Les moteurs électriques sont apparus il y a assez longtemps, mais ils ont suscité un grand intérêt lorsqu'ils ont commencé à représenter une alternative aux moteurs à combustion interne. La question de l'efficacité du moteur électrique, qui est l'une de ses principales caractéristiques, est particulièrement intéressante.
Chaque système a une sorte d'efficacité, qui caractérise l'efficacité de son travail dans son ensemble. C'est-à-dire qu'il détermine dans quelle mesure un système ou un appareil fournit ou convertit de l'énergie. En valeur, l'efficacité n'a pas de valeur, et le plus souvent elle est présentée sous forme de pourcentage ou de nombre de zéro à un.
Paramètres de rendement dans les moteurs électriques
La tâche principale d'un moteur électrique est de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. L'efficacité détermine l'efficacité de cette fonction. La formule de rendement du moteur est la suivante:
n=p2/p1
Dans cette formule, p1 est la puissance électrique fournie, p2 est la puissance mécanique utile qui est générée directementmoteur. La puissance électrique est déterminée par la formule: p1=UI (tension multipliée par le courant), et la valeur de la puissance mécanique selon la formule P=A/t (le rapport du travail à l'unité de temps). Voici à quoi ressemble le calcul de l'efficacité du moteur électrique. Cependant, c'est la partie la plus simple de celui-ci. Selon l'objectif du moteur et sa portée, le calcul sera différent et prendra en compte de nombreux autres paramètres. En fait, la formule d'efficacité du moteur comprend beaucoup plus de variables. L'exemple le plus simple a été donné ci-dessus.
Efficacité réduite
Le rendement mécanique d'un moteur électrique doit être pris en compte lors du choix d'un moteur. Les pertes associées à l'échauffement du moteur, à la réduction de puissance et aux courants réactifs jouent un rôle très important. Le plus souvent, la baisse de rendement est associée au dégagement de chaleur, qui se produit naturellement lors du fonctionnement du moteur. Les raisons du dégagement de chaleur peuvent être différentes: le moteur peut chauffer lors des frottements, ainsi que pour des raisons électriques et même magnétiques. Comme exemple le plus simple, nous pouvons citer une situation où 1 000 roubles ont été dépensés en énergie électrique et des travaux ont été effectués pour 700 roubles. Dans ce cas, le rendement sera égal à 70 %.
Pour refroidir les moteurs électriques, des ventilateurs sont utilisés pour forcer l'air à travers les interstices créés. Selon la classe de moteurs, le chauffage peut être effectué jusqu'à une certaine température. Par exemple, les moteurs de classe A peuvent devenir chaudsjusqu'à 85-90 degrés, classe B - jusqu'à 110 degrés. Si la température dépasse la limite autorisée, cela peut indiquer un court-circuit du stator.
Rendement moyen des moteurs électriques
Il convient de noter que le rendement d'un moteur CC (et CA) varie en fonction de la charge:
- L'efficacité est de 0 % au ralenti.
- À 25 % de charge, l'efficacité est de 83 %.
- À 50 % de charge, le rendement est de 87 %.
- À 75 % de charge, l'efficacité est de 88 %.
- À 100 % de charge, le rendement est de 87 %.
L'une des raisons de la baisse de rendement est l'asymétrie des courants, lorsqu'une tension différente est appliquée à chacune des trois phases. Si, par exemple, la première phase a une tension de 410 V, la deuxième - 403 V et la troisième - 390 V, alors la valeur moyenne sera de 401 V. L'asymétrie dans ce cas sera égale à la différence entre le tensions maximales et minimales sur les phases (410 -390), soit 20 V. La formule de rendement du moteur pour le calcul des pertes ressemblera à dans notre situation: 20/401100=4,98 %. Cela signifie que nous perdons 5 % d'efficacité pendant le fonctionnement en raison de la différence de tension dans les phases.
Pertes totales et baisse d'efficacité
De nombreux facteurs négatifs affectent la baisse de rendement d'un moteur électrique. Il existe certaines méthodes qui vous permettent de les déterminer. Par exemple, vous pouvez déterminer s'il existe un espace à travers lequel la puissance est partiellement transférée du réseau au stator, puis au rotor.
Des pertes de démarrage se produisent également, et elles consistent en plusieursvaleurs. Tout d'abord, il peut s'agir de pertes liées aux courants de Foucault et à la remagnétisation des noyaux du stator.
Si le moteur est asynchrone, il y a des pertes supplémentaires dues aux dents du rotor et du stator. Des courants de Foucault peuvent également se produire dans les composants individuels du moteur. Tout cela réduit au total le rendement du moteur électrique de 0,5 %. Dans les moteurs asynchrones, toutes les pertes pouvant survenir pendant le fonctionnement sont prises en compte. Par conséquent, la plage d'efficacité peut varier de 80 à 90 %.
Moteurs automobiles
L'histoire du développement des moteurs électriques commence avec la découverte de la loi de l'induction électromagnétique. Selon lui, le courant d'induction se déplace toujours de manière à contrecarrer la cause qui le provoque. C'est cette théorie qui a servi de base à la création du premier moteur électrique.
Les modèles modernes sont basés sur le même principe, mais radicalement différents des premiers exemplaires. Les moteurs électriques sont devenus beaucoup plus puissants, plus compacts, mais surtout, leur efficacité a considérablement augmenté. Nous avons déjà écrit plus haut sur l'efficacité d'un moteur électrique, et comparé à un moteur à combustion interne, c'est un résultat étonnant. Par exemple, le rendement maximal d'un moteur à combustion interne atteint 45 %.
Avantages du moteur électrique
Le haut rendement est le principal avantage d'un tel moteur. Et si un moteur à combustion interne dépense plus de 50% de l'énergie pour le chauffage, alors dans un moteur électrique une petite partie est dépensée pour le chauffageénergie.
Le deuxième avantage est la légèreté et la taille compacte. Par exemple, Yasa Motors a créé un moteur d'un poids de seulement 25 kg. Il est capable de délivrer 650 Nm, ce qui est un résultat très correct. De plus, ces moteurs sont durables, n'ont pas besoin de boîte de vitesses. De nombreux propriétaires de voitures électriques parlent de l'efficacité des moteurs électriques, ce qui est logique dans une certaine mesure. Après tout, pendant le fonctionnement, le moteur électrique n'émet aucun produit de combustion. Cependant, de nombreux conducteurs oublient qu'il est nécessaire d'utiliser du charbon, du gaz ou de l'uranium enrichi pour produire de l'électricité. Tous ces éléments polluent l'environnement, de sorte que le respect de l'environnement des moteurs électriques est une question très controversée. Oui, ils ne polluent pas l'air pendant le fonctionnement. Pour eux, les centrales électriques font cela dans la production d'électricité.
Améliorer l'efficacité des moteurs électriques
Les moteurs électriques présentent certains inconvénients qui ont un effet néfaste sur l'efficacité du travail. Il s'agit d'un couple de démarrage faible, d'un courant de démarrage élevé et d'une incohérence entre le couple mécanique de l'arbre et la charge mécanique. Cela conduit au fait que l'efficacité de l'appareil diminue.
Pour améliorer l'efficacité, ils essaient de charger le moteur à 75 % ou plus et d'augmenter les facteurs de puissance. Il existe également des dispositifs spéciaux pour réguler la fréquence du courant et de la tension fournis, ce qui conduit également à une efficacité accrue et à une efficacité accrue.
L'un des dispositifs les plus populaires pour augmenter l'efficacité d'un moteur électrique est undémarrage, ce qui limite la vitesse de croissance du courant d'appel. Il convient également d'utiliser des convertisseurs de fréquence pour modifier la vitesse de rotation du moteur en modifiant la fréquence de la tension. Cela conduit à une réduction de la consommation d'énergie et offre un démarrage en douceur du moteur, une grande précision de réglage. Le couple de démarrage augmente également, et avec une charge variable, la vitesse de rotation se stabilise. En conséquence, l'efficacité du moteur électrique est améliorée.
Rendement maximal du moteur
Selon le type de construction, le rendement des moteurs électriques peut varier de 10 à 99 %. Tout dépend de quel type de moteur il s'agira. Par exemple, le rendement d'un moteur de pompe à piston est de 70 à 90 %. Le résultat final dépend du fabricant, de la conception de l'appareil, etc. On peut en dire autant de l'efficacité du moteur de la grue. S'il est égal à 90%, cela signifie que 90% de l'électricité consommée servira à effectuer des travaux mécaniques, les 10% restants serviront à chauffer des pièces. Pourtant, il existe les modèles de moteurs électriques les plus performants, dont le rendement approche les 100 %, mais n'est pas égal à cette valeur.
Est-il possible d'atteindre une efficacité supérieure à 100 % ?
Ce n'est un secret pour personne que les moteurs électriques dont le rendement dépasse 100 % ne peuvent pas exister dans la nature, car cela contredit la loi fondamentale de la conservation de l'énergie. Le fait est que l'énergie ne peut pas venir de nulle part et disparaître de la même manière. Chaque moteur a besoinsource d'énergie: essence, électricité. Cependant, l'essence n'est pas éternelle, comme l'électricité, car leurs stocks doivent être reconstitués. Mais s'il existait une source d'énergie qui n'avait pas besoin d'être reconstituée, il serait tout à fait possible de créer un moteur avec un rendement supérieur à 100%. L'inventeur russe Vladimir Chernyshov a montré une description du moteur, qui est basé sur un aimant permanent, et son efficacité, comme l'affirme l'inventeur lui-même, est supérieure à 100 %.
Hydroélectrique comme exemple de machine à mouvement perpétuel
Par exemple, prenons une centrale hydroélectrique, où l'énergie est générée en tombant d'une grande hauteur d'eau. L'eau fait tourner la turbine qui produit de l'électricité. La chute d'eau s'effectue sous l'influence de la gravité de la Terre. Et bien que le travail de production d'électricité soit en cours, la gravité de la Terre ne s'affaiblit pas, c'est-à-dire que la force d'attraction ne diminue pas. Ensuite, l'eau s'évapore sous l'action de la lumière du soleil et pénètre à nouveau dans le réservoir. Ceci termine le cycle. En conséquence, de l'électricité a été générée et les coûts de sa production ont été rétablis.
Bien sûr, on peut dire que le Soleil n'est pas éternel, c'est vrai, mais il durera quelques milliards d'années. Quant à la gravité, elle travaille constamment, éliminant l'humidité de l'atmosphère. D'une manière générale, une centrale hydroélectrique est un moteur qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique, et son rendement est supérieur à 100 %. Cela montre clairement qu'il ne vaut pas la peine de s'arrêter pour chercher des moyens de créer un moteur électrique dont l'efficacité peut être supérieure à 100%. Après tout, non seulement la gravité peut être utilisée comme source inépuisableénergie.
Les aimants permanents comme source d'énergie pour les moteurs
La deuxième source intéressante est un aimant permanent, qui ne reçoit d'énergie de nulle part, et le champ magnétique n'est pas consommé même lors du travail. Par exemple, si un aimant attire quelque chose vers lui, il fera le travail et son champ magnétique ne s'affaiblira pas. Cette propriété a déjà été essayée plus d'une fois pour créer la soi-disant machine à mouvement perpétuel, mais jusqu'à présent rien de plus ou moins normal n'en est sorti. Tout mécanisme s'usera tôt ou tard, mais la source elle-même, qui est un aimant permanent, est pratiquement éternelle.
Cependant, certains experts disent qu'avec le temps, les aimants permanents perdent de leur force en raison du vieillissement. Ce n'est pas vrai, mais même si c'était vrai, il serait alors possible de le ramener à la vie avec une seule impulsion électromagnétique. Un moteur qui nécessiterait une recharge tous les 10 à 20 ans, bien qu'il ne puisse pas prétendre être éternel, est très proche de cela.
Il y a déjà eu de nombreuses tentatives pour créer une machine à mouvement perpétuel basée sur des aimants permanents. Jusqu'à présent, il n'y a malheureusement pas eu de solutions efficaces. Mais étant donné qu'il existe une demande pour de tels moteurs (il ne peut tout simplement pas y en avoir), il est tout à fait possible que dans un proche avenir nous voyions quelque chose qui se rapprochera très près du modèle de machine à mouvement perpétuel qui sera alimenté par des énergies renouvelables.
Conclusion
L'efficacité d'un moteur électrique est le paramètre le plus important qui détermine l'efficacité d'un moteur particulier. Plus le rendement est élevé, meilleur est le moteur. Dans un moteur avec une efficacité de 95%, presque tousl'énergie dépensée est dépensée pour faire du travail et seulement 5% est dépensée non nécessaire (par exemple, pour chauffer des pièces de rechange). Les moteurs diesel modernes peuvent atteindre un rendement de 45 %, ce qui est considéré comme un résultat intéressant. L'efficacité des moteurs à essence est encore moindre.
