Verkningsgrad och förluster i en elmotor

[Hesabon]

En fråga till er som kan motorer:
Jag har för mig, att förlusterna i en motor (i mitt fall behövs ca 400 W) som går på 12 VDC är större, än motsvarande motor för 230 VAC, pga värmeutvecklingen som påföljd av den mycket högre strömmen. (ca 35A jämfört med ca 2A). Jag talar om vanliga standardmotorer, inga specialfall med supraledare el dyl.

Finns det några tumregler vad man kan räkna med för verkningsgrad?

Behovet är det, att jag skall driva en pump, men har bara 12 VDC (batteri som laddas med solcell) att tillgå.

Jag kunde alltså välja en 12 V motor, men får då se till att kablarna är korta, mm.

Alternativet är att växelrikta med en inverter till 230 VAC. Inverters finns med över 90 % verkninsgrad.

[GFEF]

>Jag har för mig, att förlusterna i en motor (i mitt fall behövs ca 400 W) som går på 12 VDC är större, än motsvarande motor för 230 VAC,

Finns ingen garanti på att 400 W motor för 230 VAC har bättre verkningsgrad än motsvarade 12 VDC .

Det enda vägen är tillverkarnas datablad om det finns att tillgå.

Många småmotorer konstrueras för lågt pris ,lång vikt och litet platsbehov.
Detta ger låg verkningsgrad......

[blueint]

Tror mer han är ute efter generella riktlinjer. Ofta finns det fysiska lagar som sätter begränsningar.

[Krille Krokodil]

Jag har för mig, att förlusterna i en motor (i mitt fall behövs ca 400 W) som går på 12 VDC är större, än motsvarande motor för 230 VAC, pga värmeutvecklingen som påföljd av den mycket högre strömmen. (ca 35A jämfört med ca 2A). Jag talar om vanliga standardmotorer, inga specialfall med supraledare el dyl.

Men med runt 230/12 gånger högre spänningsfall över lindningsresistansen i 230V-motorn
vilket summa summarum (produkta produktum) gör att du hamnar på samma
förlusteffekt. Ju fysisk större motor desto bättre optimerad är väl den generella regeln,
i små har man inte plats för att göra kopparlindningarna optimalt.

[Bernie]

Hei!

Kan du ikke ha batteriet rett ved motoren, så er det bare lade-strømmen som går via den lange ledningen, mens den høye strømmen går i kortere og bedre kabler imellom batteri og motor. Alternativt ha et ekstra batteri ved motoren. Det tror jeg at jeg ville ha gjort.

Virkningsgraden varierer mye ifra motor til motor. Og med en 230V motor så må du også regne med virkningsgraden til inverteren du benytter. Å kjøre alt på 12V anser jeg som enklere. Og enklere er bedre imho.

Mvh
Bernt

[Hesabon]

Blueint: Det är precis generella riktlinjer jag är ute efter - om sådana finns.

I övrigt lutar det sig ändå mot inverter + AC, eftersom pumpen skall placeras 15-20 meter nere i backen och att forsla 35 ampere dit kräver tjock kabel. En bra inverter har en verkningsgrad på över 90 %, och med 12 VDC-versionen får man lägga mycket till för att inte tappa 10% bara i kabeln.

Alternativt, att placera batteriet bredvid pumpen gör det inte bättre, för jag behöver ändå en tillräckligt grov kabel mellan solceller och batteri för att klara av minst 8 ampere. Solcellerna kan inte flyttas ner i backen, för där blir det ingen ström...

Jag har alltså en förutfattad syn på hur lösningen skall se ut, men man vill ju veta om det stämmer...

[NULL]

Vet inte hur det är med verkningsgraden, men DC-motorn har sin värmeutveckling i rotorn, AC i statorn.

[chrilleman]

Jag skulle säga att det inte finns någon sådan tumregel som hjälper dig i ditt val. En tumregel som nästan alltid gäller är att större maskiner har bättre verkningsgrad än mindre maskiner. Maskiner under 1kW kan ha ganska usla verkningsgrader ofta under 80%.

Inom elmaskindesign brukar man dela upp förlusterna i elmaskinen i kopparförluster (ström i lindning) och järnförluster (magnetiskt flöde i maskinplåtarna, rotor och stator). Det är vanligt att kopparförlusterna utgör en större delmängd av förlusterna i en mindre elmaskin. För att erhålla låga förluster i en mindre elmaskin kan det därför vara bra att välja en typ av elmaskin där antingen stator eller rotorsidan är magnetiserad av permanentmagneter. Men det kan alltså vara både 12VDC maskinen eller 230VAC maskinen i ditt fall.

I teorin kan alltid en elmaskin för t.ex. 100V 10A lindas så att den får exakt samma prestanda som samma maskin med en lindning för 10V 100A. Lindad för 100V så behöver man dubbelt så många varv men arean på tråden måste samtidigt skalas ner lika mycket för att den ska få plats i spåren. Följden blir att resistansen skalas varv^2 och förlusterna blir de samma.

Exempel:
Pcu=R*I^2=1*100^2=10kW (extremt hög resistans)
Pcu=R*varv^2*I^2=1*10^2*10^2=10kW
Magnetiskt flöde och järnförluster skalas på liknande sätt och blir också samma.. 1A i en lindning på 10varv ger samma flöde som 10A i en lindning på 1 varv.

I praktiken så stämmer detta dock inte riktigt men det var ju tumregler det frågades efter. 

[Hesabon]

Tackar för alla goda kommentarer!

Det får ändå bli uppväxling till 230 VAC, pga förlusterna i kabeln.

Jag kommer inte över grövre än 16 mm2 kabel för utebruk, och då blir förlusten 12% på 20m med 12VDC@35A.
Motsvarande 1,5 mm2 kabel på riktigt för utebruk där förlusten bli under 0.5% på 20 m med 230VAC@2A.

[Morgons]

Ska du ha 20m kabel så tänk på spännings fallet, vilket betyder oftast att man få kräma på mer i ena ändan för att få ut samma i andra

finns en anledning för att man transporterar strömmen till ditt hus högspännings ledningar, dvs mindre förluster över långa avstånd

i flygplan bruka man dra upp spänningen samt frekvensen för att kunna dra ner på kabel area för att spara vikt.
Ju högre spännings samt frekvens du har desto mindre area är faktiskt ledande pga Skineffect

DVS har du en högspännings ledare är det ingen mening att gå 120mm^2 eller större för mitten delen är inte ledande längre, då bruka man använda koppar rör istället

https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect

[blueint]

400 Hz brukar användas på flygplan för att få ner storleken på transformatorer. Används även på ubåtar och rymdstationer (ISS).

[chrilleman]

Öka frekvensen för att dra ner kabelarea är fel, tvärt om så är det intressant med DC även inom högspänning bl.a. för att minska just ledningsförluster.

Ökad frekvens är som redan nämnts intressant för att minska storlek på transformatorer men även för elmaskiner. Momentet som en elmaskin kan producera beror till stor del på dess fysikaliska storlek (främst diametern). För att få upp effekten behöver man då öka varvtalet (P=T*w), dvs. högre frekvens för samma poltal.

1.5mm2 är ju dessutom lyxigt tilltaget. En sak som kan vara värt att fundera över är dock vad AC-riktaren tycker om att ha en motor som last i en 20m kabel. Om den levererar allt för ful spänning kan det kanske bli problem med vågutbredning och reflektion?

[Hesabon]

1.5 mm2 är faktiskt den billigaste kabeln för utebruk - antar att det är den mest använda dimensionen.

Jag har tänkt på det där med reflektion eftersom det blir en rent induktiv belastning och har "mentalt" förberett mig på att bli tvunbgen att kompensera för det. Det är dock inte något större problem, det kan jag räkna på sedan.
Det är det där med själva elmotorns fysik som jag inte är så insatt i, därav frågeställningen.

Som de flesta säkert redan räknat ut - pumpen behövs för att jag inte längre vill bära upp vatten till bastun