Что важнее для разгона – мощность или крутящий момент
Этот вопрос – одна из главных тем "холиваров" на автомобильных форумах. Оппоненты готовы порвать друг друга, приводя десятки аргументов. А ведь все просто: мощность — это и есть момент! Как так? Сейчас объясним.В детстве многие люди постарше собирали фантики «Турбо», на них почти обязательно указывались мощность и максимальная скорость машины. Чем больше цифры, тем больше почтения модели авто. Похоже, так и продолжается до сих пор — лишние несколько лошадиных сил часто становятся решающим аргументом «за» или «против» какой-либо машины.
Но вот уже слышны голоса познавших дизельный Дзен о том, что важен только Крутящий Момент, да и подозрительно хорошая динамика более слабых бензиновых моторов со всякими турбинами или разными там системами VVT-i заставляет иногда водителей усомниться в верности принципа «чем мощнее, тем быстрее», а уж про налоги, которые почему-то зависят от мощности, и так все наслышаны.
Так что же такое мощность и как она связана с динамикой?
В паспортных характеристиках машины и на тех самых вкладышах «Турбо» указана максимальная мощность двигателя. Но что она дает машине? И как с ней связан крутящий момент? Постараемся объяснить максимально просто эту важную истину.
Крутящий момент, напомним, есть произведение силы на плечо рычага. А для двигателя — это сила, с которой вращается коленчатый вал двигателя. Измеряется обычно в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.
График внешней характеристики двигателя
Собственно, момент возникает, если тормозить вращение коленчатого вала каким-то способом — гидротормозом, генератором или заставить тянуть машину. Именно так его и замеряют — тормозят сам двигатель или колеса машины гидротормозом. Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель.
Осталось понять, как этот самый момент изменяется. Крутящий момент зависит от величины оборотов двигателя и в начале невелик, потом растет до определенного момента, а затем падает. Почему же?Пики и спады на графике
В реальной эксплуатации полный момент бывает нужен редко, как раз в тех случаях, когда вы прожимаете педаль газа в пол и надеетесь, что двигатель «вытянет», всё остальное время он меньше максимального на этих оборотах. Но мы уже знаем, что момент меняется не только под воздействием нажатия на педаль газа (механической или электронной), но и с оборотами. На различных оборотах процессы, происходящие в камере сгорания мотора, различны. Дополнительные системы, такие как наддув, системы регулировки фаз ГРМ и прочие, еще сильнее изменяют наполнение камеры сгорания, количество топлива и момент зажигания, и в результате качество и сила рабочего хода зависят от оборотов мотора. Даже если нет никаких систем электронного регулирования, всё равно количество воздуха, попадающего в цилиндр, количество оставшегося выхлопа и оптимальный угол опережения зажигания меняются с оборотами.
А вот турбомотор схожего объема, у него момент в зоне средних оборотов ограничен электроникой, часто на пределе прочности цилиндро-поршневой группы, и график мощности тоже очень «гладкий». Хорошо заметно, на сколько выше у него мощность в начале и середине графика.
Обратите внимание именно на кривую мощности. Она круто идет вверх там, где момент большой, и почти не растет там, где он падает. Объяснение этому очень простое: Мощность — это то, сколько работы может выполнить мотор за секунду. Для двигателя внутреннего сгорания мощность в киловаттах в каждой точке графика можно получить, умножив момент двигателя в ньютонах на число оборотов в минуту и разделив на 9549, то есть примерно так:
Следовательно, мощность мотора на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается в точке, в которой момент уже уменьшается, но при этом произведение мощности и оборотов пока еще увеличивается.
И чтобы увеличить максимальную мощность, можно просто увеличить момент на высоких оборотах или сделать так, чтобы он уменьшался не так быстро. Взгляните на типичный график высокооборотного мотора Honda — японцы поступили именно так.Надеюсь, достаточно понятна точка зрения тех, кто говорит, что «мощность не важна — важен только момент»? Еще раз: мощность как таковая зависит напрямую от момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от момента. Крутящий момент, по сути, отражает ту мощность, которая будет доступна на «неполных» оборотах двигателя, а просто при нажатии на газ при обгоне. И чем момента больше, тем лучше! Ведь и мощность на этих оборотах будет выше. А чем больше мощности, тем больше энергии можно придать машине, тем лучше динамика разгона. А максимальная мощность в первую очередь влияет на максимальную скорость машины. Ведь при правильно рассчитанных передаточных числах главной передачи и КПП получается, что максимальная скорость достигается тогда, когда затрачиваемая мощность будет равна мощности мотора.
Дизельный момент
Теперь отвечу на типичный, но простой вопрос: «Почему на дизельных моторах традиционно большой крутящий момент, но при этом сравнительно с бензиновыми у них невысокая мощность?». Всё потому, что у дизеля ограничены рабочие обороты. Из-за высокой степени сжатия дизельных моторов и более медленно горящего топлива дизели хуже работают на больших оборотах, зато у них нет риска детонации, да и турбину можно поставить более эффективную и сложную из-за более низкой температуры газов на выпуске, так что можно подать очень много воздуха и топлива, и момент на малых оборотах получится очень большой.
А иногда по мощности они даже будут не так уж далеки от турбонаддувных бензиновых, но момент будет не просто большим, а огромным. Для сравнения приведем характеристики двух трехлитровых моторов от современной BMW 5 series, где будет видно, что дизели эффективны в более низких оборотах. Дизель можно сделать мощнее бензинового мотора, но тогда и так большой момент будет больше еще на четверть, а это означает, что понадобится новая коробка передач и новые карданные валы, способные выдерживать такую мощность. Да и сам двигатель придется сделать еще прочнее и тяжелее. Или можно его «раскрутить», но тогда сложнее будет работать топливной аппаратуре, а допускать дымления и неполного сгорания топлива нельзя.Так как же правильно разгоняться?
Тут важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона нужно переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента или выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов — разгон выше оборотов максимальной мощности будет идти медленнее.
Если коробка умеет переключаться очень быстро, то идеальным случаем будет КПП с очень «короткой» первой передачей с большим-пребольшим передаточным числом для очень высокого момента.
А кроме того, очень большим количеством передач «на все случаи жизни». Короткая первая позволит практически сразу со старта поднимать обороты до необходимых для уверенного разгона, а затем мотор всё время будет работать вблизи своего эффективного максимума. Есть одна проблема. К сожалению, таких коробок передач не бывает. Лучше всего была бы электрическая передача, но ее масса и невысокий КПД (то есть потери мощности при «пропускании» через такую трансмиссию) при мощности меньше нескольких тысяч киловатт делают ее применение нерациональным, если только на гибридах, как например на «Мицубиши Аутлендер PHEV». Казалось бы, есть почти идеальный вариатор, где передаточных чисел бесконечное множество, так как они меняются плавно. Но он тоже страдает низким КПД при больших передаточных отношениях и не умеет менять его очень быстро… И в итоге разгон не лучше, чем у других трансмиссий. Гидротрансформатор на традиционных АКПП еще хуже, но в сочетании с механической коробкой передач обеспечивает и надежность, и приличную скорость.
Какой мотор предпочесть — с высоким моментом или высокой мощностью?
Если мощность двух моторов, между которыми вы выбираете, отличается не слишком значительно, то выбирайте более «моментный». Особенно если вы пользуетесь механической коробкой передач. Показатель максимального момента и мощности на промежуточных режимах в данном случае важнее. Если же двигаться приходится постоянно «на пределе», то более тяговитый мотор, да еще и более слабый, преимущества иметь не будет, посмотрите хотя бы на мотоциклы, высокооборотные, но не моментные легко выигрывают у более тяговитых низкооборотных. Но показатели надо оценивать в комплексе.
Вернемся к нашим «пятеркам» BMW. Бензиновая 535i разгоняется до 100 км/ч за 5,6 секунды, а дизельная 530d — за 5,7, потому что мощность у бензиновой почти на 50 л.с. выше, причем это — турбонаддувный мотор с хорошей мощностью в зоне средних оборотов тоже и многоступенчатая АКПП, быстрая и современная. Мощности должно быть много, но не только на максимальных оборотах, а величина крутящего момента говорит нам именно о том, на сколько много мощности двигатель выдает при обычном движении. Насколько удобно ускоряться без переключений передач. И абсолютная величина крутящего момента говорит даже меньше, чем указание диапазона оборотов, на которых момент близок к своему максимуму и насколько близки эти обороты к оборотам максимальной мощности. И лучше всего с этим справляется график внешней скоростной характеристики. А вот сама величина момента не толкает вас, ведь у более моментного мотора просто будут другие передаточные числа главной передачи и на колесах будет ровно та же мощность. <a href=»http://polldaddy.
com/poll/8627239/»>Какой мотор предпочтете?</a>
Читайте также:
Что такое крутящий момент электродвигателя
Одним из важных параметров электродвигателя, который так же важен при его выборе, является крутящий момент. Эта величина определяется произведением приложенной к плечу рычага силы и зависит исключительно от степени нагрузки. Если в двигателях внутреннего сгорания данную нагрузку задаётся коленчатым валом, то асинхронные электродвигатели получают величину крутящего момента от токов возбуждения. При этом величина этого момента будет зависеть от скорости вращающегося в магнитном поле статора устройства, называемого ротор. В зависимости от периода и способа определения, крутящий момент разделяют на:
- статический (пусковой) – минимальный момент холостого хода;
- промежуточный – развивает значение при работе двигателя от 0 величины оборотов до максимального значения в номинальной величине напряжения;
- максимальный – развивающийся при эксплуатации двигателя;
- номинальный – соответствует номинальным значениям мощности и оборотов.
Для вычисления величины крутящего момента, определяющегося в «кгм» (килограмм на метр) или «Нм» (ньютон на метр), многие электротехнические пособия предлагают специальные формулы, учитывающие кроме основного действия вращающегося магнитного поля ряд всевозможных факторов, например:
- напряжения сети;
- величину индуктивного и активного сопротивления;
- зависимость от увеличения скольжения.
Но, рост скольжения не всегда приносит высокий момент. Зачастую, при достижении критических значений, наблюдается его резкое снижение. Такое явление обозначается как опрокидывающий момент. Одним из устройств, стабилизирующих скорость вращения ротора, а значит и величину момента кручения является частотный преобразователь, применение которого сейчас очень распространено во всех сферах, где от контроля работы двигателя зависит и успешность выполнения множественных производственных задач.
Выбираем электродвигатель по крутящему моменту
Для выбора, требуемого к выполнению тех или иных задач электродвигателя, берут в учёт практически все его характеристики, начиная от показателей мощности и заканчивая массогабаритными параметрами. Каждый из элементов по-своему важен в решении нюансов. Не меньшее значение припадает и на крутящий момент. Благодаря тому, что момент кручения напрямую связан с оборотами в соотношении: чем больше сами обороты, тем меньше будет момент, выбор электродвигателя будет исходить из следующих нюансов:
- из скоростных требований. В этом случае, более полезным будет выбор двигателя по малому моменту для работающих со слабыми усилиями и на большой скорости, и со средними либо высокими показателями моментов пуска для работающих в усиленных режимах. На малых скоростях;
- по пусковым напряжениям. Здесь учитывается первичное усилие, например, для управления лифтом следует подбирать двигатели высокого пускового момента, способного поднимать большие грузы со старта. Хотя, многие статьи про электродвигатели рекомендуют так же применять устройства плавного пуска, умеющие обезопасить от нежелательных перегрузов.
Хотя, многие статьи про электродвигатели рекомендуют так же применять устройства плавного пуска, умеющие обезопасить от нежелательных перегрузов.Стоит помнить, что выбор осуществляется не по одному из показателей, даже при ориентировании относительно крутящего момента, ведь каждый из показателей ориентируется по рабочей предрасположенности электротехнического приводного устройства и его рабочих нагрузок в статистических и динамических эксплуатационных условиях, задаваемых самим предприятием.
Электродвигатели Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)
Как рассчитать крутящий момент электродвигателя
Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала.
Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр или в килограмм-силах на метр.
Виды крутящих моментов:
- Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
- Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе эл двигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования — насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
- Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.
Таблица крутящих моментов электродвигателей
В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)
| Двигатель |
кВт/об |
Мном, Нм |
Мпуск, Нм |
Ммакс, Нм |
Минн, Нм |
| АИР56А2 |
0,18/2730 |
0,630 |
1,385 |
1,385 |
1,133 |
| АИР56В2 |
0,25/2700 |
0,884 |
1,945 |
1,945 |
1,592 |
| АИР56А4 |
0,12/1350 |
0,849 |
1,868 |
1,868 |
1,528 |
| АИР56В4 |
0,18/1350 |
1,273 |
2,801 |
2,801 |
2,292 |
| АИР63А2 |
0,37/2730 |
1,294 |
2,848 |
2,848 |
2,330 |
| АИР63В2 |
0,55/2730 |
1,924 |
4,233 |
4,233 |
3,463 |
| АИР63А4 |
0,25/1320 |
1,809 |
3,979 |
3,979 |
3,256 |
| АИР63В4 |
0,37/1320 |
2,677 |
5,889 |
5,889 |
4,818 |
| АИР63А6 |
0,18/860 |
1,999 |
4,397 |
4,397 |
3,198 |
| АИР63В6 |
0,25/860 |
2,776 |
6,108 |
6,108 |
4,442 |
| АИР71А2 |
0,75/2820 |
2,540 |
6,604 |
6,858 |
4,064 |
| АИР71В2 |
1,1/2800 |
3,752 |
8,254 |
9,004 |
6,003 |
| АИР71А4 |
0,55/1360 |
3,862 | 8,883 |
9,269 | 6,952 |
| АИР71В4 |
0,75/1350 |
5,306 |
13,264 |
13,794 |
12,733 |
| АИР71А6 |
0,37/900 |
3,926 | 8,245 |
8,637 | 6,282 |
| АИР71В6 |
0,55/920 |
5,709 |
10,848 |
12,560 |
9,135 |
| АИР71В8 |
0,25/680 |
3,511 |
5,618 |
6,671 |
4,915 |
| АИР80А2 |
1,5/2880 |
4,974 |
10,943 |
12,932 |
8,953 |
| АИР80В2 |
2,2/2860 |
7,346 |
15,427 |
19,100 |
13,223 |
| АИР80А4 |
1,1/1420 |
7,398 |
16,275 |
17,755 |
12,576 |
| АИР80В4 |
1,5/1410 |
10,160 |
22,351 |
24,383 |
17,271 |
| АИР80А6 |
0,75/920 |
7,785 |
16,349 |
17,128 |
12,457 |
| АИР80В6 |
1,1/920 |
11,418 |
25,121 |
26,263 |
20,553 |
| АИР80А8 |
0,37/680 |
5,196 | 10,393 |
11,952 | 7,275 |
| АИР80В8 | 0,55/680 |
7,724 | 15,449 |
16,221 | 10,814 |
| АИР90L2 | 3/2860 | 10,017 | 23,040 | 26,045 | 17,030 |
| АИР90L4 | 2,2/1430 | 14,692 | 29,385 | 35,262 | 29,385 |
| АИР90L6 | 1,5/940 | 15,239 | 30,479 | 35,051 | 28,955 |
| АИР90LА8 | 0,75/700 | 10,232 | 15,348 | 20,464 | 15,348 |
| АИР90LВ8 | 1,1/710 | 14,796 | 22,194 | 32,551 | 22,194 |
| АИР100S2 | 4/2850 | 13,404 | 26,807 | 32,168 | 21,446 |
| АИР100L2 | 5,5/2850 | 18,430 | 38,703 | 44,232 | 29,488 |
| АИР100S4 | 3/1410 | 20,319 | 40,638 | 44,702 | 32,511 |
| АИР100L4 | 4/1410 | 27,092 | 56,894 | 65,021 | 43,348 |
| АИР100L6 | 2,2/940 | 22,351 | 42,467 | 49,172 | 35,762 |
| АИР100L8 | 1,5/710 | 20,176 | 32,282 | 40,352 | 30,264 |
| АИР112М2 | 7,5/2900 | 24,698 | 49,397 | 54,336 | 39,517 |
| АИР112М4 | 5,5/1430 | 36,731 | 73,462 | 91,827 | 58,769 |
| АИР112МА6 | 3/950 | 30,158 | 60,316 | 66,347 | 48,253 |
| АИР112МВ6 | 4/950 | 40,211 | 80,421 | 88,463 | 64,337 |
| АИР112МА8 | 2,2/700 | 30,014 | 54,026 | 66,031 | 42,020 |
| АИР112МВ8 | 3/700 | 40,929 | 73,671 | 90,043 | 57,300 |
| АИР132М2 | 11/2910 | 36,100 | 57,759 | 79,419 | 43,320 |
| АИР132S4 | 7,5/1440 | 49,740 | 99,479 | 124,349 | 79,583 |
| АИР132М4 | 11/1450 | 72,448 | 173,876 | 210,100 | 159,386 |
| АИР132S6 | 5,5/960 | 54,714 | 109,427 | 120,370 | 87,542 |
| АИР132М6 | 7,5/950 | 75,395 | 150,789 | 165,868 | 120,632 |
| АИР132S8 | 4/700 | 54,571 | 98,229 | 120,057 | 76,400 |
| АИР132М8 | 5,5/700 | 75,036 | 135,064 | 165,079 | 105,050 |
| АИР160S2 | 15/2940 | 48,724 | 97,449 | 155,918 | 2,046 |
| АИР160М2 | 18,5/2940 | 60,094 | 120,187 | 192,299 | 2,884 |
| АИР180S2 | 22/2940 | 71,463 | 150,071 | 250,119 | 4,288 |
| АИР180М2 | 30/2940 | 97,449 | 214,388 | 341,071 | 6,821 |
| АИР200М2 | 37/2950 | 119,780 | 275,493 | 383,295 | 16,769 |
| АИР200L2 | 45/2940 | 146,173 | 380,051 | 584,694 | 19,003 |
| АИР225М2 | 55/2955 | 177,750 | 408,824 | 710,998 | 35,550 |
| АИР250S2 | 75/2965 | 241,568 | 628,078 | 966,273 | 84,549 |
| АИР250М2 | 90/2960 | 290,372 | 784,003 | 1161,486 | 116,149 |
| АИР280S2 | 110/2960 | 354,899 | 887,247 | 1171,166 | 212,939 |
| АИР280М2 | 132/2964 | 425,304 | 1233,381 | 1488,563 | 297,713 |
| АИР315S2 | 160/2977 | 513,268 | 1231,844 | 1693,786 | 590,259 |
| АИР315М2 | 200/2978 | 641,370 | 1603,425 | 2116,521 | 962,055 |
| АИР355SMA2 | 250/2980 | 801,174 | 1281,879 | 2403,523 | 2163,171 |
| АИР160S4 | 15/1460 | 98,116 | 186,421 | 284,538 | 7,457 |
| АИР160М4 | 18,5/1460 | 121,010 | 229,920 | 350,930 | 11,375 |
| АИР180S4 | 22/1460 | 143,904 | 302,199 | 402,932 | 15,110 |
| АИР180М2 | 30/1460 | 196,233 | 470,959 | 588,699 | 27,276 |
| АИР200М4 | 37/1460
|
242,021 |
532,445 |
847,072 |
46,952 |
| АИР200L4 | 45/1460 | 294,349 | 647,568 | 941,918 | 66,229 |
| АИР225М4 | 55/1475 | 356,102 | 997,085 | 1317,576 | 145,289 |
| АИР250S4 | 75/1470 | 487,245 | 1218,112 | 1559,184 | 301,605 |
| АИР250М4 | 90/1470 | 584,694 | 1461,735 | 1871,020 | 467,755 |
| АИР280S4 | 110/1470 | 714,626 | 2072,415 | 2429,728 | 578,847 |
| АИР280М4 | 132/1485 | 848,889 | 1697,778 | 2886,222 | 1612,889 |
| АИР315S4 | 160/1487 | 1027,572 | 2568,931 | 3802,017 | 2363,416 |
| АИР315М4 | 200/1484 | 1287,062 | 3217,655 | 4247,305 | 3603,774 |
| АИР355SMA4 | 250/1488 | 1604,503 | 3690,356 | 4492,608 | 8985,215 |
| АИР355SMВ4 | 315/1488 | 2021,673 | 5054,183 | 5862,853 | 12534,375 |
| АИР355SMС4 | 355/1488 | 2278,394 | 5012,466 | 6151,663 | 15493,078 |
| АИР160S6 | 11/970 | 108,299 | 205,768 | 314,067 | 12,021 |
| АИР160М6 | 15/970 | 147,680 | 339,665 | 443,041 | 20,675 |
| АИР180М6 | 18,5/970 | 182,139 | 400,706 | 546,418 | 29,324 |
| АИР200М6 | 22/975 | 215,487 | 517,169 | 711,108 | 50,209 |
| АИР200L6 | 30/975 | 293,846 | 617,077 | 881,538 | 102,846 |
| АИР225М6 | 37/980 | 360,561 | 721,122 | 1081,684 | 186,050 |
| АИР250S6 | 45/986 | 435,852 | 784,533 | 1307,556 | 440,210 |
| АИР250М6 | 55/986 | 532,708 | 1012,145 | 1811,207 | 633,922 |
| АИР280S6 | 75/985 | 727,157 | 1454,315 | 2326,904 | 1090,736 |
| АИР280М6 | 90/985 | 872,589 | 1745,178 | 2792,284 | 1657,919 |
| АИР315S6 | 110/987 | 1064,336 | 1809,372 | 2873,708 | 4044,478 |
| АИР315М6 | 132/989 | 1274,621 | 2166,855 | 3696,400 | 5735,794 |
| АИР355МА6 | 160/993 | 1538,771 | 2923,666 | 3539,174 | 11848,540 |
| АИР355МВ6 | 200/993 | 1923,464 | 3654,582 | 4423,968 | 17118,832 |
| АИР355MLA6 | 250/993 | 2404,330 | 4568,228 | 5529,960 | 25485,901 |
| AИР355MLB6 | 315/992 | 3032,510 | 6065,020 | 7278,024 | 40029,133 |
| АИР160S8 | 7,5/730 | 98,116 | 156,986 | 235,479 | 13,246 |
| АИР160М8 | 11/730 | 1007,329 | 1712,459 | 2417,589 | 181,319 |
| АИР180М8 | 15/730 | 196,233 | 333,596 | 529,829 | 41,994 |
| АИР200М8 | 18,5/728 | 242,685 | 509,639 | 606,714 | 67,952 |
| АИР200L8 | 22/725 | 289,793 | 579,586 | 724,483 | 88,966 |
| АИР225М8 | 30/735 | 389,796 | 701,633 | 1052,449 | 214,388 |
| АИР250S8 | 37/738 | 478,794 | 861,829 | 1196,985 | 481,188 |
| АИР250М8 | 45/735 | 584,694 | 1052,449 | 1520,204 | 695,786 |
| АИР280S8 | 55/735 | 714,626 | 1357,789 | 2143,878 | 1071,939 |
| АИР280М8 | 75/735 | 974,490 | 1754,082 | 2728,571 | 1851,531 |
| АИР315S8 | 90/740 | 1161,486 | 1509,932 | 2671,419 | 4413,649 |
| АИР315М8 | 110/742 | 1415,768 | 2265,229 | 3964,151 | 6370,957 |
| АИР355SMA8 | 132/743 | 1696,635 | 2714,616 | 3902,261 | 12215,774 |
| AИР355SMB8 | 160/743 | 2056,528 | 3496,097 | 4935,666 | 18097,443 |
| AИР355MLA8 | 200/743 | 2570,659 | 4627,187 | 6940,781 | 26991,925 |
| AИР355MLB8 | 250/743 |
4498,654 |
7647,712 |
10796,770 |
58032,638 |
Расчет крутящего момента – формула
Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.
Расчет онлайн
Для расчета крутящего момента электродвигателя онлайн введите значение мощности ЭД и реальную угловую скорость (количество оборотов в минуту)
тут будет калькулятор
После расчета крутящего момента, посмотрите схемы подключения асинхронных электродвигателей звездой и треугольником на сайте «Слобожанского завода»
крутящий момент или мощность двигателя?
Так уж повелось, что любого автолюбителя при оценке способностей машины в первую очередь интересует такой показатель, как мощность. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. И вот почему
Евгений Яблоков
Несмотря на то, что гужевой транспорт давно «канул в Лету» и «л. с.» является персоной нон-грата в международной системе классификации, «лошадиная» единица измерения мощности продолжает пользоваться спросом. Причем не только у простого люда, но и на государственном уровне. Для этого достаточно взглянуть на квитанцию об уплате транспортного налога.
Между тем, появившаяся в период промышленной революции «л. с.» весьма условна. А все потому, что она определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения усилий, необходимых для подъема 75-килограммового груза на один метр за одну секунду. Новая единица измерения, взятая на вооружение фабрикантами для оценки превосходства стационарных механизмов над животными, со временем перекочевала в мир подвижного состава.
Позже шотландский инженер Джеймс Уатт ввел в обращение официальную единицу измерения мощности своего имени – «Вт», которую для удобства использования укрупнили до «кВт». Ватт, синхронизированный с л. с. в соотношении 1 кВт = 1,36 л. с., так и не добился всеобщей любви, оставив пальму первенства конской силе. Однако мощность мощностью, но, как говорится, двигает машину не она, а крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах (Н∙м).
Что такое крутящий момент?
У многих автомобилистов нет адекватного представления о том, что это за «зверь». О нем, впрочем, как и о мощности, бытует расхожее мнение: чем больше, тем лучше. По сути, это тесно связанные характеристики. Мощность в ваттах не что иное, как крутящий момент в ньютон-метрах, умноженный на число оборотов и на 0,1047. Другими словами, мощность демонстрирует количество работы, выполняемой двигателем за определенный промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Если, скажем, автомобиль завяз в глинистом грунте и обездвижился, то производимая им мощность будет равняться нулю. Ведь работа не совершается. А вот момент, хотя его и не хватает для движения, присутствует. Крутящий момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет.
Главным достижением работающего мотора при превращении тепловой энергии в механическую является момент, или тяга. Высокие моментные значения характерны для дизельных двигателей, конструктивная особенность которых – большой (больше диаметра цилиндра) ход поршня. Большой крутящий момент у дизеля нивелируется относительно низким допустимым числом оборотов, которые ограничивают для увеличения ресурса. Высокооборотистым бензиновым моторам свойствен «крен» в сторону мощности, ведь их детали отличаются меньшим весом. И степень сжатия тоже ниже. Правда, современные силовые агрегаты – и дизельные, и бензиновые – совершенствуясь, становятся ближе и конструктивно, и по показателям. Но пока банальное правило рычага сохраняется: выигрывая в силе, проигрываешь в скорости. И, соответственно, в расстоянии.
Лучшие черты двигателя определяются совокупностью оптимальных значений мощности и тяги. Чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности, тем шире диапазон возможностей силового агрегата. Близкие к оптимальным характеристики имеют электрические двигатели. Они располагают тягой, близкой к максимальной, практически с начала движения. В то же время значение мощности прогрессивно возрастает. Существенным фактором в вопросах определения мощности и крутящего момента являются обороты двигателя. Чем они выше, тем большую мощность можно снять.
В этом контексте уместно упомянуть о гоночных моторах. Из-за относительно скромных объемов они не блещут умопомрачительным крутящим моментом. Однако способны раскручиваться до 15–20 тыс. оборотов в минуту (мин-1), что позволяет им выдавать супермощность. Так, если рядовой силовой агрегат при 4000 об/мин генерирует 250 Н∙м и порядка 140 л. с., то при 18 000 мин-1 он мог бы выдать в районе 640 л. с.
К сожалению, повышать частоту вращения довольно сложно. Мешают силы инерции, нагрузки, трение. Скажем, если раскрутить мотор от 6000 до 12 000 мин-1, то силы инерции возрастут вчетверо, что потенциально грозит опасностью перекрутить мотор. Повысить величину крутящего момента можно с помощью турбонаддува, но в этом случае негативную роль начинают играть тепловые нагрузки.
Принцип максимальной отдачи мощности красноречиво иллюстрируют моторы болидов «Формулы-1», имеющие весьма скромный объем (1,6 литра) и относительно невысокий показатель тяги. Но за счет наддува и способности раскручиваться до высоких оборотов выдают порядка 600 л. с. Плюс к тому, конструкция у «Ф1» – гибридная, и электродвигатель, дополняющий основной мотор, при необходимости добавляет еще 160 «лошадей».
Важной характеристикой, отражающей возможности мотора, является диапазон оборотов, при котором доступна максимальная тяга. Но еще важнее эластичность двигателя, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Другими словами, это соотношение между числами оборотов для максимальной мощности и оборотов для максимального крутящего момента. Оно определяет возможность снижения и увеличения скорости за счет работы педалью газа без переключения передач. Или возможность езды на высоких передачах с малой скоростью. Эластичность, к примеру, выражается способностью автомобиля разгоняться на пятой передаче с 80 до 120 км/ч на пятой. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель. Из двух двигателей одинакового объема и мощности предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также облегчит работу трансмиссии.
А если все-таки задаться вопросом о том, что важнее – крутящий момент или мощность, деля мир на черное и белое, ответ будет предельно прост: так как это зависимые величины, важно и то и другое.
Хочу получать самые интересные статьи
Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?
Мощность и вращающий момент электродвигателя
Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.
Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.
А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.
Вращающий момент (T) — это произведение силы на плечо силы. В Европе он измеряется в Ньютонах на метр (Нм).
Как видно из формулы, вращающий момент увеличивается, если возрастает сила или плечо силы — или и то и другое. Например, если мы приложим к валу силу в 10 Н, эквивалентную 1 кг, при длине рычага (плече силы) 1 м, в результате, вращающий момент будет 10 Нм. При увеличении силы до 20 Н или 2 кг, вращающий момент будет 20 Нм. Таким же образом, вращающий момент был бы 20 Нм, если бы рычаг увеличился до 2 м, а сила составляла 10 Н. Или при вращающем моменте в 10 Нм с плечом силы 0,5 м сила должна быть 20 Н.
Работа и мощность
Теперь остановимся на таком понятии как «работа», которое в данном контексте имеет особое значение. Работа совершается всякий раз, когда сила — любая сила — вызывает движение. Работа равна силе, умноженной на расстояние. Для линейного движения мощность выражается как работа в определённый момент времени.
Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).
Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.
Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.
Приведем единицы измерения к общему виду.
Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.
Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.
Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.
Как образуется вращающий момент и частота вращения?
Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.
В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.
Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.
Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:
Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.
Потребляемая мощность электродвигателя
Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.
В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).
Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.
И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.
Момент электродвигателя
Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.
Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.
Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.
Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.
Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.
Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.
Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.
Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент — момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.
Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.
Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя
Выделяют следующие типы нагрузок:
Постоянная мощность
Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.
Постоянный вращающий момент
Как видно из названия — «постоянный вращающий момент» — подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.
Переменный вращающий момент и мощность
«Переменный вращающий момент» — эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.
Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.
Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.
Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.
Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.
В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.
Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.
Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.
На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения — мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения — велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность — кубу скорости вращения.
Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:
Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.
В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.
Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.
Соответствие электродвигателя нагрузке
Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.
Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.
Если мы посмотрим на характеристику , то увидим, что при ускорении электродвигателя его пуск производится при токе, соответствующем 550% тока полной нагрузки.
Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.
Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.
Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.
Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.
Время пуска электрдвигателя
Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.
Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:
tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке
n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке
Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.
Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.
Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.
Мизб можно рассчитать по следующим формулам:
Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.
Число пусков электродвигателя в час
Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.
Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.
Мощность и КПД (eta) электродвигателя
Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.
При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.
P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов — это мощность, которую электродвигатель насоса получает от источника электрического питания. Мощность P! равна мощности P2, разделённой на КПД электродвигателя.
P2 (кВт) Мощность на валу электродвигателя — это мощность, которую электродвигатель передает на вал насоса.
Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.
Р4 (кВт) Гидравлическая мощность насоса.
Крутящий момент, что это и зачем он нужен?
Каждый двигатель внутреннего сгорания рассчитан на определенную максимальную мощность, которую он может выдавать при наборе определенного количества оборотов коленчатого вала. Однако помимо максимальной мощности существует еще и такая величина в характеристике двигателя, как максимальный крутящий момент, достигаемый на оборотах отличных от оборотов максимальной мощности.
Что же означает понятие крутящий момент? Говоря научным языком, крутящий момент равен произведению силы на плечо ее применения и измеряется в ньютон — метрах. Значит если к гаечному ключу длиной 1 метр (плечо), приложить силу в 1 Ньютон (перпендикулярно на конце ключа), то мы получим крутящий момент равный 1 Нм.
Для наглядности: если гайка затянута с усилием 3 кгс, то для ее откручивания придется к ключу с длиной плеча в 1 метр приложить усилие 3 кг. Однако, если на ключ длиной 1 метр надеть дополнительно 2-х метровый отрезок трубы, увеличив тем самым рычаг до 3 метров, то тогда для отворачивания этой гайки потребуется лишь усилие в 1 кг. Так поступают многие автолюбители при откручивании колесных болтов: либо добавляют отрезок трубы, а за неимением такового просто надавливают на ключ ногой, увеличив тем самым силу приложения к баллонному ключу. Так же если на рычаг метровой длины повесить груз равный 10 кг, то появится крутящий момент равный 10 кгм. В системе СИ это значение (перемножается на ускорение свободного падениям) будет соответствовать 98,1 Нм. Результат всегда един — крутящий момент, это произведение силы на длину рычага, стало быть, нужен либо длиннее рычаг, либо большее количество прикладываемой силы.
Все это хорошо, но для чего нужен крутящий момент в автомобиле и как его величина влияет на его поведение на дороге? Мощность двигателя лишь косвенно отражает тяговые возможности мотора, и ее максимальное значение проявляется, как правило, на максимальных оборотах двигателя. В реальной жизни в таких режимах практически никто не ездит, а вот ускорение двигателю требуется всегда и желательно с момента нажатия на педаль газа. На практике одни автомобили уже с низких оборотов ведут себя достаточно резво, другие напротив предпочитают лишь высокие обороты, а на низах показывают вялую динамику. Так у многих возникает масса вопросов, когда они с авто с бензиновым мотором мощностью 105-120 л.с. пересаживаются на 70-80 – сильный дизель, то последний с легкостью обходит машину с бензиновым мотором. Как такое может быть? Связано это с величиной тяги на ведущих колесах, которая различна для этих двух автомобилей. Величина тяги напрямую зависит от произведения таких показателей как, величины крутящего момента, передаточного числа трансмиссии, ее КПД и радиуса качения колеса. Как создается крутящий момент в двигателе. В двигателе нет метровых рычагов и грузов, и их заменяет кривошипно-шатунный механизм с поршнями.
Крутящий момент в двигателе образуется за счет сгорания топлива — воздушной смеси, которая расширяясь в объеме с усилием толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун передает давление на шейку коленчатого вала. В характеристике двигателя нет значения плеча, но есть величина хода поршня (двойное значение радиуса кривошипа коленвала). Для любого мотора крутящий момент рассчитывается следующим образом. Когда поршень с усилием 200 кг двигает шатун на плечо 5 см, появляется крутящий момент 10 кГс или 98,1Нм. В данном случает для увеличения крутящего момента нужно либо увеличить радиус кривошипа, или же увеличить давление расширяющихся газов на поршень. До определенной величины можно увеличить радиус кривошипа, но будут расти и размеры блока цилиндров как в ширину, так и в высоту и увеличивать радиус до бесконечности невозможно. Да и конструкцию двигателя придется значительно упрочнять, так как будут нарастать силы инерции и другие отрицательные факторы. Следовательно, у разработчиков моторов остался второй вариант – нарастить силу, с которой поршень передает усилие для прокручивания коленвала. Для этих целей в камере сгорания нужно сжечь больше горючей смеси и к тому же более качественно. Для этого меняют величину и конфигурацию камеры сгорания, делают «вытеснители» на головках поршней и повышают степень сжатия. Однако максимальный крутящий момент доступен не на всех оборотах мотора и у различных двигателей пик момента достигается на различных режимах. Одни моторы выдают его в диапазоне 1800- 3000 об/мин, другие на 3000-4500 об/мин. Это зависит от конструкции впускного коллектора и фаз газораспределения, когда эффективное наполнение цилиндров рабочей смесью происходит при определенных оборотах.
Наиболее простое решение для увеличения крутящего момента, а следовательно и тяги, это применение турбо или механического наддува, либо применение их в комплексе. Тогда крутящий момент можно уже использовать с 800-1000 об/мин, т.е. практически сразу. К тому же это закрывает такую проблему, как провалы при наборе скорости, так как величина крутящего момента становится практически одинакова во всем диапазоне оборотов двигателя. Достигается это различными путями: увеличивают количество клапанов на цилиндр, делают управляемыми фазы газораспределения для оптимизации сгорания топлива, повышают степень сжатия, применяют выпускной коллектор по формуле 1-4 -2-3, в турбинах применяют крыльчатки с изменяемым и регулируемым углом атаки лопаток и т.д.
Мощность и крутящий момент — что это?
ЧТО ТАКОЕ ЛОШАДИНАЯ СИЛА?
— У тебя сколько сил? — такой вопрос слышал любой, кто хоть немного касался мира автомобилей. Никому даже пояснять не надо, какие силы на самом деле имеются в виду — лошадиные. Именно в них мы привыкли оценивать мощность мотора, одну из важнейших потребительских характеристик машины.
Уже и гужевого транспорта практически не осталось даже в деревнях, а эта единица измерения живёт и здравствует больше ста лет. А ведь лошадиная сила — величина, по сути, нелегальная. Она не входит в международную систему единиц (полагаю, многие со школы помнят, что называется она СИ) и потому не имеет официального статуса. Более того, Международная организация законодательной метрологии требует как можно скорее изъять лошадиную силу из обращения, а директива ЕС 80/181/EEC от 1 января 2010 прямо обязует автопроизводителей использовать традиционные «л.с.» только как вспомогательную величину для обозначения мощности.
Но не зря считается, что привычка — вторая натура. Ведь говорим же мы в обиходе «ксерокс» вместо копир и обзываем клейкую ленту «скотчем». Вот и непризнанные «л.с.» сейчас используют не только обыватели, но и едва ли не все автомобильные компании. Какое им дело до рекомендательных директив? Раз покупателю удобнее — пусть так и будет. Да что там производители — даже государство на поводу идёт. Если кто забыл, в России транспортный налог и тариф ОСАГО именно от лошадиных сил высчитываются, как и стоимость эвакуации неправильно припаркованного транспорта в Москве.
Лошадиная сила родилась в эпоху промышленной революции, когда потребовалось оценить, насколько эффективно механизмы заменяют животную тягу. По наследству от стационарных двигателей эта условная единица измерения мощности со временем перешла и на автомобили
И никто бы к этому не придирался, если не одно весомое «но». Задуманная, чтобы упростить нам жизнь, лошадиная сила на самом деле вносит путаницу. Ведь появилась она в эпоху промышленной революции как совершенно условная величина, которая не то что к автомобильному мотору, даже к лошади имеет достаточно опосредованное отношение. Смысл этой единицы в следующем — 1 л.с. достаточно, чтобы поднять груз массой 75 кг на высоту 1 метр за 1 секунду. Фактически, это сильно усреднённый показатель производительности одной кобылы. И не более того.
Иными словами, новая единица измерения очень пригодилась промышленникам, добывавшим, к примеру, уголь из шахт, и производителям соответствующего оборудования. С её помощью было проще оценить преимущество механизмов над животной силой. А поскольку приводились станки уже паровыми, а позднее и керосиновыми двигателями, то «л.с.» перешли по наследству и к самобеглым экипажам.
Джеймс Уатт — шотландский инженер, изобретатель, учёный, живший в XVIII — начале XIX века. Именно он ввёл в обращение как «нелегальную» сейчас лошадиную силу, так и официальную единицу измерения мощности, которую назвали его именем
По иронии судьбы изобрёл лошадиную силу человек, именем которого названа официальная единица измерения мощности — Джеймс Уатт. А поскольку ватт (а точнее, применительно к могучим машинам, киловатт — кВт) к началу XIX века тоже активно входил в оборот, пришлось две величины как-то приводить друг к другу. Вот здесь-то и возникли ключевые разногласия. Например, в России и большинстве других европейских стран приняли так называемую метрическую лошадиную силу, которая равна 735,49875 Вт или, что сейчас нам более привычно, 1 кВт = 1,36 л.с. Такие «л.с.» чаще всего обозначают PS (от немецкого Pferdestärke), но есть и другие варианты — cv, hk, pk, ks, ch… При этом в Великобритании и ряде её бывших колоний решили пойти своим путём, организовав «имперскую» систему измерений с её фунтами, футами и прочими прелестями, в которой механическая (или, по-другому, индикаторная) лошадиная сила составляла уже 745,69987158227022 Вт. А дальше — пошло-поехало. К примеру, в США придумали даже электрическую (746 Вт) и котловую (9809,5 Вт) лошадиные силы.
Вот и получается, что один и тот же автомобиль с одним и тем же двигателем в разных странах на бумаге может иметь разную мощность. Возьмём, например, популярный у нас кроссовер Kia Sportage — в России или Германии по паспорту его двухлитровый турбодизель в двух вариантах развивает 136 или 184 л.с., а в Англии — 134 и 181 «лошадку». Хотя на самом деле отдача мотора в международных единицах составляет ровно 100 и 135 кВт — причём в любой точке земного шара. Но, согласитесь, звучит непривычно. Да и цифры уже не такие впечатляющие. Поэтому автопроизводители и не спешат переходить на официальную единицу измерения, объясняя это маркетингом и традициями. Это как же? У конкурентов будет 136 сил, а у нас всего 100 каких-то кВт? Нет, так не пойдёт…
КАК ИЗМЕРЯЮТ МОЩНОСТЬ?
Впрочем, «мощностные» хитрости игрой с единицами измерения не ограничиваются. До последнего времени её не только обозначали, но даже измеряли по-разному. В частности, в Америке долгое время (до начала 1970-х годов) автопроизводители практиковали стендовые испытания двигателей, раздетых догола — без навески вроде генератора, компрессора кондиционера, насоса системы охлаждения и с прямоточной трубой вместо многочисленных глушителей. Само собой, сбросивший оковы мотор легко выдавал процентов на 10-20 больше «л.с.», так необходимых менеджерам по продажам. Ведь в тонкости методики испытаний мало кто из покупателей вдавался.
Другая крайность (но гораздо более приближенная к реальности) — снятие показателей прямо с колёс автомобиля, на беговых барабанах. Так поступают гоночные команды, тюнинговые мастерские и прочие коллективы, которым важно знать отдачу мотора с учётом всех возможных потерь, и трансмиссионных в том числе.
Мощность также зависит от того, как её измерять. Одно дело крутить на стенде «голый» мотор без навесного оборудования и совсем другое — снимать показания с колёс, на беговых барабанах, с учётом трансмиссионных потерь. Современные методики предлагают компромиссный вариант — стендовые испытания двигателя с необходимой для его автономной работы навеской
Но в итоге за образец в различных методиках вроде европейских ECE, DIN или американских SAE приняли компромиссный вариант. Когда двигатель устанавливают на стенде, но со всей необходимой для бесперебойного функционирования навеской, включая стандартный выпускной тракт. Снять можно только оборудование, относящееся к другим системам машины (к примеру, компрессор пневмоподвески или насос гидроусилителя руля). То есть тестируют мотор ровно в том виде, в котором он фактически стоит под капотом автомобиля. Это позволяет исключить из финального результата «качество» трансмиссии и определить мощность на коленвале с учётом потерь на привод основных навесных агрегатов. Так, если говорить о Европе, то эту процедуру регламентирует директива 80/1269/EEC, впервые принятая ещё в 1980 году и с тех пор регулярно обновляемая.
ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ?
Но если мощность, как говорят в Америке, помогает автомобили продавать, то двигает их вперёд крутящий момент. Измеряют его в ньютон-метрах (Н∙м), однако у большинства водителей до сих пор нет чёткого представления об этой характеристике мотора. В лучшем случае обыватели знают одно — чем выше крутящий момент, тем лучше. Почти как с мощностью, не правда ли? Вот только чем тогда «Н∙м» отличаются от «л.с.».?
На самом деле, это связанные величины. Более того, мощность — производная от крутящего момента и оборотов мотора. И рассматривать их по отдельности просто нельзя. Знайте — чтобы получить мощность в ваттах необходимо крутящий момент в ньютон-метрах умножить на текущее число оборотов коленвала и коэффициент 0,1047. Хотите привычные лошадиные силы? Нет проблем! Делите результат на 1000 (таким образом получатся киловатты) и умножайте на коэффициент 1,36.
Чтобы обеспечить дизелю (на фото слева) высокую степень сжатия, инженеры вынуждены делать его длинноходным (это когда ход поршня превышает диаметр цилиндра). Поэтому у таких моторов крутящий момент конструктивно получается большим, но предельное число оборотов приходится ограничивать ради повышения ресурса. Разработчикам бензиновых агрегатов, наоборот, проще получить высокую мощность — детали здесь не такие массивные, степень сжатия меньше, так что двигатель можно сделать короткоходным и высокооборотным. Впрочем, в последнее время различие между дизелями и бензиновыми агрегатами постепенно стирается — они становятся всё более похожими как по конструкции, так и по характеристикам
Выражаясь техническим языком, мощность показывает, сколько работы способен выполнить мотор за единицу времени. А вот крутящий момент характеризует потенциал двигателя к совершению этой самой работы. Показывает сопротивление, которое он может преодолеть. Например, если машина упрётся колёсами в высокий бордюр и не сможет тронуться с места, мощность будет нулевой, так как никакой работы мотор не совершает — движения нет, но крутящий момент при этом развивается. Ведь за то мгновение, пока движок не заглохнет от натуги, в цилиндрах сгорает рабочая смесь, газы давят на поршни, а шатуны стараются привести во вращение коленвал. Иными словами, момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет. То есть именно «Н∙м» являются основной «продукцией» двигателя, которую он производит, превращая тепловую энергию в механическую.
Если проводить аналогии с человеком, «Н∙м» отражают его силу, а «л.с.» — выносливость. Именно поэтому тихоходные дизельные двигатели в силу своих конструктивных особенностей у нас, как правило, тяжелоатлеты — при прочих равных условиях они могут тащить на себе больше и легче преодолевают сопротивление на колёсах, пусть и не так проворно. А вот быстроходные бензиновые моторы скорее относятся к бегунам — нагрузку держат хуже, зато перемещаются быстрее. В общем, действует простое правило рычага — выигрываем в силе, проигрываем в расстоянии или скорости. И наоборот.
Так называемая внешняя скоростная характеристика двигателя отражает зависимость мощности и крутящего момента от оборотов коленвала при полностью открытом дросселе. По идее, чем раньше наступает пик тяги и позже — мощности, тем проще мотору адаптироваться к нагрузкам, его рабочий диапазон увеличивается, что позволяет водителю или электронике реже переключать передачи и почём зря не жечь топливо. На этих графиках видно, что бензиновый двухлитровый турбомотор (справа) выигрывает по этому показателю у турбодизеля аналогичного объёма, но уступает ему в абсолютной величине крутящего момента
Как это выражается на практике? В первую очередь, надо понять, что именно кривые крутящего момента и мощности (вместе, а не по отдельности!) на так называемой внешней скоростной характеристике двигателя будут раскрывать его истинные возможности. Чем раньше достигается пик тяги и позже пик мощности, тем лучше мотор приспособлен к своим задачам. Возьмём простой пример — автомобиль движется по ровной дороге и вдруг начинается подъём. Сопротивление на колёсах возрастает, так что при неизменной подаче топлива обороты станут падать. Но если характеристика двигателя грамотная, крутящий момент при этом наоборот начнёт расти. То есть мотор сам приспособится к увеличению нагрузки и не потребует от водителя или электроники перейти на передачу пониже. Перевал пройден, начинается спуск. Машина пошла на разгон — высокая тяга здесь уже не так важна, критичным становится другой фактор — мотор должен успевать её вырабатывать. То есть на первый план выходит мощность. Которую можно регулировать не только передаточными числами в трансмиссии, а повышением оборотов двигателя.
Здесь уместно вспомнить гоночные автомобильные или мотоциклетные моторы. В силу относительно небольших рабочих объёмов, они не могут развить рекордный крутящий момент, зато способность раскручиваться до 15 тысяч об/мин и выше позволяет им выдавать фантастическую мощность. К примеру, если условный двигатель при 4000 об/мин обеспечивает 250 Н∙м и, соответственно, примерно 143 л.с., то при 18000 об/мин он мог бы выдать уже 640,76 л.с. Впечатляет, не правда ли? Другое дело, что «гражданскими» технологиями это не всегда получается добиться.
И, кстати, в этом плане близкую к идеальной характеристику имеют электродвигатели. Они развивают максимальные «ньютон-метры» прямо со старта, а потом кривая крутящего момента плавно падает с ростом оборотов. График мощности при этом прогрессивно возрастает.
Современные моторы «Формулы 1» имеют скромный объём 1,6 л и относительно невысокий крутящий момент. Но за счёт турбонаддува, а главное — способности раскручиваться до 15000 об/мин, выдают порядка 600 л.с. Кроме того, инженеры грамотно интегрировали в силовой агрегат электродвигатель, который в определённых режимах может добавлять ещё 160 «лошадок». Так что гибридные технологии могут работать не только на экономичность
Думаю, вы уже поняли — в характеристиках автомобиля важны не только максимальные значения мощности и крутящего момента, но и их зависимость от оборотов. Вот почему журналисты так любят повторять слово «полка» — когда, допустим, мотор выдаёт пик тяги не в одной точке, а в диапазоне от 1500 до 4500 об/мин. Ведь если есть запас крутящего момента, мощности тоже, скорее всего, будет хватать.
Но всё же лучший показатель «качества» (назовём его так) отдачи автомобильного двигателя — его эластичность, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Она выражается, например, в разгоне от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче или с 80 до 120 км/ч на пятой — это стандартные тесты в автомобильной индустрии. И может случиться так, что какой-нибудь современный турбомотор с высокой тягой на малых оборотах и широченной полкой момента даёт ощущение отличной динамики в городе, но на трассе при обгоне окажется хуже древнего атмосферника с более выгодной характеристикой не только момента, но и мощности…
Так что пусть в последнее время разница между дизельными и бензиновыми агрегатами становится всё более расплывчатой, пусть развиваются альтернативные моторы, но извечный союз мощности, крутящего момента и оборотов двигателя останется актуальным. Всегда.
Электродвигатели— крутящий момент в зависимости от мощности и частоты вращения
Движущая сила электродвигателя составляет крутящего момента — не лошадиных сил.
Крутящий момент — это крутящая сила, которая заставляет двигатель вращаться, и крутящий момент активен от 0% до 100% рабочей скорости.
Мощность, производимая двигателем, зависит от скорости двигателя и составляет
- ноль при 0% скорости и
- обычно на максимальной скорости при рабочей скорости
Примечание ! — полный крутящий момент с нулевой скорости является большим преимуществом для электромобилей.
Для полного стола — поворот экрана!
| Мощность | Скорость двигателя (об / мин) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3450 | 2000 | 1750 | 1000 | 500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Крутящий момент | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| л.с. | кВт | (фунт f дюйм) | (фунт f фут) | (Нм) | (фунт f дюйм) | (фунт) f фут) | (Нм) | (фунт f дюйм) | (фунт f фут) | (Нм) | (фунт на дюйм) | (фунт на фут) | (Нм) | (фунт на дюйм) | (фунт на фут) | (Нм) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 0.100 1,5 | 1,1 | 27 | 2,3 | 3,1 | 47 | 3,9 | 5,3 | 54 | 4,5 | 6,1 | 95 | 7.9 | 10,7 | 189 | 15,8 | 21,4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | 1,5 | 37 | 3,0 | 4,1 | 63 | 5,3 | 7,1 | 12610,5 | 14,2 | 252 | 21,0 | 28,5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | 2,2 | 55 | 4,6 | 6,2 | 95 | 7.9 | 10,7 | 108 | 9,0 | 12 | 189 | 15,8 | 21,4 | 378 | 31,5 | 42,7 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 | 158 | 13,1 | 18 | 180 | 15 | 20 | 315 | 26,3 | 36 | 630 | 52,5 | 71 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7.5 | 5,6 | 137 | 11 | 15 | 236 | 20 | 27 | 270 | 23 | 31 | 473 | 39 | 39 | 39 | 9017 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10 | 7,5 | 183 | 15 | 21 | 315 | 26 | 36 | 360 | 30 | 41 | 630 | 142 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 15 | 11 | 274 | 23 | 31 | 473 | 39 | 53 | 540 | 45 | 61 | 158 | 214 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | 15 | 365 | 30 | 9017 3 41630 | 53 | 71 | 720 | 60 | 81 | 1260 | 105 | 142 | 2521 | 210 | 285 | 90038 | 52 | 788 | 66 | 89 | 900 | 75 | 102 | 1576 | 131 | 178 | 3151 | 263 | 900263 | 263 | 900548 | 46 | 62 | 945 | 79 | 107 | 1080 | 90 | 122 | 1891 | 158 | 214 | 900 | 30 | 731 | 61 | 83 | 1260 | 105 | 9017 31421441 | 120 | 163 | 2521 | 210 | 285 | 5042 | 420 | 570 | |
| 50 | 37 | 131 | 178 | 1801 | 150 | 204 | 3151 | 263 | 356 | 6302 | 525 | 712 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 712 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1891 | 158 | 214 | 2161 | 180 | 244 | 3781 | 315 | 427 | 7563 | 630 | 9004 | 900145 | 2206 | 184 | 249 | 2521 | 9 0173210285 | 4412 | 368 | 499 | 8823 | 735 | 997 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 80 | 60 | 1461 | 165173 | 1461 | 165174 | 165174 | 2881 | 240 | 326 | 5042 | 420 | 570 | 10084 | 840 | 1140 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 90 | 67 | 1644 | 1644 | 321 | 3241 | 270 | 366 | 5672 | 473 | 641 | 11344 | 945 | 1282 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 100 | 75173 | 263 | 356 | 3601 | 300 | 407 | 6302 | 525 | 712 | 12605 | 1050 | 1425 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 125 | 93 | 2283 | 190 | 258 | 190 | 253 | 258 | 258 | 509 | 7878 | 657 | 891 | 15756 | 1313 | 1781 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 150 | 112 | 2740 | 3103 | 450 | 611 | 9454 | 788 | 1069 | 18907 | 1576 | 2137 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 175 | 131 | 31973 | 131 | 31973 | 6302 | 525 | 712 | 1 1029 | 919 | 1247 | 22058 | 1838 | 2494 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 200 | 149 | 3654 | 304 | 413 | 7203 720174 | 413 | 6302 | 814 | 12605 | 1050 | 1425 | 25210 | 2101 | 2850 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 225 | 168 | 4110 | 343 | 675 | 916 | 14180 | 1182 | 1603 | 28361 | 2363 | 3206 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 250 | 187 | 4567 | 9003 | 750 | 1018 | 15756 90 174 | 1313 | 1781 | 31512 | 2626 | 3562 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 275 | 205 | 5024 | 419 | 568 | 86625 | 17332 | 1444 | 1959 | 34663 | 2889 | 3918 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 300 | 224 | 5480 | 457 | 62017 | 1221 | 18907 | 1576 | 2137 | 37814 | 3151 | 4275 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 350 | 261 | 6394 | 12173 | 12173 | 12173 | 1050 | 1425 | 22058 | 1838 | 2494 | 44117 | 3676 | 4987 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 400 | 298 | 7307 | 609 | 7307 | 609 | 826 | 14173 | 25210 | 2101 | 2850 | 50419 | 4202 | 5699 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 450 | 336 | 8221 | 685 | 929 | 1832 | 28361 | 2363 | 3206 | 56722 | 4727 | 6412 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 550 | 410 | 10047 | 837 173 | 837 174 | 10047 | 837 174 | 1651 | 2239 | 34663 | 2889 | 3918 | 69326 | 5777 | 7837 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 600 | 448 | 10961 | 913 | 1239 | 2443 | 37814 | 3151 | 4275 | 75629 | 6302 | 8549 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Мощность электродвигателя, скорость и крутящий момент Уравнения
Imperial
дюйм-фунт = P л.с. 63025 / n (1)
, где
T дюйм-фунт = крутящий момент (фунт f )
P л.с. двигатель (л.с.)
n = число оборотов в минуту (об / мин)
Альтернативно
T фут-фунт = P л.с. 5252 / n (1b)
где
T фут-фунт = крутящий момент 3 фунт = крутящий момент 74 фунт
Крутящий момент в единицах СИ можно рассчитать как
T Нм = P W 9.549 / n (2)
где
T Нм = крутящий момент (Нм)
P W = мощность (Вт)
n = обороты в минуту (об / мин)
Электродвигатель — зависимость крутящего момента от мощности и скорости
мощность (кВт)
скорость (об / мин)
Электродвигатель — мощность от крутящего момента и скорости
крутящий момент (Нм)
скорость (об / мин)
Электродвигатель — Зависимость скоростиМощность и крутящий момент
мощность (кВт)
крутящий момент (Нм)
Пример — крутящий момент электродвигателя
крутящий момент, передаваемый электродвигателем мощностью 0,75 кВт (750 Вт) при скорости вращения 2000 об / мин можно рассчитать как
T = ( 750 Вт ) 9,549 / (2000 об / мин)
= 3,6 (Нм) Пример
от электродвигателя
Крутящий момент, передаваемый от электродвигателя мощностью 100 л.с. при скорости 1000 об / мин можно рассчитать как
T = (100 л.с.) 63025 / (1000 об / мин)
= 6303 (фунт f дюйм)
Для преобразования в фунт-сила-фут — разделите крутящий момент на 12 .
Крутящий момент в электрических асинхронных двигателях
Крутящий момент — это сила поворота по радиусу — с единицей измерения Нм, в системе СИ и единицами фунт-футов в британской системе мер.
Крутящий момент, развиваемый асинхронным асинхронным двигателем, изменяется, когда двигатель ускоряется от нуля до максимальной рабочей скорости.
Заблокированный ротор или пусковой момент
Момент заторможенного ротора или Пусковой момент — это крутящий момент, развиваемый электродвигателем при запуске с нулевой скоростью.
Высокий пусковой момент более важен для приложений или машин, которые трудно запускать — например, поршневых поршневых насосов, кранов и т. Д. Более низкий пусковой момент может быть принят для центробежных вентиляторов или насосов, где пусковая нагрузка мала или близка к нулю.
Момент срабатывания
Момент срабатывания — это минимальный крутящий момент, развиваемый электродвигателем при его работе от нуля до скорости полной нагрузки (до того, как он достигнет точки крутящего момента срыва).
Когда двигатель запускается и начинает ускоряться, крутящий момент в целом будет уменьшаться, пока не достигнет нижней точки на определенной скорости — тяговый момент — перед тем, как крутящий момент возрастет, пока не достигнет максимального крутящего момента на более высокой скорости — пробивной момент — точка.
Момент затяжки может быть критическим для приложений, которым требуется мощность, чтобы преодолеть некоторые временные препятствия для достижения рабочих условий.
Момент разрушения
Момент разрушения — это самый высокий крутящий момент, доступный до того, как крутящий момент уменьшится, когда машина продолжает ускоряться до рабочих условий.
Крутящий момент при полной нагрузке (номинальный) или тормозной момент
Крутящий момент при полной нагрузке — это крутящий момент, необходимый для выработки номинальной мощности электродвигателя при скорости полной нагрузки.
В британских единицах измерения крутящий момент при полной нагрузке может быть выражен как
T = 5252 P л.с. / n r (1)
, где
T = полная нагрузка крутящий момент (фунт-фут)
P л.с. = номинальная мощность
n r = номинальная частота вращения (об / мин, об / мин)
В метрических единицах номинальный крутящий момент может быть выражено как
T = 9550 P кВт / n r (2)
где
T = номинальный крутящий момент (Нм)
P кВт = номинальная мощность ( кВт)
n r = номинальная частота вращения (об / мин)
Пример — электродвигатель и тормозной момент
Крутящий момент 912 98 60 л.с. Двигатель с частотой вращения 1725 об / мин можно рассчитать как:
T fl = 5252 (60 л.с.) / (1725 об / мин)
= 182.7 фунт-футов
NEMA Design
NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования) классифицировала электродвигатели по четырем различным конструкциям, в которых крутящий момент и инерция пусковой нагрузки являются важными критериями.
Ускоряющий момент
Ускоряющий момент = доступный крутящий момент двигателя — момент нагрузки
Устройства плавного пуска с пониженным напряжением
Устройства плавного пуска с пониженным напряжением используются для ограничения пускового тока, уменьшая крутящий момент заблокированного ротора или пусковой крутящий момент, и широко используются в приложениях, где трудно запускать или с ним нужно обращаться осторожно — как, например, поршневые насосы, краны, лифты и т. д.
Как электромобили развивают мгновенный крутящий момент?
Электромобили известны своей мгновенной передачей крутящего момента, которая приводит к резкому ускорению с места. Как они создают этот моментальный крутящий момент и почему старое доброе внутреннее сгорание не может приблизиться?
Передача крутящего момента — это аспект двигателей, который в последние годы стал одним из главных приоритетов для высокопроизводительных автомобилей.Клиенты хотят получить максимальный крутящий момент как можно быстрее и в течение как можно более длительного времени, что вынуждает производителей искать различные способы манипулирования старой технологией двигателя внутреннего сгорания.
Появление на рынке электромобилей поставило под угрозу репутацию даже самых крутящих двигателей внутреннего сгорания. С такими компаниями, как Tesla со своими смехотворными режимами и даже с BMW i3, превосходящим предыдущий M3 с конвейера, давайте посмотрим, как автомобили нового поколения сумели создать такое огромное преимущество в передаче крутящего момента и почему мы, бензиновые автомобилисты, должны определенно уважать электродвигатель.
Подача крутящего момента внутреннего сгорания
13 КБ
Вы все знакомы с видом кривой крутящего момента: медленно поднимается вверх, затем достигает пика и снова падает; небольшой холм по сравнению с крутым наклоном кривой мощности.Чтобы представить себе, что происходит на этом графике, нам, вероятно, следует изучить создание крутящего момента двигателем.
Крутящий момент в своей основной форме представляет собой вращающую силу и рассчитывается как сила (F), умноженная на расстояние (x). В случае поршневого двигателя «F» — это направленная вниз сила, толкающая поршень вертикально и вращающая коленчатый вал после зажигания. «X» — это горизонтальное расстояние между шатунной шейкой и коленчатым валом под углом 270 градусов в рабочем цикле двигателя. Взгляните на диаграмму ниже:
Это означает, что по мере увеличения размера взрыва внутри цилиндров, направленная вниз сила поршня также увеличивается, таким образом увеличивая крутящий момент, создаваемый двигателем.Хотя может показаться логичным, что чем выше частота вращения двигателя, тем выше значение крутящего момента, но, к сожалению, это не так просто.
Одной из основных переменных, которые заставляют кривую крутящего момента снижаться после своего пика, является сложность нагнетания воздуха в двигатель. Максимальный крутящий момент достигается в точке, где комбинация топлива, воздуха и искры совпадают, создавая наибольшую вертикальную силу. Однако по мере увеличения частоты вращения двигателю становится все труднее втягивать необходимый для сгорания воздух, используя вакуум поршня, опускающегося в цилиндр после такта выпуска.Блок управления двигателем запрограммирован для удовлетворения требований к крутящему моменту, заявленных производителем, при этом многие двигатели настроены на формирование как можно более плоской кривой крутящего момента для равномерного распределения по диапазону оборотов.
Существенным недостатком такой передачи крутящего момента является задержка в достижении максимального крутящего момента. Начиная с низких оборотов, частота вращения двигателя должна медленно повышаться до максимального порога крутящего момента, который в большинстве двигателей без наддува является довольно высоким в диапазоне оборотов. Разрывы крутящего момента по своей сути существуют в пределах схемы двигателя внутреннего сгорания, что производители недавно пытались минимизировать с помощью турбонаддува и векторизации крутящего момента.
Передача крутящего момента электромобиля
Максимальный крутящий момент возникает мгновенно, а затем снижается.К счастью, в электродвигателях максимальный крутящий момент достигается с самого начала.Когда через электродвигатель протекает ток, связанный с ним электрический заряд заставляет якорь вращаться. Эти вращения во внутреннем магнитном поле вызывают так называемую обратную ЭДС (электродвижущую силу), которая противодействует напряжению питания. Представьте, что обратная ЭДС эквивалентна естественной тормозной силе, как в двигателях внутреннего сгорания.
Таким образом, суммарная сила, приложенная к колесам, является разницей между напряжением питания и ЭДС. Противо-ЭДС пропорциональна скорости, поэтому чем выше скорость, тем меньше итоговая общая сила.Это объясняет, почему кривая крутящего момента начинает уменьшаться на динамограмме электромобиля, когда электродвигатели автомобиля выходят за верхние пределы своих пределов производительности.
Чтобы перевернуть это с ног на голову, если скорость очень мала (или равна нулю при старте с места), обратная ЭДС практически отсутствует, а это означает, что напряжение питания немедленно приравнивается к выходному крутящему моменту. Таким образом, если вы нажмете дроссельную заслонку, максимальное напряжение будет внезапно приложено, поэтому максимальный крутящий момент будет доступен немедленно.
Хотя Tesla, вероятно, сойдет с конвейера быстрее, обратная ЭДС в электромобиле позволит GTR пройти мимо, когда полностью наберет скорость.Сегодня, когда во многих высокопроизводительных автомобилях используется лучшее из обоих миров, дни двигателей внутреннего сгорания еще не закончились. Партнерские отношения, существующие в новейших гиперкарах, таких как Porsche 918, чрезвычайно эффективны, поскольку не только используют электрический крутящий момент на кране, чтобы сойти с конвейера, но и задействуют двигатель внутреннего сгорания для поддержания этого ускорения. Затем электричество снова используется для заполнения крутящего момента, что приводит к созданию пакета, созданного для дикой скорости.
Хотя есть что-то чрезвычайно приятное в том, чтобы поддерживать автомобиль в пределах своего диапазона максимального крутящего момента, кажется, что будущее за электромотором — это безупречная производительность. С электромобилями, способными разгоняться до 100 км / ч менее чем за две секунды, двигатель внутреннего сгорания действительно превзошел.
какие они и в чем их отличие? — Блог CLR
В электромеханических инженерных проектах все чаще спорят о том, что важнее: для двигателя крутящего момента или максимальной мощности .Эти концепции не совсем понятны для большинства профессионалов или менеджеров по закупкам. В этой статье мы постараемся ответить, что такое каждое из них. Записать!
Возможно, вас заинтересует: Что такое серводвигатель и когда он используется?
Во-первых, чтобы их можно было отличить друг от друга, мы должны сначала четко указать их определение.
Что такое крутящий момент?Крутящий момент — это сила, создаваемая двигателем. Каждый раз, когда в цилиндре происходит взрыв, высвобождается энергия, которая заставляет двигатель вращаться.Крутящий момент используется для измерения этой силы, которая выражается во вращении.
В практическом смысле можно сказать, что крутящий момент — это движущая сила, которую будет иметь выходной вал , которая полностью не зависит от времени, необходимого для передачи этой силы — это будет сила .
В целом, применительно к мотор-редуктору, когда мы говорим о крутящем моменте (М) , мы имеем в виду силу, прилагаемую к выходному валу. Это зависит от каждого двигателя и будет увеличиваться в зависимости от передаточного числа (передаточное число коробки передач ).
Механическая мощность и электрическая мощностьТеперь, когда мы можем определить понятие крутящего момента, давайте более точно проанализируем концепцию мощности . Мощность напрямую зависит от крутящего момента и скорости вращения. Если бы какой-то из двух увеличился, то увеличилась бы и мощность. Но если углубиться, можем ли мы определять, рассчитывать и различать механическую и электрическую мощность?
— Механическая мощность (Вт): Эту мощность можно сравнить с крутящим моментом (M).Как видно из приведенных ниже формул, для расчета этих данных необходимо знать крутящий момент и угловую скорость (w) (последняя рассчитывается с использованием выходной скорости в выбранной точке крутящего момента).
W = M (Нм) x w (рад / с).
W = 16,4 Нм (M при максимальной отдаче в Нм) x скорость (при максимальной отдаче в рад / с).
10 об / мин = 10 × (1 оборот) / мин × (1 мин) / (60 с) × (2π рад) / (1 оборот) = (10 x 2 x π) / 60 = 1047 рад / с
W = 16,4 Нм x 1047 рад / с = 17 Вт.
— Электрическая мощность (Вт): эта мощность зависит от потребления электроэнергии и напряжения. Как видно из формул, он рассчитывается с использованием напряжения (В) и потребления электроэнергии (I).
W = V x I.
W = 24V x 1,4 = 33,6 Вт
Наиболее распространенной ошибкой в этих случаях является смешение механической и электрической мощности. Как мы видели, обе части данных совершенно не связаны с информацией, которую они предоставляют.
Как мы можем использовать параметр крутящего момента, чтобы помочь нам при покупке небольшого электродвигателяПосле определения концепций мощности и крутящего момента мы можем ответить на этот вопрос. В этом случае решение зависит от покупателя, поскольку мощность и крутящий момент являются двумя взаимосвязанными параметрами . Крутящий момент и мощность — это две характеристики работы электродвигателя , поскольку они говорят нам, какую силу он может генерировать и с какой скоростью он может работать.Анализ потребностей приложения поможет вам получить общее представление о технических характеристиках, которым должен соответствовать наш электродвигатель.
У вас остались вопросы? Вам нужно больше информации? Группа инженеров и коммуникаций CLR разработала для вас подробное руководство . Загрузите бесплатно наше руководство «Как выбрать лучший электродвигатель для малых приводов » и начинайте покупать двигатели с полной уверенностью.
Моментный двигатель — обзор
Электрические приводы, в которых используется простота электрического управления, обеспечивают наиболее надежные средства позиционирования клапана в безопасном состоянии, включая отказоустойчивое закрытие или открытие или блокировку положение при сбое питания или системы. Однако электрические приводы не ограничиваются открытием или закрытием приложений; часто можно удовлетворить требования полноценных блоков управления, добавив один или несколько доступных вариантов.Например, как для всепогодных, так и для взрывозащищенных моделей, эта линейка упрощает автоматизацию процесса, обеспечивая истинное электронное управление от переменной процесса до клапана и поставляя полностью электрическую систему для всех сред. Агрегат может быть укомплектован соответствующим электронным управлением, отвечающим любым требованиям системы управления технологическим процессом. Все чаще электрические приводы обеспечивают превосходное решение, особенно когда высокая точность, высокий рабочий цикл, превосходная надежность, длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы обеспечиваются дополнительными переключателями, регуляторами скорости, потенциометрами, датчиками положения, позиционерами и местным управлением. станции.Эти опции могут быть добавлены к заводским установкам или поставляться в виде комплекта. При поставке в виде комплектов все детали включены вместе с простой инструкцией по установке.
(1) Принцип работы
Архитектура электрического привода представлена на рисунке 3.12 и состоит в основном из шестерен, двигателя и переключателей. В этих компонентах мотор играет ключевую роль. В большинстве случаев двигатель является основным элементом, создающим крутящий момент. Двигатели доступны для различных напряжений питания, включая стандартные однофазные переменного тока, трехфазные и постоянные напряжения.В некоторых приложениях трехфазный ток для асинхронного электрического привода генерируется с помощью модуля силовой цепи, независимо от источника питания (одно или трехфазное). Преобразователи частоты и микроконтроллеры позволяют устанавливать различные скорости и точные моменты отключения (без превышения крутящего момента). Когда электрический привод работает, фазовый угол проверяется и автоматически регулируется, так что вращение всегда правильное. Чтобы предотвратить тепловое повреждение из-за чрезмерного потребления тока в остановленном состоянии или из-за перегрузки, электродвигатели с электроприводом обычно включают в себя датчик тепловой перегрузки или переключатель, встроенный в обмотку статора.Датчик или переключатель устанавливаются последовательно с источником питания и размыкают цепь при перегреве двигателя, а затем замыкают цепь, когда он остынет до безопасной рабочей температуры.
Рисунок 3.12. Основные компоненты электропривода.
В электрических приводах используется зубчатая передача (серия взаимосвязанных зубчатых колес) для увеличения крутящего момента двигателя и регулирования выходной скорости привода. Некоторые стили по своей сути являются самоблокирующимися. Это особенно важно при автоматизации дроссельных заслонок или когда электрический привод используется в приложениях плавного регулирования.В этих ситуациях контакт седла и диска или скорость жидкости воздействуют на запорный элемент клапана и вызывают обратную силу, которая может реверсировать двигатель и распределительный вал. Это вызывает повторное включение двигателя через концевой выключатель при изменении положения кулачка. Этот нежелательный цикл будет продолжаться до тех пор, пока не будет установлен моторный тормоз, и обычно приводит к его перегреву. В поворотных электрических приводах иногда используются цилиндрические зубчатые колеса, но они не являются самоблокирующимися. Для этих целей требуется дополнительный электромеханический тормоз двигателя.
Одной из разновидностей самоблокирующейся передачи является червячно-колесная, с некоторыми конфигурациями планетарных передач. Базовая система червячной передачи работает следующим образом: двигатель прикладывает силу через первичную червячную передачу к червячному колесу. Это, в свою очередь, вращает вторичную червячную передачу, которая прикладывает силу к большему радиусу вторичного червячного колеса для увеличения крутящего момента.
(2) Основные типы
Электроприводы делятся на два разных типа; поворотные и линейные. Поворотные электрические приводы вращаются из открытого положения в закрытое с помощью дисковых, шаровых и пробковых клапанов.При использовании поворотных электрических приводов электромагнитная энергия от двигателя заставляет компоненты вращаться, обеспечивая многочисленные остановки во время каждого хода. В качестве вращательного элемента можно использовать либо круговой вал, либо стол. При выборе электрического поворотного привода следует учитывать крутящий момент привода и диапазон движения. Крутящий момент привода относится к мощности, вызывающей вращение, в то время как полный диапазон движения может быть номинальным, четвертьоборотным или многооборотным. Напротив, линейные электрические приводы открываются и закрываются с помощью пережимных, шаровых, диафрагменных, запорных или угловых клапанов.Их часто используют, когда требуются жесткие допуски. В этих электрических приводах используется узел трапецеидального винта или шарико-винтовая передача с моторным приводом для обеспечения линейного движения. В линейных электрических приводах нагрузка подключается к концу винта, который приводится в движение ремнем или зубчатым колесом. Важные факторы, которые следует учитывать при выборе линейных электрических приводов, включают количество оборотов, приводное усилие и длину хода штока клапана.
(a) Линейные электрические приводы обеспечивают поступательное движение посредством шарико-винтовой передачи с моторным приводом или винтового узла.Нагрузка линейного привода прикреплена к концу винта или стержня и не поддерживается. Винт может быть с прямым, ременным или зубчатым приводом. Важные технические характеристики, которые следует учитывать при рассмотрении линейных приводов, включают ход, максимальную номинальную нагрузку или усилие, максимальную номинальную скорость, длительную мощность и люфт системы. Ход — это расстояние между полностью выдвинутым и полностью втянутым положениями штанги. Максимальная номинальная нагрузка или усилие не является максимальной статической нагрузкой. Максимальная номинальная скорость — это максимальная линейная скорость привода, обычно рассчитанная при низкой нагрузке или без нее.Непрерывная мощность — это устойчивая энергия; он не включает краткосрочные пиковые значения мощности. Люфт — это ошибка положения из-за изменения направления. Выбор двигателей включает DC (постоянный ток), сервопривод постоянного тока, бесщеточный постоянный ток, бесщеточный сервопривод постоянного тока, переменный ток (переменный ток), сервопривод переменного тока и шаговый двигатель. Входная мощность может быть указана для двигателей постоянного, переменного тока или шаговых двигателей.
Технические характеристики приводного винта для линейных приводов включают тип приводного винта и шаг винта. Функции включают самоблокировку, концевые выключатели, обратную связь от энкодера двигателя и линейную обратную связь по положению.Выбор винтов включает винты с трапецеидальной головкой и шариковые винты. Шурупы Acme обычно удерживают нагрузки без питания, но обычно менее эффективны, чем шариковые винты. Они также обычно имеют более короткий срок службы, но более устойчивы к ударным нагрузкам. Если люфт вызывает беспокойство, обычно лучше выбрать шарико-винт. Шарико-винтовые пары обладают меньшим трением и, следовательно, более высокой эффективностью, чем ходовые винты. Шаг винта — это расстояние, на которое стержень продвигается за один оборот винта.
(b) Поворотные электрические приводы обеспечивают поступательное вращательное движение выходного вала.В самом простом виде поворотный привод состоит из двигателя с редуктором скорости. Эти двигатели переменного и постоянного тока могут быть изготовлены с точным указанием напряжения, частоты, мощности и рабочих характеристик. Редуктор скорости соответствует требуемому соотношению скорости, крутящего момента и ускорения. Срок службы, рабочий цикл, предельная нагрузка и точность — это факторы, которые дополнительно определяют выбор редуктора скорости. Закаленные прецизионные цилиндрические шестерни поддерживаются антифрикционными подшипниками, что является стандартной практикой в этих редукторах.Составное редукторное редукторное редукторное редукторное редукторное редуктор имеет компактную конфигурацию с несколькими путями нагрузки, а также планетарную форму. Технические характеристики поворотного привода включают угловое вращение, крутящий момент и скорость, а также управляющие сигналы и сигналы обратной связи, а также температуру окружающей среды.
Поворотные приводы могут включать в себя различные вспомогательные компоненты, такие как тормоза, муфты, шестерни с обратным ходом и / или специальные уплотнения. Также могут использоваться резервные схемы, включающие суммирование скорости или крутящего момента двух или более двигателей.Сегодня поступательное движение в приводах преобразовано во вращательное во многих приложениях. Посредством непосредственной передачи вращательного движения часть фурнитуры может быть сохранена в станине. Это позволяет производителю кровати встраивать поворотный привод гораздо более элегантно, чем линейный привод. Результатом является более чистый дизайн, потому что актуатор рассматривается не как продукт, висящий под кроватью, а как часть кровати.
Поворотные электрические приводы используются для регулирующих клапанов, которые делятся в зависимости от диапазона от многооборотного до четвертьоборотного.Многооборотные приводы с электрическим приводом — одна из наиболее часто используемых и надежных конфигураций приводов. Одно- или трехфазный электродвигатель приводит в действие комбинацию прямозубых и / или горизонтальных шестерен, которые, в свою очередь, приводят в движение резьбовую втулку. Гайка штока входит в зацепление со штоком клапана, открывая или закрывая его, часто через вал с торцевой резьбой. Электрические многооборотные приводы способны быстро управлять очень большими клапанами. Для защиты клапана концевой выключатель отключает двигатель в конце хода.Механизм измерения крутящего момента привода отключает электродвигатель при превышении безопасного уровня крутящего момента. Переключатели с указанием положения используются для индикации открытого и закрытого положения клапана. Обычно в комплект входят также механизм отключения и маховик, чтобы клапаном можно было управлять вручную в случае сбоя питания.
Электрические четвертьоборотные приводы очень похожи на электрические многооборотные приводы. Основное отличие состоит в том, что элемент главной передачи обычно находится в одном квадранте, который обеспечивает движение на 90 °.Последнее поколение четвертьоборотных приводов включает в себя многие функции, присущие большинству сложных многооборотных приводов, например, ненавязчивый, инфракрасный, человеко-машинный интерфейс для настройки, диагностики и т. Д. Четвертьоборотные электрические приводы компактны и могут использоваться на небольших клапанах. Обычно они оцениваются примерно в 1500 фут-фунтов. Дополнительным преимуществом четвертьоборотных приводов меньшего размера является то, что из-за их более низких требований к мощности они могут быть оснащены аварийным источником питания, например аккумулятором, для обеспечения безотказной работы.
Упорные приводы могут быть установлены на клапаны, требующие линейного перемещения. Осевые приводы преобразуют крутящий момент многооборотного привода в осевое усилие с помощью встроенного упорного устройства. Требуемая (отключающая) сила привода (тяга и тяга) может регулироваться плавно и воспроизводимо. Линейные приводы в основном используются для управления запорной арматурой. Узлы тяги, установленные на выходном приводе многооборотного привода, состоят в основном из шпинделя с резьбой, метрического болта для соединения вала клапана и корпуса для защиты шпинделя от воздействия окружающей среды.Описываемая версия используется для непосредственного монтажа привода на арматуру. Однако упорные приводы с вилочным шарниром (непрямой монтаж) также могут управлять дроссельными заслонками или заслонками, когда прямой монтаж неполнооборотного привода невозможен или неэффективен. Узлы тяги исполнительных механизмов для режима регулирования также соответствуют высоким требованиям режима регулирования. Кроме того, для этих упоров высококачественные материалы и точные допуски гарантируют безупречную работу в течение многих лет эксплуатации.Силовые агрегаты приводятся в действие регулирующими приводами.
В чем разница между скоростью и крутящим моментом?
Целью роторного двигателя является обеспечение желаемой выходной скорости вращения при одновременном преодолении различных вращательных нагрузок, сопротивляющихся этому вращательному выходу (крутящий момент). Скорость и крутящий момент напрямую связаны и являются двумя основными факторами производительности при правильном выборе двигателя для конкретного применения или использования. Чтобы узнать, как выбрать правильный двигатель для вашего применения, первым делом необходимо понять взаимосвязь между скоростью, крутящим моментом и выходной мощностью двигателя.
Скорость в зависимости от крутящего момента
Выходная мощность двигателя устанавливает границы характеристик скорости и крутящего момента двигателя на основе уравнения:
Мощность (P) = Скорость (n) x Крутящий момент (M)
- Мощность: Механическая выходная мощность двигателя определяется как выходная скорость, умноженная на выходной крутящий момент, и обычно измеряется в ваттах (Вт) или лошадиных силах (л.с.).
- Скорость: Скорость двигателя определяется как скорость, с которой двигатель вращается.Скорость электродвигателя измеряется в оборотах в минуту или об / мин.
- Крутящий момент: Выходной крутящий момент двигателя — это величина силы вращения, которую развивает двигатель. Крутящий момент небольшого электродвигателя обычно измеряется в дюймах-фунтах (дюймах-фунтах), ньютон-метрах (Н-м) или в других напрямую преобразованных единицах измерения.
Поскольку номинальная выходная мощность двигателя является фиксированным значением, скорость и крутящий момент обратно пропорциональны. По мере увеличения выходной скорости доступный выходной крутящий момент пропорционально уменьшается.По мере увеличения выходного крутящего момента выходная скорость пропорционально уменьшается. Это соотношение мощности, скорости и крутящего момента обычно иллюстрируется кривой производительности двигателя, которая часто включает потребляемый двигателем ток (в амперах) и КПД двигателя (в%).
Скорость и крутящий момент при выборе электродвигателя
Ключом к выбору правильного двигателя для конкретной функции является сначала понимание требований приложения. Поскольку большинство приложений с двигателями являются динамическими, а это означает, что требования к крутящему моменту и скорости меняются в рамках приложения, очень важно определить различные рабочие точки в приложении.Знание или расчет требований к скорости и крутящему моменту в каждой рабочей точке приложения определит общие требования к скорости и крутящему моменту для соответствующего двигателя. Выбор двигателя можно проверить, нанеся на график рабочих характеристик выбранного двигателя различные рабочие точки, чтобы убедиться, что каждая точка зависимости скорости от крутящего момента попадает в соответствующую зону кривой (непрерывные или прерывистые зоны).
Во многих случаях прикладные требования вынуждают выбирать стандартный двигатель значительно большего размера, чтобы обеспечить охват всех рабочих точек.Применение двигателей, размер которых слишком велик для конкретного применения, приводит к ненужным затратам, а также к более крупной и тяжелой конструкции всего продукта. К счастью, поставщики двигателей на заказ могут разработать двигатели с оптимизированными характеристиками, которые точно соответствуют требованиям приложения. Это делается путем изменения электромагнитных характеристик двигателя путем изменения либо размера провода, либо количества витков провода в обмотке, либо того и другого. Чем больше витков провода меньшего диаметра, тем выше крутящий момент и меньше скорость, тогда как меньшее количество витков провода большего диаметра обеспечивает более высокую скорость, но меньший крутящий момент.В некоторых приложениях добавление зубчатой передачи к выходной мощности двигателя обеспечивает идеальное соотношение скорости и крутящего момента, при этом стоимость и размер всего решения сводятся к минимуму.
Электромагнетизм— Почему и как именно ограничивается крутящий момент электродвигателя?
В Википедии я предлагаю решить эту проблему с помощью закона индукции Фарадея. Они резюмируют это в одной цитате.
Индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) в любой замкнутой цепи равна скорости изменения магнитного потока через цепь во времени.
Есть много технических деталей двигателей и генераторов, но они не являются необходимыми для этой задачи. Основной принцип заключается в том, что в магнитном поле вращается проволока. ЭДС, я буду обозначать $ V $ для напряжения, количественно определяется следующим образом: $ r $ — это радиус вращения катушки в предположении, что она прямоугольная (а также вращается в правильном направлении), $ l $ — это другое измерение прямоугольная петля, $ B $ — магнитное поле, $ \ omega $ — скорость вращения.
$$ V = B r l \ omega $$
Если хотя бы один из этих факторов имел неограниченный потенциал для увеличения, то двигатель мог бы выдавать бесконечное напряжение. Конечно, все они ограничены. Самый очевидный способ увеличить мощность — сделать машину большего размера.
Отсутствует один элемент: ЭДС относится к напряжению, которое может быть создано или преобразовано в механическое воздействие. Это ничего не говорит о токе, так что если брать за чистую монету, такая простая катушка, вращающаяся в постоянном магнитном поле, позволила бы бесконечное преобразование энергии, если бы был бесконечный ток.Ток в любом проводе или связке проводов, конечно, ограничен пределами резистивного нагрева. Вы можете найти много информации об этих ограничениях, но я не буду их здесь описывать. Да, можно использовать сверхпроводящие провода как для первичных катушек, так и для катушек, генерирующих магнитное поле, но они также не позволяют бесконечно преобразовывать энергию, и да, есть компании, которые их продают.
http://www.amsc.com/products/motorsgenerators/index.html
Я недостаточно знаком с технологией, чтобы сказать наверняка, но я считаю, что проблема все еще в резистивном нагреве.Сверхпроводники выделяют гораздо меньше тепла, но удаление каждой единицы тепла, которое они производят, намного дороже, если это низкотемпературный сверхпроводник. Второй закон термодинамики дает прямое наказание за тепловой поток из охлаждаемой системы.
.