Кпд эл двигателя: Описание параметра «КПД электродвигателя» — Профсектор

Как повысить эффективность электродвигателя — Fluidbusiness

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.

Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными.

• относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
• скорость вращения (число полюсов)
• размер двигателя (номинальная мощность)
• класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с  

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:
n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока  существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД).

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого  
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется «Коэффициент Мощности«. Некоторые  
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения  
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте  
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,  
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного  
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3)

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери  в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно:

• покупка электродвигателей с изначально высоким PF
• не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением  
• нагрузки на электродвигатель)
• установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
• увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
• преобразование в привод с частотным регулированием

• увеличение PF
• меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
• По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF  
• падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
• Уменьшение сборов за коэффициент мощности
• Увеличение общей производительности системы
• Интеллектуальная система управления электродвигателем
• Частотно-регулируемый электропривод

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о  
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

КПД электродвигателя

Коэффицент  полезного действия электродвигателя

Правильный выбор электродвигателя напрямую связан с его КПД, потери КПД электродвигателя  это бич  промышленности и производства. Реактивные токи,  сильный нагрев электродвигателя, понижение мощности  и в целом складывается потеря КПД электродвигателя.

В любом электродвигателе   электрическая энергия  с потерей мощности превращается в механическую энергию.  Потери складываются из нескольких факторов,  которые я перечислю ниже.

Причины  полных потерь КПД  в электродвигателе

1.  Магнитные (в железе статора  и ротора перемагничивание, плюс еще и  вихревые токи)

2.  Электрических ( обмотки статора  и ротора)

3.  Механические потери (трение подшипников и т.д.)

КПД (коэффициент полезного действия электродвигателя) это – сравнивание отдаваемой механической энергией электродвигателя с потребляемой   электродвигателем электрической энергией.  Более проще звучит так,   скушал электричества на три рубля, а отдал на рубль, да еще и нагрелся.

Для электродвигателя  с коротко замкнутым ротором  мощностью 1-17 kW  КПД, как правило, равно 0. 78 – 0,87,  для тех кто не слишком в теме чуть разъясню.  Для двигателя в 15 kW  потеря в 1950 ватт считается нормой.  Для любопытных поясняю эта электроэнергия преобразуется в тепло в результате, которого электродвигатель нагревается.

Охлаждение электродвигателя происходит с помощью  вентилятора, который прогоняет воздух через специальные воздушные зазоры. Допускаемая норма нагрева электродвигателя класса А  порядка 85 – 90С   для класса В   110С  градусов .  Из своего опыта могу сказать если при прикосновении рука терпит , значит этот двигатель еще поработает, ну а если руку нельзя держать больше двух секунд то дело плохо и межвитковое замыкание статора уже совсем близко. Охлаждение электродвигателя это тема для другой статьи  и мы к ней еще вернемся.

КПД  Эл. Двигателя также зависит от нагрузки и зависимости  от нагрузки меняет свое значение.

Холостой ход – КПД  0

1/4 нагрузки — КПД  0,83

1/2 нагрузки — КПД  0,87

3/4 нагрузки – КПД  0,88

Полная нагрузка   — КПД  0,87

 Если в сети асимметрия токов  то это тоже фактор снижения КПД электродвигателя. (на трех фазах разный вольтаж) Ниже  на таблице приведен пример.

Многие спрашивают от чего зависит КПД электродвигателя?  —  из выше перечисленных фактов мы познакомились с этим термином,  в общих чертах. Для каждого типа электродвигателя свои параметры, влияющие на его коэффициент полезного действия. Прежде чем устанавливать электрооборудование необходимо просчитать все факторы, негативно влияющие на КПД электродвигателя.

Анонс:  Для любителей все делать своими руками предлагаем статью Сложный ремонт дрели  зачем нести в мастерскую когда можно отремонтировать самому.

Новый подход к контролю соответствует реальным условиям работы

Электродвигатели являются важнейшим элементом многих промышленных процессов, они потребляют до 70 % от общего количества энергии на промышленном предприятии и до 46 % от общего количества производимого электричества в мире. Учитывая то, насколько большую роль электродвигатели играют в промышленных процессах, стоимость простоев, связанных с их неисправностью, может измеряться десятками тысяч долларов в час. Обеспечение эффективной и надежной работы электродвигателей — это одна из наиболее важных задач, которую ежедневно решают технические специалисты и инженеры по обслуживанию.

Эффективное использование электричества — это не просто «полезно». Во многих ситуациях от энергоэффективности зависит, прибыльной или убыточной является компания. Поскольку электродвигатели потребляют на промышленных объектах столь значительное количество энергии, эффективность их использования стала основным фактором, от которого зависит экономия и поддержание прибыльности. Кроме того, из-за желания обеспечить экономию посредством увеличения эффективности и снизить зависимость от природных ресурсов многие компании начинают следовать промышленным стандартам, таким как ИСО 50001. Стандарт ИСО 50001 устанавливает основные положения и требования для организации, внедрения и поддержания системы управления энергопотреблением, призванной обеспечить постоянную экономию.

Традиционные методы проверки электродвигателей

Традиционный метод проверки производительности и КПД электродвигателей тщательно разработан, но его организация может быть связана с большими расходами, а реализация в рамках рабочих процессов трудноосуществима. Часто для проверки производительности электродвигателя требуется даже полное отключение системы, что может привести к дорогостоящему простою. Чтобы определить КПД электродвигателя, необходимо измерить широкий диапазон динамических рабочих параметров — как для входной электрической мощности, так и для выходной механической мощности. Для измерения характеристик производительности электродвигателя традиционным методом сначала техническим специалистам необходимо установить электродвигатель на испытательный стенд. Испытательный стенд представляет собой проверяемый электродвигатель, закрепленный на генераторе или на динамометре.

Затем с помощью вала проверяемый электродвигатель соединяют с нагрузкой. На валу закреплен датчик скорости (тахометр), а также комплект датчиков крутящего момента, которые предоставляют данные, позволяющие рассчитывать механическую мощность. Система предоставляет различные данные, включая данные о скорости, крутящем моменте и механической мощности. Некоторые системы также позволяют измерять электрическую мощность, благодаря чему можно рассчитать КПД.

КПД вычисляется по формуле:

Механическая мощность
 Электрическая мощность

Во время проверки нагрузка изменяется, что позволяет определять КПД для различных режимов работы. Система испытательного стенда может показаться достаточно простой, однако с ее использованием связано несколько характерных недостатков:

1. Электродвигатель необходимо снять с места использования.
2. Значения нагрузки электродвигателя не являются по-настоящему репрезентативными, поскольку не характеризуют производительность электродвигателя во время реальной работы.
3. Во время проведения проверки работу необходимо приостановить (что создает простой), либо необходимо временно установить сменный электродвигатель.
4. Датчики крутящего момента отличаются высокой стоимостью и ограниченным рабочим диапазоном, поэтому для проверки различных электродвигателей может потребоваться несколько датчиков.
5. Испытательный стенд, на котором можно проверять широкий диапазон электродвигателей, имеет высокую стоимость. Такие испытательные стенды обычно используются специалистами по ремонту электродвигателей или исследовательскими организациями.
6. Не учитываются «реальные» рабочие условия.

Параметры электродвигателей

Электродвигатели могут предназначаться для различных областей применения с различными нагрузками, поэтому характеристики каждого электродвигателя отличаются. Классификация характеристик осуществляется в соответствии со стандартами Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) или Международной электротехнической комиссии (МЭК). От этих характеристик напрямую зависит работа и КПД электродвигателя. На каждом электродвигателе закреплена паспортная табличка, на которой указаны основные рабочие параметры и информация о КПД электродвигателя в соответствии с рекомендациями NEMA или МЭК. Указанные на паспортной табличке данные можно сравнивать с реальными характеристиками режима использования. Например, сравнивая эти значения, можно узнать, что электродвигатель превышает ожидаемые характеристики скорости или крутящего момента, что может привести к сокращению срока службы электродвигателя или к преждевременному выходу из строя. Негативно сказаться на характеристиках производительности электродвигателя могут также такие явления, как асимметрия напряжения или тока, а также гармоники, связанные с плохим качеством электроэнергии. При существовании какого-либо из этих условий необходимо снизить номинал электродвигателя (то есть ожидаемая производительность электродвигателя должна быть снижена), что может привести к нарушению выполняемых процессов, если не будет производиться достаточное количество механической мощности. Снижение номинала рассчитывается по стандарту NEMA в соответствии с данными, указанными для данного типа электродвигателя. Стандарты NEMA и МЭК некоторым образом отличаются друг от друга, но в целом они придерживаются одинаковых положений.

«Реальные» рабочие условия

При выполнении проверки электродвигателей на стенде электродвигатель обычно работает в самых лучших условиях. Однако во время реальной работы самые лучшие условия, как правило, не удается обеспечить. Непостоянство рабочих условий приводит к снижению производительности электродвигателя. Например, на промышленном предприятии могут быть нагрузки, оказывающие непосредственное влияние на качество электроэнергии и вызывающие асимметрию в системе или потенциально вызывающие гармоники. Каждое из этих условий может серьезно повлиять на производительность электродвигателя. Кроме того, нагрузка, приводимая в движение электродвигателем, может быть неоптимальной или может не соответствовать изначальному предназначению электродвигателя. Нагрузка может быть слишком большой для данного электродвигателя, или возможна перегрузка вследствие плохого управления процессами. Движению электродвигателя может также препятствовать чрезмерное трение, вызванное наличием какого-либо постороннего предмета, блокирующего работу насоса или рабочего колеса вентилятора. Обнаружение этих аномалий может быть затруднено и может потребовать много времени, вследствие чего эффективный поиск неисправностей будет проблематичным.

Новый подход

Анализатор качества электроэнергии и работы электродвигателей Fluke 438-II обеспечивает модернизированный и экономичный способ проверки КПД электродвигателя, при этом отсутствует необходимость в установке внешних механических датчиков и в дорогостоящих простоях. Прибор Fluke 438-II, созданный на основе анализаторов качества электроэнергии Fluke серии 430-II, оснащен полным набором функций для анализа качества электроэнергии, а также для измерения механических параметров на электродвигателях прямого пуска. 438-II использует данные, указанные на паспортной табличке электродвигателя (NEMA или МЭК) вместе с данными измерений трехфазного питания, чтобы в режиме реального времени рассчитывать параметры производительности электродвигателя, включая скорость, крутящий момент, механическую мощность и КПД, при этом использование дополнительных датчиков крутящего момента и частоты вращения не требуется. Кроме того, 438-II непосредственно вычисляет коэффициент снижения мощности электродвигателя в режиме работы.

Чтобы прибор Fluke 438-II выполнил эти измерения, технический специалист или инженер должен ввести следующие данные: номинальную мощность в кВт или л. с., номинальное напряжение и силу тока, номинальную частоту, номинальный cos φ или коэффициент мощности, номинальный сервис-фактор, а также тип электродвигателя в соответствии с классификацией NEMA или МЭК.

Принцип работы

Fluke 438-II выполняет механические измерения параметров (скорости вращения электродвигателя, нагрузки, крутящего момента и КПД), применяя уникальные алгоритмы к электрическим сигналам. Эти алгоритмы основаны на сочетании физических и управляемых данными моделей асинхронного электродвигателя. При этом не требуются предварительные проверки, которые обычно нужны для измерения параметров электродвигателя (например, сопротивление статора). Скорость электродвигателя можно рассчитать на основе гармоник пазов ротора, присутствующих в сигналах тока. Крутящий момент вала электродвигателя можно связать со значениями напряжения, силы тока и скольжения асинхронного электродвигателя, используя хорошо известные, но сложные физические формулы. Электрическая мощность измеряется с использованием входных сигналов силы тока и напряжения. При получении расчетного значения крутящего момента и скорости, механическая мощность (или нагрузка) вычисляется на основе крутящего момента, умноженного на частоту вращения. КПД электродвигателя вычисляется путем деления рассчитанной механической мощности на измеренную электрическую мощность. Компания Fluke провела обширные испытания на электродвигателях, приводящих в движение динамометры. Были измерены значения фактической электрической мощности, крутящего момента вала электродвигателя, а также скорости электродвигателя. Эти значения сравнивались со значениями, полученными с прибора 438-II для определения погрешности.

Сводный обзор

Традиционные методы проверки производительности и КПД электродвигателей тщательно разработаны, однако это не означает, что они широко используются. В значительной степени это объясняется тем, что отключение электродвигателей, а иногда и целых систем, для выполнения проверок приводит к простою производства, а это связано с большими расходами. Прибор Fluke 438-II предоставляет чрезвычайно полезную информацию, которую до этого было крайне сложно и дорого получить. Кроме того, наличие на приборе Fluke 438-II передовых функций по анализу качества электроэнергии позволяет измерять качество электроэнергии непосредственно во время работы системы. Выполнение важных измерений для определения КПД электродвигателя стало проще, поскольку использование отдельных внешних датчиков крутящего момента и скорости не требуется, благодаря чему можно анализировать производительность самых распространенных промышленных процессов, использующих электродвигатель, не прерывая их выполнения. Это позволяет техническим специалистам сокращать время простоя и отслеживать тенденции производительности электродвигателя во времени, благодаря чему можно получить более полную картину общего состояния системы и ее производительности. Отслеживание тенденций производительности позволяет увидеть изменения, которые могут указывать на приближающийся отказ электродвигателя. Благодаря этой информации можно выполнить замену до того, как электродвигатель выйдет из строя.

10 простых советов по продлению срока службы двигателя

10 простых советов по продлению срока службы двигателя

«Вечный двигатель» или 10 советов, как продлить его срок службы

Искать ответ на вопрос как долго вам прослужит электродвигатель нужно не в ходе его эксплуатации, а намного раньше. Правильный выбор машины с учетом условий и регулярности ее применения — верный залог того, что она будет работать долго, надежно и эффективно. При этом, конечно, не стоит забывать о соблюдении рекомендаций по эксплуатации, грамотном монтаже и профессиональном обслуживании машины. Именно эти параметры будут определяющими в продолжительности ее жизни.

Теперь рассмотрим каждый из них подробнее и дадим еще несколько советов, на что стоит обратить внимание при эксплуатации электродвигателя, чтобы срок его службы был максимально долгим.

1. Покупайте правильный электродвигатель

Чтобы не приобрести очередную «головную боль» (в виде электродвигателя) на свой объект, посоветуйтесь со своими механиками. Именно эти люди будут сутки напролет обхаживать и заботиться о двигателях, чтобы машина не подвела в самый неподходящий момент. Они профессионалы и подберут то, что необходимо, а не то, что дешево или выгодно. Они умеют правильно, и главное — технически грамотно:

• определить производителя и серию двигателя;
• указать необходимую мощность и обороты;
• уточнить вопрос по рабочему напряжению, способу монтажа, климатическому исполнению;
• обратить внимание на значения КПД и cos φ;
• указать дополнительные требования к машине.

В том случае, если вы живете по правилу — доверяй, но поверяй — можете совершенно бесплатно получить необходимые рекомендации у наших специалистов.

2. Установите прямую связь со специалистами завода-изготовителя

Это позволит вам напрямую с разработчиками электродвигателя технически грамотно и быстро решать все вопросы, связанные с обслуживанием и ремонтом. Предоставляя обратную связь производителю, вы, хотите того сами или нет, делаете неоценимый вклад в повышения уровня качества производимой производителями продукции.

3. Соблюдайте технику безопасности при проведении монтажных работ и советы по эксплуатации

Установка электродвигателя производится, как правило, с помощью кранов или ручных лебедок, а также талей и других устройств, расположенных над местом его эксплуатации. Обязательно проверяйте возможности их нагрузки!

Также не забывайте, что центровка электродвигателей с технологической машиной, проверка воздушных зазоров, замена смазки в подшипниках, подгонка и регулировка щеток у электродвигателя с фазным ротором, проверка сопротивления изоляции обмоток должны происходить только при отключенном рубильнике, вынутых плавких вставках предохранителей на питающей линии с вывешиванием запрещающего плаката на рубильнике.

При монтаже необходимо обратить особое внимание на состояние электродвигателя и не допускать использования инструмента, имеющего дефекты.

4. Своевременно выполняйте регламентные работы

В первую очередь, проводите регулярный внешний осмотр во время работы двигателя. Эта мера носит профилактический характер, но очень важна. Она позволит предупредить возникновение неисправностей и, как следствие, предотвратить сбой в работе. Во время проведения осмотра очищается поверхность электродвигателя, производится затяжка болтовых соединений и крепления заземлений.

Не менее важно проведение работ по контролю основных параметров электрической машины. Сюда входят замер токов и проверка их на соответствие заводским параметрам. Перегрузка двигателя значительно сокращает срок его службы. Также необходимо убедиться в отсутствии посторонних шумов и вибрации, в том, что двигатель смазан, а его температура не превышает допустимые нормы (подробнее п. 7, 10).

5. Выбирайте энергоэффективные двигатели

Основным показателем энергоэффективности электродвигателя является его коэффициент полезного действия (далее КПД), который рассчитывается по формуле:

η=P2/P1=1 – ΔP/P1,

где Р2 — полезная мощность на валу электродвигателя,

Р1 — активная мощность, потребляемая электродвигателем из сети,

ΔP — суммарные потери, возникающие в электродвигателе.

Как мы видим, чем выше КПД (и соответственно ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания полезной мощности.

Согласно эмпирическому закону срок службы изоляции уменьшается в два раза при увеличении температуры на 100 °C. Таким образом, срок службы двигателя с повышенной энергоэффективностью несколько больше, так как потери и нагрев меньше.

6. Применяйте электродвигатели с преобразователями частоты

Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения электродвигателя за счет изменения входной частоты. Это позволяет сэкономить как минимум 30% электроэнергии по сравнению с традиционными способами управления двигателями. Например, если снизить рабочую частоту всего на 20% (с 50 до 40 Гц), то потребление электроэнергии уменьшится вдвое!

Помимо энергосбережения преобразователи частоты увеличивают срок службы электродвигателя, повышают надежность всей системы, не требуют технического обслуживания.

7. Контролируйте температуру двигателя

Нормативный срок службы электродвигателя определяется допустимой температурой нагрева его изоляции. В современных двигателях применяется несколько классов изоляции, допустимая температура нагрева которых составляет:

• Класс В — 130 °C,
• Класс F — 155 °C,
• Класс H — 180 °C.

Превышение допустимой температуры ведет к преждевременному разрушению изоляции и существенному сокращению срока его службы.

8. Следите за обмоткой электродвигателя

Здесь есть два варианта развития событий:

• обрыв обмотки в треугольнике,
• обрыв обмотки в звезде.

Рассмотрим каждый из них.

Обрыв обмотки в «треугольнике». Из практики известно, что оборванная обмотка никак не мешает нормальной работе электродвигателя. Оставшиеся две обмотки берут на себя всю мощность через подсоединение к сети по топологии «открытый треугольник». В результате двигатель набирает обороты, держит нагрузку, но происходит чрезмерный нагрев двух подключенных фаз. При относительно долгой эксплуатации асинхронного силового агрегата под нагрузкой на валу в таком неверном режиме включения происходит неминуемое выгорание задействованных обмоток статора.

Обрыв обмотки в «звезде». Обрыв обмотки статора в трехфазном электродвигателе, включенном в сеть по топологии «звезда», приводит к тому, что машина отказывается запускаться, если ее остановить. Двигатель греется, издает неприятный гул, вибрирует ротором, но не запускается. Обрыв обмотки приводит к тому, что не образуется вращающееся магнитное поле. Безусловно, двигатель можно запустить, но для этого необходимо предварительно раскрутить вал ротора. Естественно, возрастает электропотребление, шум, а также общий износ двигателя.

Единственно верное решение проблемы обрыва обмотки — это нахождение дефектной обмотки и ее перемотка. Любая скрутка, спайка внутри обмотки неприемлема. Лучше и надежнее перемотать всю обмотку, сохраняя число витков, а также сечение обмоточной проволоки.

9. Особое внимание — аварийный режим!

Многолетний опыт эксплуатации электродвигателей показал, что большинство существующих защит не обеспечивают безаварийную работу электродвигателя. Например, тепловые реле рассчитывают на длительную перегрузку 25-30% от номинальной. Но чаще всего они срабатывают при обрыве одной фазы при нагрузке 60% от номинальной. При меньшей нагрузке реле не срабатывает, электродвигатель продолжает работать на двух фазах и выходит из строя в результате перегрева изоляции обмоток.

Правильный выбор защитного устройства — это важный фактор в обеспечении безопасной эксплуатации электродвигателя. Приборы защиты электродвигателя от аварийных режимов можно разделить на несколько видов:

• тепловые защитные устройства — тепловые реле, расцепители;
• защитные устройства от сверхтоков — плавкие предохранители, автоматы;
• термочувствительные защитные устройства — термисторы, термостаты;
• защита от аварий в электросети — реле напряжения и контроля фаз, мониторы сети;
• приборы МТЗ (максимальной токовой защиты), электронные токовые реле;
• комбинированные устройства защиты.

При выборе релейной защиты проконсультируйтесь со специалистом.

10. Обращайте внимание на вибрацию и шум

Обращайте самое пристальное внимание на такие параметры электрической машины как вибрация и шум. Если они не в пределах нормы, то свидетельствуют о механической неисправности. Очень важно вовремя уловить данные изменения в работе машины, определить причины возникновения, и конечно же устранить их.

Если самостоятельно решить данный вопрос не получается, рекомендуем обращаться напрямую к производителям, обладающим необходимым оборудованием, и специалистам, регулярно решающими подобного рода задачи. Это сэкономит вам время и деньги!

Новый подход к производству энергии — Энергетика и промышленность России — № 10 (174) май 2011 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 10 (174) май 2011 года

На энергетические нужды ежегодно безвозвратно расходуются миллионы тонн топлива. Отравляется окружающая среда, уродуется лицо планеты, отбираются земли из сельхозоборота.

Гидро- и атомная энергия воздействуют на природу еще хуже. Трудно даже оценить наносимый ими вред.

Остальные же источники порой даже не стоит рассматривать всерьез. Их эксплуатация слишком дорога, удельная мощность производства слишком мала, существует большая зависимость от состояния окружающей среды и т. д.

А человечеству с каждым годом требуется все большее количество энергии. Получается тупик.

Но давайте посмотрим внимательнее на суть вопроса. Что такое энергия и откуда она берется? Полного и четкого ответа на этот вопрос сегодня не может дать ни один человек.

Ведь на самом деле энергия существует вокруг нас, но при этом независимо от нас. По большому счету, мы не можем ее получать и не можем уничтожать. Человеку дано лишь переводить ее из одного вида в другой, однако общее ее количество при этом не меняется.

Собственно, это и есть закон сохранения энергии. Что бы мы ни делали, мы не можем нарушить равновесие в полномасштабном мире!

Воздействие электро­движущей силы

Переводить энергию из одного вида в другой проще всего в электрических устройствах. Электричество наиболее широко применяется и легко обратимо в любой другой вид энергии.

Для преобразования электрической энергии в механическую широко используются электродвигатели. Считается, что эти устройства имеют наивысший КПД, превышающий 80‑90 процентов, среди всех устройств, переводящих энергию в механическое движение.

Но так ли это?

Рассмотрим работу электродвигателя подробнее. При вращении ротора в его обмотке наводится, по закону Ленца, так называемая генераторная ЭДС, всегда направленная навстречу питающему напряжению. И эта электродвижущая сила очень велика. Она составляет до 95‑98 процентов от величины питающего двигатель напряжения.

То есть при напряжении источника питания двигателя 100 вольт 95 вольт уходят на бесполезную работу по уменьшению напряжения питания двигателя! Получается, что истинное напряжение питания всего 5 вольт! А практически приходится подавать в двадцать раз больше!

Подсчитаем мощность, потребляемую двигателем, при истинном и практически осуществляемом напряжении питания. При токе потребления 1 А истинная мощность будет всего 5 ватт, а практическая – 100! Механическая же мощность (КПД = 80 %) будет 80 ватт.

То есть мы имеем огромные резервы по повышению эффективности работы электродвигателей. И тот КПД, который указан во всех учебниках электротехники, – совершенно неправильный. Считать можно только полезно преобразуемые величины. При правильном подсчете мы получаем КПД всего около 5 процентов… Меньше, чем у паровоза.

Истинное значение КПД в электрических машинах не соотносится прямо пропорционально с их потребляемой и выходной мощностью. Этот вопрос очень сложен и ждет своего глубокого изучения. Ведь тут оказываются вовлеченными параметры, которые никогда прежде не учитывались.

Многие скажут, что это фантастика: невозможно получить большую энергию, чем подвели. Но это совсем не так. Были проведены большие теоретические исследования, поставлен ряд опытов, которые неопровержимо доказали: это не только возможно, но и очень легко достижимо!

По пути Громова

Уже разработаны десятки вариантов электродвигателей и генераторов с эффективностью, в десятки раз превышающей ту, что имеется у используемых сейчас агрегатов. Большое значение в этих работах сыграли труды Н. Н. Громова из Нижнего Новгорода – ныне, к сожалению, покойного. Он широко разрабатывал эту тему и опубликовал множество решений. К сожалению, почти никто не обратил на его труды внимания. Его решения были слишком смелы и отличались от известных в электротехнике.

Тем не менее оказалось, что задачу повышения энергоэффективности можно решить даже в рамках уже выпускаемых промышленностью конструкций электродвигателей и генераторов.

Была разработана общая теория построения данного класса устройств, согласно которой двигатель практически любого типа может стать сверхэффективным, а электрогенераторы смогут вырабатывать энергию, потребляя только ту ее часть, которая нужна для покрытия потерь на трение. То есть генератор, вырабатывающий сотни киловатт, будет потреблять только несколько киловатт.

Теория была подтверждена практически группой экспериментаторов из Болгарии. Они испытали тестовую модель генератора, ротор которого не тормозился при подключении нагрузки. При самых тщательных измерениях не удалось заметить увеличение потребляемой механической мощности.

Изобилие без затрат

При должном финансировании данных работ уже в течение нескольких лет можно создать основные типы промышленных электрогенераторов и электродвигателей для всех отраслей народного хозяйства, в том числе и транспорта. Можно начать производить индивидуальные энергоблоки для частных лиц. Выпускать электромобили без аккумуляторов, которые не требуют станций подзарядки, но при этом имеют неограниченный радиус действия. Оснащать на новых принципах любые типы судов и многие типы летательных аппаратов, даже космические корабли (есть разработки движителей и для них).

Следующий этап – постепенно выводить изношенные мощности АЭС, ТЭЦ, ГЭС. И в течение нескольких десятилетий можно будет плавно и безболезненно перейти на принципиально новую энергетику.

Автор рассказал только об очень небольшой части исследований в этой области. Предлагаемые им способы настолько просты, доступны, что почти все можно сделать без значительных затрат и дорогого оборудования. Материалы требуются самые обычные. Особых технологий тоже не требуется. Если, например, деньги, что мы пустили на мифическую термоядерную энергетику, потратить на новые устройства, то, возможно, человечество получит энергетическое изобилие в кратчайшие сроки.

В заключение хотелось бы отметить, что работа над принципиально иным подходом к энергообеспечению продолжается энтузиастами и сейчас. Так, несколько месяцев назад был построен и испытан простейший макет электродвигателя без противоЭДС. Выходная механическая мощность превысила потребляемую электрическую более чем в два раза. Теория была подтверждена практически, и на основе этих испытаний изобретатели разработали гораздо более совершенные конструкции.

Современный электродвигатель — Экологические автомобили Экологические автомобили

Для большинства экологичных машин, таких как серийные электромобили, гибриды и автомобили на топливных элементах, главная движущая сила — это электрический двигатель. В основу работы современного электродвигателя положен принцип электромагнитной индукции — явления, связанного с возникновением электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока.

Тесная взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями открыла перед учеными новые возможности. История электрического транспорта и всего электромашиностроения в целом начинается с закона электромагнитной индукции, открытого М. Фарадеем в 1831 году, и правила Э. Ленца, согласно которому индукционный ток всегда направлен таким образом, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Труды Фарадея и Ленца легли в основу создания первого электродвигателя Бориса Якоби.

Современные электродвигатели, хоть и основаны на одном и том же законе, что и электромеханический преобразователь Якоби, но существенно от него отличаются. Со временем электрические моторы стали мощнее, компактнее, кроме того, их КПД значительно вырос. Коэффициент полезного действия современного тягового электродвигателя может составлять 85-95 %. Для сравнения, максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания без вспомогательных систем едва ли дотягивает до 45 %.

Виды современных электродвигателей

Электрические двигатели различаются по роду питающего напряжения:

• Двигатель переменного тока
• Двигатель постоянного тока

по числу фаз питающей сети:

• Однофазный электродвигатель. С одной рабочей обмоткой, подключается к однофазной сети переменного тока;
• Двухфазный электродвигатель. Имеет две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 градусов;
• Трехфазный электродвигатель. Подключается к трехфазной сети переменного тока, имеет 3 обмотки, магнитные поля которых расположены через 120 градусов.

по конструктивному исполнению:

• Коллекторный. Переключателем тока в обмотках и датчиком положения ротора является тоже самое устройство — щёточноколлекторный узел. Работает преимущественно на постоянном токе, однако современные электродвигатели, так называемые универсальные коллекторные двигатели, могут одновременно работать на постоянном и переменном токе;
• Бесколлекторный. Вентильные двигатели постоянного тока выполнены в виде замкнутой системы с датчиком положения ротора, инвертором и преобразователем координат.

по принципу работы:

• Синхронный электродвигатель. Электромеханическая машина, в которой ротор вращается синхронно с магнитным полем переменного тока;
• Асинхронный электродвигатель. Частота вращения ротора асинхронного двигателя переменного тока не совпадает с частотой вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора.

и по способу возбуждения:

• с возбуждением от постоянных магнитов;
• с параллельным возбуждением;
• с последовательным возбуждением;
• с последовательно-параллельным.

Тяговый электродвигатель для электромобиля

Электрический двигатель для современного электромобиля может быть как постоянного, так и переменного тока. Его основная задача — передача крутящего момента на движитель электромобиля. Основные отличия современного тягового электродвигателя от традиционной электромеханической машины являются большая мощность и компактные размеры, вызванные ограниченностью используемого пространства. В качестве характеристик тягового электромотора, кроме мощности и максимального крутящего момента, учитываются напряжение, ток, а также частота вращения.

Мотор-колесо

В последнее время в качестве двигателя для электромобиля инженеры используют систему мотор-колесо, правда, все чаще на концепт-карах. Исключением стал Volage – спортивный электромобиль, построенный силами Venturi и Michelin, который скоро поступит в продажу. Технология Active Wheel имеет ряд преимуществ. Все активные системы безопасности, такие как ABS, ESP, Brake Assist и Traction Control можно прошить в управляющий софт, после чего они смогут воздействовать на каждое колесо в отдельности. Добавим к этому мобильность системы и способность регенерировать энергию торможения.

Конечно, есть и недостатки. Попробуйте впихнуть кучу механизмов внутрь маленького обода. Если это и получится, то вес колеса увеличится, а это плохо скажется на управляемости, повысится износ подвески, увеличится передача вибрации на кузов. Идеальный вес автомобильного колеса должен составлять 10-30 кг. Инженерам Michelin удалось вписаться в эти рамки – тяговый электродвигатель Active Wheel весит всего 7 кг, а остальная механика системы укладывается в 11 кг.

Преимущества и недостатки электродвигателя

Преимуществ перед ДВС у электродвигателя много:

• Малый вес и достаточно компактные размеры. К примеру инженеры Yasa Motors разработали мотор весом 25 кг, который может выдавать до 650 Нм.
• Долговечность, простая эксплуатация.
• Экологичность.
• Максимальный крутящий момент доступен уже с 0 об/мин.
• Высокий КПД.
• Нет необходимости в коробки передач. Хотя, по мнению специалистов, электромобилю она не помешает.
• Возможность рекуперации.

Существенных недостатков у самого электродвигателя нет. Но есть большие сложности в его питании. Несовершенство источников тока не дают пока что массово использовать электродвигатели в автомобилестроении. Но, как мы знаем, человеческий ум не любит преграды…

Электродвигатели. Общие сведения. – www.motors33.ru

Преобразование энергии в современных электродвигателях осуществляется посредством магнитного поля. Такие электродвигатели называются индуктивными. Возможно также создание электродвигателей, в которых энергия преобразуется посредством электрического поля (емкостные электродвигатели), однако такие двигатели существенного практического распространения не имеют. Это объясняется следующим.
В обоих классах двигателей взаимодействие между отдельными частями электродвигателя и преобразование энергии происходят через поле, существующее в среде, которая заполняет пространство между взаимодействующими частями электрической машины. Этой средой обычно является воздух или другое вещество с подобными же магнитными и электрическими свойствами. Однако при практически достижимых интенсивностях магнитного и электрического полей количество энергии в единице объема такой среды будет при магнитном поле в тысячи раз больше, чем при электрическом. Поэтому при одинаковых внешних размерах или габаритах электродвигателей обоих классов, индуктивные электродвигатели будут развивать значительно большую мощность.
Для получения по возможности более сильных магнитных полей применяются ферромагнитные сердечники, которые являются неотъемлемыми частями каждого электродвигателя. При переменных магнитных полях сердечники с целью ослабления вихревых токов и уменьшения вызываемых ими потерь энергии изготовляются из листовой электротехнической стали. Другими неотъемлемыми частями электродвигателя являются обмотки из проводниковых материалов, по которым протекают электрические токи. Для электрической изоляции обмоток применяются различные электроизоляционные материалы.
Как известно, электродвигатели тока обладают свойством обратимости: каждый электрический генератор может работать в качестве двигателя и наоборот, а в каждом трансформаторе и электромашинном преобразователе электрической энергии направление преобразования энергии может быть изменено на обратное. Однако каждая выпускаемая электромашиностроительным заводом вращающаяся машина обычно предназначается для одного, определенного режима работы, например, в качестве генератора или двигателя. Точно так же в трансформаторах одна из обмоток предусматривается для работы в качестве приемника электрической энергии (первичная обмотка), а другая (вторичная обмотка) — для отдачи энергии. При этом оказывается возможным наилучшим обра зом приспособить электродвигатель для заданных условий работы и добиться наилучшего использования материалов, т.е. получить наибольшую мощность на единицу в еса двигателя.
Преобразование энергии в электродвигателях неизбежно связано с ее потерями, вызванными перемагничиванием ферромагнитных сердечников, прохождением тока через проводники, трением в подшипниках и о воздух и т. д. Поэтому потребляемая мощность всегда больше отдаваемой, или полезной, мощности, а коэффициент полезного действия (КПД) меньше 100%.
Тем не менее, электродвигатели по сравнению с тепловыми и некоторыми другими типами машин, являются весьма совершенными преобразователями энергии с относительно высокими коэффициентами полезного действия. Так, в самых мощных электродвигателях КПД равен 98—99,5%, а в электродвигателях мощностью 10 вт. к. п. д. составляет 20—40%. Такие величины к. п. д. при столь малых мощностях во многих других типах электродвигателей недостижимы.
Высокие энергетические показатели электродвигателей , удобство подвода и отвода энергии, возможность выполнения на самые разнообразные мощности, скорости вращения, а также удобство обслуживания и простота управления обусловили повсеместное их широкое распространение.
Теряемая в электродвигателях энергия превращается в тепло и вызывает нагревание отдельных их частей. Для надежности работы и достижения приемлемого срока службы нагревание частей электродвигателей должно быть ограничено. Наиболее чувствительными в отношении нагревания являются электроизоляционные материалы, и именно их качеством определяются допустимые уровни нагревания электродвигателей . Большое значение имеет также создание хороших условий отвода тепла и охлаждения двигателей.
Потери энергии в электрической машине увеличиваются с повышением ее нагрузки, а вместе с этим увеличивается и нагревание машины. Поэтому наибольшая мощность нагрузки, допускаемая для данной машины, определяется главным образом допустимым уровнем ее нагревания, а также механической прочностью отдельных частей двигателя, условиями токосъема на скользящих контактах и т. д. Напряженность режима работы электродвигателей переменного тока в отношении электромагнитных нагрузок (величины магнитной индукции, плотности тока и т.д.), потерь энергии и нагревания определяется не активной, а полной мощностью, так как величина магнитного потока в машине определяется полным напряжением, а не его активной составляющей. Полезная мощность, на которую рассчитан электродвигатель, называется номинальной. Все другие величины, которые характеризуют работу двигателя при этой мощности, также называются номинальным. К ним относят ся: номинальные напряжение, ток, скорость вращения, к. п. д. и другие величины, а для двигателя переменного тока также номинальная частота и номинальный коэффициент мощности.
Основные номинальные величины указываются в паспортной табличке (на щитке), прикрепленной к двигателю. Принято, что для двигателя номинальная мощность является полезной мощностью на его валу, а для генератора — электрической мощностью, отдаваемой с его выходных зажимов. При этом для генераторов переменного тока дается либо полная, либо активная номинальная мощность (по последним стандартам — полная мощность). Для трансформаторов и некоторых других машин переменного тока в табличке всегда указывается полная номинальная мощность. Номинальные величины, методы испытаний электрических машин, а также другие их технико-экономические данные и требования регламентируются в России государственными стандартами (ГОСТ) на электродвигатели .
Номинальные напряжения электродвигателей согласованы в ГОСТ со стандартными номинальными напряжениями электрических сетей. Номинальные напряжения для электрических двигателей и первичных обмоток трансформаторов при этом берутся равными стандартным напряжениям электрических сетей, а для генераторов и вторичных обмоток трансформаторов — на 5—10% больше с целью компенсации падения напряжения в сетях. Наиболее употребительные номинальные напряжения электродвигателей следующие: для двигателей постоянного тока ПО, 220 и 440 в, для генераторов постоянного тока 115, 230 и 460 в, для двигателей переменного тока и первичных обмоток трансформаторов 220, 380, 660 б и 3, 6, 10 кв, для генераторов и вторичных обмоток трансформа торов 230, 400, 690 в и 3,15; 6,3; 10,5; 21 кв (для вторичных обмоток трансформаторов также 3,3; 6,6; 11 и 22 кв). Из более высоких напряжений для первичных обмоток трансфо рматоров стандартными являются 35, 110, 150, 220, 330, 500 и 750 кв и для вторичных обмоток 38,5; 121; 165; 242; 347; 525 и 787 кв.
В России, а также в большинстве других стран мира промышленная частота тока равна 50 гц, и большинство асинхронных электродвигателей поэтому также строится на 50 гц. В США и других странах Америки промышленная частота тока равна 60 гц. Для разных специальных назначений (электротермические установки, устройства автоматики и др.) применяются также электродвигатели с другими значениями частоты тока.
По мощности электродвигатели можно подразделять на следующие группы: до 0,5 квт – электродвигатели весьма малой мощности, или микроэлектродвигатели, 0,5 – 20 квт – электродвигатели малой мощности, 20 – 250 электродвигатели средней мощности и более 250 квт — электродвигатели большой мощности. Эти границы между группами в определенной степени условны.

Electric Car Myth Buster — Эффективность

Эта статья является частью нашей коллекции «Ящик ответов CleanTechnica». В этом сборнике статей мы отвечаем на десятки распространенных мифов о противодействии чистым технологиям. Пожалуйста, прочтите другие статьи из этой серии статей о выбросах от колес и электросети.

Сомнительные торговцы, оплаченные братьями Кох и индустрия ископаемого топлива, действуют в полную силу, некорректно публикуя статью за статьей о том, что электромобили так же вредны для окружающей среды, как бензиновые и дизельные, или, возможно, даже на хуже , чем автомобили с бензиновыми или дизельными двигателями.

Недавно мы получили известие от читателя CleanTechnica Мартина Хемдрикса, который рассказал нам о непристойном обвинении в отношении электромобилей, которое недавно появилось в его почтовом ящике. Он утверждал, что электромобили выбрасывают в атмосферу все выбросы углерода, прежде чем проехать хоть одну милю. Далее говорится, что электромобиль должен проезжать 15 миль или более 365 дней в году в течение 10 лет , прежде чем он внесет какой-либо положительный вклад в окружающую среду. Не правда.

Такие странные заявления обычны.Один из способов сказать, что все они происходят из одного и того же источника, — это все они делают одни и те же абсурдные заявления: электромобили предназначены только для богатых людей, электромобили тратят деньги налогоплательщиков на раздачу богатым, электромобили создают столько же мелких частиц, сколько и современный дизельный автомобиль из-за износа тормозов и шин.

Еще одно распространенное утверждение, которое мы все время слышим от сторонников электромобилей, заключается в том, что электромобили не более эффективны, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания.Давайте подробнее рассмотрим это утверждение. По данным Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, «электромобили преобразуют около 59–62% электроэнергии из сети в энергию на колесах. Обычные автомобили с бензиновым двигателем преобразуют только около 17–21% энергии, хранящейся в бензине, в мощность колес ».

Электродвигатель обычно имеет КПД от 85% до 90%. Это означает, что он преобразует этот процент предоставленной электроэнергии в полезную работу.Разница между эффективностью двигателя и общей эффективностью электромобиля учитывается потерями, связанными с зарядкой и разрядкой аккумулятора, а для некоторой зарядки (для некоторых автомобилей) преобразованием переменного тока в постоянный и обратно.

В недавнем сообщении для Quora Брайан Фельдман, эксперт по робототехнике и предприниматель, предложил следующее объяснение: «Рассмотрим Tesla Model S, которая имеет доступную батарею на 85 кВтч и запас хода в 265 миль. Рассмотрим аналогичный автомобиль с бензиновым двигателем, который имеет расход 35 миль на галлон.Бензин содержит около 33 кВтч энергии на галлон. Tesla использует 320 Втч / милю энергии (85 кВтч / 265 миль). Автомобиль с газовым двигателем потребляет 940 Втч / милю энергии (33 кВтч / 35 миль). Когда энергия поступает на борт (не считая эффективности выработки электроэнергии, переработки нефти или зарядки), Tesla потребляет лишь около трети энергии, чем сопоставимый автомобиль с бензиновым двигателем ».

Противники электромобилей любят указывать на то, что при определении общей эффективности необходимо учитывать источник электричества, и, конечно же, они правы.Цифры лгут, а фигурируют лжецы, как мы все знаем. И это правда, что зарядка и электромобили с электричеством, полученным из сжигания угля, не так экологически безопасны, как использование электричества от ветряных турбин или солнечных батарей. Но этот аргумент создает ложную предпосылку — что мы не должны водить электромобили, потому что они могут использовать электроэнергию от угольных электростанций.

На самом деле, однако, водители электромобилей, как правило, более осведомлены об окружающей среде, чем водители пикапов Super Stupid Duty с огромными дизельными двигателями.Они также с большей вероятностью потребуют, чтобы их местная коммунальная компания включила больше возобновляемых источников энергии в свой энергетический баланс. В результате электромобили продвигают переход к более устойчивой энергетической сети.

И обратите внимание, что сторонники ископаемого топлива никогда не включают выбросы, связанные с разведкой нефти и газа, его извлечением из земли, транспортировкой на нефтеперерабатывающие заводы, преобразованием в бензин или дизельное топливо, транспортировкой к местным дистрибьюторам, а затем грузовиками. соседние заправочные станции.Когда вы игнорируете свои собственные обязательства, легко критиковать других.

И наконец, протестующие против электромобилей предупреждают, что зарядка электромобиля приведет к резкому увеличению счета за электроэнергию. Ну, да. Использование большего количества электроэнергии будет стоить вам больше денег, чем использование меньшего количества электроэнергии. Да ну. Но вот в чем дело. С точки зрения того, как далеко вы можете проехать на электричестве по сравнению с бензином, электричество побеждает. Вот как это объясняет Sierra Club:

«Хотя вы потратите больше на электроэнергию, экономия на газе с лихвой покроет ее.Если вы управляете электромобилем с чистым аккумулятором со скоростью 15000 миль в год по текущим тарифам на электроэнергию (из расчета 0,12 доллара за киловатт-час, хотя тарифы различаются по всей стране), вы будете платить около 500 долларов в год за электричество для зарядки аккумулятора, но вы сэкономит около 1900 долларов на бензине (из расчета 3,54 доллара на галлон, 28 миль на галлон автомобиля и 15 000 миль пробега). Таким образом, 1900 долларов минус 500 долларов США равняются 1400 долларам экономии — 74% -ное сокращение затрат на заправку. Некоторые коммунальные предприятия предлагают владельцам электромобилей более низкие тарифы в непиковое / ночное время.Чем больше мы будем отстаивать эти внепиковые стимулы, тем меньше будут ваши платежи за электроэнергию ».

Конечно, каждый должен указать свои собственные числа для цены на газ, цены на электроэнергию, эффективности предыдущего автомобиля, эффективности электромобиля, пройденного расстояния и т. Д.

Война с дезинформацией, которую ведут враги электромобилей, продолжается по всему миру, поскольку компании, работающие на ископаемом топливе, борются за то, чтобы прибыль поступала в дверь, даже несмотря на то, что появляется все больше свидетельств того, что их продукты и методы ведения бизнеса вызывают глобальное потепление и вызывают болезни людей.Они не остановятся ни перед чем, чтобы сохранить свой поток доходов нетронутым, даже если это означает отравление вас и вашей семьи. Действительно ли это те люди, которым вы доверяете предоставлять точную информацию?

Для получения дополнительной информации посетите ящик ответов CleanTechnica, чтобы получить ответы на различные мифы о чистых технологиях, или посетите эту страницу ресурса об электромобилях, чтобы получить ответы на все свои вопросы об электромобилях. Вы также можете прочитать: «30 причин, по которым ваш следующий автомобиль должен быть электрическим».

Каков КПД электродвигателя? Давайте посмотрим

Каков КПД электродвигателя?

Понятие КПД, когда речь идет о двигателе, относится к соотношению между полезной энергией и общей потребляемой энергией и может быть выражено в процентах.Для электромобиля энергоэффективность оценивается в 90%, а это означает, что 10% электроэнергии, потребляемой электродвигателем, не использовалось для приведения в движение транспортного средства — не очень большая сумма. В дополнение к такому высокому уровню эффективности следует отметить, что электрические и гибридные автомобили Renault также выигрывают от рекуперативного торможения, которое заряжает аккумулятор во время определенных фаз движения, что приближает их эффективность еще ближе к 100%.

Используя процент эффективности, мы можем более точно измерить запас хода электромобиля и его потребление электроэнергии.Чем выше КПД, тем меньше «впрыскиваемых» киловатт энергии требуется для заряда, чтобы покрыть желаемое количество километров.

Как рассчитать КПД электродвигателя

Математически КПД электродвигателя вычисляется путем деления количества полезной энергии на количество энергии, потребляемой изначально.

На практике производители автомобилей и фирмы, специализирующиеся на механических характеристиках, оценивают эффективность транспортных средств (электрических и гибридных), принимая во внимание несколько факторов, чтобы получить как можно более точные цифры.Процесс измерения сначала требует тестирования условий зарядки и эффективности батареи, чтобы определить, сколько энергии вводится. Электромобиль, оцениваемый по его средней скорости и рекуперации энергии , затем движется в повседневных ситуациях и по стандартным маршрутам, чтобы рассчитать количество километров, пройденных без подзарядки.

Соотношение двух полученных значений показывает, почему в автомобильной промышленности специалисты считают, что КПД электродвигателя в три-четыре раза выше, чем у бензинового или дизельного двигателя внутреннего сгорания равной мощности.

В чем разница между синхронными и асинхронными двигателями?

Для приведения в движение электрического или гибридного (в электрическом режиме) транспортного средства и подачи электроэнергии на двигатель ток, подаваемый аккумулятором, преобразуется в электромагнитное поле, которое вращает ротор, создавая тягу.

Принцип работы электродвигателя различается в зависимости от типа технологии, используемой для создания этого электромагнитного поля, поэтому мы говорим о «синхронном» и «асинхронном» для описания наиболее часто используемых типов двигателей в отрасли.

Синхронный электродвигатель работает со статической частью, статором, и вращающейся частью, ротором. Электричество от батареи проходит через статор, где преобразуется в электромагнитное поле. Ротор, содержащий медную катушку или постоянный магнит, следует за этим магнитным полем и начинает вращаться сам по себе со скоростью, пропорциональной частоте электрического тока. Эта технология наиболее распространена в автомобильной промышленности.

В асинхронном двигателе ротор и статор не работают пропорционально.Статор «втягивает» ротор во вращение, но с небольшим отставанием: скорость вращающегося магнитного поля всегда больше, чем у ротора.

Синхронные электродвигатели: разные технологии

В синхронных электродвигателях, используемых, в частности, в автомобильной промышленности, могут использоваться две разные технологии: магнитные роторы и роторы с намоткой.

Первый включает так называемые «постоянные» магниты около ротора. Катушки внутри статора активируют его чувствительность к магнитной силе, вызывая вращение и, следовательно, тягу автомобиля.Эта технология имеет преимущество определенного уровня удельной мощности и отличной энергоэффективности на низких скоростях. Вот почему он используется в легких городских транспортных средствах, таких как Dacia Spring, или в качестве электродвигателя в гибридных двигателях Renault E-Tech и E-Tech Plug-in.

В автомобиле с намотанным ротором медная катушка заменяет постоянный магнит. Это оборудование также обеспечивает очень высокую энергоэффективность до высоких скоростей более 100 км / час, предлагая увеличение автономии на несколько десятков километров.Эта технология используется в двигателях Renault ZOE и Twingo Electric.

КПД асинхронного электродвигателя

Из-за физических свойств асинхронного электродвигателя он имеет немного меньшую энергоэффективность, чем его синхронный аналог. «Скольжение» описывает разницу в скорости между ротором и статором, объясняя разницу между двумя двигателями. Таким образом, «асинхронные» двигатели обеспечивают энергоэффективность 75-80% по сравнению с 90% для «синхронного» двигателя.

Повышение энергоэффективности двигателей

Производители и промышленные группы работают с разных сторон, чтобы повысить эффективность двигателей для электромобилей. Размеры деталей, использование качественных материалов и дальнейшее увеличение воздушного потока помогают снизить потери энергии, вызванные трением между деталями и преобразованием некоторой энергии в тепло.

За рулем, применение режима экологичного вождения для использования преимуществ рекуперации энергии помогает снизить ненужное потребление киловатт, приближая двигатель к максимальному уровню энергоэффективности.

Максимальный КПД

Максимальный КПД, указанный для электрического или гибридного двигателя, относится к идеальному сценарию использования энергии от батарей для достижения оптимальной скорости двигателя. Фактический КПД двигателя всегда ниже этого значения и зависит от условий (погоды, трафика, стиля вождения), в которых работает автомобиль.

Эффективность гибридного двигателя

В гибридном двигателе наличие электрифицированной секции имеет тенденцию к увеличению максимальной эффективности автомобиля, независимо от того, является ли он подключаемым гибридом или нет.Частично это связано с возможностью перезарядки батарей во время замедления, что позволяет немедленно восстанавливать «полезную» энергию.

КПД водородного двигателя

Автомобиль, работающий на водороде, приводится в движение синхронным электродвигателем с энергоэффективностью, сравнимой с КПД традиционных аккумуляторных батарей электромобилей. Производство водорода топливным элементом обычно снижает эффективность транспортного средства на небольшую величину, при этом часть энергии преобразуется в водяной пар.

Знание эффективности электродвигателя позволяет вам понять данные о расходе энергии и пробеге автомобиля.

Авторские права: MARTIN-GAMBIER Olivier, Pagecran

Читайте также

Электромобильность

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021 г.

Электромобильность

Все, что нужно знать о подключаемом к сети гибридном автомобиле

10 июня 2021 г.

Электромобиль

Все, что нужно знать о зарядке гибридного автомобиля

09 июня 2021

Они действительно эффективнее?

Их провозгласили новым поколением автомобилей, которые могут превзойти бензиновые автомобили по безопасности, эксплуатационным расходам, характеристикам и дизайну.Однако в последнее время повышенное внимание уделяется электромобилям (EV), и некоторые задаются вопросом, являются ли они более эффективными, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), учитывая, что в них используется энергия, работающая на угле. Дебаты также подняли мнения по поводу выбросов, возникающих в процессе производства аккумуляторов электромобилей.

Однако верны ли эти утверждения? Смотрим…

КПД

Электромобили полагаются на зарядку от местной электросети, и хотя угольные электростанции не свободны от выбросов, исследование BloombergNEF показывает, что выбросы углекислого газа от транспортных средств с батарейным питанием были примерно на 40 процентов ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания в прошлом году. год.Это преимущество будет расти по мере того, как генераторы откажутся от угля и будут получать больше энергии от ветряных и солнечных электростанций — переход, который уже происходит во всем мире, почти повсюду, кроме Юго-Восточной Азии.

Согласно Глобальному прогнозу электромобилей Международного энергетического агентства (МЭА) на 2019 год: Расширение масштабов перехода на электрическую мобильность [i] , Увеличение объемов электрического транспорта на дорогах мира привело к прогнозируемому снижению выбросов CO ₂ эквивалента -выбросы до 2030 г.Электромобили во всем мире выбросили около 38 млн т CO ₂ -экв. В течение 2018 года по сравнению с 78 млн. Т CO ₂ -экв., Которые эквивалентный парк двигателей внутреннего сгорания выбрасывал бы за тот же период времени. Согласно IEA , мировой парк электромобилей потребил около 58 ТВтч электроэнергии в 2018 году, при этом на Китай приходится около 80 процентов мирового спроса на электроэнергию для электромобилей.

Однако при определении общей эффективности транспортного средства необходимо учитывать источник электроэнергии для электромобилей, и хотя питание электромобиля от угля не так экологически безопасно, как использование электричества из возобновляемых источников, это не означает, что электромобили с угольной зарядкой не так эффективны, как Автомобили с ДВС.Анализ Bloomberg показывает, что, хотя самая большая разница в повышении эффективности транспортных средств наблюдалась в Великобритании, где развита отрасль возобновляемых источников энергии, электромобили по-прежнему были более эффективными в Китае, который в большей степени зависит от угля [ii].

Электродвигатель имеет КПД примерно 85–90% при преобразовании угольной энергии в электроэнергию. По оценкам Bloomberg, в результате технологических усовершенствований выбросы от двигателей внутреннего сгорания будут сокращаться примерно на 1,9% в год до 2040 года, в то время как выбросы электромобилей будут падать на 3–10% в год.

«Электромобили преобразуют более 77 процентов электроэнергии из сети в энергию на колесах. Обычные автомобили с бензиновым двигателем преобразуют только около 12–30% энергии, хранящейся в бензине, в приводы в движение », — сообщает Министерство энергетики США [iii].

Трудность для автомобилей с ДВС заключается в обеспечении гибкости вождения; они приносят в жертву термодинамическую эффективность. Как отмечает The Driven, «бензиновые и дизельные автомобили очень неэффективны в преобразовании энергии своих баков в движение за рулем… более 60 процентов энергии тратится в виде тепла ».

В частности, при езде по городу двигатели расходуют топливо на холостом ходу или работают с очень низкой мощностью по сравнению с их проектной мощностью, а двигатели с низкой мощностью достигают очень низкого КПД. Однако электростанции, работающие на ископаемом топливе, спроектированы и эксплуатируются таким образом, чтобы обеспечить максимальную термодинамическую эффективность, обычно достигающую 40–55%. Фактически, электромобиль, заряжаемый бензиновым генератором , работающим на базе , потреблял бы меньше бензина в целом, чем обычный автомобиль.

И, в отличие от электромобилей, большинство традиционных транспортных средств не рекуперируют энергию, потраченную на тепло, путем торможения на светофоре.

Также существуют выбросы, связанные с разведкой нефти и газа, транспортировкой и переработкой их в топливо, а также транспортировкой его местным дистрибьюторам перед транспортировкой на автозаправочные станции.

По данным Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США, «Гибридные и подключаемые к электросети электромобили могут способствовать повышению энергетической безопасности, экономии топлива, снижению затрат на топливо и сокращению выбросов.[iv] »Департамент далее заявляет, что« электромобили не выбрасывают загрязняющие вещества из выхлопной трубы, хотя электростанция, производящая электричество, может их выделять. Электроэнергия от атомных, гидро-, солнечных или ветряных электростанций не загрязняет воздух ».

Выбросы батареи и преимущества в течение срока службы

Источники сырья (описанные здесь в предыдущей статье) и производственный процесс, необходимый для производства аккумуляторов электромобилей, также вызвали споры по поводу их выбросов.

Недавнее исследование, опубликованное ScienceDirect, показывает, что, хотя загрязнение, создаваемое при извлечении и производстве аккумуляторов, остается таким же или немного выше, чем в процессе производства бензиновых или дизельных двигателей, , где производится аккумулятор , оказывает большое влияние на выбросы, образующиеся во время этого процесса.

Китай по-прежнему является крупнейшим в мире рынком электромобилей с почти половиной производства электромобилей в мире.1 миллион продано в 2018 году. Около 45 процентов электромобилей на дорогах в 2018 году приходилось на Китай (всего 2,3 миллиона), за ним следовали Европа, на которую приходилось 24 процента мирового автопарка, и США — 22 процента. [v].

Из-за размера рынка страны исследование ScienceDirect сравнивает процесс производства электромобилей и автомобилей с ДВС в Китае и показывает, что повышение эффективности производственного процесса и инфраструктуры имеет жизненно важное значение для сокращения выбросов при производстве электромобилей.Китайские производители аккумуляторов производят на 60 процентов больше CO2 при производстве, чем производство двигателей ДВС, но, согласно отчету, производители страны могут сократить свои выбросы до 66 процентов, если будут внедрять американские или европейские производственные технологии — также ожидается, что Китай добиться быстрого прогресса в использовании электромобилей по мере дальнейшего роста отрасли возобновляемых источников энергии [vi].

По мере развития технологий производства литий-ионных аккумуляторов и других альтернативных аккумуляторов, а также дальнейшего развития технологий переработки и повторного использования в отрасли электромобилей и снятых с производства аккумуляторов для электромобилей (ранее рассматриваемых здесь) существует потенциал для значительного сокращения выбросов CO ₂ выбросов в Китае, а также на других ключевых производственных рынках.

Однако, хотя электромобили производят большую часть своих выбросов в результате производственного процесса и источников энергии, срок службы электромобилей и автомобилей с ДВС дает им явное преимущество.

При поддержке Министерства энергетики США в исследовании ICTT отмечается разница в выбросах (нет сгорания, нет выхлопных газов). Хотя The Driven также указывает:

«Недавние исследования, которые включают полный жизненный цикл различных типов транспортных средств, а также их данные о колесах, показали, что даже при выработке электроэнергии на основе ископаемого топлива и потерях мощности во время передачи от выработки электроэнергии к заправке аккумулятора электромобили было установлено, что уровень производства парниковых газов ниже… даже в богатой углем австралийской энергосистеме электромобили производят на 40 процентов меньше парниковых газов по сравнению с аналогичными автомобилями с ДВС.Фактически, их расчеты показывают, что для проезда 1 км в среднем бензиновом автомобиле требуется 1,36 кВтч / км, в то время как средний показатель для электромобилей составляет всего 0,28 кВтч / км — показатель энергопотребления почти в пять раз меньше, чем для автомобилей с бензиновым двигателем. . »

По мере того как электромобили становятся все более распространенными, переработка аккумуляторов повысит эффективность и снизит потребность в добыче сырья, а это означает, что у электромобилей будет значительно меньше выбросов в течение срока их службы, независимо от источника, вырабатывающего электроэнергию, питающую автомобиль.

Выводы

Будущее выглядит все более электрическим: все больше электросетей в настоящее время движутся в сторону увеличения производства возобновляемой энергии, электромобили производят меньше выбросов в течение всего срока службы независимо от источника энергии, а производители автомобилей стремятся производить больше альтернативных электромобилей для массового потребления. — рынок, и многие автопроизводители объявили о планах вывести на рынок электрические версии своих автомобилей в ближайшие несколько лет.

Транспорт в настоящее время составляет 19 процентов от общего объема выбросов в Австралии, и эта доля растет как в абсолютном, так и в процентном отношении [vii].Крайне важно решить эту проблему для снижения выбросов углерода в экономику. Для перехода на электромобили не нужно ждать, пока электричество будет декарбонизировано: факты очевидны: чем раньше мы перейдем на электромобили, тем быстрее будут достигнуты экологические преимущества.

[i] Глобальный прогноз по электромобилям Международного энергетического агентства (МЭА) на 2019 год: Расширение масштабов перехода к электрической мобильности

[ii] https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-01-15/electric-cars-seen-getting-cleaner-even-where-grids-rely-on-coal

[iii] https: // www.fueleconomy.gov/feg/evtech.shtml

[iv] https://afdc.energy.gov/fuels/electricity_benefits.html

[v] Глобальный прогноз по электромобилям Международного энергетического агентства (МЭА) на 2019 год: Расширение масштабов перехода к электрической мобильности

[vi] https://www.bloomberg.com/news/articles/2019-01-15/electric-cars-seen-getting-cleaner-even-where-grids-rely-on-coal

[vii] http://www.environment.gov.au/system/files/resources/4aa038fc-b9ee-4694-99d0-c5346afb5bfb/files/australias-emissions-projection-2019-report.pdf

Связанный анализ

Анализ

Электроэнергетика делает тяжелую работу по сокращению выбросов

Федеральное правительство обнародовало цель по нулевым чистым выбросам к 2050 году, а также последние прогнозы выбросов в масштабах всей экономики. Прогнозы показывают тяжелый подъем, который произошел в электроэнергетическом секторе, и указывают на сохраняющуюся ведущую роль, которую этот сектор будет играть в сокращении выбросов парниковых газов в стране.Но это также довольно четко показывает, что другим секторам необходимо будет сделать больше, если Австралия хочет достичь своей цели к 2050 году.

28 октября 2021 г.

Анализ

Важнейшие полезные ископаемые и возобновляемые источники энергии: проблемы с поставками

МЭА недавно выпустило свой флагманский отчет «Перспективы развития мировой энергетики на 2021 год», в котором отражены возникающие тенденции и их потенциальное влияние на развитие энергетических систем.В то время как основное внимание уделяется общей доле энергетических рынков с разбивкой по генерации и типу топлива, в отчете также содержится некоторая информация о возникающих рисках для энергетической безопасности по мере того, как мир движется к сетям с более низким уровнем выбросов, что, как он отмечает, может оказаться на «ухабистой» дороге. .

28 октября 2021 г.

Анализ

Не пора ли полностью пересмотреть механизм резервных мощностей штата Вашингтон?

В последние годы на оптовом рынке электроэнергии штата Вашингтон постоянно проводилась реформа.Стратегия трансформации энергетики была принята в 2019 году для обеспечения надежности и безопасности энергосистемы. Перенесемся вперед, и те же проблемы, которые привели к этой работе, усилились, и теперь у нас есть Этап 2. Мы смотрим, что это означает для Механизма резервных мощностей и генераторов в SWIS.

21 октября 2021 г.

электромобилей: потребление в сравнении с эффективностью

Марк Урбано Автомобиль и водитель

• В автомобилях с двигателями внутреннего сгорания понятия КПД и расхода совпадают.Не так с электромобилями.
• Не только энергия теряется в процессе зарядки, но и энергия используется, когда автомобиль просто сидит в ожидании использования.
• Рейтинг эффективности электромобиля обычно выражается в MPGe, или эквиваленте миль на галлон. Это составляет всю энергию, расходуемую транспортным средством.

Вполне разумно, что владельцы электромобилей склонны сосредотачиваться на энергии, используемой их автомобилями для движения, — информации, которая почти всегда находится где-то в рабочих данных, доступных через информационно-развлекательную систему.

Отображается ли он там в ватт-часах на милю (Втч / милю), как предпочитает Tesla, или в милях на киловатт-час (кВтч), используемых во многих других электромобилях, водители хотят знать, сколько энергии потребляет их автомобили. сколько миль — и что это значит для их следующей поездки.

Но энергия , потребляемая трансмиссии автомобиля, климат-контролем и другими подсистемами во время движения, составляет лишь одну часть общей эффективности электромобиля. В автомобиле с двигателем внутреннего сгорания эти два понятия — эффективность и расход — одинаковы.В электромобилях все сложнее. Энергия теряется не только в процессе зарядки, но и когда машина стоит на стоянке и вообще никуда не едет.

В руководстве по эксплуатации модели 3 говорится, что следует ожидать падения заряда батареи примерно на 1 процент за каждый день, когда она не используется. Но мы видели, что эта цифра подскочила на 12 процентов за один день для нашей долгосрочной модели 3 во время холодной зимы Среднего Запада, когда температура упала до -10 градусов. Предварительная подготовка кабины перед отъездом — обогрев или охлаждение кабины с помощью электричества либо от аккумуляторной батареи, если она отключена, либо от стены — это еще одно использование энергии, не учтенное в показателе потребления.

Рейтинг эффективности электромобиля, обычно выражаемый в MPGe или милях на галлон в эквиваленте, учитывает всю энергию, расходуемую транспортным средством. Это показатель, созданный для сравнения энергоэффективности электромобилей и автомобилей с бензиновым двигателем, показывая, сколько миль они могут проехать на энергии, содержащейся в одном галлоне бензина (EPA определяет это как 33,7 киловатт-часа, но с разными топливными смесями). могут иметь небольшие вариации).

Данные нашего долгосрочного тестового автомобиля Tesla Model 3 Long Range с двумя двигателями 2019 года подчеркивают разницу между потреблением энергии и эффективностью электромобилей.


Модель 3 потребляла больше всего энергии в январе 2021 года, холодном месяце, когда температура в среднем составляла 30 градусов по Фаренгейту. На каждую милю было затрачено 358 ватт-часов. Это составляет 2,8 мили на кВтч. Но в августе 2020 года, когда температура в среднем составляла 75 градусов по Фаренгейту (близко к благополучному месту для батареи, с точки зрения климата), автомобиль потреблял значительно меньше энергии: 256 Втч / миль, или 3,9 миль / кВтч.

Автомобиль и водитель

Автомобиль и водитель

Различие между потреблением и эффективностью не помогает то, что можно преобразовать между Wh / mi или mi / kWh и MPGe, таким образом давая показатель эффективности исключительно для энергии, используемой во время вождения.

Например: более высокое зимнее потребление модели 3, составляющее 358 Втч / миль, соответствует 94 MPGe, в то время как его более низкое потребление в июне 256 Втч / миль соответствует более высокому 132 MPGe.

Но это не были общие показатели эффективности, которые мы измерили для нашей модели 3. Вместо этого январский показатель составил 74 MPGe (на 21 процент ниже), а июньский показатель был 107 MPGe (на 19 процентов ниже).

Таким образом, примерно пятая часть всей энергии, потребляемой автомобилем, была потрачена, когда он стоял на месте.

Хотя это может показаться расточительным, в целом эти цифры намного лучше, чем у автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем.Они тратят так много энергии, содержащейся в их топливе (от 65 до 75 процентов для негибридных бензиновых автомобилей, от 65 до 70 процентов для дизелей), что другие факторы, такие как обогрев и охлаждение салона, в значительной степени теряются при стирке.

По всему автопарку 2021 модельного года электромобили имеют средний комбинированный КПД EPA 99 миль на галлон, в то время как электромобили, приводимые в действие только двигателем внутреннего сгорания, имеют в среднем 23 миль на галлон.


Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Как повысить эффективность электродвигателей

Первый промышленный электродвигатель, вероятно, считался прорывом в свое время, даже несмотря на то, что было много возможностей для улучшения. По мере развития технологий производители двигателей разработали более совершенные двигатели, которые потребляют меньше энергии и требуют меньших затрат. Хотя для производителей вполне естественно использовать новейшие технологии при создании электродвигателей, возможности для дальнейшего совершенствования методов производства сыграли важную роль в повышении эффективности этих двигателей.

Рассмотрим следующую статистику:

• В 2015 году мировой рынок электротехники оценивался в более чем 70 миллиардов долларов, и ожидается, что он будет расти со среднегодовыми темпами роста (CAGR) в 4,2 процента с 2017 по 2025 год.
• По оценкам, к 2035 году мировое потребление электроэнергии достигнет 35 триллионов киловатт-часов, и почти 28 процентов будут использоваться электродвигателями.
• Девяносто процентов установленных двигателей работают непрерывно на полной скорости и используют механические системы для регулирования мощности.

Будущее определенно выглядит многообещающим!

Прежде чем перейти к изучению эффективности электродвигателей, важно больше узнать об общих двигателях, используемых в промышленности.

Простой двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую. Обычно он оснащен большим количеством катушек, что делает его эффективным. Однако это по-прежнему может привести к большим потерям энергии из-за трения между коллектором и щетками, а также потери крутящего момента при определенных углах.Кроме того, если двигатель застрянет при попытке поднять тяжелый груз, катушки ротора могут легко перегреться и расплавиться. Вот почему в ряде промышленных и тяжелых бытовых приборов используются электродвигатели.

Как производители могут экономить электроэнергию с помощью электродвигателей

Конструкция электродвигателя и способ его использования являются двумя определяющими факторами, которые помогают экономить электроэнергию. Давайте сначала посмотрим на аспект дизайна.

Использование медных обмоток в обмотках статора

Что касается проводимости двигателя, всегда лучше использовать медные катушки, чем устаревшие алюминиевые.Это потому, что проводимость алюминия ниже, чем у меди. Чтобы не отставать от медных катушек, алюминиевые магнитные провода могут нуждаться в большем поперечном сечении, чтобы они могли обеспечивать такой же уровень проводимости. Обмотки, намотанные алюминиевой проволокой, могут иметь больший объем по сравнению с двигателем того же размера с медной проволокой.

Если вы все еще используете алюминиевые обмотки, убедитесь, что концы алюминиевого магнитного провода правильно подключены. Алюминий окисляется намного быстрее, чем другие металлы, и если алюминиевый порошок подвергается воздействию воздуха, он полностью окисляется всего за несколько дней и оставляет после себя тонкий белый порошок.

Для правильного соединения, обеспечивающего хорошую проводимость, оксидный слой алюминиевого магнита необходимо проткнуть, чтобы предотвратить дальнейший контакт алюминия с воздухом.

Конечно, достижение КПД двигателя — это больше, чем просто выбор между алюминиевой и медной обмотками. Некоторые производители разработали обжимные соединители с прокалкой под высоким давлением для повышения эффективности. Это было сделано для того, чтобы алюминиевые обмотки не отставали от своих медных аналогов.Хотя двигатели с алюминиевыми обмотками могут сравниться по мощности с медными, это требует времени и денег. Алюминий также требует большего количества витков и провода большего диаметра, что не всегда может быть экономичным.

Если двигатель должен работать время от времени или в течение непродолжительного времени, и когда эффективность и объем не имеют значения, использование алюминиевых магнитных проводов может иметь смысл. В противном случае всегда следует отдавать предпочтение медным обмоткам.

Использование медных стержней в роторе

Когда дело доходит до роторов, медь также дает преимущество в эффективности.Медные роторы предпочтительны для энергоэффективных производств в развитых и развивающихся странах, где электричество часто бывает дефицитным и дорогостоящим. Медные роторы — лучший выбор по сравнению с алюминиевыми с точки зрения качества двигателя, надежности, стоимости, эффективности и срока службы.

Обработка движущихся деталей с точностью

Обработка влечет за собой удаление материала из секционного блока до очень переносимого вещества. Прецизионное оборудование необходимо для достижения высочайшего допуска при наименьшей измеримой степени.Будь то резка металла или добыча угля, прецизионное оборудование может обеспечить точность, необходимую для производства материалов в желаемых количествах. Движущиеся части машины потребуют своевременного обслуживания для максимальной производительности и эффективности. Техническое обслуживание должно выполняться только специалистами, при этом должен требоваться осмотр всех частей.

Использование высококачественной стали для роторов и статоров

Высокотехнологичная электротехническая сталь необходима для производства экономичных статоров и роторов, используемых во множестве электродвигателей.Этот тип стали обеспечивает высокую магнитную проницаемость и низкие потери мощности для первоклассных характеристик. Однако потери мощности в электротехнической стали все же могут возникать. Вихревые токи, также называемые токами Фуко, вступают в игру, когда магнитное поле изменяется. Прокатка стали до более тонкой толщины контролирует эти вихревые токи и снижает потери тока. Это особенно верно для прикладных частот, превышающих стандартные 50 или 60 герц.

Сохранение ротора и статора как можно ближе друг к другу

Благодаря высокоточному производству производители могут удерживать ротор и статор как можно ближе друг к другу, не касаясь друг друга.Когда скорость вращения достигает нескольких тысяч оборотов в минуту, электротехническая сталь в роторе может испытывать огромные нагрузки. Высокое напряжение особенно ощущается в областях рядом с пазами для магнитов, где узкое оборудование удерживает магниты на месте.

В асинхронных двигателях передача энергии происходит через воздушный зазор между статором и двигателем. Воздушный зазор необходим для минимизации сопротивления. Небольшой воздушный зазор приведет к меньшим потерям энергии и повышению эффективности.Общая магнитная связь между статором и ротором увеличивается по мере уменьшения воздушного зазора. Более высокая потокосцепление приводит к уменьшению потерь энергии и повышению эффективности. Меньший зазор также помогает избежать шума.

Больше катушек делают двигатели более эффективными

Провода в фазных обмотках двигателей малой мощности тоньше. Однако количество витков катушки должно быть большим, чтобы увеличить магнитодвижущую силу или плотность тока. Сопротивление фазных обмоток и плотность потерь мощности также выше, чем у двигателей большой мощности.Следовательно, маломощные двигатели с высокими скоростями потребуют большей магнитодвижущей силы. Это означает, что потребуется больше катушек и большее количество витков с тонкой проволокой, которая обеспечивает более высокую плотность тока.

Использование частотно-регулируемых приводов

Приводы с регулируемой скоростью (VSD) или приводы с регулируемой скоростью — это тяжелые промышленные электродвигатели. Их скорость можно регулировать с помощью внешнего контроллера. Эти приводы используются для управления технологическим процессом, поскольку они помогают экономить энергию на предприятиях, где используется множество электродвигателей.

VSD обычно используются в качестве энергосберегающих насосов и вентиляторов, поскольку они улучшают технологические операции, особенно там, где необходимо регулирование потока. Они также обеспечивают возможность плавного пуска, что снижает электрические напряжения и провалы напряжения в сети, которые обычно встречаются при пусках электродвигателей под напряжением, особенно при работе с высокоинерционными нагрузками.

Как пользователи электродвигателей могут обеспечить эффективность

Как упоминалось ранее, то, как электродвигатели используются производителями, промышленными предприятиями и домовладельцами, будет определять их эффективность.Ниже приведены некоторые конкретные шаги, которые пользователи могут предпринять для обеспечения эффективности и долговечности двигателя:

Использование интеллектуальных двигателей с соответствующим пускателем / контроллером двигателя

Хотя интеллектуальные двигатели широко используются и доступны, крайне важно выбрать наиболее подходящий вариант, чтобы свести к минимуму время простоя, повысить эффективность и снизить затраты. Инженеры-производственники знают, какое бремя потребления электроэнергии двигателями может сказаться на их эксплуатационных расходах. Чтобы смягчить это, они часто используют технологии управления двигателями, которые используют только необходимое количество энергии для запуска двигателей, выявления диагностических данных и сокращения времени простоя.По мере того как пускатели двигателей становятся все более популярными, технология пускателей двигателей также приобретает все большее значение.

Ниже приведены несколько важных вопросов, которые следует рассмотреть перед принятием решения о потенциальных областях применения электродвигателей:

Будет ли приложение требовать управления скоростью, даже если двигатель работает на определенной скорости?

Требования к контролю скорости должны быть определены как можно раньше. Некоторые устройства плавного пуска имеют ограниченное управление низкой скоростью между пуском и остановкой.Важно помнить, что рабочая скорость двигателя не может быть изменена, потому что устройство плавного пуска регулирует только напряжение двигателя, а не частоту.

Потребуется ли приложению определенное время запуска и остановки?

Обычно время пуска и останова устройств плавного пуска зависит от нагрузки. Внутренние алгоритмы регулируют напряжение на основе заранее запрограммированного времени, чтобы увеличить ток и крутящий момент для запуска двигателя и / или уменьшить их, чтобы остановить его.Если нагрузка небольшая, двигателю может потребоваться меньше времени для запуска, чем запрограммированное значение. В устройствах плавного пуска нового поколения используются усовершенствованные алгоритмы, позволяющие добиться более точного и менее зависимого от нагрузки времени пуска и останова.

Потребуется ли приложению полный крутящий момент без скорости?

ЧРП могут лучше всего работать с приложениями, требующими полного крутящего момента при нулевой скорости. Они могут создавать номинальный крутящий момент двигателя от нуля до номинальной скорости и даже обеспечивать полный крутящий момент без скорости.С другой стороны, устройства плавного пуска обычно работают в диапазоне частот от 50 до 60 Гц, а полный крутящий момент может быть достигнут только при полном напряжении. Начальный крутящий момент (доступный при нулевой скорости) обычно находится в диапазоне от нуля до 75 процентов и может быть запрограммирован.

Потребуется ли в приложении постоянный крутящий момент?

Устройства плавного пуска изменяют напряжение для управления током и крутящим моментом. Во время запуска ток изменяется в зависимости от напряжения, в то время как крутящий момент двигателя изменяется как квадрат приложенного напряжения.Крутящий момент может не оставаться постоянным при различных приложенных напряжениях, условие, которое может усложняться при изменении нагрузок.

Некоторые устройства плавного пуска работают по алгоритмам управления крутящим моментом, но это не обязательно связано с постоянным крутящим моментом. Однако во время ускорения частотно-регулируемые приводы используют разные частоты двигателя при изменении напряжения. Режим управления VFD определяется с точки зрения постоянного напряжения на герц и обеспечивает постоянный крутящий момент.

Каковы стоимость, размер и тепловые характеристики?

При силе тока менее 40 ампер устройства плавного пуска могут предложить небольшую экономическую выгоду по сравнению с частотно-регулируемыми приводами.По мере увеличения силы тока и мощности стоимость частотно-регулируемых приводов увеличивается быстрее, чем у устройств плавного пуска, и может достигать экстремальных значений при высоких значениях силы тока.

Что касается размера, устройства плавного пуска имеют преимущество перед частотно-регулируемыми приводами при любой силе тока благодаря своей конструкции. По мере увеличения тока и мощности разница может увеличиваться. Когда устройства плавного пуска объединены с внутренним или внешним электромеханическим байпасом, они еще более эффективны и могут выделять меньше тепла. Это связано с тем, что устройства плавного пуска имеют меньше активных компонентов в цепи в режимах запуска, работы и останова.

Какие вопросы по установке и гармоникам?

Проблемы, связанные с установкой, можно разделить на стоимость, размер, температуру и качество электроэнергии. Установки плавного пуска требуют меньших размеров и меньших затрат, поэтому они не вызывают особого беспокойства.

Кроме того, гармоники устройства плавного пуска меньше, чем у частотно-регулируемых приводов. Длинные кабели для частотно-регулируемых приводов требуют большего внимания, чем для устройств плавного пуска. Кроме того, для устройств плавного пуска могут не потребоваться специальные типы проводов.Электромагнитная совместимость также не может быть учтена.

Прекратите использование двигателей, если в этом нет необходимости

Как бы просто это ни звучало, наиболее эффективный способ экономии энергии — выключать двигатель, когда он не используется. Чаще всего пользователи не решаются выключить двигатель, потому что считают, что его многократный запуск приведет к значительному износу. Один из способов смягчить это — использовать устройства плавного пуска, которые могут снизить износ.Правильно установленное и специально подобранное устройство плавного пуска также может снизить нагрузку на механические и электрические системы.

Снижение износа

Снижение износа двигателя — одна из основных задач пользователей. При запуске электродвигателя происходит значительный износ, так как высокие начальные токи и силы создают давление в механических и электрических системах. Хотя это может быть вредным, повреждающие эффекты можно контролировать с помощью устройств плавного пуска.Вы также можете использовать VSD, но они могут быть менее эффективными и дорогостоящими.

Использование высокоэффективных двигателей

Эффективность двигателя может быть получена из двух факторов: размера двигателя и качества его эффективности. В частности, для двигателей меньшего размера размер является важным фактором, влияющим на эффективность. Для более крупных двигателей большее значение имеют классы эффективности.

Энергоэффективные двигатели потребляют меньше электроэнергии, не так легко нагреваются и служат дольше.Эти типы двигателей отличаются улучшенной конструкцией, что приводит к меньшим тепловым потерям и меньшему шуму. Использование высококачественных материалов, более жестких допусков и улучшенных технологий производства также помогает снизить потери и повысить эффективность.

Чтобы оценить преимущества высокоэффективных двигателей, вы должны сначала определить «эффективность» электродвигателя. Это можно определить по соотношению механической мощности, выдаваемой двигателем (выход), к электрической мощности, подаваемой на двигатель (вход).Следовательно, КПД = (выходная механическая мощность / потребляемая электрическая мощность) x 100 процентов.

Таким образом, если двигатель эффективен на 80 процентов, он может преобразовывать 80 процентов электрической энергии в механическую. Остальные 20 процентов электроэнергии теряется в виде тепла.

Покупка двигателя подходящего размера

Двигатели, как правило, наиболее эффективны при нагрузке от 60 до 100 процентов от их полной номинальной нагрузки и наиболее неэффективны при нагрузке ниже 50 процентов.Это означает, что простая покупка двигателя правильного размера может в значительной степени повысить эффективность.

Обычно двигатели увеличенного размера работают с нагрузкой ниже 50% от номинальной, что не только делает их неэффективными, но и более дорогими по сравнению с двигателями нужного размера. Кроме того, они также могут уменьшить подачу электроэнергии на машину, что увеличивает нагрузку на электрическую систему.

Последние мысли

Поскольку «энергоэффективность» становится современной модной фразой, важно, чтобы эта концепция была интегрирована в повседневные бытовые и промышленные применения.Энергоэффективные двигатели могут предложить множество преимуществ. При правильной установке они могут работать холоднее, обеспечивать более высокие стандарты обслуживания, дольше служить, обеспечивать лучшую изоляцию и меньше шума и вибрации. Имея такое множество преимуществ, производители двигателей поступят мудро, если будут производить и использовать наиболее энергоэффективные двигатели.

Эта статья ранее появлялась на сайте www.powerjackmotion.com.

Компромисс в области энергоэффективности малых и больших электромобилей | Науки об окружающей среде Европа

Сильные стороны и ограничения

Мы составляем исчерпывающий набор данных характеристик транспортных средств для основных типов электромобилей (дополнительный файл 2: Таблица S1).Наш анализ показывает: (i) большие компромиссы эффективности, связанные с массой, которые могут быть достигнуты путем перехода от легковых автомобилей к легким электромобилям, и (ii) возможности для повышения и без того высокой энергоэффективности легковых электромобилей, которые могут быть использованы. с помощью специальной маркировки энергоэффективности. Результаты обеспечивают обоснование политики в области климата, энергетики и транспорта для формирования перехода к устойчивой транспортной системе. Наши результаты надежны, хотя и имеют несколько ограничений.

Во-первых, типы транспортных средств не представлены в нашем наборе данных в равной степени. Только легковые автомобили составляют половину всех точек данных (Таблица 1). Эта систематическая ошибка выборки приводит к ошибке, которой нельзя пренебречь, как показывает анализ чувствительности. Поэтому мы считаем, что фактические отношения параметров находятся в диапазоне — но не обязательно идентичны — коэффициентам наших регрессионных моделей (Таблица 2 и Дополнительный файл 2: Таблица S3).

Во-вторых, реальное потребление энергии отражает фактические условия эксплуатации транспортных средств, но не может отражать ни среднее использование транспортного средства, ни конкретные условия эксплуатации любого отдельного пользователя транспортного средства.Вариабельность реального и заявленного энергопотребления особенно велика для электровелосипедов, вероятно, из-за модулирующего крутящего момента (обычно в диапазоне от 40 до 100 Нм [39]) и, следовательно, требований к мощности.

В-третьих, предположение, что обычный водитель весит 70 кг, привносит в наши результаты случайную ошибку, которая является большой для легких транспортных средств, таких как электровелосипеды и самокаты, у которых масса водителя превышает массу транспортного средства.

В-четвертых, регрессионные модели являются устойчивыми только в том случае, если остатки случайным образом распределены по диапазону значений независимых переменных и если независимые переменные не связаны друг с другом.В нашем анализе оба требования соблюдаются лишь частично. Диагностические графики в дополнительном файле 2: рисунки S1 – S16 предполагают, что остатки являются гетероскедастическими. Они кажутся сгруппированными и неравномерно распределенными, что, вероятно, является результатом большой изменчивости энергопотребления электронных велосипедов. Для легковых автомобилей остатки случайным образом разбросаны по диапазону установленных значений. Мы обращаемся к гетероскедастичности, насколько это возможно, путем оценки устойчивых к гетероскедастичности стандартных ошибок для всех коэффициентов регрессии [37].Коллинеарность проверяется путем оценки факторов инфляции дисперсии (VIF) для моделей 3 и 6. Для модели 3 VIF меньше пяти для сертифицированного энергопотребления, что можно интерпретировать как беспроблемную коллинеарность [40]. То же самое относится к моделям 3 и 6 для легковых автомобилей. Но для реального энергопотребления (линейная модель 3) и сертифицированного и реального энергопотребления (степенная модель 6) VIF достигают 15, что указывает на сильную коллинеарность. Поэтому мы проверяем надежность моделей 3 и 6 в пошаговой регрессии.В этом анализе мощность и тип транспортного средства исключаются из регрессионных моделей и регрессируют отдельно по отношению к остаткам адаптированных моделей 3 и 6. Для модели 3 остатки не коррелируют с мощностью транспортного средства на уровне значимости 5%. Однако для модели 6 остатки коррелируют с мощностью и типом транспортного средства. Исключение обеих переменных из адаптированной модели 6 предполагает, что удвоение массы автомобиля приводит к увеличению сертифицированного и реального потребления энергии на 108% и 104% соответственно.Эти значения выше, чем наши первоначальные результаты в модели 6 (таблица 2), но они согласуются с одномерной степенной моделью 4 и результатами анализа чувствительности (см. Модель 4 в дополнительном файле 2: таблица S3). Поэтому мы рассматриваем диапазон значений 60–110% и 40–100%, как указано в моделях 4 и 6, как показатель увеличения сертифицированного и реального расхода топлива для всех типов электромобилей с каждым удвоением количества транспортных средств. масса.

Наконец, коэффициенты детерминации для моделей 4–6 (таблица 2) предполагают, что потребление энергии лучше всего моделировать по степенному закону, а не линейной функцией массы, особенно когда диапазоны значений большие и несколько типов транспортных средств охвачены анализ.Если атрибуты транспортного средства мало различаются, то линейная модель обеспечивает разумную аппроксимацию взаимосвязей параметров, как показывает сравнение моделей 3 и 6 для легковых автомобилей (таблица 4).

Сравнение результатов

Наши результаты в целом совпадают с результатами предыдущих исследований и позволяют лучше понять компромиссы между различными характеристиками электромобилей. Наблюдение за тем, что потребление энергии легковыми электромобилями увеличивается на 0,6 кВтч / 100 км на каждые 100 кг массы транспортного средства, в целом согласуется с 0.4 кВтч / 100 км по модели Redelbach et al. [41]. Аналогичным образом, наблюдаемое увеличение потребления энергии на 46–60% при каждом удвоении массы транспортного средства соответствует увеличению на 34–42% при каждом удвоении массы транспортного средства, наблюдаемом Карлсоном и др. [42].

Наблюдение о том, что потребление энергии легковыми электромобилями тесно связано с массой транспортного средства, но в меньшей степени с номинальной мощностью двигателя, контрастирует с выводами для обычных легковых автомобилей, для которых мощность является важным, если не самым важным фактором расхода топлива: Каждое удвоение номинальной мощности двигателя приводит к увеличению расхода топлива примерно на 30–50% [19, 21].Увеличение номинальной мощности двигателя на 10 кВт увеличивает расход топлива на 0,3 л / 100 км в компактных бензиновых автомобилях и на 0,2 л / 100 км в компактных дизельных автомобилях [23].

Электромобили со временем становятся лишь ненамного эффективнее, в основном в реальных дорожных условиях. Напротив, обычные легковые автомобили в прошлом демонстрировали значительное повышение эффективности как во время сертификации, так и в реальных условиях вождения [19, 23]. Различия между электрическими и обычными автомобилями можно объяснить, по крайней мере, тремя факторами:

• Электродвигатели имеют более высокий КПД между баками (73–90%), чем двигатели внутреннего сгорания (16–37%) по всем соответствующим параметрам. нагрузки и обороты двигателя [12, 13].

• Электромобили рекуперируют свою кинетическую энергию за счет рекуперативного торможения, тогда как обычные транспортные средства этого не делают. При рекуперации энергии мощность и связанные с ней ускорения становятся менее значимыми для потребления энергии, чем сопротивление качению и аэродинамическое сопротивление — первое прямо пропорционально массе транспортного средства, второе пропорционально площади передней части и увеличивается с квадратом скорости транспортного средства.

• Электродвигатели не создают потерь на холостом ходу, которые пропорциональны рабочему объему и номинальной мощности в двигателях внутреннего сгорания с естественным наддувом.Следовательно, потребление энергии электродвигателем в значительной степени зависит от его мгновенной выходной мощности , а не от его максимальной номинальной мощности .

Вместе эти факторы влияют на потребление энергии легковыми автомобилями во время сертификации и вождения в реальных условиях. Более того, в реальных условиях потребление энергии варьируется в зависимости от реальных условий эксплуатации. Частично низкая зависимость потребления энергии от номинальной мощности двигателя в электромобилях может быть результатом того, что водители не используют весь потенциал ускорения и скорости своих транспортных средств [43] для сохранения все еще ограниченного диапазона движения.Тем не менее, периодическая работа двигателя с высокой нагрузкой на высоких скоростях и при движении в гору специально для более крупных и сравнительно мощных автомобилей может объяснить, почему реальное потребление энергии легковыми автомобилями более тесно связано с номинальной мощностью двигателя, чем сертифицированное потребление энергии.

Последствия для политиков и производителей автомобилей

Наши выводы имеют четыре основных значения. Во-первых, сильная взаимосвязь между потреблением энергии и массой транспортного средства предполагает, что переход от легковых электромобилей к легким электромобилям может снизить потребление энергии автомобильным транспортом.Технические характеристики электрических трансмиссий способствуют таким изменениям, как предполагает рыночный успех электрических самокатов, электронных велосипедов и легких трехколесных транспортных средств (например, [44]). В городских районах легкие электромобили могут увеличить скорость движения, уменьшить загрязнение окружающего воздуха и шума, а также уменьшить прямые выбросы CO ₂ отдельными транспортными средствами. Переход к использованию легких электромобилей также снизит спрос на дорожную инфраструктуру, что, в свою очередь, откроет новые возможности для оживления городов и повышения их устойчивости к изменению климата за счет смягчения последствий теплового острова за счет увеличения площади растительности [45, 46]).К другим достоинствам смены режима относятся более низкие инвестиционные потребности в подзарядке инфраструктуры — легковые автомобили можно заряжать со стандартными розетками в зданиях — и снижение требований к материалам и энергии (на транспортное средство) для производства.

Но проблемы остаются. Отказ от легковых автомобилей — непростая задача, но требует более широкой стратегии для обеспечения адекватной инфраструктуры, усиления взаимодействия с другими видами транспорта, включая общественный транспорт, и содействия инновационным решениям в области мобильности, связанным с совместным использованием транспортных средств и услугами по аренде.Пользователи легких транспортных средств уязвимы в случае аварий [47], что может потребовать обновленных схем сертификации транспортных средств, правил дорожного движения и правил безопасности, прежде чем легкие электромобили смогут полностью реализовать свой рыночный потенциал [48].

Во-вторых, большая изменчивость энергопотребления легковых автомобилей с аналогичной массой (рис. 3 и 4) предполагает наличие возможностей для дальнейшего повышения эффективности, например, за счет целевой конструкции, двигателей в ступицах колес, улучшенной рекуперации энергии, уменьшения выбега. сопротивление и применение легких компонентов шасси [49].Эти возможности могут быть реализованы путем введения минимальных требований к эффективности или специальной маркировки энергоэффективности, которая классифицирует транспортные средства в соответствии с их энергоэффективностью. Если это будет сделано, наши выводы предостерегают от использования массы транспортного средства в качестве коэффициента полезности для нормализации энергопотребления — как это реализовано для среднего целевого показателя выбросов CO ₂ для парка обычных легковых автомобилей [50]. В идеале ярлык эффективности должен напрямую классифицировать эффективность, то есть потребление энергии электромобилями в зависимости от расстояния (кВтч / 100 км; км / кВтч).Однако таким образом можно добиться повышения эффективности за счет уменьшения массы транспортного средства за счет небольшой батареи, что, в свою очередь, может снизить полезность транспортного средства. Если политики предпочитают использовать коэффициент полезности для классификации энергоэффективности, емкость батареи может быть подходящим выбором. Нормализация энергопотребления по емкости аккумуляторных батарей приведет как к повышению эффективности транспортных средств, так и к увеличению удельной энергии аккумуляторов. Наше исследование показывает, что реальное потребление энергии легковыми электромобилями E (кВтч / 100 км) связано с емкостью аккумулятора c (кВтч) (коэффициент детерминации 0.34) следующим образом:

$$ E = \ left ({0,09 \ pm 0,01} \ right) c + \ left ({14 \ pm 1} \ right). $$

Дальнейшие исследования могут расширить анализ (дополнительные файл 1: Таблица S1) к конкретному предложению по этикетке эффективности. Исследования также могут помочь выяснить, есть ли возможности для внедрения маркировки энергоэффективности на другие типы электромобилей.

В-третьих, наши результаты показывают, что текущая процедура сертификации легковых электромобилей в Европе может недооценивать реальное потребление энергии (рис.7). Если будущие исследования подтвердят наличие систематических артефактов в сертификационном тесте, директивным органам следует рассмотреть возможность адаптации процедур тестирования, чтобы потребители были точно информированы о потреблении энергии транспортными средствами при принятии решения о покупке.

В-четвертых, электромобильность все еще находится в зачаточном состоянии, и быстрое технологическое обучение, вероятно, улучшит конкурентоспособность по ценам [51,52,53] и улучшит технические характеристики, включая эффективность зарядки аккумуляторов [54]. Однако уже сегодня дорогие автомобили большой мощности предлагают маркетинговые возможности, которые производители начали использовать.Если номинальная мощность двигателя менее важна для потребления энергии в электромобилях, чем в обычных, электромобили с высокой мощностью двигателя, крутящим моментом и непревзойденными возможностями ускорения имеют конкурентное преимущество перед своими традиционными аналогами. Если это так, превосходные ходовые качества могут превратить высокую цену электромобилей [51, 53] в символ статуса (как в случае с обычными спортивными автомобилями), превратив рыночный барьер в аргумент покупки для потребителей, стремящихся к статусу.

Энергоэффективные двигатели

Энергоэффективные двигатели

Описание

Энергоэффективные двигатели потребляют меньше электроэнергии, работают при более низкой температуре и часто служат дольше, чем NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) B двигатели того же размера.

Чтобы эффективно оценить преимущества электродвигателей с высоким КПД, мы должны определить: «эффективность». Для электродвигателя КПД — это отношение передаваемой механической мощности. двигателем (выход) на электрическую мощность, подаваемую на двигатель (вход).

КПД = (выходная механическая мощность / потребляемая электрическая мощность) x 100%

Таким образом, двигатель с КПД 85% преобразует 85% электроэнергии. вклад в механическую энергию.Остальные 15 процентов электроэнергии потребляются. рассеивается в виде тепла, о чем свидетельствует повышение температуры двигателя. Энергоэффективный электрический в двигателях используется улучшенная конструкция двигателя и высококачественные материалы для снижения потерь в двигателе, тем самым повышая эффективность двигателя. Улучшенный дизайн приводит к меньшему тепловыделению и пониженный уровень шума.

Большинство электродвигателей, произведенных до 1975 года, были спроектированы и изготовлены с учетом минимальные уровни производительности как компромисс для низкой закупочной цены.Эффективность сохранена только на достаточно высоких уровнях, чтобы соответствовать ограничениям по превышению температуры конкретного двигателя. В 1977 году (NEMA) рекомендовала процедуру для маркировка стандартных трехфазных двигателей со средним номинальным КПД. Эти эффективности представляют собой среднее значение по отрасли для большого количества двигателей одинаковой конструкции. Таблица 1 сравнивает текущую номинальную эффективность стандартной полной нагрузки для стандартной и энергоэффективной моторы различных типоразмеров.Обратите внимание, что эти значения эффективности являются средними для трехфазной конструкции B. моторы. (Двигатели конструкции B составляют 90% всех асинхронных двигателей общего назначения. Классификацию асинхронных двигателей см. В публикации технических требований NEMA MG-1-1.16.) Двигатели других типов (конструкции A, C или D) имеют немного другой КПД, в то время как одиночные фазовые двигатели имеют существенно меньший КПД. Энергоэффективные двигатели продаются только с характеристиками крутящего момента NEMA B.

ТАБЛИЦА 1 Стандарт среднего номинального КПД при полной нагрузке и энергоэффективные двигатели
Номинальная мощность л.с.	Стандартный двигатель *	Высокоэффективный двигатель *
1,0	75,5	82.6
1,5	78,1	83,3
2,0	80,5	83,8
3,0	81,2	87,7
5,0	82,8	88.6
7,5	83,8	89,8
10,0	85,2	90,1
15,0	86,8	91,3
20,0	87,8	91.9
25,0	88,3	92,8
30,0	89,1	92,7
40,0	89,6	93,3
50,0	90,5	93.8
60,0	90,6	94,1
75,0	91,2	94,4
100,0	91,8	94,7
125,0	92,4	95.3
150,0	92,9	95,5
200,0	94,0	95,4
* Конструкция B, четырехполюсная, трехфазная

КПД двигателя — это фактор множества механических и электрических недостатков внутри. мотор.Потери сопротивления (I ² R) в обмотках статора и роторе стержни могут снизить КПД до 15% в трехфазных двигателях. Я ² Потери R в однофазных двигателях с дробной мощностью могут достигать 30 процентов. Потери намагничивания в сердечниках статора и ротора вызывают потерю эффективности от 1 до 7 процентов. Потери на трение в подшипниках и неэффективность охлаждающих вентиляторов приводят к потерям от 0,5% до 1,5%. в КПД двигателя.Потери на трение и намагничивание не зависят от нагрузки двигателя и относятся исключительно к размер и конструкция двигателя. Остальные потери называются потерями паразитной нагрузки. Сильно недогруженные двигатели имеют более низкий КПД, потому что трение, ветер и потери в сердечнике остаются постоянными и включают все больший процент от общей потребляемой мощности двигателя. На рисунке ниже показаны различные компоненты потери двигателя в зависимости от нагрузки двигателя.

Конструкционные материалы, механическая и электрическая конструкция двигателя определяют его окончательный вариант. эффективность.В энергоэффективных двигателях используются высококачественные материалы и оптимизированная конструкция. для достижения более высокой эффективности. Медный провод большого диаметра в статоре и больше алюминия в ротор снижает потери сопротивления энергоэффективного двигателя. Улучшенная конфигурация ротора а оптимизированный воздушный зазор между ротором и статором снижает потери паразитной нагрузки. Оптимизированное охлаждение Конструкция вентилятора обеспечивает хорошее охлаждение двигателя с минимальными потерями на ветер. Тоньше и выше качественные стальные пластины в роторе и сердечнике статора позволяют энергоэффективному двигателю работают с существенно меньшими потерями на намагничивание.Высококачественные подшипники приводят к уменьшению потери на трение.

Анализ экономии

При рассмотрении энергоэффективных двигателей на срок окупаемости влияют два фактора: стоимость электроэнергии и эксплуатационные расходы. часов в год. Если электричество недорогое или время работы невелико, на установку может потребоваться несколько лет. экономия от установки высокоэффективных двигателей, чтобы перевесить разницу в первоначальной стоимости. С другой стороны, где затраты на электроэнергию и количество часов работы в год высоки, можно заменить существующий двигатель стандартного КПД с энергоэффективным двигателем и получение зарплаты менее одного года (таблица 2).Кроме того, экономические преимущества энергоэффективных двигателей по сравнению с двигателями с перемоткой часто дают возможность для перехода на энергоэффективные двигатели, когда старые двигатели сгорают.

ТАБЛИЦА 2 Матрица выбора двигателя с примером двигателя мощностью 10 л.с. Многофазный асинхронный двигатель переменного тока
	Стандартный двигатель	Высокоэффективный двигатель
		A	B	С
1. Первая стоимость	180 долл. США	224 долл. США	252 долл. США	$ 279
2. % Срок службы = Годовая стоимость	22,50 долл. США	28,00 долл. США	31,50 долл. США	34,88 долл. США
3. Требуемая мощность (кВт)	8,78	8,52	8,43	8,38
4. часов использования / год	4 000	4 000	4 000	4 000 90 6 12
5. Эффективность	85,0	87,5	88,5	89,0
6. кВтч / год **	35 120	34 080	33 720	32 520 90 6 12
7. Стоимость / кВтч (энергия + спрос)	0,06 доллара США	0,06 доллара США	0,06 доллара США	0,06 долл. США
8. Годовые затраты на электроэнергию	2 107 долл. США	2 045 долл. США	2 023 долл. США	2 011 долл. США 90 6 12
9. Разница в стоимости электроэнергии	-0-	62,00 $	84,00 $	96,00 долл. США
10. Общая годовая стоимость	2130 долл. США	2 073 долл. США	3055 долл. США	2 046 долл. США 90 612
11. Окупаемость — годы ***	-0-	0,71	0,86	1,03
Источник: публикация NEMA MG-1.

Факторы, которые следует помнить при покупке энергоэффективных двигателей:

• Созданы не все моторы с высоким КПД равный. NEMA требует, чтобы метод испытания среднего номинального КПД был указан на паспортной табличке.IEWC 34-2 и JEC 37 методов тестирования дают несколько более высокую эффективность, чем метод IEEE 112. Текущие коды NEMA требуют, чтобы На паспортной табличке двигателя указаны стандарты эффективности и испытаний.
• Двигатели лучше всего работают при полной нагрузке. Недогруженный двигатель, энергоэффективный или нет, менее эффективен, чем полностью загруженный мотор.

  No related posts.