¿Por qué los motores eléctricos tienen baja eficiencia a bajas revoluciones?

Un motor de corriente continua, que descuida los devanados de campo, se puede modelar simplemente como una resistencia en serie con una carga. La carga consiste en una resistencia en paralelo con un condensador.

La resistencia del motor proviene de los devanados del rotor. La resistencia de carga se debe al contra-par ejercido por la carga, así como a las pérdidas por fricción en el motor. La capacitancia es proporcional a la inercia agrupada equivalente tanto del rotor como de la carga.

Esto se deriva de la relación de que para un motor de CC dado hay una constante K. K = par / corriente. K = voltaje / velocidad angular.

Combinando ambas ecuaciones, eliminando K, esto funciona porque (corriente) x (voltaje) = (par) x (velocidad angular). Poder = poder.

Para acortar esta canción y baile, si la resistencia de carga efectiva es igual a la resistencia del devanado, la mitad de la potencia se pierde en los devanados del rotor. Cuanto mayor es la resistencia de carga efectiva, mayor es la eficiencia. Cuando la resistencia de carga efectiva llega a cero (pérdida), toda la potencia se pierde en los devanados del rotor.

Para castigar aún más el intelecto, un motor de CC se ve capacitivo, no inductivo, excepto a altas frecuencias

La respuesta simple es que a baja velocidad, la potencia real es baja y la fracción de pérdidas es mayor. Si se incluye el VFD, hay pérdidas fijas que contribuyen aún más a la baja eficiencia.

Los dos ejemplos que cita incluyen el controlador. Con pérdidas fijas, se requiere potencia de entrada incluso con potencia de salida cero. En este caso, la eficiencia se pone a cero y la curva es asintótica a cero a baja velocidad = baja potencia.

Esto es solo física. Si desea superar esto fundamentalmente, use un VFD diferente, muy pequeño a baja velocidad, o haga un VFD que sea muchos VFD pequeños en paralelo. A baja potencia, apague muchos de los VFD, y las pérdidas fijas disminuirán, mejorando considerablemente la eficiencia general. Esto se hace en algunas aplicaciones de propulsión marina, donde hay varios VFD para compensar la potencia y proporcionar redundancia. El poder en la propulsión marina varía con el cubo (tercer poder) de la velocidad del barco.

Los motores universales tienen características complejas de velocidad-par, que varían mucho entre la serie y las configuraciones conectadas en paralelo. Básicamente, puede suponer que hay un par máximo estancado, relativamente independiente de RPM hasta 80% RPM más o menos. Los libros de texto tienen curvas que explican esto. La eficiencia TIENE que disminuir a menos RPM ya que el par se mantiene casi igual y el consumo de energía aumenta.

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