Hiệu suất của động cơ điện là gì? Làm thế nào để cải thiện nó?

Động cơ điện là một loại máy điện mà biến đổi điện năng thành cơ năng sử dụng sự tương tác giữa từ trường và dòng điện trong cuộn dây của nó để tạo ra momen lực trong động cơ. Nếu chúng ta đảo ngược quá trình này thì cơ năng sẻ biến đổi thành điện năng và đó là nguyên lí của máy phát điện. Hiện tượng cảm ứng điện từ là hiện tượng chính trong động cơ.

Các thành phần cơ bản của động cơ:

Rotor:

Đây là phần động và là phần quan trọng của động cơ, nó làm quay trục động cơ để tạo ra cơ năng.

Stator:

Là phần tĩnh của động cơ, nó hoặc là vài cuộn dây hoặc là một nam châm cố định. Lõi của nó được làm từ nhiều cán hoặc tấm kim loại ghép lại với nhau để tổn thất là nhỏ nhất.

Khe hở không khí ( air gap ):

Một khe hở nhỏ giữa stator và rotor gọi là khe hở không khí. Nó là cần thiết nhưng buộc phải được làm càng hẹp càng tốt vì nếu không như vậy nó có thể sẽ ảnh hưởng xấu đến hiệu suất động cơ.

Bộ chỉnh lưu ( commutator ):

Về cơ bản nó gắn với quá trình chuyển đổi đầu vào cho động cơ một chiều. Nó bao gồm các vòng trượt được cách điện với nhau và với trục.

Hệ số công suất của động cơ điện là gì?

Tỉ số giữa công suất vào và ra khỏi động cơ được gọi là hiệu suất chủa động cơ, nó được kí hiệu là “η” và biểu diễn bằng %.

Đây là hệ số thể hiện hiệu quả của động cơ. Nó có thể được tính như sau: 

                                                  

                                               η = ( Pout / Pin ) x 100%

                               

                                hay         η = ( Pin - Pth / Pin ) x 100%   Pth: công suất tổn hao trong động cơ

                                hay         η = ( Pout/ Pout + Pth ) x 100%  

Giải thích quá trình mất mát năng lượng và sự chênh lệch công suất trong động cơ điện:

Khi chúng ta cung cấp một công suất hữu ích đi vào động cơ, sau đó thì tổn thất đồng xảy ra trong cuộn dây phần ứng và cuộn kích từ.

Bây giờ ta lấy công suất vào trừ cho tổn thất đồng ta được công suất điện từ cung cấp cho phần ứng .

Phần công suất còn lại không phải là tổng công suất ra khỏi động cơ bởi vì còn tổn thất sắt và ma sát xảy ra bên trong động cơ, nó chiếm khoảng 10 - 20 % tổng tổn thất.

Cuối cùng ta lấy công suất điện từ trừ cho tổn thất sắt và ma sát ta có tổng công suất ra khỏi động cơ cung cấp cho tải.

Tổn thất đồng = A- B

Tổn thất sắt và ma sát = B- C

Hiệu suất công suất tổng = η_c = C/A = Pout/ Pin

Hiệu suất cơ học = η_m = C/B = Pout/ Pđt

Hiệu suất điện từ = η_e = B/A = Pđt/ Pin

Làm thế nào để cải thiện hiệu suất của động cơ:

Hiệu suất của động cơ ảnh hưởng bởi những tổn thất mà bao gồm tổn thất điện và tổn thất cơ do ma sát, từ trường tản trong lõi thép động cơ và  những tổn thất khác nhau tùy loại vật liệu sử dụng. Để động cơ làm việc hiệu quả hơn chúng ta phải giảm tổn thất trong động cơ. Ở đây có một số phương pháp và lời khuyên để cải thiện hiệu suất của động cơ.

1. Chức năng của vỏ động cơ là bảo vệ cho cuộn dây tránh khỏi những tác động cơ học. Vỏ động cơ đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất nhiệt của nó bởi vì nó có chịu trách nhiệm trao đổi nhiệt giữa bên trong động cơ với môi trường nơi không khí được thổi bởi các quạt sẽ thúc đẩy quá trình tản nhiệt. Điều này sẽ làm giảm tổn thất nhiệt.

3. Stator là thành phần chính của rotor là nguyên nhân gây ra 60% tổn thất vì vậy để giảm lượng tổn thất này của cuộn dây phải tăng tiết diện để giảm điện trở. Động cơ mà có hiệu suất cao chứa thêm 25% đồng so với động cơ được thiết kế theo mô hình tiêu chuẩn.

4. Tổn thất trong rotor được coi như là tổn thất nguồn thứ cấp mà nguyên nhân là do hệ số trượt của động cơ. Thực sự, hệ số trượt là sự sai lệch giữa tốc độ từ trường quay và tốc độ rotor và trục cho bởi tải. Ở đây hệ số trượt thu được bằng cách lấy hiệu của tốc độ động cơ khi không tải và tốc độ động cơ khi có tải chia cho tốc độ động cơ khi không tải. Để giảm tốn thất do hệ số trượt gây ra cần tăng khả năng dẫn điện của rotor. Đồng được sử dụng rộng rãi vì có độ dẫn điện cao nhưng đồng phải được đúc chết như gần đây quá trình này đã được phát triển cho khuôn đúc bằng đồng.

5. Tổn thất sắt từ được tạo thành từ hiện tượng từ trễ, chiếm khoảng 20% tổng tổn thất công suất, được gây ra bởi dòng điện xoáy và lõi thép bão hòa. Bằng cách sử dụng những vật liệu dẫn từ tốt tổn thất có thể được giảm đến nhỏ nhất.

6. Để giảm bớt ảnh hưởng của hiện tượng từ trễ và lõi thép bão hòa thì lõi thép có chứa một lượng nhỏ silicon được sử dụng trong cán thép kim loại thay vì thép cacbon có chi phí thấp hơn. Theo cách này thì tổn thất lõi thép có thể được bỏ qua. Bằng cách giảm độ dày và tăng độ dày của các lá thép có thể giảm tổn thất từ thông và lõi thép.

7. Tổn thất dòng điện xoáy có thể giảm bằng cách đảm bảo khoảng cách giữa các lá thép sử dụng.