Russian 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Vietnamese 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
В условиях промышленного производства и повседневного потребления электроэнергии разница в энергоэффективности двигателей переменного тока часто значительна. Например, при работе одного и того же вентилятора одни двигатели потребляют 5 кВт·ч электроэнергии в час, а другие — всего 3,5 кВт·ч. Эта разница не случайна; она определяется совокупностью ключевых факторов, таких как тип двигателя, его конструктивное исполнение и адаптируемость к условиям эксплуатации. Эти факторы напрямую влияют на степень потерь при преобразовании электрической энергии в механическую, что в конечном итоге приводит к разным уровням энергоэффективности.
С точки зрения типов двигателей, неотъемлемое характерное различие между асинхронными и синхронными двигателями является основной отправной точкой разрыва в энергоэффективности. Ротор асинхронного двигателя использует электромагнитную индукцию для генерации тока для крутящего момента. Во время этого процесса часть электроэнергии потребляется из-за «потерь на гистерезис» и «потерь на вихревые токи». Проще говоря, при изменении магнитного поля сердечника ротора генерируются внутренние токи. Эти токи не участвуют в выходном крутящем моменте; вместо этого они преобразуются в тепло и теряются. Особенно для традиционных асинхронных двигателей с низкой энергоэффективностью сердечник в основном изготовлен из обычных листов кремнистой стали, что приводит к более высоким потерям на гистерезис. Кроме того, воздушный зазор между статором и ротором (воздушный зазор относится к зазору между статором и ротором) относительно большой, что легко вызывает утечку магнитного поля и дополнительно увеличивает потери энергии. Однако ротор синхронного двигателя (например, синхронного двигателя с постоянными магнитами) состоит из постоянных магнитов и не нуждается в создании магнитного поля посредством индукции, что существенно снижает потери в роторе. В то же время, воздушный зазор между статором и ротором синхронного двигателя имеет меньшую площадь, что повышает эффективность использования магнитного поля. Естественно, эффективность преобразования электрической энергии в крутящий момент также выше, обычно на 5–10% выше, чем у обычных асинхронных двигателей той же мощности.
Усовершенствование конструкции является ключом к увеличению разрыва в энергоэффективности между двигателями одного типа. Например, для асинхронных двигателей применение листов кремнистой стали с высокой магнитной индукцией может значительно снизить потери в сердечнике. Этот тип листов кремнистой стали обладает более высокой магнитной проницаемостью, что снижает внутренние токи, возникающие при изменении магнитного поля. По сравнению с листами обычной кремнистой стали, он может снизить потери в сердечнике более чем на 20%. Кроме того, материал и технология намотки обмоточных проводов также влияют на энергоэффективность. Медные провода обладают лучшей электропроводностью, чем алюминиевые. Обмотки из медных проводов имеют меньшее сопротивление, что приводит к снижению «потерь меди» (тепловых потерь, возникающих при протекании тока через сопротивление) при прохождении тока. Более того, точная намотка позволяет располагать провода более плотно, уменьшая зазор между проводами и повышая коэффициент использования магнитного поля. В то же время, в двигателях с низкой энергоэффективностью могут использоваться алюминиевые провода или грубая намотка. Одни только потери в меди на 15–20 % выше, чем у двигателей с высокой энергоэффективностью.
Адаптация к условиям эксплуатации двигателя также напрямую влияет на фактическую энергоэффективность. Двигатели переменного тока имеют «номинальное рабочее состояние» (оптимальное рабочее состояние, рассчитанное для двигателя). Если фактическая нагрузка не соответствует номинальной, энергоэффективность значительно снижается. Например, если асинхронный двигатель номинальной мощностью 10 кВт работает с небольшой нагрузкой 3 кВт в течение длительного времени, возникает ситуация, схожая с ситуацией «большой лошади, тянущей маленькую телегу». В это время коэффициент мощности двигателя снижается (чем ниже коэффициент мощности, тем ниже коэффициент использования электроэнергии), доля потерь в сердечнике увеличивается, и энергоэффективность может упасть с 85% в номинальном режиме работы до менее 60%. Однако скорость синхронного двигателя не зависит от нагрузки (пока она не превышает максимальный крутящий момент). В сценариях с большими колебаниями нагрузки он может по-прежнему поддерживать высокий коэффициент мощности и энергоэффективность. Например, в системе привода новых энергетических транспортных средств синхронный двигатель с постоянными магнитами может гибко регулировать свою выходную мощность в зависимости от скорости автомобиля и дорожных условий. Даже при низкой скорости и малой нагрузке энергоэффективность может поддерживаться выше 80%, что значительно выше, чем у асинхронных двигателей в тех же условиях.
Кроме того, рациональность конструкции системы отвода тепла также косвенно влияет на энергоэффективность. Потери, возникающие во время работы двигателя, преобразуются в тепло. Если тепло не рассеивается вовремя, температура двигателя повышается, что приводит к увеличению сопротивления обмотки (сопротивление проводника увеличивается с ростом температуры). Это, в свою очередь, увеличивает потери в меди, образуя порочный круг «потери – повышение температуры – ещё большие потери». Высокоэнергоэффективные двигатели обычно оснащаются более эффективными системами отвода тепла, такими как увеличенная площадь радиаторов, использование осевых вентиляторов для принудительного отвода тепла и даже добавление систем водяного охлаждения для двигателей высокой мощности. Эти меры гарантируют постоянную работу двигателя при подходящей температуре и предотвращают снижение энергоэффективности, вызванное перегревом.
Подводя итог, можно сказать, что энергоэффективность двигателей переменного тока определяется совокупностью «типовых характеристик + конструктивного исполнения + адаптивности к условиям эксплуатации + способности рассеивать тепло». Синхронные двигатели обладают неотъемлемыми преимуществами благодаря отсутствию потерь на индуктивность ротора. Усовершенствованная конструкция из листов кремнистой стали с высокой магнитной индукцией и медных обмоток снижает потери в сердечнике. Адаптивность к условиям эксплуатации позволяет избежать потерь энергоэффективности, вызванных несоответствием нагрузки. Рациональное рассеивание тепла предотвращает порочный круг потерь. Понимание этих факторов может не только помочь предприятиям выбрать более энергоэффективные двигатели, но и указать направление оптимизации для «снижения потерь и повышения адаптивности» при исследованиях и разработках двигателей.
