Максимальный крутящий момент это: Что такое крутящий момент двигателя

Содержание

Крутящий момент двигателя — какой максимальный и оптимальный

Каждый владелец автомобиля хотя бы один раз слышал выражение «крутящий момент двигателя». Этот параметр напрямую влияет на такие характеристики машины, как расход топлива, время разгона до 100 километров в час, мощность мотора и содержание вредных веществ в выхлопе.

Что такое крутящий момент

 

Во время работы бензинового, газового или дизельного двигателя, топливовоздушная смесь сгорает с выделением большого количества выхлопных газов. Во время горения смеси давление в камере сгорания возрастает и газы начинают искать выход. Поскольку единственная подвижная вещь в камере сгорания – поршень, то газы начинают давить на него. В результате чего поршень с помощью шатуна проворачивает коленчатый вал мотора. По мере набора оборотов двигателя эффективность передачи энергии расширения газов увеличивается. На средних и высоких оборотах в дело вступает маховик, увеличивая общую инерционность системы, в результате чего энергия инерции системы и сила давления газов складываются, образуя тот самый крутящий момент, то есть способность вращаться, преодолевая сопротивление.

От чего зависит крутящий момент

В любом описании машины или автомобильного двигателя указан крутящий момент на определенных оборотах. Это связано не только с инерционностью поршней, шатунов и коленчатого вала, но и с таким параметром, как аэродинамическое сопротивление. Чем выше обороты двигателя и сильней нажата педаль газа, тем больше воздуха проходит через впускной коллектор и каналы головки блока цилиндров. Это приводит к увеличению скорости движения воздуха, который тоже обладает определенной инерционностью. Поэтому нельзя увеличивать обороты мотора до бесконечности, ведь наступает момент, когда инерционность и вязкость воздуха окажутся настолько велики, что разряжения, создаваемого поршнем, не хватит для заполнения камеры сгорания.

 

В результате количество (а нередко и соотношение) топливовоздушной смеси окажется недостаточным для дальнейшего увеличения оборотов двигателя и мощность мотора начнет падать. Поэтому максимальный вращающий момент, указанный в справочниках и каталогах, соответствует оборотам, на которых двигатель максимально наполняется воздухом, ведь это обеспечивает наибольшее давление выхлопных газов. Увеличение количества топлива приводит к дальнейшему росту оборотов мотора, но крутящий момент начинает падать. Затем обороты двигателя достигают того значения, когда дальнейший рост оборотов возможет лишь без нагрузки, поэтому мощность мотора начинает снижаться. Поэтому максимальный крутящий момент большинства моторов приходится на средние обороты, а пик мощности на высокие.

Стенд для измерения

Оптимальный и максимальный вращающий момент 

Когда обороты двигателя соответствуют наибольшему крутящему моменту, его КПД (коэффициент полезного действия) максимален. На этих оборотах состав топливовоздушной смеси оптимален, за счет этого снижается расход топлива и износ делателей двигателя. Топливовоздушная смесь сгорает с меньшей температурой, чем в режиме максимальной мощности, поэтому нагрузка на систему охлаждения заметно ниже. Также образуется намного меньше частиц недогоревшего топлива (сажи), которые приводят к закоксовыванию мотора. В этом режиме масляная система мотора обеспечивает максимально эффективную смазку всех трущихся поверхностей.

 

Если вы хотите, чтобы двигатель вашего автомобиля работал долго и эффективно, старайтесь ездить на оборотах, соответствующих максимальному крутящему моменту. Переход на более высокую передачу позволит снизить обороты и расход топлива (незначительно), зато увеличит износ мотора из-за увеличенной нагрузки на коленчатый вал, шатуны и поршни, а также неоптимального состава топливовоздушной смеси. Поэтому движение на 3-й передаче (обороты соответствуют максимальному крутящему моменту) предпочтительней перехода на 4-ю передачу, где обороты мотора будут заметно ниже. 

Мощность и крутящий момент

Пользуясь случаем хотелось бы пролить свет на вечные споры о мощности и крутящем моменте двигателей внутреннего сгорания. Одни считают главным показателем максимальную мощность мотора, другие ставят во главу угла крутящий момент. Встречаются люди, которые считают, что 100 «дизельных» л.с. соответствуют примерно 140 «бензиновым» л.с. Также бытует мнение, что VW Golf TDI c 330 Нм крутящего момента будет ускоряться лучше, чем Porsche 911 с 320 Нм.

Очевидно, что эти утверждения не соответствуют действительности.

Определения и разъяснения:

Крутящий момент:

Крутящий момент двигателя прилагается к коленчатому валу двигателя или к первичному валу коробки передач. Крутящий момент изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя. Крутящий момент на колесах зависит от передаточного отношения трансмиссии.

Крутящий момент на колесах:

Это преобразованный трансмиссией крутящий момент двигателя.

Мощность двигателя непосредственно взаимосвязана с крутящим моментом двигателя, а именно, через соотношение P=M*n/9550, где М- крутящий момент двигателя. Единица измерения 1 Н*м, n – частота вращения двигателя в об/мин.

Диаграммы крутящего момента достаточно, чтобы просчитать кривую мощности (и наоборот).

Возьмем два двигателя. У обоих максимальный крутящий момент 200 Нм при 4000 об/мин и мощность 147 л.с. при 6000 об/мин. Несмотря на то, что основные данные этих двух моторов одинаковы, они все же отличаются по динамическим характеристикам. Диапазон крутящего момента и мощности первого двигателя лучше чем у второго. Предположим, что переключение передач происходит при 6500 об/мин и обороты двигателя на следующей, более высокой передаче опускаются до 4300 об/мин. Первый двигатель имеет до точки при 6000 об/мин непрерывно больший крутящий момент и мощность. Таким образом, первый автомобиль будет ускоряться лучше. Это показывает, что основные данные двигателя дают только частичную информацию.

Так что мы теперь знаем о «крутящем моменте» и «мощности двигателя»? На самом деле сравнительно мало. Поскольку трансмиссия и ее передаточное отношение играю существенную роль в движении автомобиля. Старые американские автомобили были оборудованы 2-3 ступенчатыми коробками передач, и несмотря на значительные мощности двигателей, разгонялись они достаточно скромно, т.к. падение оборотов при переключении передач было слишком большим. Как грубое сравнение можно привести Mercedes S-Klasse. Он оборудован 7-ступенчатым автоматом, который позволяет полностью использовать имеющуюся в распоряжении мощность двигателя.

Почему это так?

Все мы знаем, что ускоряется автомобиль лучше в определенной области оборотов двигателя. Оптимально, когда обороты двигателя постоянно находятся в этом диапазоне. Но это возможно лишь на немногих автомобилях

оборудованных CVT (безступенчатыми трансмиссиями).

Чем больше передач имеется в распоряжении, тем меньше становится скачок оборотов и тем ближе мы становимся к оптимальному числу оборотов двигателя между переключениями. Усилие на ведущих колесах, это то, что приводит автомобиль в движение. Это сила, приложенная по касательной к окружности колеса. Она несет в себе всю информацию (Крутящий момент, передаточное отношение трансмиссии, размер колес) и направлена противоположно силе сопротивления движению и силе инерции.

Когда нужно переключаться?

Оптимальная точка переключения достигается тогда, когда на следующей высшей передаче имеется большее усилие на ведущих колесах чем на актуальной передаче. Чтобы найти оптимальную точку переключения, необходимо воспользоваться кривой крутящего момента. Диаграмма тягового усилия на ведущих колесах зависит от передаточного отношения трансмиссии и размера установленных шин. Как только пересекутся кривые отдельных передач, нужно переключиться на следующую передачу, чтобы достичь лучшего ускорения. Если же кривые не пересекаются, тогда следует выкручивать двигатель до ограничителя. Далее отображены диаграммы тягового усилия на ведущих колесах, чтобы можно было прочувствовать теорию в деле.

Влияние передаточного отношения

Турбодизель достигает очень высоких значений крутящего момента при низких оборотах двигателя.

Но это только цифры, по которым можно судить о том, как автомобиль будет ускоряться и по ним нельзя делать окончательные выводы. Почему? Потому что дизелю нужно значительно дольше переключаться, чтобы достичь одинаковую с бензином скорость(т.к. число оборотов дизеля существенно ниже чем у бензинового двигателя). Это приводит к тому, что бензиновый двигатель свой низкий крутящий момент преобразует значительно лучше за счет коротких передач, чем дизель с длинными передачами.

Турбодизель против высокооборотистого атмосферного двигателя.

Несмотря на длинные передаточные отношения дизель как правило имеет лучшую тяговитость при низких оборотах. Наглядно это отображено на диаграмме сравнения BMW М3 3.2 л двигателя и BMW 535d. Несмотря на гигантский крутящий момент дизеля (520Нм), бензиновый двигатель (365Нм) в очень широком диапазоне оборотов двигателя имеет значительно большее тяговое усилие на ведущих колесах. Так что этот бензиновый двигатель (вопреки многим мнениям) может ездить с редкими переключениями, иногда даже ленивее чем 535d (на шестой передаче тяговое усилие на колесах стабильно выше чем у 535d, независимо при каких оборотах и какой скорости). Но можно говорить о том, что большая часть турбированных двигателей имеет лучшую приемистость (на низких оборотах) чем атмосферные двигатели. Так что предпочитаете ли вы двигатели имеющие «подрыв» на низких скоростях, или те, которые выдают тягу плавно, это остается делом вкуса.

Турбодизель против турбобензина

Сравним BMW E90 335i с 306 л.с. и 400 Нм и BMW E90 335d с 286 л.с. и 560 Нм. На низших передачах в среднем диапазоне оборотов тяга на колесах дизеля существенно выше, чем у бензинового двигателя. При высоких оборотах бензин свою мощность отыгрывает. На 6-й передаче бензин имеет стабильно большее усилие на колесах чем дизель.

Диаграмма тягового усилия BMW E90 335i и E90 335d

Дизель или бензин как тягач

Широко распространено мнение, что дизельный двигатель из-за его высокого крутящего момента лучше подходит для буксировки. Тем не менее из-за огромного скачка в развитии бензиновых двигателей это не совсем верно. Современные бензиновые двигатели все чаще оснащаются турбонагнетателями, которые могут создавать достаточное давление наддува при низких оборотах, и следовательно достигать высокого крутящего момента. Сравним двигатели 1.4 TSI (170 л.с., 240 Нм) и 2.0TDI (170 л.с., 350 Нм) в VW Golf5.

За основу взят 5% уклон, коэффициент лобового сопротивления 0.7, площадь лобового сопротивления 5.87 м2 и общая масса 3250 кг. 1-я передача для лучшего рассмотрения исключена.

Все режимы выше голубой линии возможны с вышеназванными условиями. Все режимы ниже голубой линии ведут к снижению скорости и в конечном счете к переходу на низшую передачу. Можно увидеть, что дизель может использовать первые четыре передачи, TSI – первые пять. Максимально допустимые скорости следующие:

TDI:

68 км/ч на второй передаче (в ограничителе оборотов)

104 км/ч на третьей передаче (вблизи ограничителя оборотов около 4400 об/мин)

TSI:

99 км/ч на второй передаче (вблизи ограничителя оборотов около 7000 об/мин)

106 км/ч на третьей передаче (при около 5500 об/мин)

90 км/ч на четвертой передаче (при около 3500 об/мин)

65 км/ч на пятой передаче (при около 2300 об/мин)

В целом TSI гораздо лучше подходит для движения с прицепом. Единственным недостатком может быть значительный рост расхода топлива у бензина.

Как выглядит диаграмма тягового усилия авто со ступенчатыми коробками передач мы уже знаем.

Для полноты картины следует отметить бесступенчатую трансмиссию Audi «Multitronic».

Рассмотрим кратко, так как эта трансмиссия имеет призрачные шансы на существование. Это безступенчатая трансмиссия с различными профилями вождения. Спортивно настроенный водитель использует голубую линию для максимального ускорения, с высокими оборотами и большим расходом. Средний водитель будет использовать более низкие обороты. А значит тяга на колесах будет не так высока как в спорт режиме. Соответственно автомобиль ускоряется медленнее. CVT, как уже говорилось ранее, превосходное решение. Теоретически она позволяет получить максимальную производительность. На практике все выглядит по другому. Авто с Мультитроником ускоряются хуже, чем авто с МКПП. Потери в трансмиссии слишком велики и перекрывают все преимущества.

А что же насчет двигателей грузовиков и коммерческих автомобилей?

Глядя на кривые мощности и крутящего момента грузовиков можно быстро обнаружить существенные отличия от легковых автомобилей. В то время как на двигателях легковых авто целью является как можно более равномерное и высокое значение крутящего момента, двигателям грузовиков необходим пик крутящего момента. Покажем качественные отличия грузовых и легковых турбодизелей:

Почему так?

Области применения полностью различны. Легковому автомобилю необходимо достичь максимального ускорения и как можно более высокой максимальной скорости. В тоже время необходимо принять во внимание тот факт, что эти двигатели практически постоянно используются в режимах частичной нагрузки. Грузовые же двигатели (в качестве простого примера возьмем двигатели бульдозера или трактора) обычно используются на максимальной нагрузке. Максимальные крутящие момент и мощность ему необходимы при низких оборотах, а также как можно большее нарастание крутящего момента. Почему не падение а именно нарастание крутящего момента станет ясно в следующем абзаце.

Цель этого нарастания величины крутящего момента может быть хорошо объяснена на примере бульдозера. Насыпь земли перед ковшом бульдозера всегда большая, поэтому возникает необходимость увеличить мощность, чтобы продвинуть насыпь дальше. При этой нагрузке частота вращения двигателя падает и вместе с тем падает скорость сдвига. Снижение числа оборотов двигателя благодаря типичной для грузовых транспортных средств кривой крутящего момента ведет к росту крутящего момента и мощности двигателя (смотри график). Таким образом в некоторой степени предотвращается дальнейшее падение оборотов и скорости сдвига – чем сильнее падение числа оборотов, тем больше мощности отдает двигатель. В переносном смысле можно сказать: кривая крутящего момента таких двигателей позволяет независимо от нагрузки относительно сохранять необходимую скорость. Такие моторы имеют «иммунитет» против увеличения нагрузки и становятся ненамного медленнее при ее увеличении. Но все же почему «нарастание крутящего момента» а не «падение»? Теперь нужно смотреть на график в направлении рабочих оборотов. При нагрузке число оборотов падает и происходит РОСТ крутящего момента.

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

Читая характеристики двигателя той или иной модели, мы встречаем такие понятия:

  • мощность — лошадиные силы;
  • максимальный крутящий момент — Ньютон/метры;
  • обороты в минуту.

Люди, увидев значение 100 или 200 лошадиных сил, полагают, что это очень хорошо. И они правы — 200 лошадиных сил для мощного кроссовера или 100 л.с. для компактного городского хетчбэка действительно неплохие показатели. Но нужно обращать внимание также на максимальный крутящий момент и обороты двигателя, поскольку такая мощность достигается на пике работы двигателя.

Говоря простым языком, максимальную мощность в 100 л.с. ваш двигатель может развить при определенных оборотах двигателя. Если же вы ездите по городу, а стрелка тахометра показывает 2000-2500 оборотов, тогда как максимум составляет 4-5-6 тысяч, то в данный момент используется лишь часть этой мощности — 50 или 60 лошадиных сил. Соответственно и скорость будет небольшая.

Если же вам нужно перейти на более быстрый режим движения — выехали на скоростную трассу или хотите обогнать фуру — вам нужно увеличить количество оборотов, тем самым увеличив скорость.

Момент силы, он же крутящий момент, как раз и определяет, как быстро ваша машина может ускориться и выдать максимум мощности.

Другой пример — вы едете по трассе, на большой скорости на 4-5 передаче. Если же дорога начинает подниматься в гору и уклон довольно ощутимый, то мощности двигателя может просто не хватить. Поэтому приходится переключаться на пониженные передачи, при этом выжимая большую мощность с двигателя. Крутящий момент в данном случае служит для увеличения мощности и помогает активизировать все силы вашего двигателя на преодоление препятствия.

Наибольший крутящий момент выдают бензиновые двигатели — при 3500-6000 оборотов в минуту в зависимости от марки автомобиля. У дизельных моторов максимальный крутящий момент наблюдается при 3-4 тысячах оборотов. Соответственно, у дизельных автомобилей динамика разгона лучше, им проще быстро разгоняться и выжимать всех “лошадей” с мотора.

Однако, по максимальной мощности они проигрывают своим бензиновым собратьям, поскольку при 6000 оборотах мощность у бензинового автомобиля может достигать нескольких сотен лошадиных сил. Не зря ведь все самые быстрые и мощные автомобили, о которых мы писали на Vodi.su ранее, работают исключительно на высокооктановом бензине А-110.

Ну и чтоб стало совсем понятно, что такое крутящий момент, нужно посмотреть на единицы его измерения: Ньютоны на метры. Говоря простым языком, это сила с которой мощность передается от поршня через шатуны и коленчатый вал на маховик. А уже от маховика эта сила передается на трансмиссию — коробку передач и от нее на колеса. Чем быстрее движется поршень, тем быстрее вращается маховик.

Отсюда приходим к выводу, что мощность двигателя производит крутящий момент. Есть техника, в которой максимальная тяга вырабатывается на низких оборотах — 1500-2000 об/мин. Действительно, в тракторах, самосвалах или внедорожниках мы прежде всего ценим мощность — водителю джипа некогда раскручивать коленвал до 6-ти тысяч оборотов, чтобы выехать из ямы. То же самое можно сказать о тракторе, который тянет тяжелую дисковую борону или трехкорпусный плуг — максимальная мощность нужна ему на малых оборотах.

От чего зависит крутящий момент

Понятно, что самые мощные моторы обладают самым большим объемом. Если у вас какая-нибудь малолитражка типа Daewoo Nexia 1.5L или компактный хетчбэк Hyundai i10 1.1L, то резко разогнаться или стартовать с места с пробуксовкой вряд ли получится, хотя умение правильно переключать передачи и использовать всю мощь мотора делает свое дело.

Соответственно, на малолитражках мы используем лишь часть потенциала двигателя, тогда как на более мощных автомобилях с хорошими показателями и эластичностью двигателя — диапазонами переключения передач — можно разгоняться практически с места, при этом не переключая передачи так быстро.

Эластичность двигателя — это важный параметр, говорящий о том, что соотношение мощности и количества оборотов оптимальное. Можно ехать на пониженных передачах с довольно большой скоростью, выжимая при этом максимум с двигателя. Это очень хорошее качество как для городского режима езды, где нужно постоянно тормозить, разгоняться и снова останавливаться, — так и для трассы — одним нажатием на педаль можно разогнать двигатель до высоких оборотов.

Крутящий момент — один из самых важных параметров двигателя

Таким образом мы приходим к выводу, что все параметры двигателя тесно связаны между собой: мощность, крутящий момент, количество оборотов в минуту, при которых достигается максимальный крутящий момент.

Крутящий момент является той силой, которая помогает полностью использовать всю мощь двигателя. Ну а чем больше мощность мотора, тем больше крутящий момент. Если же он еще и достигается на невысоких оборотах, то на такой машине можно будет легко разогнаться с места, или взобраться на любую горку, не переходя на пониженные передачи.

На этом видео прекрасно разобрали что такое крутящий момент и лошадиные силы.

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Крутящий момент двигателя и тяговые возможности автомобиля

Любой двигатель рассчитан на вполне конкретную мощность, которую он будет иметь, если наберет определенную частоту оборотов. Кроме этой максимальной мощности у двигателей есть не менее важный параметр – наибольший крутящий момент. Он достигается на оборотах не таких, при которых мощность двигателя максимальна.

Две важных параметра – максимальная мощность двигателя и максимальный крутящий момент достигаются на разных оборотах коленвала. Почему это происходит?

Крутящий момент – это момент силы, поворачивающей рычаг. Эта физическая величина, измеряемая Ньютонами на метр (Нм), определяется произведением плеча приложенной к рычагу силы и ее собственной величины. Иначе говоря, если к полуметровой монтировке прикладывается сила 20 Ньютонов (вес тела, массой двадцать килограммов), то крутящий момент получается равным 10 Нм.

Изменить крутящий момент возможно одним из двух способов. Изменением приложенной силы, либо изменением длины рычага. Конечно, можно изменять и то, и другое, но если обе эти величины увеличить в одинаковое количество раз, то увеличение крутящего момента не произойдет.

Можно утверждать, что тяговые возможности двигателя напрямую зависят от его крутящего момента.

Только ли крутящий момент влияет на тяговые возможности автомобиля?

Судить о тяговых способностях автомобильного двигателя по одной только максимальной мощности можно лишь косвенно. На максимальных оборотах вряд ли кто стремится ездить, а вот при движении с места, каждый желает от своей машины получать достаточно хорошее ускорение. Но одни автомобили могут это обеспечить это только на высоких оборотах, а другие и на низких резво разгоняются.

Почему становится возможным случай, когда автомобиль с двигателем в полтора раза менее сильный способен с легкостью обойти более мощного соседа?

Дело в том, что итоговая величина тяги будет связана сразу с несколькими показателями автомобиля. Их четыре – крутящий момент, передаточное число, КПД трансмиссии и размер колеса.

На каких оборотах достигается наибольший крутящий момент

В готовом моторе увеличить крутящий момент возможно только за счет увеличения одной величины – силы. Поэтому максимальным он будет тогда, когда горение рабочей смеси происходит наиболее эффективно. Одни моторы обеспечивают такую возможность при оборотах до 3000 об/мин, другим потребуется более высокие обороты.

При выборе автомобиля стоит поинтересоваться этим показателем.

Что такое крутящий момент двигателя — коротко о главном |

Многим автолюбителям неоднократно доводилось слышать такое определение, как: «крутящий момент двигателя» , при этом далеко не каждый может объяснить своими словами, что это значит. Что лучше, высокий показатель крутящего момента или низкий?

В принципе, за незнание, что такое крутящий момент еще никого не лишали прав и не штрафовали, проще говоря, страшного в этом ничего нет, однако мне кажется каждый уважающий себя автомобилист должен иметь понятие о том, что такое крутящий момент двигателя. Несмотря на то, что источников готовых поведать вам об этом более чем достаточно, сегодня хочу все же поговорить о крутящем моменте двигателя и некоторых его моментах.

Довольно часто замечаю, что когда речь заходит о крутящем моменте, люди невольно начинают ассоциировать его с дрифтом, смею вас огорчить —  ничего общего между этими понятиями нет, ну разве что без первого не было бы второго. Итак, давайте разберемся в том, что такое крутящий момент разложив все, как говорится, по полочкам.

То, какой крутящий момент будет у двигателя, зависит от самого двигателя. В каждом паспорте к тому или иному автомобилю пишутся цифры, именуемые предельными скоростями, которые автомобилю удается развить за счет «лошадок». Наверное каждому доводилось наблюдать такую странную вещь, когда в паспорте указано скорость 100 км/ч., то автомобиль нормально разгоняется до 70 км/ч., после этого стрелка словно тяжелеет на несколько килограмм и ей все сложнее подниматься вверх. Замечали наверное, что выжимая максимум из своего двигателя он отдавал свою мощь лишь при определенном количестве оборотов. Поэтому, чем больше оборотов он продуцирует, тем больший запас силы у него появляется, следовательно, если максимум автомобиля составляет 5000-6000 об/мин, педаль газа уже не так легко будет вдавливаться в пол, имея хороший запас. Хотя в простых городских условиях, без наличия заторов и «пробок» не так уж и легко набрать все эти обороты, например, для того чтобы обогнать медленно тянущегося дальнобойщика. В итоге выходит, что чем больше скорости вам надо, тем дольше двигатель собирает все необходимые для этого «лошадки».

Именно здесь данный показатель и включается в работу. Чем выше у автомобиля будет показатель в ньютон-метрах, тем быстрее он будет набирать обороты, тем резвее мощь всех имеющихся «лошадок» будут собираться под вашей ступней и педалью газа.

Однако вернемся «к нашим баранам», хотя в нашем случае лошадям — не важно. Продолжим о наших 70 км/час. Не задумывались, почему авто имеющее хороший крутящий момент двигателя, так сложно разогнать? Все дело в том, что у каждого силового агрегата есть показатель под названием максимально выдаваемый крутящий момент. В переводе на «человеческий» язык — необходимо разогнать двигатель до определенного количества оборотов, и только после этого произойдет включение, так сказать второго дыхания и включится максимальный крутящий момент. Затем добавив газку, водитель может заставить весь «подкапотный табун лошадей» мчать ваш автомобиль стремительнее. Именно поэтому важно, какой это показатель у вашего автомобиля чем он будет больше, и чем меньшим будет количество максимальных оборотов при его допустимом максимуме, тем «живее» и быстрее будет езда на таком транспортном средстве.

Итак, мы вкратце рассмотрели, что такое крутящий момент, теперь предлагаю поговорить о том, от чего он зависит. А зависит он от литража или объема двигателя, здесь все вроде понятно — чем литров больше, тем больше будет у автомобиля возможностей  стремительно разогнаться. К примеру, всем наверное известно, что на малолитражках — 1.5 л и ниже, резко ускориться или «стартонуть» довольно сложно, если и вовсе невозможно.

Кроме мощности двигателя и крутящего момента существует еще одно важное понятие от которого зависят два первых, именуемое эластичностью двигателя. Допустим, если взять два автомобиля с двигателями одинакового объема и мощностью, и устроить им заезд, то к финишу придет первым тот автомобиль, у которого более эластичный двигатель.

Что такое эластичность? Это соотношение максимальной мощности мотора, количества его оборотов и оборотов при максимальном крутящем моменте. Чем ниже будет последней показатель относительно второго, тем эластичнее будет двигатель. Благодаря этому показателю водитель сможет легко работать только одной педалью газа, наращивая или снижая скорость, не переключая при этом передачи. Или такой еще пример, эластичный мотор может ехать на небольшой скорости, на высоких передачах. Максимально эластичный двигатель с хорошим показателем максимального крутящего момента позволит вам получать истинное удовольствие от езды, а ваш «стальной любимец» станет для вас предметом гордости и объектом вожделения для тех, кто в этом разбирается!

Ну вот, вроде бы все. Надеюсь теперь вам все понятно!? Полагаю теперь вам не придется робеть в случае если кто-то заведет разговор о мощности мотора или его «лошадистости». Удачи вам, заходите к нам почаще!

Текст принадлежит: АвтоПульсар

что нужно именно вам? – Обзор – Autoutro.ru

Крутящий момент и мощность являются двумя важными спецификациями двигателя, но их отношение друг к другу редко обсуждают. Поэтому мы решили вспомнить, что значит каждый из этих терминов, чтобы при покупке следующей машины вы обращали внимание либо на одно, либо на другое…

Оба научных термина существовали задолго до автомобилей и транспортных средств с мотором в целом, поэтому в нашем рассказе мы частично обратимся к школьному курсу физики.

Мощность. Прежде всего давайте вспомним человека, который решил, как измерять мощность. Его зовут Джеймс Уатт. Он был шотландским инженером, чьим именем, собственно, и названа стандартизированная единица измерения мощности Ватт (через «В», так как в России всегда предпочитали транслитерацию, а не транскрипцию). Однако существует и эквивалентная и более привычная нам единица – лошадиная сила. Одна метрическая лошадиная сила равна 735,5 Ватт.

Что же такое лошадиная сила? Если обратиться к словарю, то это способность поднимать 75 кг (165 фунтов) на 1 метр (3,28 футов) за 1 секунду. Одним словом, лошадиная сила – это то, как быстро делается работа…

Крутящий момент. В то же время крутящий момент – это определенная сила, имеющая тенденцию вращать объект вокруг оси. С точки зрения непрофессионала, крутящий момент является силой, необходимой, чтобы повернуть болт или колесо. Когда вы крутите пробку пластиковой бутылки, вы используете крутящий момент.

Опять же, машина, устанавливающая на заводе пробки на пластиковые бутылки, имеет спецификацию по крутящему моменту, то есть она должна закрутить пробку с определенным значением, гарантирующим ее герметичность. Если спецификация не выполнена, то содержимое бутылки будет протекать либо окажется недоступным для потребителя, так как в его пальцах окажется недостаточное количество крутящего момента.

Поместим оба термина в одну реальность: представьте, что вы делаете домашнее варенье и раскладываете его по банкам. Крутящий момент вам нужен, чтобы плотно закрутить крышку, а мощность, чтобы поставить эту банку на полку.

Момент и мощность в ДВС. Вот мы и подобрались к самому интересному. Как эти двое уживаются в одном двигателе? На самом деле они работают рука об руку, чтобы мотор транслировал на дорогу необходимую производительность.

Формула, описывающая их связь, такова: лошадиная сила = момент х кол-во оборотов в минуту/5 252. Это уравнение справедливо для каждого двигателя внутреннего сгорания и сходится при любых оборотах, на которые способен ваш мотор. 5 252 является константой. Таким образом при 5 252 об/мин мощность будет равна крутящему моменту. При меньших оборотах момент будет выше, чем мощность, и наоборот…

Для измерения мощности используется динамометрический стенд. Он замеряет крутящий момент и кол-во об/мин, подставляет данные в уравнение и получает рукотворное значение лошадиных сил.

Мощность или крутящий момент – что лучше? Ну, это глупый вопрос, но мы должны его рассмотреть. Грубо говоря, автомобиль с высокой мощностью, как правило, достигает более высокой максимальной скорости, а автомобиль с высоким крутящим моментом лучше ускоряется с места.

Поскольку с увеличением крутящего момента увеличивается и мощность, то «оборотистые» моторы также обладают большим количеством лошадиных сил, если способны превысить 5 252 об/мин и настроены для выполнения данной конкретной задачи.

Что такое рабочий диапазон? Этот термин означает диапазон оборотов между пиковым крутящим моментом и пиковой мощностью. Между этими двумя значениями двигатель эффективно работает и обеспечивает как высокую производительность, так и экономию топлива.

У электромоторов огромные рабочие диапазоны, так как максимальный крутящий момент доступен с самого первого вращения оси, а максимальная мощность у некоторых даже выше, чем у ДВС.

У дизельных моторов, напротив, очень узкий диапазон, так как максимальный крутящий момент у них достигается на более низких оборотах, чем у бензиновых моторов, и максимальная мощность также где-то «внизу». Поэтому бензиновые моторы предпочтительнее для перфоманс-доработок. Современные бензиновые двигатели с турбонаддувом, непосредственным впрыском, изменяемыми фазами газораспределения и другими умными инженерными решениями обеспечивают удивительные рабочие диапазоны с невероятной эластичностью.

В гонках в основном используются машины с высокой мощностью (бензиновые). У них особые передаточные отношения, извлекающие выгоду из способности мотора достигать высоких оборотов. Однако есть соревнования, где успешны и дизели, — например, 24 часа Ле-Мана. Там неоднократно побеждали Audi на своих TDI-болидах.

Если вы по-прежнему ничего не поняли, вот вам последний пример: у нас есть грузовик и спорткар. У грузовика много крутящего момента и мало мощности. Его двигатель работает на низких оборотах, но он сильный как бодибилдер. Спорткар же – это спринтер, и у него все с точностью до наоборот. Если бодибилдеру навесить лишние 50 кг веса и заставить бежать, показатели его забега изменятся не так сильно, как у спринтера, с которым проделают ту же самую операцию. Точно так же обстоит дело и с машинами. Если добавить лишнюю нагрузку на спорткар, она серьезно повлияет на его перфоманс. Если же добавить лишний вес грузовику, он будет ускоряться примерно на том же уровне.

Действительно ли крутящий момент важнее мощности

Крутящий момент более важен чем теже  лошадиные силы.

 

На что только не идут автопроизводители пытаясь заставить нас приобретать свою продукцию. Один из примеров таких маркетинговых хитростей — это информация о мощности автомобиля, которая традиционно выражается в лошадиных силах. Откройте любую брошюру в автосалоне, или описание того или иного транспортного средства на официальном сайте автопроизводителя и, вы сразу увидите данные о мощности машины. И, как правило, такая информация всегда выносится маркетологами на первый план.

 

Таким образом нас за долгие годы приучили к тому, чем больше лошадиных сил (л.с.)- тем это лучше. Но на самом деле мощность автомобиля не играет главной роли в его характере. Пришло то время, чтобы развеять все мифы, которые были созданы самими же автопроизводителями. Давайте наконец-то узнаем с вами окончательно, что важней на самом деле, лошадиная сила (л.с.) или крутящий момент (НМ)?

 

Для начала нам надо постараться понять, что же это за критерий оценки этой характеристики, который работает по определенному принципу ,а именно: «чем больше — тем лучше». Такое сравнение понятий пришло к нам еще с ранней истории развития человечества. Подобное сравнение, к примеру, использовалось еще в древние времена, когда основной деятельностью человека являлась охота. То есть в те далекие времена люди считали, чем больше размером добыча или любая другая пища, тем она лучше. С тех самых давних пор эта привычка и засела в нашем подсознании и отпечаталась так глубоко, что в современном мире граждане до сих пор при приобретении чего-то нового хотят купить себе все самое большое.

 

Например, многие из нас (вас) горят желанием приобрести себе фотоаппарат или видео- камеру с самым большим количеством мегапикселей, хотя в этом нет какого-то особого смысла. Или другой пример, мы мечтаем купить себе самый мощный смартфон большинство функций в котором нам по-просту не нужны.

 

То же самое касается и автомобилей, т.е. коробки передач и двигателя в машине. Ведь многие из нас мечтают купить автомобиль с максимальным количеством цилиндров и с максимальным количеством передач в трансмиссии считая, что с такими автоагрегатами данное транспортное средство будет лучшим по всем параметрам. 

 

То же самое касается и показателей мощности автомобиля, которые выражаются традиционно в лошадиных силах. 90% граждан при ознакомлении с автомобилем почти всегда в самую первую очередь интересуются именно его мощностью. Дело тут вот в чем. Все мы с вами знаем, что мощность вносит свой определенный вклад в динамику ускорения влияя таким образом на максимальную скорость и на многие другие показатели автомобиля. В конечном итоге автопроизводители машин как-раз и стараются сделать акцент именно на этом показателе в своей продукции, заставляя нас с вами думать, что лошадиные силы это самое главное в автомобиле. 

 

На что только не идут автомобильные компании чтобы убедить нас в том, что именно эта самая мощность является самым важным фактором в любом автомобиле. Вы обратили внимание друзья на то (что как правило бывает), чем больше этих лошадиных сил, тем дороже стоит сама автомашина..? Самое удивительное здесь не это а другое, часто случается, что одна и тажа модель с одним и тем же двигателем за счет разницы в мощности стоит значительно дороже другой. Хотя на самом деле эта мощность была увеличена только лишь за счет другого программного обеспечения работы двигателя и из-за впрыска топлива. Фактически получается следующее, что переплатив за более мощный автомобиль мы с вами часто получаем все ту же самую машину за исключением показателя лошадиных сил. 

 

Так почему многие автомобили представленные на авторынке и имеющие фактические одинаковые силовые агрегаты и одинаковую мощность, ведут себя на автодороге по-разному? Вы вообще-то когда-нибудь задумывались над этим друзья? Действительно, если вы протестируете несколько схожих по своим характеристикам автомобилей с одинаковым количеством лошадиных сил, то вы почти-что всегда сможете заметить разницу в их мощности. Например, не редко случается, когда автомобиль с мощностью в 75 л.с. ведет себя на дороге гораздо уверенней, чем скажем автомашина мощностью в 110 л.с. И это несмотря на тот факт, что оба автомобиля могут иметь одинаковый вес, одинаковые размеры, ну и много чего одинакового. О чем это в первую очередь может говорить? А вот о чем. Естественно о том, что мощность это не главный показатель в характеристиках автотранспортных средств. 

 

График по оси «Y» указан в киловаттах (кВт).

 

Перед тем как продолжить наш подробный рассказ далее, мы должны отметить такой немаловажный момент. В нашей статье речь не идет о мощных дорогих автомобилях- суперкарах двигатели в которых имеют достаточно большую мощность даже при работе на холостом ходу, что позволяет за рулем этих автомобилей в мгновение ока оказаться как-бы на «орбите земли», если лишь слегка прикоснуться педали газа. Сегодня речь идет об обычных автомобилях которыми пользуются большинство граждан автомобилистов во всем мире и которые используются ими для ежедневных поездок. Именно в этой категории автомобилей разница от 10 до 15 л.с. считается вполне значительной и ощутимой для динамики машины. 

 

И так друзья давайте с вами представим, что вы собрались приобретать новый автомобиль с которым еще не знакомы и не имели ни какого опыта его вождения. Как вы перед самой покупкой узнаете о характере двигателя автомобиля..?

 

Определенно надо запомнить, вы не должны смотреть на его показатель мощности выраженный в лошадиных силах, который указывается в рекламных брошюрах автосалона. Помните о том, что этот показатель хоть и не бесполезен, но, все-же в определенной степени важен, то есть количество лошадиных сил в двигателе этот лишь один из факторов, который влияет на конечную мощность и динамику машины. 

 

Во-первых, автопроизводители в рекламных материалах к любому автомобилю указывают, как правило, пиковое значение мощности автомобиля, которое доступно в определенном диапазоне оборотов двигателя. То есть количество лошадиных сил означает общий потенциал данного двигателя. Таким образом производители, указывая в технических характеристиках мощность авто имеют в виду следующее, что эта мощность доступна только при определенных оборотах силового агрегата, а также при условии, что педаль газа нажата доконца в пол. 

 

Смотрите также: Что важнее, крутящий момент или лошадиные силы

 

Давайте посмотрим на типичный 1,6 литровый рядный четырехцилиндровый бензиновый двигатель (в данном случае не имеет значение, какой он марки и кто его произвёл).

Этот двигатель имеет мощность 110 л.с., которые согласно техническим характеристикам доступны при 5.800 тыс. оборотах двигателя в минуту. Заметьте, что это количество оборотов двигателя близко уже к критичному значению, перейдя за рамки которого двигатель выйдет из строя (как правило, в двигателях объемом 1,6 литра красная зона оборотов двигателя расположена около 6.000 — 6,500 тыс. об/мин). 

 

О чем это нам говорит? А вот о чем. Чтобы выжать из машины все 110 л.с. нам необходимо будет раскрутить двигатель как минимум до 5.800 тыс. об/мин. На практике же эти обороты двигателя будут вам доступны только при максимальном обгоне транспорта на дороге или в тот момент, когда вам придется разогнаться на скоростном автошоссе выше максимально разрешенной скорости.

Но даже в том случае, если вы раскрутите машину до указанных оборотов двигателя чтобы получить от него максимальную мощность, то вам будет не очень-то комфортно в салоне, поскольку ваш 1,6 литровый мотор будет издавать очень сильный и громкий шум, а заодно и неприятный рев для вашего слуха, и это будет происходить даже в том случае, если ваш автомобиль имеет достаточно качественную надежную шумоизоляцию.

 

То есть фактически, раскручивая машину до максимальных оборотов вы заставите двигатель работать на своем пределе. Вот для примера график замера мощности 1,6 литрового четырехцилиндрового нетурбированного бензинового двигателя при определенных оборотах силового агрегата:

 

График по оси «Y» указан в киловаттах (кВт).

 

Да, двигатель машины на низких оборотах звучит более-менее нормально. Но в маломощных моторах на низких оборотах большое количество лошадиных сил не доступно. Вот пример, на примере вышеуказанного графика: -при 1.500 тыс. оборотах двигателя в минуту доступно только лишь 26 л.с., при 2.000 тыс. об/мин- только 38 л.с., а при 3.000 тыс. об/мин- только лишь 61 л.с. Что это означает на примере 1,6 литрового четырехцилиндрового  нетурбированного мотора?

 

По сути следующее. Если вы используете машину в городе, то в большинстве таких случаев вы управляете машиной мощностью примерно не более 70 — 80 л.с., поскольку, при эксплуатации машины в городе обороты двигателя не превышают 3.000 — 3.500 тыс. об/мин. А судя по тому же графику при таких оборотах двигателя ждать от машины большой мощности не стоит. 

 

Теперь давайте для примера возьмем другой более маленький двигатель. Например, бензиновый двигатель объемом 1,2 литра с турбиной. Теоретически такой силовой агрегат имеет мощность в 105 л.с. Этот мотор по сравнению с 1,6 литровым нетурбированным мотором чувствует себя намного более живым и динамичным в повседневной езде по городу..

 

Например, при 1.500 тыс. оборотах двигателя в минуту этот 1,2 литровый мотор выдает мощность в 38 л.с., при 2.000 тыс. об/мин уже 51 л.с., а при 3.000 тыс. об/мин такой силовой агрегат может выдавать мощность в 74 л.с.

Видите или замечаете разницу между мощностью двух двигателей? И это с условием того, что мы сравнениваем с вами обычный мотор объемом в 1,6 литра с маленьким мотором в 1,2 литра. Удивительно, не правда ли друзья?

 

График по оси «Y» указан в киловаттах (кВт).

 

Вы заметили, что на наших графиках имеется не только показатель мощности и оборотов двигателя? На всех них (графиках) есть еще один показатель — это крутящий момент, который обязательно должен присутствовать для замера мощности и возможности двигателя. Без этого показателя вы никогда не сможете узнать о характере и о потенциале силового агрегата той или иной автомашины. 

 

Чтобы разбираться и понимать такие графики не надо быть ученым или специалистом. Здесь довольно-таки все просто. Вот что вы должны знать для себя, чтобы уметь интерпретировать и читать подобные графики. 

 

На горизонтальной оси («Х») указаны обороты двигателя (которые увеличиваются слева направо). По вертикальной оси («Y») слева указано обозначение мощности. Справа — сила крутящего момента двигателя. 

Как вы друзья в итоге видите, с помощью замеров специальным оборудованием можно увидеть на что способен любой из двигателей. Дело в следующем, замеряя как работает двигатель это специальное оборудование строит определенный график изменения мощности и крутящего момента в двигателе, и все это по мере повышения оборотов работы мотора. 

 

На графике вы можете увидеть, как показатели лошадиных сил и крутящего момента взаимосвязаны между собой. Диаграмма замера крутящего момента дает вам более полное представление о характере двигателя автомобиля. Сам график также дает вам визуальное представление о том, в каком диапазоне ваш двигатель является достаточно мощным, а в каком он ослабевает. 

 

Правда с научной точки зрения, если вы хотите более подробнее узнать на что способен ваш автомобиля, помимо такого исследования мощности и крутящего момента вам необходимо  сопоставлять также еще и замеры с текущей передачи включенной в данный момент на трансмиссии. Дело все в том, что любой крутящий момент доступный в автомобиле передается в конечном итоге на колеса. Но правда не будем забывать, что этот крутящий момент проходит через коробку передач и через ряд других элементов автомобиля. В итоге такой крутящий момент немного теряется из-за силы трения деталей.

 

В среднем этот показатель потерь составляет около 2 — 3%. То есть сила крутящего момента падает от двух до трех процентов в момент ее передачи на колеса. Количество теряемой силы безусловно зависит от того какая передача будет включена на коробке, а также от ее конструкции и от типа используемого масла.

 

Если вы хотите по-точнее узнать о истинном характере и о способности двигателя в вашем автомобиле, то посмотрите пожалуйста на кривую крутящего момента отображенную на графике. Если кривая крутящего момента начинается слишком низко и достигает максимальной силы в середине диапазона оборотов двигателя, то такой автомобиль не будет тянуть на низких оборотах.

Это означает следующее, что для увеличения скорости и чтобы машина начала ехать быстрее, двигателю будет не хватать той самой силы чтобы сделать это быстро. Если же линия крутящего момента на графике начинается достаточно высоко на маленьких оборотах двигателя, то это означает, что для вашей машины доступен большой крутящий момент на низких оборотах мотора. В этом случае на низких оборотах автомобиль будет разгоняться быстро и не напрягаясь.

 

Большой крутящий момент доступный на низких оборотах двигателя, еще не будет говорить о том, что ваш автомобиль сможет использовать всю силу для разгона или обгона. Помните друзья, что динамика машины определяется не только графиком крутящего момента, но и также зависит от передаточных чисел коробки передач. 

Как правило, автопроизводители оснащают маломощные автомобили трансмиссиями с короткими соотношениями передач. В таких автомобилях вы должны чаще переключать коробку для максимально быстрого разгона. Таким вот образом автомобильные компании компенсируют маломощность моторов заставляя машину разгоняться немного быстрее на более низких оборотах двигателя, где обычно и как правило, не хватает мощности и крутящего момента. 

 

Смотрите также: Мировые автомобили с самым большим крутящим моментом

 

В этом отношении идеальными считаются дизельные двигатели в сочетании с трансмиссиями с короткими передачами. Дело тут вот в чем, дизельные моторы отличаются хорошим показателями максимального крутящего момента на низких оборотах двигателя. Благодаря этому дизельные автомобили легче преобразуют энергетический потенциал в максимальную динамику на низких оборотах. 

 

 

Если вы знаете о передаточном отношении трансмиссии автомобиля и о технических характеристиках двигателя (крутящий момент, мощность и т.п.), то вы можете получить довольно хорошее представление о фактической движущейся силе, которая передается на колеса автомобиля. Правда для этого вам понадобятся более сложные вычисления, чем простой обзор графика на котором изображено соотношение мощности, крутящего момента к оборотам двигателя. Как правило, более сложные показатели крутящего момента доступного на ведущих колесах автомобиля вычисляются инженерами, которые умеют более точно отвечать на вопрос, какой на самом деле реальный крутящий момент доступен в том или ином автомобиле. 

 

К нашему сожалению, графики самих автопроизводителей не расскажут вам всю правду о потенциале автомобиля который вас интересует. Ведь все эти официальные графики построены при условии максимальной нагрузки на двигатель. Так что друзья вы не сможете узнать для себя, какой на самом деле потенциал машины при половине используемой мощности двигателя. 

 

Также имеются еще немало факторов, которые влияют на реальную динамику машины на дороге. Например, помимо мощности и крутящего момента не маловажную роль играет отзывчивость самой педали газа. Ведь не для кого не секрет, что между нажатием педали газа и реагированием двигателя есть определенная задержка. Именно эта длина задержки и влияет на отзывчивость педали газа в современных автомобилях.

 

К сожалению многие современные транспортные средства имеют на сегодня отвратительный показатель отзывчивости педали газа. Все это связано непосредственно с современной электроникой, которой напичканы буквально все автомобили нашего времени. Электроника, как правило, применяется в машинах для того, чтобы снизить уровень выхлопных газов в процессе работы двигателя внутреннего сгорания.

 

Таким образом в мире постоянно ужесточаются экологические нормы, а автопроизводители просто вынуждены подстраиваться к экологическим требованиям производя автомобили с различными электронными системами отвечающими за экологичность. В конечном итоге это и влияет на их надежность, качество и на динамичность.

 

К большому сожалению, буквально все автопроизводители стараются скрыть от нас с вами полные технические характеристики автомобилей, демонстрируя нам тем самым лишь только небольшую часть данных о машине. Тем не менее, в сети интернет можно найдете немало различных графиков с замерами крутящего момента и мощности множества моделей автомобилей. Если учесть тот факт, что количество двигателей в мире существенно меньше количества моделей автомобилей, то для вас не составит особого труда узнать реальный потенциал практически любого современного автомобиля, который вы собираетесь приобрести или уже купили. 

 

Так что друзья, перед принятием решения о покупке определенной модели автомобиля обязательно посмотрите на график исследования мощности и крутящего момента двигателя данной машины, сопоставив таким образом данные друг с другом. Также, перед самой покупкой, не забудьте друзья заказать длительный тест-драйв таковой автомашины.

 

Ни в коем случае не довольствуйтесь коротким тест-драйвом в течение 15 — 30 минут. 

Ваша задача протестировать машину как минимум в течении 12 часов, чтобы понять, на что способен этот автомобиль. За это время (за эти часы) вы реально сможете узнать фактически все плюсы и минусы данной автомодели. Протестировав автомобиль в том же режиме и на тех самых дорогах где вы чаще всего будете его эксплуатировать, вы поймете, стоит ли вам тратить деньги именно на это транспортное средство. 

 

Так что запомните друзья следующее, если технические характеристики автомобиля вам подходят и графики крутящего момента и мощности вас тоже устраивают, но все-же при тестировании на реальной дороге вы начинаете понимать, что вам в автомобиле что-то или чего-то не нравится (например, динамика автомобиля или рычащий неприятный звук двигателя), то советуем вам отказаться от нее и выбрать другую модель или марку авто.

 

Ни в коем случае не приобретайте автомобиль который вам не нравится в душе. Помните о том, что транспортное средство приобретается надолго и вряд ли стоит покупать такую машину, которая будет портить вам настроение и частенько расстраивать. Ведь настроение находясь за рулем машины — это залог вашей безопасности. 

 

И конечно же друзья ни в коем случае не смотрите только лишь на мощность авто, считая, что это самое главное в автомобиле. А также помните, что большой крутящий момент еще не означает, что такая машина будет иметь динамичный характер. Все зависит от того на каком диапазоне работы двигателя доступны эти показатели. Также необходимо помнить, что конечная мощность и крутящий момент поступающие на колеса существенно отличаются от тех заявленных производителем в технических характеристиках.

 

Не забывайте господа, что сила трения в коробке передач и также в других элементах автомобиля, через которые проходит крутящий момент, существенным образом его снижают. 

Каков максимальный крутящий момент асинхронного двигателя

В статье Уравнение крутящего момента асинхронного двигателя мы видели развиваемый крутящий момент и его уравнение. Здесь обсуждается условие максимального крутящего момента асинхронного двигателя. Крутящий момент, создаваемый асинхронным двигателем, в основном зависит от следующих трех факторов. Это сила тока ротора; магнитный поток взаимодействует между ротором двигателя и коэффициентом мощности ротора.Значение крутящего момента при работающем двигателе определяется уравнением, показанным ниже:

Полный импеданс RC-цепи всегда находится между и 90º . Импеданс — это сопротивление, предлагаемое элементом электронной схемы протеканию тока. Если предполагается, что импеданс обмотки статора пренебрежимо мал. Таким образом, для заданного напряжения питания V 1 , E 20 остается постоянным.

Развиваемый крутящий момент будет максимальным, когда правая часть уравнения (4) будет максимальной.Это условие возможно, когда значение знаменателя, показанного ниже, равно нулю.

Лет,

Следовательно, развиваемый крутящий момент является максимальным, когда сопротивление ротора на фазу равно реактивному сопротивлению ротора на фазу в рабочих условиях. Помещая значение sX 20 = R 2 в уравнение (1), мы получаем уравнение для максимального крутящего момента .

Приведенное выше уравнение показывает, что максимальный крутящий момент не зависит от сопротивления ротора.

Если s M — значение скольжения, соответствующее максимальному крутящему моменту, то из уравнения (5)

Следовательно, скорость ротора при максимальном крутящем моменте определяется уравнением, показанным ниже.

Следующий вывод о максимальном крутящем моменте можно сделать из уравнения (7), приведенного ниже.

  • Не зависит от сопротивления цепи ротора.
  • Крутящий момент в максимальном состоянии изменяется обратно пропорционально реактивному сопротивлению ротора в состоянии покоя.Следовательно, для максимального крутящего момента X 20 и, следовательно, индуктивность ротора должна быть как можно меньшей.
  • Изменяя сопротивление в цепи ротора, можно получить максимальный крутящий момент при любом желаемом скольжении или скорости. Это зависит от сопротивления ротора при скольжении (s M = R 2 / X 20 ).

Для развития максимального крутящего момента в состоянии покоя сопротивление ротора должно быть высоким и должно быть равно X 20 .Но для достижения максимального крутящего момента в рабочем режиме сопротивление ротора должно быть низким.

Состояние максимального крутящего момента асинхронного двигателя и выражение


В последней статье мы видели уравнение крутящего момента асинхронного двигателя, то есть величина крутящего момента, создаваемого на роторе, зависит от тока ротора, сопротивления ротора, реактивного сопротивления ротора и скольжения.

Из характеристик скольжения асинхронного двигателя можно заметить, что крутящий момент двигателя прямо пропорционален скольжению до тех пор, пока двигатель не достигнет максимального крутящего момента T max i.е., при полной нагрузке. Как только величина нагрузки на двигатель достигает своего максимального крутящего момента, мы можем увидеть обратную зависимость (обратную пропорциональность) между крутящим моментом и скольжением для любого дальнейшего увеличения нагрузки.

На рисунке ниже показано влияние изменения нагрузки на асинхронный двигатель.


Давайте посмотрим условие и выражение для получения максимального крутящего момента в асинхронном двигателе.


Максимальный крутящий момент асинхронного двигателя:


Выражение для крутящего момента, создаваемого в асинхронном двигателе в рабочем состоянии, дается как,

В асинхронном двигателе, чтобы получить условие максимального крутящего момента, дифференцируя уравнение крутящего момента по отношению к скольжению (поскольку скольжение является переменной величиной по отношению к крутящему моменту) и приравнивая его к нулю.

Следовательно,

Где
  • R 2 = Сопротивление ротора
  • X 2 = Реактивное сопротивление ротора
  • s = Скольжение двигателя

Следовательно, создаваемый крутящий момент является максимальным, когда сопротивление ротора равно времени скольжения реактивное сопротивление ротора, или мы можем сказать, что в рабочем состоянии создаваемый крутящий момент будет максимальным, когда сопротивление ротора равно реактивному сопротивлению ротора.

Из вышеуказанного условия, проскальзывание м , при котором крутящий момент является максимальным, определяется выражением



Выражение для максимального крутящего момента:


Выражение для максимального крутящего момента можно получить, подставив R
2 = s X 2 в уравнение крутящего момента.

Уравнение крутящего момента:


Подставляя R
2 = s X 2 в приведенное выше уравнение,

Из выражения T

max можно заметить, что:
  1. Нет связи между максимальным крутящим моментом и сопротивлением ротора (независимо от сопротивления ротора).
  2. Но здесь реактивное сопротивление ротора определяется сопротивлением ротора. Следовательно, максимальный крутящий момент также зависит от сопротивления ротора.
  3. Максимальный крутящий момент обратно пропорционален реактивному сопротивлению ротора i.е., от реактивного сопротивления ротора до крутящего момента.
  4. Она прямо пропорциональна квадрату ЭДС, индуцированной неподвижным ротором.

Крутящий момент в токовой петле: двигатели и счетчики

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите, как работают двигатели и счетчики с точки зрения крутящего момента в токовой петле.
  • Рассчитайте крутящий момент на токоведущей петле в магнитном поле.

Двигатели являются наиболее распространенным приложением магнитной силы к токоведущим проводам. Двигатели имеют проволочные петли в магнитном поле. Когда ток проходит через петли, магнитное поле оказывает на петли крутящий момент, который вращает вал. При этом электрическая энергия преобразуется в механическую работу. (См. Рисунок 1.)

Рисунок 1. Крутящий момент в токовой петле. Токопроводящая петля из проволоки, прикрепленная к вертикально вращающемуся валу, испытывает магнитные силы, которые создают вращающий момент по часовой стрелке, если смотреть сверху.

Давайте исследуем силу на каждом сегменте петли на рисунке 1, чтобы найти крутящие моменты, возникающие вокруг оси вертикального вала. (Это приведет к полезному уравнению для крутящего момента на петле.) Мы считаем, что магнитное поле однородно по прямоугольной петле, которая имеет ширину × и высоту × . Во-первых, отметим, что силы на верхнем и нижнем сегментах вертикальны и, следовательно, параллельны валу, не создавая крутящего момента. Эти вертикальные силы равны по величине и противоположны по направлению, так что они также не создают результирующей силы на петле.На рис. 2 показаны виды петли сверху. Крутящий момент определяется как τ = rF sin θ , где F — сила, r — расстояние от оси поворота, на которое прикладывается сила, а θ — угол между r и F . Как видно на рисунке 2 (a), правило правой руки 1 дает силам по бокам равными по величине и противоположными по направлению, так что результирующая сила снова равна нулю. Однако каждая сила производит вращающий момент по часовой стрелке.Поскольку r = w /2, крутящий момент на каждом вертикальном сегменте равен ( w /2) F sin θ , и эти два складываются, чтобы получить общий крутящий момент.

[латекс] \ tau = \ frac {w} {2} F \ sin \ theta + \ frac {w} {2} F \ sin \ theta = wF \ sin \ theta \\ [/ latex]

Рис. 2. Вид сверху токоведущей петли в магнитном поле. (a) Уравнение для крутящего момента выводится с использованием этого представления. Обратите внимание, что перпендикуляр к петле образует угол θ с полем, которое совпадает с углом между w / 2 и F.(b) Максимальный крутящий момент возникает, когда θ является прямым углом и sin θ = 1. (c) Нулевой (минимальный) крутящий момент возникает, когда θ равен нулю и sin θ = 0. (d) Крутящий момент меняется на противоположное. после того, как цикл повернется дальше θ = 0.

Теперь каждый вертикальный сегмент имеет длину l , которая перпендикулярна B , так что сила на каждом из них составляет [латекс] F = IlB \ [/ латекс]. Ввод F в выражение для крутящего момента дает

[латекс] \ тау = wIlB \ sin \ theta \\ [/ латекс].

Если у нас есть несколько петель на Н, витков, мы получим Н, в раз больше крутящего момента одной петли. Наконец, обратите внимание, что площадь петли составляет A = wl ; выражение для крутящего момента становится

[латекс] \ тау = NIAB \ sin \ theta \\ [/ латекс].

Это крутящий момент на токоведущей петле в однородном магнитном поле. Можно показать, что это уравнение справедливо для петли любой формы. Петля несет ток I, , имеет N, витков, каждый из которых имеет площадь A, , а перпендикуляр к петле составляет угол θ с полем B .Чистая сила на петле равна нулю.

Пример 1. Расчет крутящего момента на токопроводящей петле в сильном магнитном поле

Найдите максимальный крутящий момент на 100-витковой квадратной петле провода длиной 10,0 см на стороне, по которой проходит ток 15,0 А в поле 2,00 Тл.

Стратегия

Крутящий момент на петле можно найти с помощью [latex] \ tau = NIAB \ sin \ theta \\ [/ latex]. Максимальный крутящий момент возникает, когда θ = 90º и sin θ = 1.

Решение

Для sin θ = 1 максимальный крутящий момент составляет

[латекс] \ tau _ {\ text {max}} = NIAB \\ [/ latex]

Ввод известных значений дает

[латекс] \ begin {array} {lll} \ tau _ {\ text {max}} & = & \ left (100 \ right) \ left (15.{2} \ right) \ left (2.00 \ text {T} \ right) \\ & = & 30.0 \ text {N} \ cdot \ text {m} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение

Этот крутящий момент достаточно велик, чтобы его можно было использовать в двигателе.

Крутящий момент, указанный в предыдущем примере, является максимальным. По мере вращения катушки крутящий момент уменьшается до нуля при θ = 0. Затем крутящий момент меняет направление на , когда катушка вращается дальше θ = 0. (См. Рисунок 2 (d)). Это означает, что, если только мы что-то делаем, катушка будет колебаться взад и вперед относительно равновесия при θ = 0.Чтобы катушка продолжала вращаться в том же направлении, мы можем обратить ток, когда он проходит через θ = 0, с помощью автоматических переключателей, называемых щетками . (См. Рисунок 3.)

Рис. 3. (a) Поскольку угловой момент катушки передает его через θ = 0, щетки меняют направление тока, чтобы поддерживать крутящий момент по часовой стрелке. (b) Катушка будет непрерывно вращаться по часовой стрелке, при этом ток меняет направление на каждую половину оборота, чтобы поддерживать вращающий момент по часовой стрелке.

Измерители , например, в аналоговых датчиках уровня топлива в автомобиле, являются еще одним распространенным приложением магнитного момента к токоведущей петле. На рисунке 4 показано, что счетчик очень похож по конструкции на двигатель. Измеритель на рисунке имеет форму магнитов, ограничивающую влияние θ , делая B перпендикулярно петле в большом диапазоне углов. Таким образом, крутящий момент пропорционален I , а не θ . Линейная пружина создает противодействующий крутящий момент, который уравновешивает текущий крутящий момент.Это делает отклонение иглы пропорциональным I . Если точная пропорциональность не может быть достигнута, показания манометра можно откалибровать. Чтобы создать гальванометр для использования в аналоговых вольтметрах и амперметрах, которые имеют низкое сопротивление и реагируют на небольшие токи, мы используем большую площадь контура A, , высокое магнитное поле B и катушки с низким сопротивлением.

Рис. 4. Счетчики очень похожи на двигатели, но вращаются только на часть оборота. Магнитные полюса этого измерителя имеют такую ​​форму, чтобы компонент B был перпендикулярен контуру, так что крутящий момент не зависит от θ , а отклонение от возвратной пружины пропорционально только току I .

Сводка раздела

  • Крутящий момент τ на токоведущей петле любой формы в однородном магнитном поле. является

    [латекс] \ tau = NIAB \ sin \ theta \\ [/ latex],

    , где N — количество витков, I — ток, A — площадь контура, B — напряженность магнитного поля, а θ — угол между перпендикуляром к контуру и магнитное поле.

Концептуальные вопросы

1.Нарисуйте диаграмму и используйте RHR-1, чтобы показать, что силы на верхнем и нижнем сегментах токовой петли двигателя на Рисунке 1 являются вертикальными и не создают крутящего момента вокруг оси вращения.

Задачи и упражнения

1. (a) На сколько процентов уменьшается крутящий момент двигателя, если его постоянные магниты теряют 5,0% своей силы? (b) На сколько процентов необходимо увеличить ток, чтобы вернуть крутящий момент к исходным значениям?

2. (a) Каков максимальный крутящий момент на прямоугольной петле на 150 витков провода 18.0 см на стороне, по которой проходит ток 50,0 А в поле 1,60 Тл? (b) Каков крутящий момент, когда θ составляет 10,9º?

3. Найдите ток через петлю, необходимый для создания максимального крутящего момента 9,00 Н. Петля имеет 50 квадратных витков со стороной 15,0 см и находится в однородном магнитном поле 0,800 Тл.

4. Рассчитайте напряженность магнитного поля, необходимую для квадратной петли с 200 витками, со стороной 20,0 см, чтобы создать максимальный крутящий момент 300 Н · м, если петля выдерживает 25,0 А.

5.Поскольку уравнение для крутящего момента в токоведущей петле имеет вид [латекс] \ tau = NIAB \ sin \ theta \\ [/ latex], единицы N ⋅ m должны равняться единицам A ⋅ m 2 T. Проверьте это .

6. (a) При каком угле θ крутящий момент в токовой петле составляет 90,0% от максимума? (b) 50,0% от максимума? (c) 10,0% от максимума?

7. Протон имеет магнитное поле из-за его спина на своей оси. Поле аналогично полю, создаваемому круговой токовой петлей радиусом 0,650 × 10 −15 м с током 1.05 × 10 4 А (без шуток). Найдите максимальный крутящий момент на протоне в поле 2,50 Тл. (Это значительный крутящий момент для маленькой частицы.)

8. (a) Круговая петля из 200 витков радиусом 50,0 см является вертикальной с осью на линии восток-запад. Ток в 100 А циркулирует в контуре по часовой стрелке, если смотреть с востока. Поле Земли здесь направлено на север, параллельно земле, с напряженностью 3,00 × 10 −5 Т. Каковы направление и величина крутящего момента на петле? (б) Имеет ли это устройство какое-либо практическое применение в качестве двигателя?

Глоссарий

двигатель:
петля из проволоки в магнитном поле; когда ток проходит через петли, магнитное поле оказывает на петли крутящий момент, который вращает вал; электрическая энергия преобразуется в механическую работу в процессе
метр:
обычное приложение магнитного момента к токоведущей петле, которая по конструкции очень похожа на двигатель; По конструкции крутящий момент пропорционален I , а не θ , поэтому отклонение иглы пропорционально току

Упражнения

1.{2} \ left (\ frac {\ text {N}} {\ text {A} \ cdot \ text {m}} \ right) = \ text {N} \ cdot \ text {m} \\ [/ latex ]

7. 3,48 × 10 −26 Н м

Выходной крутящий момент

— обзор

В этом разделе будут рассмотрены сравнительные характеристики различных стратегий управления и установлены взаимосвязи между ними.

8.4.6.2 Взаимосвязи частот прерывания.

Подобно взаимосвязи крутящего момента, мы можем каталогизировать взаимосвязь частоты прерывания.Это показано в Таблице 8.3. Также можно составить следующее выражение для соотношений между частотами разрывов:

Таблица 8.3. Сравнение нормированных частот прерываний

Стратегия управления Нормализованная частота прерываний
MTPAC / MEC 1
MPFC ξ2 904 ξ2 904 902 904 904

(8,142) (ωnmax⁡) MTPAC / MEC≤ (ωnmax⁡) MPFC≤ (ωnmax⁡) MRCTC

Примечание 8.29 Одна тенденция, которая очевидна из Таблица 8.3 , заключается в том, что стратегии MPFC и MRCTC обеспечивают компромисс между более низким выходным крутящим моментом и более высокой частотой прерывания .

Замечание 8.30 Изучив Таблицы 8.2 и 8,3 , можно увидеть, что существует интересная взаимосвязь между MTPAC и MRCTC. Очевидно, что для MTPAC T n ω nmx = 1. То же выражение для стратегии MRCTC:

(8.143) Tnmax⁡ωnmax⁡ = (2ξξ2 + 1) (ξ2 + 12ξ) = 1

(8.144) ∴ (Tnmax⁡ωnmax⁡) MTPAC = (Tnmaxωnmax⁡) MRCTC.

Следовательно, эти две стратегии управления производят одинаковую максимальную выходную мощность в условиях номинальной угловой скорости и выходного крутящего момента. Можно показать, что эта взаимосвязь уникальна между этими двумя CAC-стратегиями .

Взаимосвязь крутящего момента и частоты прерывания показана на рис. 8.14. Этот рисунок также иллюстрирует компромисс между коэффициентом усиления и пропускной способности, который возникает при использовании различных стратегий управления.

РИСУНОК 8.14. Сравнение характеристик крутящего момента и скорости для различных стратегий управления постоянным углом для SYNCREL (при условии ξ = 10).

Замечание 8.31 Обратите внимание, что для MPFC T n ≈0,58 о.е. и ω max ≈ 2.3. Это означает, что T nmax ω nmax ≈0,58 × 2,3 = 1,334, , что больше, чем такое же значение для MTPAC или MRCTC. Следовательно, MPFC может производить больше энергии, чем MTPAC или MRCTC при v n = 1 и i n = 1.

Замечание 8.32 Выше частоты разрыва, когда угол остается постоянным на определенном значении для стратегии управления, можно показать, что крутящий момент падает α1 / ω 2 n .

8.4.6.3 Скорость изменения взаимосвязей крутящего момента.

Соответствующая скорость изменения уравнений крутящего момента для каждой из стратегий CAC может быть получена путем перестановки (8.105), чтобы получить

(8.145) p’Tn = ± 2Tn (vn2-ωn2Tn) для MTPAC

(8.146) p’Tn = ± 2Tn (ξ2 + 12ξvn2 − ωn2Tn) для MRCTC

(8.147) p’Tn = ± 2Tn (ξ2 + 1ξ (ξ + 1) vn2 − ωn2Tn) для MPFC

Выражение для скорости изменения крутящего момента для стратегии CCD AC было дано в (8.140).

Имея эти выражения, есть несколько различных графиков, которые можно использовать для сравнения. Например, график напряжения, необходимого на машине для достижения определенного значения p T n при определенном уровне крутящего момента. В качестве альтернативы можно зафиксировать напряжение и построить график зависимости скорости изменения крутящего момента от нормализованного крутящего момента.

Замечание 8.33 Интерпретация различных стратегий на только что предложенных графиках не так проста, как может показаться. Например, для MTPAC и MRCTC, если мы построим график для диапазона крутящего момента от 0 до 1 о.е., то это означает, что MRCTC будет работать с гораздо большими крутящими моментами, чем нормальный номинальный крутящий момент для этой стратегии (что означает, что токи будут больше, чем номинальные токи) .

График напряжения, необходимого для каждой стратегии для получения нормализованной скорости изменения крутящего момента p T n = 5 / 2π с ω n = 1 и ξ = 10 показан на рис.8.15.

РИСУНОК 8.15. Напряжение, необходимое для стратегий управления, когда p T n = 5 / 2π и ω n = 1, ξ = 10.

Как видно, MRCTC требует наименьшего напряжения для достичь требуемого p T n во всем диапазоне крутящего момента, за которым следует MPFC. Однако при очень низких моментах нагрузки все стратегии CAC требовали увеличения напряжения для поддержания p T n .Это происходит из-за меньшей обратной ЭДС на оси d станка, которая обычно способствует увеличению тока оси d. Поскольку текущие углы должны быть постоянными, скорость изменения крутящего момента определяется скоростью, с которой ток может изменяться по оси d машины.

Когда T n = 0, необходимое напряжение стремится к бесконечности. Поскольку ток в машине теперь равен нулю, магнитный поток в машине отсутствует. Следовательно, при приложении напряжения магнитный поток изменяется со скоростью, но мгновенно поток все еще равен нулю.Причину бесконечного напряжения немного сложнее объяснить эвристически. Ключом к такому поведению является соотношение между токами в машине (токи связаны соотношением tan θ = i r qn / i r dn ). Это означает, что крутящий момент связан в квадратичном смысле с любым из токов, и поэтому производная крутящего момента должна быть равна нулю при нулевом токе (как и производная общей квадратичной функции в нуле).Крутящий момент эффективно реагирует на вторую производную тока.

Замечание 8.34 Читатель заметит, что стратегия управления постоянным потоком (CFC), ранее упомянутая в примечании 8.27, также представлена ​​на этой диаграмме. Обратите внимание на очень низкую производительность этой стратегии по отношению ко всем остальным .

Стратегия управления CCDAC, похоже, не очень хорошо работает в условиях, показанных на рис. 8.15, за исключением очень низких крутящих моментов, когда очевидно, что для данной скорости изменения крутящего момента потребуется меньшее напряжение. 15

Как упоминалось ранее, другой способ посмотреть на скорость изменения крутящего момента — это фиксировать напряжение и частоту по величине и изменять уровень крутящего момента. Результат этого анализа показан на рис. 8.16 и 8.17.

РИСУНОК 8.16. Скорость изменения крутящего момента при v n = 1, ω n = 1, ξ = 10.

РИСУНОК 8.17. Скорость изменения крутящего момента при v n = 1, ω n = 0.3, ξ = 10.

Основные наблюдения из рис. 8.16:

1.

При очень низких крутящих моментах все стратегии имеют очень низкие скорости изменения крутящего момента.

2.

Для высоких угловых скоростей стратегии CAC обычно имеют более высокие скорости изменения крутящего момента.

3.

Стратегия MRCTC имеет самый быстрый dT n / d 0 t ), как и ожидалось из предыдущего анализа.

4.

Стратегия CFC снова показывает очень низкую производительность.

5.

В этом состоянии CCDAC работает плохо, потому что эта стратегия поддерживает довольно постоянный высокий уровень магнитного потока в машине. Поэтому большая часть доступного напряжения поглощается для противодействия обратной ЭДС, создаваемой этим высоким магнитным потоком. С другой стороны, стратегии CAC имеют уровень магнитного потока, который зависит от уровня крутящего момента в машине.

6.

При T n = 1 MTPAC имеет ноль p T n , поскольку нет напряжения для изменения тока.

Рисунок 8.17 похож на график на рис. 8.16, за исключением того, что угловая скорость ниже. Наиболее значительным изменением является то, что теперь CCDAC имеет значительно лучшую производительность, чем все другие стратегии CAC. Фактически, напряжение, необходимое для определенной скорости изменения крутящего момента, практически не зависит от уровня крутящего момента.Стратегия CFC также улучшила производительность в этих условиях, но опять же ее производительность только средняя и ниже, чем у многих из стратегий CAC.

Общие выводы, которые можно сделать, следующие:

1.

На высоких скоростях MRCTC дает превосходную производительность p T n для большинства уровней крутящего момента по сравнению с другими стратегиями.

2.

На средней и низкой скорости стратегия CCDAC дает превосходные характеристики с точки зрения p T n .

3.

Чтобы оптимизировать скорость изменения характеристик крутящего момента, необходимо переключаться между стратегией CCDAC и MRCTC в зависимости от скорости и уровня крутящего момента, на которых работает машина [10].

Момент нагрузки — обзор

11.4.1 Нагрузка с постоянным крутящим моментом

Нагрузка с постоянным крутящим моментом означает, что крутящий момент, необходимый для поддержания работы нагрузки, одинаков на всех скоростях. Хорошим примером является подъемник барабанного типа, в котором требуемый крутящий момент зависит от нагрузки на крюк, но не от скорости подъема.Пример показан на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Таль с приводом от двигателя — нагрузка с постоянным крутящим моментом.

Диаметр барабана составляет 0,5 м, поэтому, если максимальная нагрузка (включая трос) составляет, скажем, 1000 кг, натяжение троса (мг) будет 9810 Н, а крутящий момент, приложенный нагрузкой на барабан, будет задан. на Усилие × радиус = 9810 × 0,25 ≈ 2500 Нм. Когда скорость постоянна (т. Е. Нагрузка не ускоряется), крутящий момент, создаваемый двигателем на барабане, должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому нагрузкой на барабан.(Слово «противоположный» в последнем предложении часто опускается, при этом подразумевается, что установившийся двигатель и момент нагрузки обязательно должны действовать противоположно.)

Предположим, что скорость подъема должна контролироваться при любом значении вплоть до максимального. 0,5 м / с, и мы хотим, чтобы это соответствовало максимальной скорости двигателя около 1500 об / мин, что является разумной скоростью для широкого диапазона двигателей. Скорость подъема 0,5 м / с соответствует скорости барабана 19 об / мин, поэтому подходящее передаточное число будет, скажем, 80: 1, что дает максимальную скорость двигателя 1520 об / мин.

Нагрузочный момент со стороны двигателя редуктора будет уменьшен в 80 раз, с 2500 Нм до 31 Нм на двигателе. Мы также должны учитывать трение в коробке передач, эквивалентное, возможно, 20% крутящего момента при полной нагрузке, поэтому максимальный крутящий момент двигателя, необходимый для подъема, будет составлять 37 Нм, и этот крутящий момент должен быть доступен на всех скоростях вплоть до 1520 об / мин. / мин.

Теперь мы можем нарисовать установившуюся кривую крутящего момента-скорости нагрузки, видимой двигателем, как показано на рис.11.8.

Рис. 11.8. Требования к крутящему моменту для двигателя в подъемном устройстве (рис. 11.7).

Мощность двигателя в установившемся режиме получается как произведение крутящего момента (Нм) и угловой скорости (рад / с). Таким образом, максимальная продолжительная мощность двигателя для подъема равна

(11,1) Pmax = 37 × 1520 × 2π60 = 5,9 кВт

На этом этапе всегда полезно проверить, что мы получим примерно такой же ответ для мощности. с учетом работы, проделанной за секунду при нагрузке. Сила ( F ) на груз составляет 9810 Н, скорость ( v ) равна 0.5 м / с, поэтому мощность (Fv) составляет 4,9 кВт. Это на 20% меньше, чем мы получили выше, потому что здесь мы проигнорировали потерю мощности в коробке передач.

На данный момент мы установили, что нам нужен двигатель, способный непрерывно выдавать 5,9 кВт при 1520 об / мин, чтобы поднимать самый тяжелый груз с максимальной необходимой скоростью. Однако мы еще не рассмотрели вопрос о том, как груз ускоряется из состояния покоя и доводится до максимальной скорости. Во время фазы ускорения двигатель должен создавать крутящий момент, превышающий крутящий момент нагрузки, иначе нагрузка снизится, как только будет снят тормоз.Чем больше разница между крутящим моментом двигателя и крутящим моментом нагрузки, тем выше ускорение. Предположим, мы хотим, чтобы самый тяжелый груз достиг полной скорости из состояния покоя, скажем, за 1 секунду, и предположим, что мы решили, что ускорение должно быть постоянным. Мы можем рассчитать необходимый ускоряющий момент из уравнения движения, т.е.

(11.2) TorqueNm = Inertiakgm2 × Angularaccelerationradsec2.

Обычно мы считаем, что лучше всего работать в терминах переменных, видимых двигателем, и поэтому нам сначала нужно найти эффективную полную инерцию, видимую на валу двигателя, затем рассчитать ускорение двигателя и, наконец, использовать уравнение.(11.2) для получения ускоряющего момента.

Эффективная инерция складывается из инерции самого двигателя, указанной инерции барабана и редуктора и указанной инерции груза на крюке. Термин «приведенная инерция» означает кажущуюся инерцию, если смотреть на редуктор со стороны двигателя. Если коробка передач имеет передаточное число n : 1 (где n больше 1), инерция J на ​​низкой скорости оказывается инерцией J / n 2 на высокой скорости. боковая сторона.В этом примере нагрузка на самом деле движется по прямой линии, поэтому нам нужно спросить, какова эффективная инерция груза, «видимая» на барабане. Геометрия здесь проста, и нетрудно увидеть, что с точки зрения инерции, наблюдаемой барабаном, кажется, что груз прикреплен к поверхности барабана. Затем инерция нагрузки на барабане получается с использованием формулы для инерции массы m, расположенной на радиусе r , то есть Дж = mr 2 , что дает эффективную инерцию нагрузки на барабане как 1000 кг × ( 0.25 м) 2 = 62,5 кгм 2 .

Эффективная инерция нагрузки со стороны двигателя составляет 1 / (80) 2 × 62,5 ≈ 0,01 кгм 2 . К этому следует добавить в первую очередь инерцию двигателя, которую мы можем получить, проконсультировавшись с каталогом производителя для двигателя 5,9 кВт, 1520 об / мин. Это будет просто для постоянного тока. мотор, но переменный ток каталоги двигателей, как правило, дают номинальные значения только для рабочих частот, и здесь необходимо выбрать двигатель с правильным крутящим моментом и возможную кривую крутящего момента и скорости для рассматриваемого типа привода.Для простоты предположим, что мы нашли двигатель точно требуемой мощности с инерцией ротора 0,02 кгм 2 . Приведенная инерция барабана и коробки передач должна быть добавлена, и мы снова должны вычислить или найти. Предположим, это дает дополнительные 0,02 кгм 2 . Таким образом, общая эффективная инерция составляет 0,05 кгм 2 , из которых 40% приходится на сам двигатель.

Ускорение получить просто, поскольку мы знаем, что скорость двигателя должна повыситься с нуля до 1520 об / мин за 1 с.Угловое ускорение определяется увеличением скорости, деленным на затраченное время, то есть

1520 × 2π60 ÷ 1 = 160рад / сек2

Теперь мы можем рассчитать ускоряющий момент по формуле. (11.2) как

T = 0,05 × 160 = 8 Нм

Следовательно, для удовлетворения требований как установившегося, так и динамического крутящего момента, привод, способный обеспечить крутящий момент 45 Нм (= 37 + 8) на всех скоростях до 1520 об / мин не требуется, как указано на рис. 11.8.

В случае подъемника ожидаемый режим работы может быть неизвестен, но вполне вероятно, что двигатель будет проводить большую часть своего времени подъема, а не ускорения.Следовательно, хотя пиковый крутящий момент 45 Нм должен быть доступен на всех скоростях, это не будет постоянным требованием и, вероятно, будет в пределах кратковременной перегрузочной способности привода, который постоянно рассчитан на 5,9 кВт.

Мы также должны учитывать, что произойдет, если необходимо опустить полностью загруженный крюк. Мы учли трение в 20% от момента нагрузки (31 Нм), поэтому во время спуска можно ожидать, что трение создаст тормозной момент, эквивалентный 6,2 Нм. Но чтобы крюк не соскочил с места, нам понадобится общий крутящий момент 31 Нм, поэтому для сдерживания нагрузки двигатель должен будет развивать крутящий момент 24.8 Нм. Мы, естественно, называем это тормозным моментом, потому что это необходимо для предотвращения разрыва груза на крюке, но на самом деле крутящий момент остается в том же направлении, что и при подъеме. Однако скорость отрицательна, и с точки зрения «четырехквадрантной» диаграммы (например, рис. 3.12) мы переместились из квадранта 1 в квадрант 4, и, таким образом, поток мощности меняется на противоположный, и двигатель регенерирует, потеря потенциала энергия нисходящей нагрузки преобразуется обратно в электрическую форму (и потери).Следовательно, если мы хотим удовлетворить эту ситуацию, мы должны выбрать привод, способный к непрерывной регенерации: такой привод также будет иметь возможность работать в квадранте 3, чтобы создавать отрицательный крутящий момент для опускания пустого крюка, если его вес был недостаточным. спуститься.

В этом примере в крутящем моменте преобладает требование установившегося режима, а зависящий от инерции ускоряющий крутящий момент сравнительно невелик. Конечно, если бы мы указали, что нагрузка должна быть ускорена за одну пятую секунды, а не за 1 секунду, нам потребуется ускоряющий крутящий момент 40 Нм, а не 8 Нм, и что касается требований к крутящему моменту, то ускоряющий момент будет быть более или менее таким же, как установившийся рабочий момент.В этом случае необходимо проконсультироваться с производителем привода, чтобы определить номинальные параметры привода, которые будут зависеть от частоты последовательности пуска / останова.

Вопрос о том, как оценить двигатель при прерывистой нагрузке, будет рассмотрен более подробно позже, но стоит отметить, что если инерция значительна, накопленная кинетическая энергия вращения (12 Джω2) может стать очень значительной, особенно когда привод требуется для остановки груза. Любая накопленная энергия должна либо рассеиваться в двигателе и самом приводе, либо возвращаться в источник питания.Все двигатели по своей природе способны к регенерации, поэтому устройство, при котором кинетическая энергия рекуперируется и сбрасывается в виде тепла в резисторе внутри корпуса привода, является более дешевым вариантом, но практически осуществимо только в том случае, если потребляемая энергия невелика. Если накопленная кинетическая энергия велика, привод должен иметь возможность возвращать энергию источнику питания, а это неизбежно увеличивает стоимость преобразователя.

В случае нашего подъемника накопленная кинетическая энергия составляет всего

12 × 0.051520 × 2π602 = 633Дж

или около 1% энергии, необходимой для нагрева кружки воды для чашки кофе. Такая скромная энергия может быть легко поглощена резистором, но, учитывая, что в этом случае мы обеспечиваем рекуперативный привод, эта энергия также будет возвращена источнику питания.

Что такое постоянный крутящий момент при остановке по сравнению с номинальным крутящим моментом и пиковым крутящим моментом? — База электромеханических знаний — Электромеханическая группа

Постоянный номинальный крутящий момент — это постоянный крутящий момент двигателя, который он может выдавать при номинальной скорости , что близко к максимальной скорости двигателя.Это лучшее представление о характеристиках двигателя, поскольку это крутящий момент двигателя на скорости.

Непрерывный крутящий момент при остановке — это постоянный крутящий момент двигателя при 0 скорости (при остановке). Это крутящий момент заблокированного ротора. Производители проверяют это, блокируя ротор, а затем отслеживая температуру двигателя, когда в двигатель подается ток.

Большинство производителей, если они указывают постоянный крутящий момент и не сообщают вам, на какой скорости он или на остановке, обычно находятся в остановке.Номинальный крутящий момент учитывает вращательные (магнитные) потери и тепловые (I2T) потери двигателя. При 0 скорости эти потери равны 0, и, следовательно, крутящий момент при остановке выше номинального крутящего момента.

Пиковый крутящий момент — это максимальный крутящий момент двигателя, который он может выдавать в течение короткого периода времени, обычно для ускорения / замедления или преодоления трения. Наши двигатели рассчитаны на рабочий цикл 10%, поэтому максимальный крутящий момент в 3,1 раза превышает постоянный крутящий момент при остановке.

3/17 / 14jh

Максимальный крутящий момент на ватт (MTPW), ориентированное на поле управление асинхронным двигателем

Характеристики предложенного алгоритма управления MTPW, ориентированного на поле, были проверены и сравнены с таковыми для элементов управления T-FOC и MTPA посредством нескольких имитационных и экспериментальных испытаний.{{\ textregistered}} \) с использованием тех же параметров реальных компонентов экспериментальной установки (таблица 1), чтобы также сравнить численные и экспериментальные результаты. Для ясности на следующих рисунках, относящихся к результатам анализа, каждая из трех рассмотренных выше стратегий управления однозначно связана с цветом:

  • FOC — красный

  • MTPA — зеленый

  • MTPW — синий

Вначале области постоянного крутящего момента были изучены для стратегий управления T-FOC, MTPA и MTPW на основе формул.(10), (14) и (39) соответственно. На рисунке (5) показаны пределы крутящего момента в зависимости от \ (\ gamma \) и, следовательно, от механической скорости для трех полевых стратегий управления в случае рассматриваемого двигателя. Как представлено в разделах (2) и (4), MTPA и предлагаемые стратегии управления MTPW не позволяют охватить всю область крутящего момента стратегии управления T-FOC, которая представлена ​​постоянным значением 7,3 Нм, равным номинальный крутящий момент двигателя, \ (T_ \ mathrm {R} \). * \).Можно заметить, что вначале, когда требуемый крутящий момент двигателя высок для ускорения до опорной скорости, стратегия T-FOC выбирается от \ (t = 0,0 с \) до \ (t = 0,08421 с \). . При \ (t = 0,08428 с \) выбирается стратегия MPTW, поскольку нагрузка крутящего момента в установившемся режиме равна 4,0 Нм, что ниже предела крутящего момента MTPW, равного 5,34 Нм. Очевидно, что для перехода от T-FOC к MPTW предлагаемое управление использует стратегию MTPA во время переходного процесса уменьшения крутящего момента двигателя для \ (0.* \) для стратегий управления T-FOC (красный), MTPA (зеленый) и MTPW (синий) при крутящем моменте нагрузки \ (T_L \) = 3,5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис. 11

Сравнение амплитуды тока статора \ (| \ varvec {i} _ \ mathrm {s} | \) в установившемся режиме для Стратегии управления T-FOC (красный), MTPA (зеленый) и MTPW (синий) при крутящем моменте нагрузки \ (T_L \) = 3,5 Нм и \ (\ omega _ \ mathrm {r} \) \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис. 12

Сравнение джоулевых потерь статора \ (p_ \ mathrm {js} \) в установившемся режиме для T -FOC (красный), MTPA (зеленый) и MTPW (синий) стратегии управления, когда момент нагрузки \ (T_L \) = 3.5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис. 13

Сравнение джоулевых потерь ротора, \ (p_ \ mathrm { jr} \) в установившемся режиме для стратегий управления T-FOC (красный), MTPA (зеленый) и MTPW (синий), когда крутящий момент нагрузки \ (T_L \) = 3,5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис. 14

Сравнение потерь мощности в железе, \ (p_ \ mathrm {Fe} \), в установившемся состоянии, для T-FOC (красный), MTPA (зеленый) и MTPW (синий) стратегии управления, когда момент нагрузки \ (T_L \) = 3.5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис. 15

Сравнение общих потерь мощности, \ (p_ \ mathrm { tot} \) в установившемся режиме для стратегий управления T-FOC (красный), MTPA (зеленый) и MTPW (синий), когда крутящий момент нагрузки \ (T_L \) = 3,5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис. 16

Снижение общих потерь мощности, \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 1} \), полученное с помощью предложенная стратегия управления MTPW по отношению к стратегии MTPA, когда \ (T_l = 3.5 \) Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

На рисунке (11) показано сравнение амплитуды пространственного вектора тока статора. в установившемся режиме для каждого значения интервала \ (\ omega _ \ mathrm {r} \) для трех стратегий управления, когда прикладывается момент нагрузки \ (T_L \), равный 3,5 Нм. Стратегия управления MTPA минимизирует амплитуду токов статора по сравнению с двумя другими стратегиями управления. Это позволяет достичь минимальных джоулевых потерь статора в установившемся режиме для решения MTPA, как показано на рис.(12). Что касается потерь в джоулях ротора, показанных на рис. (13), стратегия управления T-FOC позволяет достичь минимальных значений этих потерь в установившемся режиме работы. Предлагаемая стратегия управления MTPW имеет более низкие потери в джоулях ротора, чем стратегия управления MTPA для \ (\ gamma <1 \), в то время как потери в роторе MTPW выше, чем потери в роторе MTPA, когда \ (\ gamma> 1 \). На рисунке (14) показано, как предлагаемая стратегия управления MTPW позволяет достичь минимальных значений потерь мощности в чугуне по сравнению со стратегиями управления T-FOC и MTPA во всем интервале скоростей.С точки зрения общих потерь мощности, определяемых формулой. (29), предлагаемая стратегия управления MTPW позволяет минимизировать их значения, как показано на рис. (15), учитывая одинаковые рабочие условия привода асинхронного двигателя в установившемся состоянии для трех стратегий управления. На рисунке (16) показано снижение общих потерь MTPW по сравнению с потерями MPTA в процентах, \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 1} \), которое рассчитывается как:

$$ \ begin {align} \ varDelta p_ \ mathrm {tot, 1} = 100 \, | \ frac {p_ \ mathrm {tot, MTPW} -p_ \ mathrm {tot, MTPA}} {p_ \ mathrm {tot, MTPA}} | \ end {align} $$

(42)

где \ (p_ \ mathrm {tot, MTPW} \) и \ (p_ \ mathrm {tot, MTPA} \) — общие потери мощности асинхронного двигателя, когда приняты стратегии управления MTPW и MTPA, соответственно.* \) для стратегий управления MTPA (уравнение (13)) и MTPW (уравнение (36)) равны. Наибольшее значение снижения общих потерь, 18,4%, было достигнуто с помощью предложенной стратегии управления MTPW на максимальной скорости, рассматриваемой в анализе, которая равна номинальной механической скорости. На рисунке 17 показано распределение потерь мощности в установившемся режиме для трех стратегий управления: T-FOC, MTPA и MTPW, когда крутящий момент нагрузки \ (T_L \) = 3,5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ ле \ omega _ \ mathrm {r, R} \).

Фиг.17

Сравнение распределения потерь мощности в установившемся режиме для стратегий управления T-FOC, MTPA и MTPW при крутящем моменте нагрузки \ (T_L \) = 3,5 Нм и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

После проверки того, что предложенная стратегия управления MTPW позволяет минимизировать потери мощности для конкретного значения электромагнитного момента, равного 3,5 Нм для всего диапазона скоростей, было проведено сравнение производительности расширяется путем изменения значения электромагнитного момента от 0 до \ (T_ \ mathrm {R} \) с постоянным размером шага, равным 0.* \) меньше, чем \ (T_ \ mathrm {MTPA, L} \), что равно 5,7 Нм. На рисунке (18) показаны результаты этого сравнения с помощью трехмерного графика с крутящим моментом по оси x, скоростью по оси y и уменьшением общих потерь мощности \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 1} \) по оси z.

Рис. 18

Снижение общих потерь мощности, \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 1} \), полученное с помощью предлагаемой стратегии управления MTPW относительно стратегии управления MTPA, когда \ (0 \ le T_l \ le T_ \ mathrm {MTPA, L} \) и \ (0 \ le \ omega _ \ mathrm {r} \ le \ omega _ \ mathrm {r, R} \)

Рис.*> T_ \ mathrm {MTPA, L} \), общие потери мощности предложенной стратегии управления MTPW сравнивались с потерями в стратегии управления T-FOC. Что касается предыдущего сравнения, результаты представлены в виде трехмерного графика на рис. (19) с крутящим моментом по оси x, скоростью по оси Y и уменьшением общих потерь мощности \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 2} \) по оси Z, которая определяется как:

$$ \ begin {выровнено} \ varDelta p_ \ mathrm {tot, 2} = 100 \, | \ frac {p_ \ mathrm {tot, MTPW} -p_ \ mathrm {tot, T-FOC}} {p_ \ mathrm {tot, T-FOC}} | \ end {align} $$

(43)

где \ (p_ \ mathrm {tot, T-FOC} \) обозначает общие потери мощности асинхронного двигателя, когда применяется T-FOC.Предлагаемая стратегия управления MTPW позволяет достичь снижения общих потерь мощности по сравнению с двумя другими стратегиями управления T-FOC и MTPA во всех установившихся рабочих условиях, когда это применимо. Как показано на рис. (18), алгоритм управления MTPW имеет те же потери мощности, что и алгоритм MTPA, когда механическая скорость равна 28,7 рад / с, поскольку \ (\ gamma \) равно 1 для этого значения \ ( \ omega _ \ mathrm {r} \). Во всех остальных рабочих точках, где может использоваться метод MTPW, он позволяет получить снижение общих потерь мощности, \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 1} \), которое увеличивается с ростом значений крутящего момента и механической скорости, подтверждающей максимальное процентное значение снижения потерь мощности равное 18.4%. Предлагаемая стратегия управления MTPW позволяет добиться снижения общих потерь мощности по сравнению с методом стратегии управления T-FOC, как показано на рисунке (19). Более высокое снижение общих потерь мощности \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 2} \) достигается в соответствии с более низким крутящим моментом и более высокими механическими скоростями. Максимальное значение \ (\ varDelta p_ \ mathrm {tot, 2} \) равно 18,4%, и оно достигается для рабочей точки с \ (T_L \) = 5,7 Нм и \ (\ omega _ \ mathrm { r} \) = \ (\ omega _ \ mathrm {r, R} \).Рисунки (20) и (21) показывают, что наложение системы уравнений (39) и (40) позволяет соблюдать номинальные значения тока намагничивания и предельного тока, красные поверхности, для всей области постоянного крутящего момента MTPW. полевой алгоритм управления.

Рис. 21

Амплитуда пространственного вектора токов статора, \ (| \ varvec {i} _ \ mathrm {s} | \), для стратегии управления MTPW (синий) с учетом ограничения максимально допустимого значение (красный) в установившемся режиме

Рис.{\ textregistered} \) CPL EPM7160SLC8410. Блок модуляции генерирует сигнал синхронизации с периодом \ (200 \ mu \ mathrm {s} \), который используется для выполнения задачи управления прерываниями процессора. Более подробно, в течение каждого времени выборки \ (T_ \ mathrm {s} \) блок управления вырабатывает шаблон модуляции, который будет наложен для инверторной модуляции в следующем \ (T_ \ mathrm {s} \) цифровым вводом DS4003. О доска. Платы DS3002 и DS2004 использовались соответственно для получения цифровых сигналов от датчика скорости и аналоговых сигналов от датчиков тока и напряжения.Для подтверждения численного анализа были проведены экспериментальные испытания с учетом установившихся рабочих точек первой части численного анализа с моментом нагрузки \ (T_L \), равным 3,5 Нм, который прикладывается к валу двигателя при различных значениях. \ (\ omega _ \ mathrm {r} \) с помощью динамического управляемого тормоза (рис. (22)). Подробно на рис. (23) показано снижение мощности постоянного тока \ (\ varDelta P_ \ mathrm {DC} \), подаваемой от источника питания к звену постоянного тока VSI, которое было достигнуто с использованием предлагаемого MTPW вместо стратегии контроля MTPA.Введение величины \ (\ varDelta P_ \ mathrm {DC} \) косвенно позволяет оценить снижение общих потерь мощности, достижимое с помощью предлагаемого решения алгоритма управления. Подробно, рассматривая в качестве экспериментального диапазона механической скорости один из рисунков (18) численного анализа, можно заметить, как стратегия управления MTPW позволяет выполнять уменьшение \ (\ varDelta P_ \ mathrm {DC} \), что полностью сопоставимо с потерями при восстановлении, указанными на рис.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.