Ngày nay, việc các kỹ sư và nhà sản xuất thiết kế (hoặc chỉ định) động cơ điện hoạt động đã trở nên dễ dàng hơn nhiều. Tuy nhiên, một thách thức vẫn không đổi là sự cần thiết phải thiết kế (hoặc chỉ định) một động cơ điện có thể chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng với ít hoặc không có tổn thất.
Một trong những thông số chính cho phép các kỹ sư đánh giá hiệu suất của động cơ điện là hiệu suất của động cơ. Hiệu suất của động cơ chỉ đơn giản là mô tả động cơ chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng tốt như thế nào. Một động cơ hiệu quả cao chuyển đổi một phần lớn năng lượng điện thành năng lượng cơ học, cho phép chi phí vận hành thấp, tốc độ và hoạt động trơn tru trong phạm vi yêu cầu và ít hoặc không có rung động.
Bài viết này trình bày thông tin hữu ích về hiệu suất và hiệu suất của động cơ. Nó cũng sẽ bao gồm các dạng tổn thất khác nhau thường ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ điện.
Công thức cho hiệu suất của động cơ
Hiệu suất của động cơ đơn giản là tỷ số giữa công suất cơ học với công suất điện đầu vào động cơ. Các phần phụ sau đây sẽ cung cấp các công thức để ước tính hiệu suất động cơ khi công suất đầu ra được trình bày bằng oát và mã lực.
Công thức tính hiệu suất của động cơ khi công suất đầu ra được đo bằng oát
Chú thích:
nm = hiệu suất động cơ
Pout = Công suất đầu ra trục (watt)
Pin = Nguồn điện đầu vào (watt)
Công thức tính hiệu suất của động cơ khi công suất phát được đo bằng mã lực
Chú thích:
nm = hiệu suất động cơ
Pout = Công suất trục (mã lực, hp)
Pin = Nguồn điện đầu vào (watt)
Hiệu suất 100% có nghĩa là động cơ điện chuyển đổi tất cả năng lượng điện thành công hữu ích. Tuy nhiên, điều này là không thể đạt được; động cơ điện gặp một số loại tổn hao trong quá trình hoạt động, khiến chúng có hiệu suất thấp hơn 100%. Các kỹ sư sẽ phải xem xét một số yếu tố và cân nhắc thiết kế để tạo ra một động cơ có hiệu suất gần như hoàn hảo.
Tổn thất hiệu suất động cơ điện: đây là điều mà mọi kỹ sư phải biết
Có bốn loại tổn thất mà các kỹ sư nên chú ý trong động cơ điện. Chúng bao gồm:
- Tổn thất Ohmic
- Tổn thất cốt lõi
- Tổn thất cơ học
- Thua lỗ
Số 1: Tổn thất Ohmic
Tổn thất Ohmic mô tả tổn thất xảy ra do dòng điện chạy qua các dây dẫn của động cơ. Những tổn thất này thường xảy ra trong cuộn sơ cấp và cuộn thứ cấp của động cơ dưới dạng nhiệt và có thể được tính toán như sau.
Chú thích:
Pohmic losses = Công suất tiêu hao trên đường dây
R = Điện trở (Ohms)
I = Hiện tại (A)
Khi thiết kế hoặc chỉ định dây dẫn cho động cơ điện, nên chọn cuộn dây đồng hơn là cuộn dây nhôm. Điều này là do dây dẫn đồng thường có độ dẫn điện cao hơn (và điện trở suất hoặc điện trở thấp hơn) so với dây dẫn nhôm. Vì vậy, một dây dẫn bằng nhôm sẽ có tổn thất ohmic cao hơn so với một dây dẫn đồng có hình dạng tương tự cho cùng một dòng điện.
Ngoài ra, các kỹ sư có thể giảm tổn thất ohmic bằng cách sử dụng dây đồng đo dày hơn và cải tiến kỹ thuật sản xuất để rút ngắn các cuộn dây cuối.
Số 2: Tổn thất cốt lõi
Tổn thất lõi, còn được gọi là tổn thất sắt, là tổn thất liên quan trong đường dẫn từ của động cơ. Chúng có thể được chia thành:
- Tổn thất do trễ
- Tổn thất dòng điện xoáy.
Tổn thất từ trễ là do sự định hướng lại của từ trường trong lớp màng của động cơ. Chúng bị ảnh hưởng bởi tổng mật độ thông lượng và khả năng thay đổi cực tính dễ dàng của vật liệu lõi.
Ngược lại, tổn thất dòng điện xoáy là kết quả của dòng điện được tạo ra giữa các lớp do từ trường thay đổi. Chúng bị ảnh hưởng bởi tổng mật độ từ thông, tần số thay đổi cực của từ thông và độ dày của lớp lam của bộ phận.
Theo quy định, nên sử dụng các lớp mỏng làm bằng thép cấp cao hơn để giảm độ trễ và tổn thất dòng điện xoáy.
Số 3: Tổn thất cơ học
Tổn thất cơ học do ma sát trong ổ trục hoặc ống lót của động cơ trong động cơ điện một chiều loại có chổi than. Các kỹ sư có thể giảm ma sát ổ trục động cơ và ngăn ngừa mài mòn bằng cách bôi trơn đúng cách ổ trục động cơ bằng mỡ.
Số 4: Tổn thất khác
Tổn thất lạc hướng là những tổn thất nhỏ thường còn lại sau tổn thất ohmic, tổn thất cốt lõi và tổn thất cơ học.
Tính toán cường độ dòng điện động cơ và hiệu suất động cơ điện
Cường độ dòng điện của động cơ (còn được gọi là amp đầy tải) là cường độ dòng điện lớn nhất mà động cơ được thiết kế để mang trong các điều kiện cụ thể. Các phần sau đây trình bày các công thức để tính toán amps đầy tải (FLA) của mạch một pha và ba pha.
Công thức tính FLA động cơ một pha
Khi định mức công suất động cơ (Pout) được chỉ định bằng kilowatt (kW), FLA động cơ một pha có thể được tính bằng cách sử dụng:
Ngược lại, khi công suất đầu ra (Pout) được chỉ định bằng mã lực (hp), FLA của động cơ một pha có thể được tính bằng cách sử dụng:
Chú thích:
Pout = sản lượng điện cơ học
PF = Hệ số công suất
V = Điện áp đường dây
nm = Hiệu suất của động cơ
Công thức tính dòng đầy tải của động cơ ba pha
Khi định mức công suất động cơ (Pout) được chỉ định bằng kilowatt (kW), FLA động cơ ba pha có thể được tính bằng cách sử dụng:
Ngược lại, khi công suất đầu ra (Pout) được chỉ định bằng mã lực (hp), FLA động cơ ba pha có thể được tính bằng cách sử dụng:
Trong đó:
Pout = sản lượng điện cơ học
PF = Hệ số công suất
V = Điện áp đường dây
nm = Hiệu suất của động cơ
Các kỹ sư nên đảm bảo rằng dòng điện đầu vào động cơ nhỏ hơn ampe tải đầy đủ. Việc đặt động cơ vào dòng đầu vào cao hơn FLA của động cơ thường gây ra quá nhiệt, do đó làm hỏng cuộn dây và cách điện của động cơ và ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ.
———————————————————————
Trong khi bài viết này trình bày thông tin hữu ích về hiệu suất, hiệu suất và cường độ dòng điện đầy tải của động cơ điện, vẫn còn một số yếu tố khác ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ điện. Ví dụ, thiết kế nhiệt, kỹ thuật lắp ráp và khí động học rất quan trọng đối với hiệu suất của động cơ điện. Các kỹ sư nên liên hệ với các nhà sản xuất động cơ để thảo luận về các yêu cầu ứng dụng của họ.
