Главная Статьи КПД электродвигателя

КПД электродвигателя

Электродвигатели с высоким коэффициентом полезного действия

С открытием полезных свойств электрического тока, развитием науки и техники, современные приборы и механизмы сложно представить без электродвигателей. КПД электродвигателя – степень эффективности преобразования электрической энергии в механическую. В целом же коэффициент полезного действия – это показатель продуктивности превращения одного типа энергии в другую. Коэффициент является важным параметром устройств, который необходимо измерять и контролировать.

Основные понятия и принцип работы электродвигателей

Электродвигатели действуют на основе электромагнитной индукции. Одноименные и разноименные полюса постоянных магнитов ротора (то есть подвижной части) и статора (статичной части) взаимно притягиваются и отталкиваются. Электрический ток, подаваемый на обмотку статора, генерирует вращающееся электромагнитное поле, тем самым создавая крутящий момент. Он приводит в движение вращательную часть двигателя. Вместо постоянных магнитов могут использоваться электромагниты, катушки индуктивности или материалы, обладающие магнитными свойствами.

Частота вращения ротора, мощность и величина КПД электродвигателя зависят от его конструкции, количества затраченной энергии и потерь при преобразовании в механическую энергию.

Электродвигатели могут питаться от сети постоянного тока или переменного тока.

По типу вращения ротора электродвигатели могут быть:

синхронными;
асинхронными.

Широкое распространение получили электродвигатели АИР – асинхронные двигатели, которые работают при подключении к сети переменного трехфазного электрического тока. Благодаря высокому КПД АД (асинхронные двигатели) эффективны и применяются во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Почему важен параметр КПД электродвигателя

Что такое КПД электродвигателя и почему этот параметр так важен, следует разобраться подробнее. Электродвигатели разных размеров, типов и мощности потребляют около 45% всей мировой электроэнергии. Они применяются так широко, что игнорировать их КПД просто невозможно.

От эффективности преобразования электроэнергии в механическую электродвигателем зависит производительность оборудования, расходы предприятий, скорость проводимых работ. Этот параметр является главной характеристикой при определении энергоресурсов предприятия и проведении энергоаудита.

Понятие коэффициента полезного действия электродвигателей

КПД электродвигателя измеряется в процентах и может составлять от 10 до 99%. Электродвигатели мощностью до 100 кВт имеют КПД 75-90%, у более мощных агрегатов показатель составляет 90-97%.

Чем выше коэффициент полезного действия, тем лучше и эффективнее работает электродвигатель, тем рациональнее расходуется электричество и больше механической энергии доступно электроприводам.

Факторы, влияющие на КПД электродвигателя

КПД 97% говорит о потере 3% энергии в результате преобразования электрической энергии в механическую. Максимальный КПД электродвигателя не может равняться 100% из-за нагрева мотора в процессе работы. Часть электрической энергии, поступающей на обмотку электродвигателя, преобразуется в тепловую и выделяется в окружающую среду. Также снижают КПД электродвигателя:

реактивные токи;
трение подшипников;
износ крыльчатки;
износ или обрывы проводов;
низкое качество стали в сердечнике двигателя;
ненадежная изоляция.

КПД электрического двигателя снижается после каждого ремонта. Поэтому нужно тщательно следить за состоянием ротора, статора и других частей двигателя и своевременно менять комплектующие во избежание выхода устройства из строя.

Измерение и расчет КПД электродвигателя

Как найти КПД электродвигателя по формуле:

ŋ = Р_мех./Р_элект.

Это отношение полезной мощности (механической) к потребляемой электродвигателем (электрической).

КПД указывается в диапазоне от 0 до 1 или чаще умноженный на 100%.

Мощность указывается в технической документации или на шильде/бирке электродвигателя. Найти ее также можно через измерения оборотов вала, сопротивления обмоток, а также по таблицам согласно длинам вала и мотора и расстояния до оси.

Зная величину тока и напряжение, можно сделать расчет мощности двигателя:

P = U х I

Следует помнить, что коэффициент полезного действия электродвигателя не является постоянным параметром и изменяется в течение всего срока службы в зависимости от нагрузки и состояния его частей. А номинальные значения, указанные в технических паспортах и таблицах, могут не совпадать с реальными.

Повышение КПД электродвигателей

Чтобы минимизировать потери энергии и увеличить КПД современных электродвигателей, необходимо использовать средства для снижения нагрева обмоток. С этой целью применяют обмоточные провода из меди особой очистки для снижения сопротивления.

Также рационально установить подшипники из современных материалов и заменить крыльчатки вентиляторов для меньшего сопротивления воздуху.

Чтобы отвести лишнее тепло, можно сделать радиаторные ребра на наружной части корпуса. Это сохраняет рабочие параметры электродвигателя и улучшает его охлаждение.

Основной причиной потерь зачастую становится плохая изоляция. Следует использовать электромагнитную сталь хорошего качества, что позволит уменьшить перемагничивание активного железа. Также хорошие материалы снижают вихревые токи и уменьшают нагрев мотора.

Чтобы повысить КПД у электродвигателя, также можно устанавливать частотные преобразователи. Они помогают оптимизировать потери полезной энергии.

Заключение

Электродвигатели имеют широкое распространение и используются практически во всех сферах нашей жизни. От их коэффициента полезного действия зависит то, насколько хорошо используются ресурсы и какая мощность электродвигателя получается на выходе. Измерение КПД электродвигателя несет значительную практическую пользу, а использование современных материалов и своевременное техническое обслуживание электродвигателей позволяет повысить продуктивность и сэкономить электрическую энергию.

Популярные двигатели по мощности и оборотам: