С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

Мощность и крутящий момент


Мощность и крутящий момент. — DRIVE2

Что интересует людей, изучающих технические характеристики того или иного автомобиля? В первую очередь мощность, затем расход топлива и максимальная скорость. О крутящем моменте вспоминают редко. А зря.

Тяговые возможности моторов еще с момента рождения самоходных колясок принято оценивать по мощности, которая выражается в лошадиных силах. Из-за отсутствия в те далекие времена методики расчета и определения мощности до 1906/1907 годов эта характеристика двигателя имела не вполне четкое обозначение – она показывала приблизительную мощность – «от» и «до», например, от 15 до 20 л.с.

С 1907 года этот неточный показатель мощности разделили на два значения, например, 6/22 л.с. В первую цифру заложили значение налоговой ставки, а во вторую – мощность. Введенная налоговая лошадиная сила соответствовала определенному значению рабочего объема двигателя: 261,8 куб. см для четырехтактных моторов и 174,5 куб. см – для двухтактных. Появление такого способа установления налоговых ставок было обусловлено зависимостью рабочего объема двигателя от количества вырабатываемой им энергии и потребления топлива. Обозначать мощность в киловаттах (кВт), согласно международной системе измерений СИ, начали значительно позже.

На самом деле «мощность» отражает тяговые возможности двигателя лишь косвенно. С этим согласятся те, кто ездил на автомобилях-одноклассниках с двигателями приблизительно равной мощности и объема. Они наверняка заметили, что одни автомобили достаточно резвы начиная с низких оборотов, другие любят только высокие обороты, а на малых ведут себя достаточно вяло.

Много вопросов возникает у тех, кто после легковушки с 110-120-сильным бензиновым мотором пересел за руль такой же машины, но с дизельным двигателем мощностью всего 70-80 л.с. По динамике разгона, не используя спортивный режим (высокие обороты), на первый взгляд маломощный «дизель» с легкостью обойдет своего бензинового брата. В чем же здесь дело?

Вся эта неразбериха вызвана тем, что в каждом случае такая величина как сила тяги (FT, Н), приложенная к ведущим колесам, будет разной. Объяснение этому легко найти из формулы: FT=Мкр•i•h/r, где Мкр-крутящий момент vk.com/autobap двигателя, i-передаточное число трансмиссии, h – КПД трансмиссии (при продольном расположении двигателя h=0,88-0,92, при поперечном – h=0,91-0,95), r – радиус качения колеса. Из формулы видно, что vk.com/autobap чем больше крутящий момент двигателя и передаточное число, и чем меньше потери в трансмиссии (т.е. чем выше ее КПД) и радиус ведущих колес, тем больше сила тяги. Радиус колес, передаточное число и КПД трансмиссии у автомобилей-одноклассников очень схожи, поэтому на силу тяги они влияют не в такой степени как крутящий момент двигателя.

Если в формулу подставить реальные цифры, то сила тяги на каждом ведущем колесе, например, автомобиля Volkswagen Golf IV с 75-сильным мотором, развивающим крутящий момент 128 Н•м, будет равна 441 Н или 45 кГ•с. Правда, эти значения действительны, когда частота вращения коленчатого вала двигателя (3300 об/мин) соответствует максимальному крутящему моменту.

Что такое крутящий момент

Разобраться, что такое крутящий момент, можно на простом примере. Возьмем палку и один ее конец зажмем в тисках. Если надавить на другой конец палки, на нее начнет воздействовать крутящий момент (Мкр). Он равен силе, приложенной к рычагу, умноженной на длину плеча силы. В цифрах это выглядит так: если на рычаг длиной один метр подвесить 10-килограммовый груз, появится крутящий момент величиной 10 кг•м. В общепринятой системе измерения СИ этот показатель (умножается на значение ускорения свободного падения – 9,81 м/с2) будет равен 98,1 Н•м. Из этого следует, что получить больший крутящий момент можно двумя путями – увеличив длину рычага или вес груза.

В двигателе внутреннего сгорания нет палок и грузов, а вместо них имеется кривошипно-шатунный механизм с поршнями. Крутящий момент здесь получают благодаря сгоранию горючей смеси, которая при этом расширяется и толкает поршень вниз. Поршень в свою очередь через шатун давит на «колено» коленчатого вала. Хотя в описании характеристик двигателей длину плеча не указывают, об этом позволяет судить величина хода поршня (удвоенное значение радиуса кривошипа).

Примерный расчет крутящего момента двигателя выглядит так. Когда поршень толкает шатун с усилием 200 кг на плечо 5 см возникает крутящий момент 10 кГ•с, или 98,1 Н•м. Чтобы этот показатель стал больше, радиус кривошипа следует увеличить или сделать так, чтобы поршень давил на шатунную шейку с большей силой. Увеличивать радиус кривошипа до бесконечности нельзя, так как размер двигателя тоже придется увеличивать в ширину и в высоту. Возрастают и силы инерции, требующие упрочения конструкции или уменьшения максимальных оборотов. vk.com/autobap Появляются при этом и другие негативные факторы.vk.com/autobap В такой ситуации у конструкторов двигателей остался только один выход – увеличить силу, с которой поршень приводит в движение коленчатый вал. Для этого топливно-воздушную смесь в камере сгорания необходимо сжечь более качественно и большее количество. Достигают этого путем увеличения рабочего объема, диаметра цилиндров и их количества, а также улучшения степени наполнения цилиндров топливно-воздушной смесью, оптимизации процесса сгорания, повышения степени сжатия. Подтверждает это и расчетная формула крутящего момента: Мкр=VH •pe / 0,12566 (для четырехтактного двигателя), где VH – рабочий объем двигателя (л), pe – среднее эффективное давление в камере сгорания (бар).

Получить на коленчатом валу двигателя максимальный крутящий момент удается не на всех оборотах. У разных двигателей пик максимального крутящего момента достигается на различных режимах – у одних он больше на малых оборотах (в диапазоне 1800-3000 об/мин), у других – на более высоких (в диапазоне 3000-4500 об/мин). Объясняется это тем, что в зависимости от конструкции впускного тракта и фаз газораспределения эффективное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью происходит только при определенных оборотах.

Кто сильнейший?

Большим крутящим моментом обладают многоцилиндровые двигатели, моторы с турбо- и механическим наддувом. А чемпионами по величине крутящего момента являются «дизели». Многие из них обеспечивают автомобилю высокую динамику уже при 800-1000 об/мин. Если же стать обладателем «дизеля», нет возможности, то подбирать машину лучше с двигателем, у которого максимальный крутящий момент развивается при более низких оборотах. Такой автомобиль легче разгонять. В противном случае двигатель придется «насиловать» высокими оборотами, при которых и расход топлива выше и детали изнашиваются более интенсивно.

Те, кто следит за тенденциями развития автомобилестроения, могли заметить, что создатели двигателей стремятся «выровнять» кривую крутящего момента, т.е. сделать его практически одинаковым во всем диапазоне оборотов. Делается это для того, чтобы исключить провалы на режимах, когда величина крутящего момента еще или уже не позволяет передать на колеса большую силу тяги.

Один из таких моторов – 2,7-литровый V-образный шестицилиндровый турбированный двигатель Audi. Этот 250-сильный двигатель развивает огромный крутящий момент 350 Н•м в широком диапазоне оборотов – от 1800 до 4500. Другой подобный, хотя и менее мощный двигатель предлагает концерн Volkswagen. Его 1,8-литровый 180-сильный турбированный мотор развивает крутящий момент 228 Н•м в диапазоне оборотов от 2000 до 5000. Ездить на машинах с такими двигателями сплошное удовольствие – независимо от оборотов при нажатии на педаль «газа» автомобиль одинаково динамичен (приемист) и не только позволяет любителям спортивной езды полностью реализовать свои желания, но и при спокойной езде способствует уверенным обгонам, перестроениям и движению при полной загрузке.

Повышение и «выравнивание» крутящего момента в современных двигателях обеспечивают различными путями: устанавливают по три, четыре и даже пять клапанов на цилиндр, механизмы изменений фаз газораспределения, впускные тракты делают с изменяемой длиной, крыльчатки турбин делают керамическими и регулируемыми с изменяемым углом наклона лопаток и т.д. Вся эта модернизация направлена на совершенствование процессов наполнения цилиндров свежим зарядом. Наибольшего результата в этом деле добились инженеры SAAB. В свой пока еще экспериментальный двигатель SAAB Variable Compression объемом всего 1,6 л они умудрились заложить мощность, равную 225 л.с. и крутящий момент 305 Н•м. Добиться столь высоких показателей шведским моторостроителям удалось благодаря возможности изменения объема камеры сгорания и соответственно степени сжатия (от 14:1 до 8:1) в зависимости от режимов работы двигателя. Получению этих характеристик способствует и система наддува воздуха под высоким давлением – 2,8 атм., четыре клапана на цилиндр и система промежуточного охлаждения воздуха (Intercooler) (см. «Автоцентр» №14 ‘2000).

Мощность

А как же обстоит дело с таким популярным показателем как мощность? Здесь ситуация складывается следующим образом. Наверное, многие замечали, что рядом с указываемой в характеристике мощностью всегда стоит значение оборотов коленчатого вала, при которых двигатель развивает эту мощность. Как правило, эти обороты приближены к максимальным. Во всех других режимах двигатель выдает только некоторую часть указанной мощности.

Почему так происходит, хорошо видно из формулы для вычисления мощности двигателя (кВт) – N=Mкрn/9549, где Mкр – средний крутящий момент двигателя (Н.м), n – обороты коленчатого вала двигателя (об/мин). Из формулы следует, что на значение мощности влияют величины крутящего момента и обороты двигателя. Но так как численные значения оборотов двигателя в десятки раз превышают величину крутящего момента (например, 3000 об/мин и 120 Н.м), то и на изменение мощности они будут влиять в большей степени. Это еще одно доказательство того, что силу мотора мощность отражает косвенно.

Вышесказанное подтверждается следующим примером. Когда мы едем по трассе с постоянной скоростью, приложенная к ведущим колесам автомобиля сила тяги расходуется на преодоление всевозможных сил сопротивления движению (аэродинамическую, качению колес и т.д.) и трение в различных механизмах. Но когда возникает потребность резко ускориться для обгона, сделать это удается не всегда, так как появляется необходимость преодолевать появившиеся силы инерции. В этом случае говорят, что у двигателя не хватает мощности. Но мощность здесь ни при чем, так как со всеми силами сопротивления движению борется сила тяги, зависящая от величины крутящего момента двигателя. Чтобы увеличить силу тяги, необходим запас крутящего момента. Величина этого запаса и влияет на то, как быстро сможет ускориться автомобиль.

Для получения более резкого ускорения можно, конечно, и переключиться на пониженную передачу, когда передаточное число трансмиссии станет большим и сила тяги на колесах увеличится. Однако при этом есть опасность «перекрутить» двигатель, да и дальнейшего ускорения мы можем не получить, так как режим работы двигателя может быть приближен к экстремальному. Аналогичная ситуация складывается и на подъемах, когда запас крутящего момента одних двигателей позволяет продолжить движение, а у других его отсутствие требует перехода на пониженную передачу.

Вывод отсюда напрашивается следующий: какой бы мощностью ни обладал двигатель, а способность разгонять автомобиль и «вытаскивать» его на подъем полностью возложена на крутящий момент. Возникает вполне справедливый вопрос: что же означает мощность? Это универсальный показатель, в который заложили целый ряд характеристик автомобильного двигателя – энергоемкость, потребление топлива, тяговая способность

www.drive2.ru

Мощность или крутящий момент двигателя. Полка крутящего момента

(машинный перевод статьи) В сети интернет споры относительно крутящего момента двигателя и мощности продолжаются не один год и возник этот конфликт еще задолго до возникновения интернета.

С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания, люди начали измерять его характеристики и пробовать улучшить их. Причем, улучшение характеристик двигателя, не всегда происходило путем модернизации его системы, иногда хитрые маркетологи улучшали характеристики путем подмены понятий, или метода их измерения.

Так, например, американские маркетологи повысили мощность двигателя путем снятия этих показателей не с маховика (как все другие участники рынка), а с двигателя без навесного оборудования, штатных впускных и выпускных систем и так далее.

Эти же маркетологи натворили кучу мифов, ложных или частично правдивых историй о характеристиках двигателя, а в частности о мощности и крутящем моменте. Чего стоят фразы: “Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент его везет” или последний “выигрывает в гонке”, хотя с физикой и машиностроением эти фразы не имеют ничего общего.

Мощность двигателя или крутящий момент?

Чтобы дать ответ на вопрос: “Что важнее мощность или крутящий момент двигателя?” необходимо оперировать правильно этими понятиями.

Крутящий момент двигателя (на маховике) – это сила, с которой раскручивается маховик, или произведение силы действующей на поршень (F) на плечо рычага, а именно кривошипно-шатунного механизма (L). Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле Мкм (максимальный крутящий момент) = F * L. Измеряется, обычно, в Н * м (Ньютон-метр), или же в кгс · м (килограмм-сила-метр). Например, чтобы остановить двигатель с максимальным крутящим моментом 100Н * м необходимо приложить силу не больше 100Н * м, или 10.2 килограмма силы на плечо в 1 метр. Стоит помнить, что крутящий момент изменяется с ростом оборотов двигателя в направлении его увеличения или уменьшения, поэтому в характеристиках двигателя, как правило, указывают максимальный крутящий момент, достигаемый при определенных оборотах двигателя. Зависимость крутящего момента от оборотов можно наблюдать на кривой крутящего момента.

Мощность двигателя – это количество проделанной работы, которую сможет выполнить двигатель за определенное время. 1 л.с. (лошадиная сила) равнозначна затраченной мощности на равномерный подъем 75 кг со скоростью 1 м/с. Если равномерно поднимать 75 кг со скоростью 2м / с, или 150 кг со скоростью 1м / с то на выходе мы получим затрачиваемую мощность в виде 2 лошадиных сил. Расчет мощности двигателя ведется по формуле: ((Обороты двигателя в минуту * (крутящий момент / 9.8)) / 1000) * 1,36

Если ваш двигатель при оборотах 5500 об. / Мин. развивает крутящий момент 90 Н * м, то на этих оборотах вы получите мощность 5500 * (90 / 9.8) /1000*1.36=68 лошадиных сил.

Исходя из того, что крутящий момент изменяется с изменением оборотов, следует ситуация, мощность двигателя также зависит от оборотов. В характеристиках двигателя, указывается максимальная мощность при определенном количестве оборотов, причем эти обороты рассчитываются по изменению кривой крутящего момента.

Следовательно, мощность – это работа, выполнение которой можно увеличить путем приложения большей силы (крутящего момента), либо увеличением частоты выполнения (увеличение оборотов двигателя). С увеличением частоты вращения двигателя мы увеличиваем скорость движения, а с увеличением крутящего момента на всем диапазоне оборотов мы увеличивает возможность двигателя передвигать большую массу за то же время.

Еще есть желающие подискутировать о том, что важнее крутящий момент или мощность двигателя?

С ростом оборотов характеристика двигателя меняется, а потому максимальный крутящий момент и максимальная мощность частично рассказывают о поведении двигателя в различных режимах работы.

Для того, чтобы быстро выйти на максимальную мощность и максимальные обороты необходимо раскручивать маховик с максимальной силой, то есть чем выше и растянутый крутящий момент тем быстрее ваш двигатель выдаст максимальную мощность, то есть масса вашего автомобиля будет максимально быстро перемещаться.

Из этого утверждения, можно сделать ошибочный вывод, что для ускорения важен крутящий момент двигателя, а мощность не важна.

Крутящий момент – это основная сила, которая обеспечивает возможность автомобиля тронуться с места и начать выполнять работу, обороты двигателя – это частота с которой мы выполняем работу, а мощность – это и есть наша работа, которую мы выполняем, или можем выполнить при необходимости.

Что влияет на динамику ускорения автомобиля крутящий момент или мощность?

На динамику ускорения влияет очень много факторов: вес автомобиля, КПП, главная пара, кривая крутящего момента, мощность двигателя, сопротивление качению и т. Д.

Крутящий момент обеспечивает раскрутку двигателя до максимальных оборотов, причем чем выше крутящий момент с низов до самого верха тем быстрее будет набирать обороты двигатель. Так называемая полка крутящего момента очень сильно влияет на динамику автомобиля.

Полка крутящего момента – это растянутость максимального крутящего момента на диапазон оборотов. Начальная точка полки крутящего момента начинается в максимальной пиковой зоне, или близкой к максимальной, и продолжается до того места, пока крутящий момент не начнет идти на спад. Чем длиннее полка крутящего момента, тем динамичнее и эластичнее будет автомобиль.

Однако не стоит списывать со счетов мощность, которая обеспечивает максимальную скорость на каждой передаче (если быть точным, то максимальную скорость обеспечивают обороты двигателя и возможность крутящего момента раскрутить его до этих оборотов, однако из этих 2 характеристик и получается мощность). Если взять двигатель, например дизельный, со шквалом крутящего момента на низах 700 Нм и максимальной мощностью 40 л.с., то такой двигатель может вообще не разогнать автомобиль массой в 2000 кг до скорости 100км / ч, так как на 1 кг веса будет приходиться лишь 0,02 л.с. , Однако таким двигателем можно будет прекрасно пахать землю, таскать бетонные блоки по асфальту 🙂

На сегодняшний день существует миф о том, что двигатели с максимальным крутящим моментом, смещенным к 1500-2500 об. / Мин. имеют лучшую динамику, эластичность и другие характеристики, однако это не так. Если, ваш двигатель выдает максимальный крутящий момент на 2500 и сдувается в 4000-4500 об. / Мин., как у дизеля без надува, то быстро разогнаться, выехать на крутой подъем вы не сможете. Почему ?, – а потому что из-за спада крутящего момента в зону максимальной мощности, последняя будет довольно низкая и вы банально не сможете переместить постоянную массу авто с нужной вам скоростью.

Если вы решили тюнинговать ваш автомобиль, то наибольшее внимание следует уделить созданию полки крутящего момента, то есть выравнивание кривой крутящего момента таким образом, чтобы максимальный момент начинался на 1700-2000 об. / Мин. и продолжался по меньшей мере до 3500-4000 об. / мин., однако это не означает, что это единственный фактор, которым можно увеличить динамику авто.

Дизельный двигатель или бензиновый. Крутящий момент против мощности

Извечный спор, какой двигатель лучше бензиновый или дизельный. Из аргументов бензоводов: “поставь дизель равноценного объема на бензиновый авто и он не выедет на гору”, “на дизеле хуже динамика”, “дизельные лошадиные силы слабее бензиновых:-)” … У дизелей свои версии, типа: “дизель экономичнее, тяговый”, “на дизеле хорошо ехать по городу” …

Если взглянуть на кривую мощности и кривую крутящего момента, то можно понять, откуда растут ноги. Большинство дизелей, особенно без наддува, имеют пиковый крутящий момент на низах, которые сильно уменьшается в зоне максимальной мощности, поэтому в месте где мы получаем максимум мощности, дизель практически не ускоряется. Особенно радикально это проявляется на крутых подъемах когда бензиновое и дизельное авто с одной массой по разному едут на прямой передаче. Каждый из этих двигателей под нагрузкой едет на максимальном крутящем моменту, однако у хорошего бензинового двигателя он около 3500 об. / Мин. , А у дизеля без наддува около 2000 об. / Мин .. Как известно из формулы крутящего момента на количество лошадиных сил больше влияют обороты, особенно когда крутящий момент похож, а потому бензиновый двигатель на максимальном крутящем моменту будет иметь гораздо большую мощность, что позволит переместить постоянную массу на гору быстрее, так как скорость напрямую зависит от оборотов двигателя, и возможности эти обороты развить. Однако, если загрузить эти автомобили и заставить двинуться эти автомобили посередине горы, то дизельный двигатель сделает это намного легче, так как шквал крутящего момента у него начинается с низов. Также, не стоит списывать со счетов КПП и главную пару, которые увеличивают крутящий момент в несколько раз, путем уменьшения оборотов на выходе, мощность при этом остается практически без изменений (следует учитывать потери 7-10% на трение в механизмах КПП и других деталях), так как уменьшение оборотов компенсируется увеличением крутящего момента на колесах.

С всего выше сказанного, следует понимать, что не важно на каком топливе работает двигатель, важно чтобы крутящий момент начинался на низах и был растянут максимально близко к максимальной мощности, а КПП и главная пара была рассчитаны под этот двигатель, под массу автомобиля и его назначения .

Крутящий момент на маховике и на ведущих колесах

Вы не раз слышали, как в характеристиках двигателя указывают максимальный крутящий момент, однако этот момент силы проходит через главную пару и КПП, которые повышают его за счет уменьшения оборотов. Ведь если бы мы имели такой малый крутящий момент, то банально не смогли бы сдвинуть с места и развить максимальные обороты и максимальную мощность. Если взять автомобиль ВАЗ 2108 1.3л (64к.с. при 5550 об. / Мин., 98н * м при 3400 об. / Мин.) Передаточное число главной пары у автомобиля равное 3.9, а первой передачи 3,636, то есть коэффициент усиления 3.9 * 3,636 = 14,1804, то на первой передаче при оборотах двигателя 3400 мы будем иметь на выходе из КПП крутящий момент близок к 1389 Н * м, если пренебречь трением в КПП, при этом, на выходе из КПП, мы получим 239 об. / мин., мощность двигателя на этих оборотах будет составлять примерно 46 л.с.

При преобразовании оборотов в крутящий момент, мы не теряем мощность, однако мы теряем в скорости, так как скорость автомобиля напрямую зависит от оборотов.

Мощность в 46 л.с. (если пренебречь трением)

Мощность Вес Высота подъема веса за 1 сек.
46 л.с. 3450кг 1м за 1 сек
46 л.с. 1725кг 2м за 1 сек
46 л.с. 862.5кг 4м за 1 сек
46 л.с. 431,25кг 8м за 1 сек
46 л.с. 215,625кг 16м за 1 сек
46 л.с. 107,8125 32м за 1 сек

Важно, вес, который мы поднимаем на высоту не должен превышать крутящий момент, то есть для ВАЗ 2108 на первой передаче при оборотах 3400 можно нагрузить не более 1389 / 9.8 = 141.7 кг

Ключевой момент представленного фото: без соответствующего крутящего момента реализация максимальной мощности невозможна, то есть если крутящий момент не позволяет преодолевать силу противодействия движения, то движение на соответствующей мощности невозможно.

Увеличивать крутящий момент постоянно нельзя, так как следует учитывать загруженность ведущих колес и коэффициент сцепления. При превышении крутящего момента на колесах (учтите, что колесо имеет свой радиус, то есть плечо, которое частично уменьшает крутящий момент между шиной и поверхностью дороги) загруженности ведущей оси автомобиль начнет буксовать, а мощность будет превращаться в тепловую энергию, которая возникнет от трения шины об асфальт и автомобиль потеряет ускорение.

Например, если водитель массой 80кг закручивает колесо ключом длиной в 1 метр так, чтобы вся масса водителя находилась в воздухе, то есть давит всей массой, то мы получим крутящий момент 784 Н * м, а если взять ключ длиной 2 метра то 1568 Н * м.

Максимальная скорость. Что влияет на скорость? – Мощность или крутящий момент двигателя

Не нужно быть большим знатоком физики, чтобы понять, что скорость авто на каждой передачи определяется оборотами двигателя. С увеличением оборотов, увеличивается скорость, однако для того чтобы развить обороты нужен крутящий момент и если момент сил на ведущих колесах меньше силы сопротивления, то автомобиль будет терять обороты, а вместе с ними скорость, если крутящий момент на колесах равен всем силам сопротивления, автомобиль будет двигаться равномерно без ускорения до того момента, пока этот баланс не нарушится, а если крутящий момент на колесах будет превышать все силы сопротивления, то автомобиль будет увеличивать обороты до того момента пока крутящий момент на колесах и сопротивление не уравняются.

Хм .. а где же мощность и что зависит от нее, мощность это работа, которую выполняет наш двигатель в каждую секунду времени. То есть, для выполнения работы нам нужно приложить силу, чем чаще прикладывать силу (увеличиваем обороты) тем быстрее мы выполним работу. С ростом оборотов, мы увеличиваем скорость, одновременно увеличивая мощность мы выполняем перемещение тела быстрее, при этом не изменяя массу тела.

Использование крутящего момента и мощности в различных дорожных ситуациях

В зависимости от ситуации, водитель требует от автомобиля отдачу максимального крутящего момента на разных оборотах, то есть иногда мы нуждаемся в шквале крутящего момента с минимальными оборотами, а в другой ситуации нам необходим шквал крутящего момента с максимальной частотой. Это при том, что крутящий момент в 200Н * м при 1500 об. / Мин. выдают такую ​​же мощность, как крутящий момент 66.6Н * м при 4500 об. / мин. , Равной 41.6 л.с. Что это означает для водителя? – для того, чтобы ехать с одинаковой скоростью необходимо на первом двигателе увеличить передаточные числа в 3 раза так чтобы обороты выросли, а для того чтобы получить одинаковую тягу необходимо на втором двигателе уменьшить передаточные числа в 3 раза, так чтобы обороты уменьшились.

Если трогаться с места под нагрузкой (в песке, снегу, старт в гору, перегружен авто) на автомобиле, у которого установлен двигатель с высоким крутящим моментом на верхах, например от 3000 до 4000 об. / Мин., То водителю придется на сцеплении крутить двигатель до нужных оборотов, а затем плавно его пускать, чтобы мощность превращалась в тепловую энергию на сцеплении, или шинах. В аналогичной ситуации двигатель с крутящим моментом на низах 1500 – 2500 об. / Мин. двинется без пробуксовки сцепления и колес, так как мощность будет меньше. Также, помочь первому автомобилю тронуться без пробуксовки может пониженная КПП или главная пара, увеличит крутящий момент и уменьшит обороты, при этом водитель сможет уменьшить использование мощности, так как крутящий момент будет в избытке.

Какой же вывод из всего этого можно сделать?

  1. Мощность – это работа, которая возникает во время приложения силы с определенной частотой.
  2. Крутящий момент – меняется с частотой вращения коленчатого вала двигателя, а потому для водителя важен не максимальный крутящий момент, а кривая крутящего момента в зависимости от оборотов.
  3. Чтобы быстро развить максимальную мощность, необходимо иметь высокий крутящий момент на всем диапазоне оборотов.
  4. Любой крутящий момент двигателя можно увеличить или уменьшить за счет КПП и главной пары.
  5. Мощность не является самодостаточной величиной, а поэтому ее нельзя рассматривать отдельно от крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала.
  6. Крутящий момент двигателя без вращения возможен, однако в таком случае двигатель заглохнет. Поэтому его следует рассматривать в паре с оборотами, что в свою очередь позволит выполнять работу, автоматически приводит к неразрывности понятий крутящего момента, частоты вращения коленчатого вала и мощности.
  7. Для того чтобы двигатель был эластичным необходимо предоставить ему широкую полку крутящего момента.
  8. Выбирая автомобиль, необходимо обращать внимание на кривую крутящего момента, его полку, крутящий момент на максимальной мощности и саму максимальную мощность.

Мифы о крутящем моменте и мощности

“Дизельные лошадиные силы слабее бензиновых” 🙂

Лошадиные силы постоянная величина и она не зависит от типа двигателя и топлива на котором он работает.

“Трактор может тянуть плуг потому, что у него крутящий момент начинается снизу, а если попробовать тянуть плуг болидом формулы 1 то сожжем сцепления, так как там крутящий момент очень на высоких оборотах”

Как раз на формуле 1 двигатели разработаны таким образом, чтобы крутящий момент был максимальным на всем диапазоне оборотов, а тянуть плуг он не сможет потому, что сцепление колес недостаточно, а также крутящий момент значительно меньше на колесах. Если взять и создать КПП, которая усилит крутящий момент до момента трактора и одеть колеса с необходимой силой сцепления (и соответственно нагрузить), то таким ТС можно будет работать практически так же как и трактором.

В интернете нас ищут по запросам:

  • крутящий момент двигателя
  • крутящий момент
  • крутящий момент или мощность (лошадиные силы)
  • полка крутящего момента
  • мощность это.

www.ukr-autoblog.net

Что такое мощность и крутящий момент

Думаю, Вы согласитесь, что способность машины рвануть с места, или набирать скорость с ходу, большинство наших автолюбителей оценивает в количестве породистых лошадей, спрятанных под капотом конкретной машины. А ведь однажды сам Карл Шелби сказал; — «лошадиные силы помогают продавать машины, но выигрывать гонки помогает крутящий момент». Так, что же такое мощность и крутящий момент? В чем же разница двух этих понятий и не одно ли это и тоже?

Что такое мощность двигателя? Наверное Вы слышали, что мощность электрического инструмента измеряется в киловатах, Вас это может удивить, но существую таблицы, где мощность бензиновых, а не электрических автомобилей, рядом с показателем лошадиных сил, обозначена и в киловатах.

Так вот, мощность — это единица работы, которую способен выработать двигатель. Как правило, максимальная мощность достигается на оборотах близких к максимальным, поэтому высокую максимальную мощность вырабатывают высокооборотистые двигатели.

Машины с высокой максимальной мощностью, очень хороши на высоких оборотах; — вспомните о мотоциклетных двигателях, которые крутятся свыше 10 000 оборотов и с одного литра объема, без никакого наддува выдают порядка 170-яти лошадиных сил.

Но представьте, что будет если такой; — литровый, мотоциклетный мотор поставить на седан снаряженной массой в 1 500кг? Машина в разы тяжелее мотоцикла и чтобы просто тронуться, такой мотор прийдется очень хорошо крутить, чтобы он произвел скрытые в нем лошадиные силы.

  • Что же такое крутящий момент?

Здесь мы подходим к тому, что называется крутящий момент. Это усилие которое толкает Вас в спину при нажатии педали газа. Вот теперь представьте те же 170-ат лошадиных сил, но снятые уже не с мотоциклетного, а вполне гражданского мотора M20-ать от БМВ с 2.5 литров объема. Суть в том, что эти 170-ат лошадиных сил достигаются скажем не на 13-ати тысячах оборотах, а уже на 5-яти; но важнее то, что благодаря большему объему и крутящего момента здесь больше. То есть Вы получаете ускорение не только за счет работы, произведенной раскрученным двигателем и переданной на маховик; но и от самого усилия при каждом такте; — оно здесь значительно больше, чем в мотоциклетном моторе.

Подумайте сами, — какое усилие сможет произвести один поршень мотоцикла, всего за одно поднятие в мертвую точку и воспламенение. Вам не кажется, что больший, автомобильный цилиндр произведет куда большее усилие?

  • Оба параметра очень важны.

В очень широком смысле Карл Шелби был прав. Но скажите; — разве двигатель трактора, обладающий огромным крутящим моментом, сможет подойти для легкового автомобиля. Это такая же крайность как и установка мотоциклетного мотора на авто.

Из этого мы можем сделать, что для легкового автомобиля важны оба параметра. Машины с высокой мощностью, при одинаковых передаточных числах, способны набирать более высокую скорость на каждой передаче и максималку на высшей. При этом, если по крутящему моменту такая машина уступает менее мощной, но с высшим крутящим моментом, — она может отставать при разгоне. То есть; — более моментная машина может быстрее разогнаться на 3-ей скажем со 100 до 130-яти — 140-ока, но после из — за нехватки мощности, ей будет необходимо переключение, тогда как более мощная машина набрав обороты сможет получить более интенсивное ускорение на той же третей передаче, но уже допустим со 130ати до 150-яти.

И мощность и крутящий момент, — оба параметра очень важны и проектируя автомобиль всегда учитывается компромисс между этими параметрами.

Вот возьмите в качестве примера первую Ладу Калину с более моментным, восьмиклапанным 1.6 и более мощным, лучше дышащим на высоких оборотах, шестнарем на 1.4л.

Последний мотор мощнее приблизительно на 10-ять лошадиных сил, но данная прибавка становится ощутима лишь на высоких оборотах. Более простой Восьмиклоп проще трогает груженою машину и на средних оборотах ему легче подыматься в гору, но из -за лучшей продувки камеры сгорания, на оборотах 16-ати клапанный мотор крутится веселее и это дает выиграш в мощности, но уже на высоких оборотах.

Кстати, — не нужно думать, что 4ре клапана на цилиндр всегда лучше, чем 2. Дело ведь не в их числе, а в пропускной способности. Ярким тому примером служат американские двигатели HEMI. Вы не любите и не уважаете американский автопром? — так у Ferrari F12 также по 2-ва клапана на каждый из ее V12-ать.

Если Вам самим доведется побывать на СТО обслуживающим БМВ, возможно в поле Вашего зрения попадут клапана от легендарного M50b25 ( где их по четыре) и клапана с M30B35. Последний мотор имеет по два клапана, но объем этого мотора на литр больше и клапана там существенно больше.

autobelyavcev.ru

Мощность и вращающий момент электродвигателя. Что это такое?

Мощность и вращающий момент электродвигателя

Данная глава посвящена вращающему моменту: что это такое, для чего он нужен и др. Мы также разберём типы нагрузок в зависимости от моделей насосов и соответствие между электродвигателем и нагрузкой насоса.

Вы когда-нибудь пробовали провернуть вал пустого насоса руками? Теперь представьте, что вы поворачиваете его, когда насос заполнен водой. Вы почувствуете, что в этом случае, чтобы создать вращающий момент, требуется гораздо большее усилие.

А теперь представьте, что вам надо крутить вал насоса несколько часов подряд. Вы бы устали быстрее, если бы насос был заполнен водой, и почувствовали бы, что потратили намного больше сил за тот же период времени, чем при выполнении тех же манипуляций с пустым насосом. Ваши наблюдения абсолютно верны: требуется большая мощность, которая является мерой работы (потраченной энергии) в единицу времени. Как правило, мощность стандартного электродвигателя выражается в кВт.

Вращающий момент (T) - это произведение силы на плечо силы. В Европе он измеряется в Ньютонах на метр (Нм).

Как видно из формулы, вращающий момент увеличивается, если возрастает сила или плечо силы - или и то и другое. Например, если мы приложим к валу силу в 10 Н, эквивалентную 1 кг, при длине рычага (плече силы) 1 м, в результате, вращающий момент будет 10 Нм. При увеличении силы до 20 Н или 2 кг, вращающий момент будет 20 Нм. Таким же образом, вращающий момент был бы 20 Нм, если бы рычаг увеличился до 2 м, а сила составляла 10 Н. Или при вращающем моменте в 10 Нм с плечом силы 0,5 м сила должна быть 20 Н.

Работа и мощность

Теперь остановимся на таком понятии как «работа», которое в данном контексте имеет особое значение. Работа совершается всякий раз, когда сила - любая сила - вызывает движение. Работа равна силе, умноженной на расстояние. Для линейного движения мощность выражается как работа в определённый момент времени.

Если мы говорим о вращении, мощность выражается как вращающий момент (T), умноженный на частоту вращения (w).

Частота вращения объекта определяется измерением времени, за которое определённая точка вращающегося объекта совершит полный оборот. Обычно эта величина выражается в оборотах в минуту, т.е. мин-1 или об/мин. Например, если объект совершает 10 полных оборотов в минуту, это означает, что его частота вращения: 10 мин-1 или 10 об/мин.

Итак, частота вращения измеряется в оборотах в минуту, т.е. мин-1.

Приведем единицы измерения к общему виду.

Для наглядности возьмём разные электродвигатели, чтобы более подробно проанализировать соотношение между мощностью, вращающим моментом и частотой вращения. Несмотря на то, что вращающий момент и частота вращения электродвигателей сильно различаются, они могут иметь одинаковую мощность.

Например, предположим, что у нас 2-полюсный электродвигатель (с частотой вращения 3000 мин-1) и 4-полюсной электродвигатель (с частотой вращения 1500 мин-1). Мощность обоих электродвигателей 3,0 кВт, но их вращающие моменты отличаются.

Таким образом, вращающий момент 4-полюсного электродвигателя в два раза больше вращающего момента двухполюсного электродвигателя с той же мощностью.

Как образуется вращающий момент и частота вращения?

Теперь, после того, как мы изучили основы вращающего момента и скорости вращения, следует остановиться на том, как они создаются.

В электродвигателях переменного тока вращающий момент и частота вращения создаются в результате взаимодействия между ротором и вращающимся магнитным полем. Магнитное поле вокруг обмоток ротора будет стремиться к магнитному полю статора. В реальных рабочих условиях частота вращения ротора всегда отстаёт от магнитного поля. Таким образом, магнитное поле ротора пересекает магнитное поле статора и отстает от него и создаёт вращающий момент. Разницу в частоте вращения ротора и статора, которая измеряется в %, называют скоростью скольжения.

Скольжение является основным параметром электродвигателя, характеризующий его режим работы и нагрузку. Чем больше нагрузка, с которой должен работать электродвигатель, тем больше скольжение.

Помня о том, что было сказано выше, разберём ещё несколько формул. Вращающий момент индукционного электродвигателя зависит от силы магнитных полей ротора и статора, а также от фазового соотношения между этими полями. Это соотношение показано в следующей формуле:

Сила магнитного поля, в первую очередь, зависит от конструкции статора и материалов, из которых статор изготовлен. Однако напряжение и частота тока также играют важную роль. Отношение вращающих моментов пропорционально квадрату отношения напряжений, т.е. если подаваемое напряжение падает на 2%, вращающий момент, следовательно, уменьшается на 4%.

Потребляемая мощность электродвигателя

Ток ротора индуцируется через источник питания, к которому подсоединён электродвигатель, а магнитное поле частично создаётся напряжением. Входную мощность можно вычислить, если нам известны данные источника питания электродвигателя, т.е. напряжение, коэффициент мощности, потребляемый ток и КПД.

В Европе мощность на валу обычно измеряется в киловаттах. В США мощность на валу измеряется в лошадиных силах (л.с.).

Если вам необходимо перевести лошадиные силы в киловатты, просто умножьте соответствующую величину (в лошадиных силах) на 0,746. Например, 20 л.с. равняется (20 • 0,746) = 14,92 кВт.

И наоборот, киловатты можно перевести в лошадиные силы умножением величины в киловаттах на 1,341. Это значит, что 15 кВт равняется 20,11 л.с.

Момент электродвигателя

Мощность [кВт или л.с.] связывает вращающий момент с частотой вращения, чтобы определить общий объём работы, который должен быть выполнен за определённый промежуток времени.

Рассмотрим взаимодействие между вращающим моментом, мощностью и частотой вращения, а также их связь с электрическим напряжением на примере электродвигателей Grundfos. Электродвигатели имеют одну и ту же номинальную мощность как при 50 Гц, так и при 60 Гц.

Это влечёт за собой резкое снижение вращающего момента при 60 Гц: частота 60 Гц вызывает 20%-ное увеличение числа оборотов, что приводит к 20%-ному уменьшению вращающего момента. Большинство производителей предпочитают указывать мощность электродвигателя при 60 Гц, таким образом, при снижении частоты тока в сети до 50 Гц электродвигатели будут обеспечивать меньшую мощность на валу и вращающий момент. Электродвигатели обеспечивают одинаковую мощность при 50 и 60 Гц.

Графическое представление вращающего момента электродвигателя изображено на рисунке.

Иллюстрация представляет типичную характеристику вращающий момент/частота вращения. Ниже приведены термины, используемые для характеристики вращающего момента электродвигателя переменного тока.

Пусковой момент (Мп): Механический вращающий момент, развиваемый электродвигателем на валу при пуске, т.е. когда через электродвигатель пропускается ток при полном напряжении, при этом вал застопорен.

Минимальный пусковой момент (Ммин): Этот термин используется для обозначения самой низкой точки на кривой вращающий момент/частота вращения электродвигателя, нагрузка которого увеличивается до полной скорости вращения. Для большинства электродвигателей Grundfos величина минимального пускового момента отдельно не указывается, так как самая низкая точка находится в точке заторможенного ротора. В результате для большинства электродвигателей Grundfos минимальный пусковой момент такой же, как пусковой момент.

Блокировочный момент (Мблок): Максимальный вращающий момент - момент, который создаёт электродвигатель переменного тока с номинальным напряжением, подаваемым при номинальной частоте, без резких скачков скорости вращения. Его называют предельным перегрузочным моментом или максимальным вращающим моментом.

Вращающий момент при полной нагрузке (Мп.н.): Вращающий момент, необходимый для создания номинальной мощности при полной нагрузке.

Нагрузка насосов и типы нагрузки электродвигателя

Выделяют следующие типы нагрузок:

Постоянная мощность

Термин «постоянная мощность» используется для определённых типов нагрузки, в которых требуется меньший вращающий момент при увеличении скорости вращения, и наоборот. Нагрузки при постоянной мощности обычно применяются в металлообработке, например, сверлении, прокатке и т.п.

Постоянный вращающий момент

Как видно из названия - «постоянный вращающий момент» - подразумевается, что величина вращающего момента, необходимого для приведения в действие какого- либо механизма, постоянна, независимо от скорости вращения. Примером такого режима работы могут служить конвейеры.

Переменный вращающий момент и мощность

«Переменный вращающий момент» - эта категория представляет для нас наибольший интерес. Этот момент имеет отношение к нагрузкам, для которых требуется низкий вращающий момент при низкой частоте вращения, а при увеличении скорости вращения требуется более высокий вращающий момент. Типичным примером являются центробежные насосы.

Вся остальная часть данного раздела будет посвящена исключительно переменному вращающему моменту и мощности.

Определив, что для центробежных насосов типичным является переменный вращающий момент, мы должны проанализировать и оценить некоторые характеристики центробежного насоса. Использование приводов с переменной частотой вращения обусловлено особыми законами физики. В данном случае это законы подобия, которые описывают соотношение между разностями давления и расходами.

Во-первых, подача насоса прямо пропорциональна частоте вращения. Это означает, что если насос будет работать с частотой вращения на 25% больше, подача увеличится на 25%.

Во-вторых, напор насоса будет меняться пропорционально квадрату изменения скорости вращения. Если частота вращения увеличивается на 25%, напор возрастает на 56%.

В-третьих, что особенно интересно, мощность пропорциональна кубу изменения скорости вращения. Это означает, что если требуемая частота вращения уменьшается на 50%, это равняется 87,5%-ному уменьшению потребляемой мощности.

Итак, законы подобия объясняют, почему использование приводов с переменной частотой вращения более целесообразно в тех областях применения, где требуются переменные значения расхода и давления. Grundfos предлагает ряд электродвигателей со встроенным частотным преобразователем, который регулирует частоту вращения для достижения именно этой цели.

Так же как подача, давление и мощность, потребная величина вращающего момента зависит от скорости вращения.

На рисунке показан центробежный насос в разрезе. Требования к вращающему моменту для такого типа нагрузки почти противоположны требованиям при «постоянной мощности». Для нагрузок при переменном вращающем моменте потребный вращающий момент при низкой частоте вращения - мал, а потребный вращающий момент при высокой частоте вращения - велик. В математическом выражении вращающий момент пропорционален квадрату скорости вращения, а мощность - кубу скорости вращения.

Это можно проиллюстрировать на примере характеристики вращающий момент/частота вращения, которую мы использовали ранее, когда рассказывали о вращающем моменте электродвигателя:

Когда электродвигатель набирает скорость от нуля до номинальной скорости, вращающий момент может значительно меняться. Величина вращающего момента, необходимая при определённой нагрузке, также изменяется с частотой вращения. Чтобы электродвигатель подходил для определённой нагрузки, необходимо чтобы величина вращающего момента электродвигателя всегда превышала вращающий момент, необходимый для данной нагрузки.

В примере, центробежный насос при номинальной нагрузке имеет вращающий момент, равный 70 Нм, что соответствует 22 кВт при номинальной частоте вращения 3000 мин-1. В данном случае насосу при пуске требуется 20% вращающего момента при номинальной нагрузке, т.е. приблизительно 14 Нм. После пуска вращающий момент немного падает, а затем, по мере того, как насос набирает скорость, увеличивается до величины полной нагрузки.

Очевидно, что нам необходим насос, который будет обеспечивать требуемые значения расход/напор (Q/H). Это значит, что нельзя допускать остановок электродвигателя, кроме того, электродвигатель должен постоянно ускоряться до тех пор, пока не достигнет номинальной скорости. Следовательно, необходимо, чтобы характеристика вращающего момента совпадала или превышала характеристику нагрузки на всём диапазоне от 0% до 100% скорости вращения. Любой «избыточный» момент, т.е. разница между кривой нагрузки и кривой электродвигателя, используется как ускорение вращения.

Соответствие электродвигателя нагрузке

Если нужно определить, отвечает ли вращающий момент определённого электродвигателя требованиям нагрузки, Вы можете сравнить характеристики скорости вращения/вращающего момента электродвигателя с характеристикой скорости вращения/ вращающего момента нагрузки. Вращающий момент, создаваемый электродвигателем, должен превышать потребный для нагрузки вращающий момент, включая периоды ускорения и полной скорости вращения.

Характеристика зависимости вращающего момента от скорости вращения стандартного электродвигателя и центробежного насоса.

Если мы посмотрим на характеристику , то увидим, что при ускорении электродвигателя его пуск производится при токе, соответствующем 550% тока полной нагрузки.

Когда двигатель приближается к своему номинальному значению скорости вращения, ток снижается. Как и следовало ожидать, во время начального периода пуска потери на электродвигателе высоки, поэтому этот период не должен быть продолжительным, чтобы не допустить перегрева.

Очень важно, чтобы максимальная скорость вращения достигалась как можно точнее. Это связано с потребляемой мощностью: например, увеличение скорости вращения на 1% по сравнению со стандартным максимумом приводит к 3%-ному увеличению потребляемой мощности.

Потребляемая мощность пропорциональна диаметру рабочего колеса насоса в четвертой степени.

Уменьшение диаметра рабочего колеса насоса на 10% приводит к уменьшению потребляемой мощности на (1- (0.9 * 0.9 * 0.9 * 0.9)) * 100 = 34%, что равно 66% номинальной мощности. Эта зависимость определяется исключительно на практике, так как зависит от типа насоса, конструкции рабочего колеса и от того, насколько вы уменьшаете диаметр рабочего колеса.

Время пуска электрдвигателя

Если нам необходимо подобрать типоразмер электродвигателя для определённой нагрузки, например для центробежных насосов, основная наша задача состоит в том, чтобы обеспечить соответствующий вращающий момент и мощность в номинальной рабочей точке, потому что пусковой момент для центробежных насосов довольно низкий. Время пуска достаточно ограниченно, так как вращающий момент довольно высокий.

Нередко для сложных систем защиты и контроля электродвигателей требуется некоторое время для их пуска, чтобы они могли замерить пусковой ток электродвигателя. Время пуска электродвигателя и насоса рассчитывается с помощью следующей формулы:

tпуск = время, необходимое электродвигателю насоса, чтобы достичь частоты вращения при полной нагрузке

n = частота вращения электродвигателя при полной нагрузке

Iобщ = инерция, которая требует ускорения, т.е. инерция вала электродвигателя, ротора, вала насоса и рабочих колёс.

Момент инерции для насосов и электродвигателей можно найти в соответствующих технических данных.

Мизб = избыточный момент, ускоряющий вращение. Избыточный момент равен вращающему моменту электродвигателя минус вращающий момент насоса при различных частотах вращения.

Мизб можно рассчитать по следующим формулам:

Как видно из приведённых вычислений, выполненных для данного примера с электродвигателем мощностью 4 кВт насоса CR, время пуска составляет 0,11 секунды.

Число пусков электродвигателя в час

Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.

Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.

Мощность и КПД (eta) электродвигателя

Существует прямая связь между мощностью, потребляемой электродвигателем от сети, мощностью на валу электродвигателя и гидравлической мощностью, развиваемой насосом.

При производстве насосов используются следующие обозначения этих трёх различных типов мощности.

P1 (кВт) Входная электрическая мощность насосов - это мощность, которую электродвигатель насоса получает от источника электрического питания. Мощность P! равна мощности P2, разделённой на КПД электродвигателя.

P2 (кВт) Мощность на валу электродвигателя - это мощность, которую электродвигатель передает на вал насоса.

Р3 (кВт) Входная мощность насоса = P2, при условии, что соединительная муфта между валами насоса и электродвигателя не рассеивает энергию.

Р4 (кВт) Гидравлическая мощность насоса.

www.eti.su


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости