motori vengono applicati quando c'è la necessità di spostare determinati oggetti. L'efficienza del motore determina il rapporto costo-efficacia del movimento dello stesso. Un motore in genere genera un certo moto rotatorio e lo trasmette al vano terminale dove tale moto viene utilizzato. Parte della potenza generata dal motore viene persa lungo il percorso a causa di fattori quali attrito o perdita di calore. L'efficienza del motore è quindi il rapporto tra l'energia effettiva utilizzata e quella immessa nel sistema meccanico. Naturalmente, i motori più efficienti assicurano un basso costo di funzionamento, che è sempre desiderato da un utente del motore.
In questo articolo cercheremo di spiegare come prendere una decisione più informata su quale motore potrebbe essere più adatto alla vostra applicazione.
Alcuni termini
Prima di addentrarci nella spiegazione dell'efficienza del motore e di come può essere stimata, ecco alcuni termini importanti:
Lavora
Il lavoro è la quantità di energia impiegata per spostare una certa massa lungo una certa distanza mediante l'uso della forza.
Potenza
La potenza è un lavoro svolto nel tempo.
EFFICIENZA
Rapporto tra l'entità dell'energia in ingresso che può essere convertita in energia utile in uscita o lavoro che coinvolge un sistema.
Carico nominale
Il carico che una macchina può erogare con sufficiente efficienza.
Pieno carico
Il carico massimo che una macchina può fornire.
Fattore di potenza
Il rapporto tra potenza reale e potenza apparente in un circuito.
La potenza effettiva è la potenza elettrica utilizzata, la potenza apparente è la potenza elettrica totale erogata al circuito.
Rotore
La parte di un motore che si muove facendo ruotare l'albero e fornendo energia meccanica.
statore
Parte fissa del motore con alcuni avvolgimenti, oppure magneti fissi con nuclei di lamiere diverse o di materiali laminati.
Questo vi darà una panoramica della struttura dei motori e dei principi di base che ne regolano il funzionamento.
Mformula di efficienza del motore
L'efficienza di un motore elettrico si calcola trovando la potenza in ingresso e la potenza in uscita del motore. L'efficienza è il rapporto tra potenza in uscita e potenza in ingresso, espresso in termini percentuali. Di seguito sono riportati i passaggi:
Calcolare la potenza in ingresso (Pin): che è la potenza elettrica fornita al motore. La formula è Pin = V x I, dove V è la tensione attraverso il motore e I è la corrente attraverso il motore. Assicurati che le unità siano coerenti, come volt per ampere.
Misura o calcola la potenza in uscita (Pout): la potenza meccanica del motore. Potrebbe essere determinata da diversi approcci in base all'applicazione specifica coinvolta. Ad esempio
Se sono note la coppia, T, e la velocità angolare, ω, prodotte da un motore, è possibile formulare la formula Pout = T x ω.
Un valore approssimativo della potenza in uscita, quando sono noti la velocità del motore e la potenza nominale assorbita, è dato da Pout = Prated x (N/Nrated), dove Nrated è la velocità nominale.
Calcolo dell'efficienza (η): Questo si ottiene da η = (Pout / Pin) x 100%. Questo fornisce la percentuale di efficienza.
Ad esempio, la potenza in ingresso al motore è di 1000 watt Pin e la potenza in uscita Pout è di 800 watt. Il calcolo dell'efficienza è mostrato di seguito.
η = (800/1000) x 100% = 80%.
Da ciò si evince che l'efficienza del motore è dell'80% e quindi l'80% dell'energia elettrica in ingresso viene trasformata in potenza meccanica utile.
Si noti che l'efficienza del motore dipende dalle condizioni di carico, nonché dalla temperatura e dal design. È quindi sempre una buona idea effettuare delle misurazioni o consultare le specifiche del motore per scoprire qual è l'efficienza effettiva per l'applicazione pratica.
Rendimento del motore e sue classi
Per misurare l'efficienza di un motore vengono generalmente eseguiti due tipi di test: un test a vuoto e uno a carico. Un test a vuoto non ha alcun carico sul motore. Al contrario, un test eseguito con un carico già noto è chiamato test a carico. Durante questi test, la potenza in ingresso e la potenza in uscita dei motori vengono misurate da strumenti specializzati e l'efficienza viene calcolata in base alla formula illustrata in precedenza. Si noti che l'efficienza dei motori cambia in diverse condizioni di carico e pertanto testare i motori nelle loro normali condizioni operative fornisce misurazioni corrette.
La Commissione Elettrotecnica Internazionale e la National Electrical Manufacturers Association hanno assegnato diverse classi di efficienza del motore. Tali classificazioni si basano su una perdita massima ammissibile su un motore e sono limitate solo dalla progettazione e/o dalle dimensioni del motore. Maggiore è la classificazione dell'efficienza, minori sono le perdite ammesse, quindi ne uscirà un motore generalmente più efficiente.
Le principali classi di efficienza dei motori:
Efficienza standard (IE1, design NEMA A): Questa è la valutazione di efficienza più bassa dei motori e viene generalmente applicata a motori più vecchi o meno costosi. Questi motori variano dal 50 al 90% di efficienza, a seconda delle dimensioni e dell'applicazione.
Alta efficienza (IE2, NEMA Design B): Il valore minimo di efficienza in questa classe è del 3-6% superiore a quello della classe di efficienza standard. Questi motori sono relativamente più efficienti e vengono applicati in applicazioni in cui il risparmio energetico diventa una priorità.
Efficienza Premium (IE3, NEMA Design C): Il valore minimo di efficienza in questa classe è superiore del 2-3% rispetto alla classe ad alta efficienza. Questi motori sono i più efficienti e vengono applicati in applicazioni ad alte prestazioni in cui l'efficienza energetica e l'affidabilità sono molto importanti.
Efficienza ultra elevata (IE4, NEMA Design D): L'efficienza minima per questa classe è superiore dell'1-2% rispetto alla classe High Efficiency. Questi sono i motori più sviluppati ed efficienti, che consentono le perdite più basse e la massima efficienza complessiva.
È possibile selezionare un motore con un'efficienza nominale più elevata per contribuire a ridurre il consumo energetico e i costi operativi, migliorando al contempo le prestazioni e l'affidabilità. Consultare le specifiche del motore ed effettuare delle misurazioni per ottenere un quadro accurato dell'efficienza del motore in un'applicazione reale.
Mantenimento delle prestazioni del motore e miglioramento dell'efficienza del motore
In ogni sistema, alcune perdite rendono l'output inferiore all'input. Ecco perché dobbiamo considerare l'efficienza del sistema, una delle quali è l'efficienza del motore. Ci sono alcune ragioni per le perdite del motore, che includono attrito, dissipazione di energia magnetica del motore e perdite resistive. La riduzione delle perdite del motore aumenta l'efficienza del motore.
Una cosa è il monitoraggio costante del motore. Ciò comporta anche l'osservazione dell'età del motore, della potenza di uscita fornita e della potenza nominale del motore per monitorare l'efficienza a lungo termine del motore. Inoltre, si desidera monitorare lo squilibrio di tensione, lo squilibrio di corrente e il fattore di potenza. Si desidera un fattore di potenza vicino al 100 percento.
Esistono diversi modi per migliorare l'efficienza del motore:
1. La causa principale delle perdite nei motori è lo statore. ItÈ stato riportato che lo statore rappresenta circa il 30% o più delle perdite complessive del motore. La massa degli avvolgimenti dello statore deve essere mantenuta a un valore elevato per ridurre le perdite resistive corrispondenti.
6. La lubrificazione del motore è un altro fattore importante che può garantirne il funzionamento efficiente. Assicurarsi che i diversi tipi di grasso non vengano utilizzati contemporaneamente e che gli intervalli di lubrificazione siano basati sulla velocità nominale installata del motore, sulle dimensioni dei cuscinetti, sul tipo di grasso e sull'aumento della temperatura.
In sintesi, comprendere l’efficienza motoria può essere fondamentale a ottimizzazione utilizzo dell'energia e riduzione dei costi operativi. I motori ad alta efficienza possono fare molta strada nel perseguimento della sostenibilità e dell'economicità, sia per le aziende che per le applicazioni individuali. Dai sistemi industriali a quelli di trasporto e agli elettrodomestici, nessun settore può permettersi di sottovalutare il contributo dei motori ad alta efficienza. Quindi, sforzatevi insieme per sviluppare una migliore efficienza nei motori per un futuro più verde ed efficiente. Alimentiamo il mondo con lo spreco di energia orientale.