้นด้วยการค้นพบกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ตามที่เขาพูดกระแสเหนี่ยวนำจะเคลื่อนที่ในลักษณะที่จะต่อต้านสาเหตุที่ทำให้เกิด ทฤษฎีนี้เป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าเครื่องแรก
โมเดลสมัยใหม่ใช้หลักการเดียวกัน แต่แตกต่างจากรุ่นแรกอย่างสิ้นเชิง มอเตอร์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น กะทัดรัดยิ่งขึ้น แต่ที่สำคัญที่สุดคือ ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมาก เราได้เขียนไว้ข้างต้นเกี่ยวกับประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าแล้ว และเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายในแล้ว นี่เป็นผลลัพธ์ที่น่าอัศจรรย์ ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์สันดาปภายในถึง 45%
ข้อดีของมอเตอร์ไฟฟ้า
ประสิทธิภาพสูงเป็นข้อได้เปรียบหลักของมอเตอร์ดังกล่าว และหากเครื่องยนต์สันดาปภายในใช้พลังงานมากกว่า 50% ในการทำความร้อน ชิ้นส่วนเล็ก ๆ จะถูกใช้ในการทำความร้อนในมอเตอร์ไฟฟ้าพลังงาน
ข้อดีที่สองคือน้ำหนักเบาและขนาดกะทัดรัด ตัวอย่างเช่น Yasa Motors ได้สร้างมอเตอร์ที่มีน้ำหนักเพียง 25 กก. สามารถส่ง 650 Nm ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ดีมาก นอกจากนี้มอเตอร์ดังกล่าวมีความทนทานไม่จำเป็นต้องใช้กระปุกเกียร์ เจ้าของรถยนต์ไฟฟ้าหลายคนพูดถึงประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งมีเหตุผลในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ในระหว่างการทำงาน มอเตอร์ไฟฟ้าจะไม่ปล่อยผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ใดๆ ออกมา อย่างไรก็ตาม ผู้ขับขี่หลายคนลืมไปว่าจำเป็นต้องใช้ถ่านหิน ก๊าซ หรือยูเรเนียมเสริมสมรรถนะเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า องค์ประกอบทั้งหมดเหล่านี้ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม ดังนั้นความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของมอเตอร์ไฟฟ้าจึงเป็นประเด็นที่ถกเถียงกันมาก ใช่ ไม่ก่อให้เกิดมลพิษในอากาศระหว่างการทำงาน สำหรับพวกเขา โรงไฟฟ้าทำเช่นนี้ในการผลิตไฟฟ้า
ปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้ามีข้อเสียบางประการที่ส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพการทำงาน สิ่งเหล่านี้คือแรงบิดเริ่มต้นที่อ่อนแอ กระแสเริ่มต้นสูง และไม่สอดคล้องกันระหว่างแรงบิดทางกลของเพลาและภาระทางกล ส่งผลให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลง
เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ พวกเขาพยายามโหลดเครื่องยนต์เป็น 75% ขึ้นไป และเพิ่มตัวประกอบกำลัง นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์พิเศษสำหรับควบคุมความถี่ของกระแสและแรงดันไฟที่ให้มา ซึ่งยังนำไปสู่การเพิ่มประสิทธิภาพและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอีกด้วย
หนึ่งในอุปกรณ์ยอดนิยมสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าคือความนุ่มนวลเริ่มต้นซึ่งจำกัดอัตราการเติบโตของกระแสน้ำไหลเข้า นอกจากนี้ยังเหมาะสมที่จะใช้เครื่องแปลงความถี่เพื่อเปลี่ยนความเร็วในการหมุนของมอเตอร์โดยการเปลี่ยนความถี่ของแรงดันไฟฟ้า สิ่งนี้นำไปสู่การลดการใช้พลังงานและให้การสตาร์ทเครื่องยนต์ที่ราบรื่น ความแม่นยำในการปรับสูง แรงบิดเริ่มต้นยังเพิ่มขึ้น และด้วยภาระที่แปรผัน ความเร็วในการหมุนจะคงที่ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าดีขึ้น
ประสิทธิภาพมอเตอร์สูงสุด
ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าอาจแตกต่างกันไปจาก 10 ถึง 99% ขึ้นอยู่กับประเภทของการก่อสร้าง ทุกอย่างขึ้นอยู่กับว่ามันจะเป็นเครื่องยนต์แบบไหน ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพของมอเตอร์ปั๊มแบบลูกสูบคือ 70-90% ผลลัพธ์สุดท้ายขึ้นอยู่กับผู้ผลิต การออกแบบอุปกรณ์ ฯลฯ ประสิทธิภาพของมอเตอร์เครนอาจกล่าวได้เช่นเดียวกัน หากมีค่าเท่ากับ 90% แสดงว่าจะใช้ไฟฟ้า 90% ในการทำงานเครื่องกล ส่วนที่เหลืออีก 10% จะใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ชิ้นส่วน ยังมีมอเตอร์ไฟฟ้ารุ่นที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดซึ่งมีประสิทธิภาพถึง 100% แต่ไม่เท่ากับค่านี้
เป็นไปได้ไหมที่จะบรรลุประสิทธิภาพเกิน 100%
ไม่มีความลับที่มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพเกิน 100% จะไม่มีอยู่ในธรรมชาติ เนื่องจากสิ่งนี้ขัดแย้งกับกฎพื้นฐานของการอนุรักษ์พลังงาน ความจริงก็คือพลังงานไม่สามารถมาจากที่ไหนเลยและหายไปในลักษณะเดียวกัน ทุกความต้องการของเครื่องยนต์แหล่งพลังงาน: น้ำมันเบนซิน ไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม น้ำมันเบนซินไม่ได้เป็นนิรันดร์ เช่นเดียวกับไฟฟ้า เนื่องจากต้องเติมน้ำมันในสต็อก แต่ถ้ามีแหล่งพลังงานที่ไม่ต้องเติมก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะสร้างมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า 100% นักประดิษฐ์ชาวรัสเซีย Vladimir Chernyshov ได้แสดงคำอธิบายของเครื่องยนต์ซึ่งมีพื้นฐานมาจากแม่เหล็กถาวรและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ตามที่นักประดิษฐ์รับรองนั้นมากกว่า 100%
ไฮโดรอิเล็กทริกเป็นตัวอย่างของเครื่องเคลื่อนไหวถาวร
ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำ ที่ซึ่งพลังงานถูกสร้างขึ้นจากการตกลงมาจากที่สูงของน้ำ น้ำจะเปลี่ยนกังหันซึ่งผลิตไฟฟ้า การล่มสลายของน้ำเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก และถึงแม้งานผลิตกระแสไฟฟ้าจะเสร็จสิ้น แต่แรงโน้มถ่วงของโลกก็ไม่ลดลง กล่าวคือ แรงดึงดูดก็ไม่ลดลง จากนั้นน้ำจะระเหยภายใต้แสงแดดและเข้าสู่อ่างเก็บน้ำอีกครั้ง วงจรนี้เสร็จสมบูรณ์ เป็นผลให้มีการผลิตไฟฟ้าและต้นทุนการผลิตได้รับการฟื้นฟู
แน่นอน เราสามารถพูดได้ว่าดวงอาทิตย์ไม่มีนิรันดร์ มันเป็นเรื่องจริง แต่จะคงอยู่สองสามพันล้านปี สำหรับแรงโน้มถ่วงนั้นทำงานอย่างต่อเนื่องดึงความชื้นออกจากบรรยากาศ โดยทั่วไปแล้ว โรงไฟฟ้าพลังน้ำคือเครื่องยนต์ที่แปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า และประสิทธิภาพมากกว่า 100% ทำให้เห็นได้ชัดเจนว่าไม่ควรหยุดมองหาวิธีสร้างมอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่า 100% ท้ายที่สุด แรงโน้มถ่วงไม่เพียงสามารถใช้เป็นแหล่งที่ไม่สิ้นสุดได้พลังงาน
แม่เหล็กถาวรเป็นแหล่งพลังงานสำหรับมอเตอร์
แหล่งที่น่าสนใจที่สองคือแม่เหล็กถาวรซึ่งไม่ได้รับพลังงานจากทุกที่และสนามแม่เหล็กจะไม่ถูกใช้แม้ในขณะทำงาน ตัวอย่างเช่น ถ้าแม่เหล็กดึงดูดบางสิ่งเข้าหาตัวเอง แม่เหล็กก็จะทำงาน และสนามแม่เหล็กของมันจะไม่อ่อนลง คุณสมบัตินี้ได้ถูกลองใช้มากกว่าหนึ่งครั้งเพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า Perpetual Motion Machine แต่จนถึงตอนนี้ก็ยังไม่มีอะไรปกติเกิดขึ้นมากนัก กลไกใดๆ ก็ตามจะเสื่อมสภาพไม่ช้าก็เร็ว แต่แหล่งกำเนิดซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวรนั้นคงอยู่ชั่วนิรันดร์
อย่างไรก็ตาม มีผู้เชี่ยวชาญกล่าวว่าเมื่อเวลาผ่านไป แม่เหล็กถาวรจะสูญเสียความแรงอันเป็นผลมาจากอายุ สิ่งนี้ไม่เป็นความจริง แต่ถึงแม้ว่ามันจะเป็นความจริง มันก็เป็นไปได้ที่จะทำให้เขาฟื้นคืนชีพด้วยชีพจรแม่เหล็กไฟฟ้าเพียงจังหวะเดียว เครื่องยนต์ที่ต้องชาร์จทุกๆ 10-20 ปีแม้ว่าจะไม่สามารถอ้างว่าเป็นนิรันดร์ได้ แต่ก็ใกล้เคียงมาก
มีความพยายามที่จะสร้างเครื่องเคลื่อนไหวตลอดเวลาโดยใช้แม่เหล็กถาวร จนถึงขณะนี้ยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาที่ประสบความสำเร็จ แต่ด้วยข้อเท็จจริงที่ว่ามีความต้องการเครื่องยนต์ดังกล่าว (เป็นไปไม่ได้เลย) มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมากว่าในอนาคตอันใกล้นี้ เราจะได้เห็นบางสิ่งที่ใกล้เคียงกับโมเดลเครื่องจักรเคลื่อนที่ถาวรที่ใช้พลังงานหมุนเวียนมาก.
สรุป
ประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดที่กำหนดประสิทธิภาพของมอเตอร์เฉพาะ ยิ่งประสิทธิภาพสูง มอเตอร์ยิ่งดี ในเครื่องยนต์ที่มีประสิทธิภาพ 95% เกือบทั้งหมดพลังงานที่ใช้ไปกับการทำงานและไม่จำเป็นต้องใช้เพียง 5% (เช่น ชิ้นส่วนอะไหล่ที่ให้ความร้อน) เครื่องยนต์ดีเซลสมัยใหม่สามารถเข้าถึงประสิทธิภาพได้ถึง 45% และถือเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เบนซินยังน้อยอีกด้วย