Как рассчитать пусковой ток двигателя. Как рассчитать двигатель


Как определить мощность двигателя. Определение мощности автомобиля: как рассчитать?

Как рассчитывается мощность двигателя?

Лошадиные силы двигателя автомобиля не измеряются лошадьми на практике, и это очевидно. Но как рассчитать мощность двигателя автомобиля другим способом? Всё очень просто: если Вы хотите узнать, сколько лошадиных сил в двигателе машины, Вы подключите двигатель к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки. Но, тем не менее, чтобы рассчитать мощность двигателя, есть ещё один шаг, который необходимо преодолеть, и об этом мы сейчас поговорим.

Крутящий момент

Представьте себе, что у Вас есть большой торцевой гаечный ключ с ручкой на нём в 1 метр длиной, и Вы надавите на него весом 100 грамм. То, что Вы делаете, называется применением крутящего момента, у которого также есть своя единица измерения, и в данном случае она рассчитывается как 1 ньютон*метр (Н*м), потому что Вы давите 100 граммами (что примерно равно 1 Ньютону) с "плечом" в 1 метр. Вы сможете получить тот же 1 Н*м, если, к примеру, надавите весом в 1 кг на торцевой ключ с длиной ручки в 10 см.

Аналогично, если Вы вместо торцевого ключа приложите вал двигателя, то двигатель даст некоторый показатель крутящего момента на вал. Динамометр измеряет этот крутящий момент. А далее Вы можете легко конвертировать крутящий момент в лошадиные силы путём простой формулы и, таким образом, рассчитать мощность машины. Формула эта выглядит следующим образом:

Мощность двигателя = (Обороты в минуту * Крутящий момент)/5252.

Тем не менее, крутящий момент, хоть и растёт вместе с мощностью при росте оборотов, тем не менее, не всегда значение мощности прямо пропорционально крутящему моменту. Так, если Вы построите график мощности и крутящего момента по оборотам вращения двигателя, делая отметки с шагом в 500 оборотов, то, что Вы в конечном итоге получите, является кривой мощности двигателя. Типичная кривая мощности для высокопроизводительного двигателя может выглядеть следующим образом (в примере 300-сильный мотор Mitsubishi 3000):

Данный график указывает на то, что любой двигатель имеет пиковую мощность, которую можно рассчитать динамометром - значение оборотов в минуту, при которых мощность двигателя достигает своего максимума. Двигатель также имеет максимальный крутящий момент в определённом диапазоне оборотов в минуту. Вы можете часто видеть в технических характеристиках автомобилей указание наподобие "123 л.с. при 4 600 об./мин., 155 Нм при 4 200 об./мин.". А ещё, когда люди говорят, что двигатель "низкооборотистый" или "высокооборотистый", то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент двигателя достигается на довольно низкой или высокой величине оборотов соответственно (например, дизельные двигатели по своей природе являются низкооборотистыми, и потому (но не только поэтому) их часто используют на грузовых автомобилях и тракторах, а вот бензиновые двигатели, напротив, высокооборотистые).

Как мы видим, рассчитать мощность двигателя машины является не такой уж и сложной задачей для специалистов, вооружённых динамометром.

howcarworks.ru

Чем определяется мощность автомобиля?

Многие люди, покупая автомобиль или задумываясь про мощность двигателя, смотрят на значение «количество лошадиных сил», а вовсе не на показатель крутящего момента и его максимальное значение. Тем не менее для дальновидных водителей эта особенность двигателя, дающая возможность радостно разгоняться и как следствие, ловко маневрировать, является тоже очень важной. Что же нужно знать об этой характеристике, от чего она зависит и автомобиль с каким крутящим моментом лучше?

По определению, момент силы – физическая величина, вычисляемое как произведение радиус-вектора, который имеет начальную точку на оси вращения, а конечную в точке приложения силы, на вектор этой силы. Это понятие, характеризующее вращательное действие силы, направленной на твёрдое тело. Крутящий момент в двигателе автомобиля определяется умножением действующей на поршень силы на расстояние от центральной оси шейки шатуна до коленчатого вала, точнее, центральной его оси. Это тяговая характеристика, момент силы, для информации, измеряется в ньютон-метрах.

Мощность машины и крутящий момент двигателя тесно связаны. Садясь в автомобиль и следуя по трассе, водитель выясняет, что способность двигателя производить хорошую динамику на наименьших оборотах имеет первостепенное значение. Конечно же, после безопасности. Скорость и динамика разгона автомобиля зависят от мощности двигателя, всем известных лошадиных сил. Мощность вычисляется умножением момента силы на частоту вращения вала. Соответственно, есть два пути ее повышения: повысить крутящий момент либо частоту вращения вала. Повысить эту частоту у поршневого двигателя нелегко: влияют силы инерции (по квадрату оборотов), нагрузки на конструкцию, трение (в десятки раз). У каждого двигателя на графике будет точка перегиба, где крутящий момент, ненадолго повысившись, падает, так как при работе на высокой мощности ухудшается наполнение цилиндров смесью топлива и воздуха. Другой путь: увеличить крутящий момент. Здесь нужен наддув для того, чтобы прокачать через мотор вдвое большее количество воздуха и горючего. Тогда крутящий момент увеличится примерно вдвое все при тех же оборотах. Но в этом случае нарастают тепловые нагрузки, отсюда другие проблемы.

Если взять средний автомобиль, то все силы будут задействованы лишь при 5000–6500 об/мин. А при обычной езде по городу, при низких оборотах, в 2-3 тысячи, автомобиль приводят в движение только половина лошадиных сил. И только при осуществлении скоростного маневра на трассе, при высоких оборотах проявится полная сила мотора. Притом любому ясно, что чем быстрее двигатель будет набирать обороты, тем раньше разгонится автомобиль. Крутящий момент прямо пропорционально зависит от длины шатуна. То есть чем он длиннее, тем выше крутящий момент.

Зачастую человеку кажется, что если у него столько-то лошадиных сил под капотом, то все они на него каждую секунду и работают. А вот и нет! Допустим, есть автомобиль, максимальная мощность двигателя которого будет при 5000–6500 об/мин. То есть для достаточного ускорения придется разогнать мотор увеличить обороты в минуту. Это удастся лишь через определенное время, которое может оказаться очень важным при обгоне. В случае мощного мотора с нормальным крутящим моментом, когда необходимая мощность появляется уже при 2000 оборотах, получим моментальное ускорение для любого рискованного маневра.

Разница крутящего момента у малолитражки бензинового или дизельного двигателя

Принято считать, что почти все автомобили-малолитражки с «тяговитыми» двигателями, а также авто с дизельными моторами. Водители автомобилей с дизельным двигателем особенно замечают быстрый разгон даже при низких оборотах. Они, похваляясь, чаще всего говорят, что в нем, в крутящем моменте, вся сила. Теперь ясно: крутящий момент не в меньшей степени, чем лошадиные силы, важная характеристика железного коня. На него следует смотреть в первую очередь при покупке нового автомобиля, а также при подборе подержанного.

Зависимость оборотов двигателя от крутящего момента

Вот и стало ясно, чем те же самые 200 Hм на 1700 об/мин. лучше, чем те же 200 при 4000 оборотах в мин. Теперь понятно, что именно крутящий момент влияет на маневренность и скорость разгона автомобиля. Это заметно по времени, в течение которого можно разгоняться дальше. Конечно, здорово изобрести машину, у двигателя которой значение крутящего момента на любых оборотах низких ли, средних или высоких стабильно и максимально было бы приближено к п

xn----7sbeb3bupph.xn--p1ai

Как рассчитать пусковой ток двигателя

Пусковые токи асинхронных электродвигателей

Подписка на рассылку

Ток, который нужен для запуска электродвигателя, называется пусковым. Как правило, пусковые токи электродвигателей в несколько раз большие, чем токи, необходимые для работы в нормально-устойчивом режиме.

Рисунок 1. Асинхронный электродвигатель Большой пусковой ток асинхронного электродвигателя необходим для того, чтобы раскрутить ротор с места, для чего требуется приложить гораздо больше энергии, чем для дальнейшего поддержания постоянного числа его оборотов. Стоит отметить, что, несмотря на совсем другой принцип действия, однофазные двигатели постоянного тока также характеризуются большими значениями пусковых токов.

Высокие пусковые токи электродвигателей — нежелательное явление, поскольку они могут приводить к кратковременной нехватке энергии для другого подключенного к сети оборудования (падению напряжения). Поэтому при подключении и наладке двигателей переменного тока (наиболее распространенных в промышленности) всегда стоит задача минимизировать значения пусковых токов, а также повысить плавность пуска двигателя за счет применения специального дополнительного оборудования. Такие мероприятия также позволяют снизить уровень затрат на пуск электродвигателя (применять провода меньшего сечения, стабилизаторы и дизельные электростанции меньшей мощности, проч.).

Одной из наиболее эффективных категорий устройств, облегчающих тяжелые условия пуска, являются софтстартеры и частотные преобразователи. Особенно ценным считается их свойство поддерживать пусковой ток двигателей переменного тока в течение продолжительного периода — более минуты. Также пусковой ток асинхронного электродвигателя можно уменьшить за счет внедрения внешнего сопротивления в обмотку ротора.

Расчет пускового тока асинхронного электродвигателя

Рисунок 2. Асинхронный электродвигатель с частотным преобразователем Расчет пускового тока электродвигателя может потребоваться для того, чтобы подобрать подходящие автоматические выключатели, способные защитить линию включения данного электродвигателя, а также для того, чтобы подобрать подходящее по параметрам дополнительное оборудование (генераторы, проч.).

Расчет пускового тока электродвигателя осуществляется в несколько этапов:

Определение номинального тока трехфазного электродвигателя переменного тока согласно формуле: Iн=1000Pн/(Uн*cosφ*√ηн). Рн здесь — номинальная мощность двигателя, Uн выступает номинальным напряжением, а ηн — номинальным коэффициентом полезного действия. Cosφ — это номинальный коэффициент мощности электромотора. Все эти данные можно найти в технической документации по двигателю.

Расчет величины пускового тока по формуле Iпуск=Iн*Кпуск. Здесь Iн — номинальная величина тока, а Кпуск выступает кратностью постоянного тока к номинальному значению, которая также должна указываться в технической документации к электродвигателю.

Точно зная пусковые токи электродвигателей, можно правильно подобрать автоматические выключатели, которые будут защищать линию включения.

Какой ток потребляет двигатель из сети при пуске и работе

В паспорте электрического двигателя указан ток при номинальной нагрузке на валу. Если, например, указано 13,8/8 А, то это означает, что при включении двигателя в сеть 220 В и при номинальной нагрузке ток, потребляемый из сети, будет равен 13,8 А. При включении в сеть 380 В из сети будет потребляться ток 8 А, то есть справедливо равенство мощностей: √ 3 х 380 х 8 = √ 3 х 220 х 13,8.

Зная номинальную мощность двигателя (из паспорта) можно определить его номинальный ток. При включении двигателя в трехфазную сеть 380 В номинальный ток можно посчитать по следующей формуле:

I н = P н/ ( √3 U н х η х с osφ).

где P н — номинальная мощность двигателя в кВт, U н — напряжение в сети, в кВ (0,38 кВ). Коэффициент полезного действия ( η) и коэффициент мощности (с osφ) — паспортные значения двигателя, которые написаны на щитке в виде металлической таблички. См. также — Какие паспортные данные указываются на щитке асинхронного двигателя.

Как рассчитать пусковой ток двигателя

Рис. 1. Паспорт электрического двигателя. Номинальная мощность 1,5 кВ, номинальный ток при напряжении 380 В — 3,4 А.

Если не известны к.п.д. и коэффициент мощности двигателя, например, при отсутствии на двигателе паспорта-таблички, то номинальный его ток с небольшой погрешностью можно определить по соотношению «два ампера на киловатт», т.е. если номинальная мощность двигателя 10 кВт, то потребляемый им ток будет примерно равен 20 А.

Для указанного на рисунке двигателя это соотношение тоже выполняется (3,4 А ≈ 2 х 1,5). Более точные значения токов при использовании данного соотношения получаются при мощностях двигателей от 3 кВт.

При холостом ходе электродвигателя из сети потребляется незначительный ток (ток холостого хода). При увеличении нагрузки увеличивается и потребляемый ток. С увеличением тока повышается нагрев обмоток. Большая перегрузка приводит к тому, что увеличенный ток вызывает перегрей обмоток двигателя, и возникает опасность обугливания изоляции (сгорания электродвигателя).

В момент пуска из сети электрическим двигателем потребляется так называемый пусковой ток. который может быть в 3 — 8 раз больше номинального. Характер изменения тока представлен на графике (рис. 2, а).

Как рассчитать пусковой ток двигателя

Рис. 2. Характер изменения тока, потребляемого двигателем из сети (а), и влияние большого тока на колебания напряжения в сети (б)

Точное значение пускового тока для каждого конкретного двигателя можно определить зная значение кратности пускового тока — I пуск/ I ном. Кратность пускового тока — одна из технических характеристик двигателя, которую можно найти в каталогах. Пусковой ток определяется по следующей формуле: I пуск = I н х ( I пуск/ I ном). Например, при номинальном токе двигателя 20 А и кратности пускового тока — 6, пусковой ток равен 20 х 6 = 120 А.

Знание реальной величины пускового тока нужно для выбора плавких предохранителей, проверке срабатывания электромагнитных расцепителей во время пуска двигателя при выборе автоматических выключателей и для определения величины снижения напряжения в сети при пуске.

Процесс выбора плавких предохранителей подробно рассмотрен в этой статье: Выбор предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей

Большой пусковой ток, на который сеть обычно не рассчитана, вызывает значительные снижения напряжения в сети (рис. 2, б).

Если принять сопротивление проводов, идущих от источника до двигателя, равным 0,5 Ом, номинальный ток I н=15 А, а пусковой ток равным пятикратному от номинального, то потери напряжения в проводах в момент пуска составят 0,5 х 75 + 0,5 х 75 = 75 В.

На зажимах двигателя, а также и на зажимах рядом работающих электродвигателей будет 220 — 75 = 145 В. Такое снижение напряжения может вызвать торможение работающих двигателей, что повлечет за собой еще большее увеличение тока в сети и перегорание предохранителей.

В электрических лампах в моменты пуска двигателей уменьшается накал (лампы «мигают»). Поэтому при пуске электродвигателей стремятся уменьшить пусковые токи.

Для уменьшения пускового тока может использоваться схема пуска двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. При этом фазное напряжение уменьшится в √ З раз и соответственно ограничивается пусковой ток. После достижения ротором некоторой скорости обмотки статора переключаются в схему треугольника и напряжение ни них становится равным номинальному. Переключение обычно производится автоматически с использованием реле времени или тока.

Как рассчитать пусковой ток двигателя

Рис. 3. Схема пуска электрического двигателя с переключением обмоток статора со звезды на треугольник

Важно понимать, что не далеко каждый двигатель можно подключать по этой схеме. Наиболее распространенные асинхронные двигатели с рабочим напряжение 380/200 В, в том числе и двигатель, показанный на рисунке 1 при включении по данной схеме выйдут из строя. Подробнее об этом читайте здесь: Выбор схемы соединения фаз электродвигателя

В настоящее время, для уменьшения пускового тока электрических двигателей активно используют специальные микропроцессорные устройства плавного пуска (софт-стартеры). Подробнее о назначении такого типа устройств читайте в статье Для чего нужен плавный пуск асинхронного двигателя.

Статьи и схемы

Полезное для электрика

Пусковой ток двигателя определяется как

где — кратность пускового тока по отношению к номинальному.

Сечение проводов и кабелей до 1 кВ выбираем исходя из условий:

1) по условию нагрева от протекаемого тока

где — поправочный коэффициент на условия прокладки;

2) по условию соответствия аппарату МТЗ (максимальной токовой защиты), установленного в начале линии

где — номинальный ток защитного аппарата, А; — кратность длительного допустимого тока провода по отношению к току срабатывания защиты.

При определении количества проводов, прокладываемых в одной трубе, или жил многожильного проводника, нулевой рабочий проводник, а также заземляющие и нулевые защитные проводники в расчёт не принимаем. Для цеховых электрических сетей принимаем провода и кабели с алюминиевыми жилами, тогда по механической прочности минимальные сечения алюминиевых жил проводов и кабелей внутри помещений не менее 4мм 2 при прокладке на изоляторах, 2,5мм 2 ¾ при других способах прокладки. Проводники с медными жилами применяем во взрывоопасных помещениях классов В1 и В1а, а также в силовых цепях крановых установок. Сечение нулевого и заземляющего провода принимаем равным или большим половины фазного сечения, но не меньше чем того требует механическая прочность.

Приведем пример выбора электродвигателей, пусковых и защитных аппаратов электропривода горизонтально-расточного станка, состоящего из трех двигателей.

1) АИР132М4¾ P=11,0 кВт, h=87,5 %, cosj=0,87, Кп =7,5;

2) АИР112М4¾ Р=5,5 кВт, h=87,5 %, cosj=0,88, Кп =7;

3) АИР80В4¾ Р=1,5 кВт, h=78 %, cosj=0,83, Кп =5,5;

Номинальные токи двигателей по условию (2.10):

Для них по (2.1) выбираем магнитные пускатели:

Согласно (2.2) выберем тепловое реле для первого двигателя

Выбираем тепловое реле типа РТЛ-206104 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. = 27,5 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 80 А.

Для второго электродвигателя

Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. = 12 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 25 А.

Для третьего электродвигателя

Выбираем тепловое реле типа РТЛ-101604 со средним значением тока теплового реле Iср.т.р. =5 А и номинальным током теплового реле Iном..р. = 25 А.

Чтобы определить расчетный ток станка в целом, используем метод определения электрических нагрузок с помощью коэффициента расчетной нагрузки, который будет подробнее изложен далее.

Установленная мощность станка:

По таблице 2.1 для данного станка и .

Эффективное число электроприемников

принимаем при этом по таблицам [метод к курсовому проектированию] .

Тогда расчетная мощность станка

Так как . то принимаем за расчетный ток 21,954 А. Пиковый ток станка определяем по формуле (3.2.5)

По условию (3.2.6) выбираем автоматический выключатель в цепи питания:

· первого электродвигателя станка ВА51Г-25 с . По (3.9)

По (3.2.8) ток срабатывания расцепителя . что удовлетворяет условию (3.2.7): ;

· второго двигателя ВА51Г-25 с . . . . ;

· третьего двигателя ВА51Г-25 с . . . . .

По условию (3.2.3) и (3.2.4) выбираем предохранитель типа ПН2-100/100 для защиты станка: и .

Сечение провода, идущего от рассматриваемого станка к распределительному шкафу, выбираем по условиям (3.2.12) и (3.2.13): и . В итоге выбираем по литературе [4] провод АПВ 5(1´8) с .

Для электропривода с одним двигателем расчёт аналогичен трехдвигательному электроприводу, исключение лишь составляет расчётный ток, который принимаем равным номинальному току двигателя. Все расчеты сводятся в таблицы 3.2.3, 3.2.4, 3.2.5 и 3.2.6.

Таблица 3.2.3- Выбор магнитных пускателей и тепловых реле

Источники: http://cable.ru/articles/id-1117.php, http://electricalschool.info/main/osnovy/1441-kakojj-tok-potrebljaet-dvigatel-iz-seti.html, http://studopedia.ru/6_135703_puskovoy-tok-dvigatelya-opredelyaetsya-kak.html

electricremont.ru

Как рассчитывается мощность двигателя? | АвтоМИР

Лошадиные силы двигателя автомобиля не измеряются лошадьми на практике, и это очевидно. Но как рассчитать мощность двигателя автомобиля другим способом? Всё очень просто: если Вы хотите узнать, сколько лошадиных сил в двигателе машины, Вы подключите двигатель к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки. Но, тем не менее, чтобы рассчитать мощность двигателя, есть ещё один шаг, который необходимо преодолеть, и об этом мы сейчас поговорим.

Крутящий момент

Представьте себе, что у Вас есть большой торцевой гаечный ключ с ручкой на нём в 1 метр длиной, и Вы надавите на него весом 100 грамм. То, что Вы делаете, называется применением крутящего момента, у которого также есть своя единица измерения, и в данном случае она рассчитывается как 1 ньютон*метр (Н*м), потому что Вы давите 100 граммами (что примерно равно 1 Ньютону) с «плечом» в 1 метр. Вы сможете получить тот же 1 Н*м, если, к примеру, надавите весом в 1 кг на торцевой ключ с длиной ручки в 10 см.

Аналогично, если Вы вместо торцевого ключа приложите вал двигателя, то двигатель даст некоторый показатель крутящего момента на вал. Динамометр измеряет этот крутящий момент. А далее Вы можете легко конвертировать крутящий момент в лошадиные силы путём простой формулы и, таким образом, рассчитать мощность машины. Формула эта выглядит следующим образом:

Мощность двигателя = (Обороты в минуту * Крутящий момент)/5252.

Вы можете получить представление о том, как динамометр работает, следующим образом: представьте, что Вы включаете двигатель автомобиля при включенной нейтральной передачей и жмёте педаль акселератора «в пол». Двигатель будет работать так быстро, что может взорваться. Это не есть хорошо, но так, при помощи динамометра Вы можете измерить крутящий момент двигателя на разных оборотах. Вы можете подключить двигатель к динамометру, нажать на педаль газа и создать в динамометре достаточное количество нагрузки на двигатель, чтобы сохранить его работу, скажем, на 7 000 оборотов в минуту. Вы записываете при это на бумагу, с какой максимальной нагрузкой двигатель может справиться. Тогда Вы начинаете применять дополнительную нагрузку, чтобы сбить скорость двигателя до 6 500 оборотов в минуту и снова записать нагрузку в новом режиме. Тогда Вы сбросите нагрузкой двигатель до 6 000 оборотов в минуту, и так далее. Вы можете сделать то же самое вплоть до критически низких 500 или 1 000 оборотов в минуту. Что динамометры делают — так это фактически измеряют крутящий момент и далее конвертируют крутящий момент в лошадиные силы, рассчитывая мощность.

Тем не менее, крутящий момент, хоть и растёт вместе с мощностью при росте оборотов, тем не менее, не всегда значение мощности прямо пропорционально крутящему моменту. Так, если Вы построите график мощности и крутящего момента по оборотам вращения двигателя, делая отметки с шагом в 500 оборотов, то, что Вы в конечном итоге получите, является кривой мощности двигателя. Типичная кривая мощности для высокопроизводительного двигателя может выглядеть следующим образом (в примере 300-сильный мотор Mitsubishi 3000):

Данный график указывает на то, что любой двигатель имеет пиковую мощность, которую можно рассчитать динамометром — значение оборотов в минуту, при которых мощность двигателя достигает своего максимума. Двигатель также имеет максимальный крутящий момент в определённом диапазоне оборотов в минуту. Вы можете часто видеть в технических характеристиках автомобилей указание наподобие «123 л.с. при 4 600 об./мин., 155 Нм при 4 200 об./мин.». А ещё, когда люди говорят, что двигатель «низкооборотистый» или «высокооборотистый», то они имеют в виду, что максимальный крутящий момент двигателя достигается на довольно низкой или высокой величине оборотов соответственно (например, дизельные двигатели по своей природе являются низкооборотистыми, и потому (но не только поэтому) их часто используют на грузовых автомобилях и тракторах, а вот бензиновые двигатели, напротив, высокооборотистые).

Как мы видим, рассчитать мощность двигателя машины является не такой уж и сложной задачей для специалистов, вооружённых динамометром.

Как рассчитывается мощность двигателя? Видео 

Мощность автомобиляДвигательРасчёты

Ведь друзья тоже любят интересные статьи!

sate09.ru