Момент электрического двигателя: типы, устройство, принцип работы, параметры, производители

Содержание

Как увеличить мощность электродвигателя — ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

Бывает, что мощности электродвигателя недостаточно для обеспечения запуска и работы какого-либо устройства. Как увеличить мощность электродвигателя? Прежде всего, следует знать причину: почему не хватает мощности — а она кроется в параметрах тока, протекающего по обмоткам агрегата. Следовательно, нужно увеличить его значение, либо включив двигатель в сеть большей частоты (если это устройство переменного тока), либо внеся некоторые конструктивные изменения (при включении в бытовую сеть). Ниже мы рассмотрим последний случай.

Итак, для проведения работ вам следует «вооружиться»:

  • набором проводов разного сечения;
  • тестером;
  • частотным преобразователем;
  • источником тока с изменяемой ЭДС.

Сначала необходимо подключить электродвигатель к имеющемуся у вас источнику тока и изменяемой ЭДС и увеличить ее значение. Напряжение в обмотках должно увеличиваться соответственно и поравняться со значением ЭДС (если не принимать во внимание потери в подводящих проводниках, но они незначительны).

Для расчета увеличения мощности двигателя определите значение увеличения напряжения и возведите эту цифру в квадрат. Например, если напряжение на обмотках выросло в два раза (со 110В до 220В), мощность двигателя увеличилась в четыре раза.

Иногда самый рациональный способ повысить мощность электродвигателя – перемотать обмотку. Во многих моделях это медный проводник. Вам следует взять провод из того же материала и той же длины, но большего сечения. Мощность двигателя (и ток в проводе) увеличатся во столько же раз, во сколько снизится сопротивление обмотки. Следите за тем, чтобы напряжение на обмотках оставалось неизменным.

Расчет в этом случае тоже достаточно прост. Разделите большую цифру сечения провода на меньшую. Если провод сечением 0.5 мм заменен проводом сечением 0.75 мм, показатель мощности вырастает в 1.5 раза.

Если вы включаете асинхронный трехфазный двигатель в однофазную бытовую сеть, на первую обмотку подается фаза, на второй фаза сдвигается конденсатором, на третьей сдвиг фаз отсутствует. Именно последняя обмотка создает момент вращения в противоположном направлении (тормозящий момент). Увеличить полезную мощность двигателя в этом случае можно путем отключения третьей обмотки. Это приведет к исчезновению тормозящего момента, генерируемого при работе всех обмоток, и, соответственно, повышению мощности. Данный метод удобен в том случае, когда одна обмотка у двигателя уже сгорела – двух оставшихся вам вполне хватит для подключения и обеспечения работы агрегата.

Еще лучшего результата вы достигнете, поменяв местами выводы третьей обмотки и создав таким образом момент вращения в правильном направлении. В этом случае двигатель «выдаст» более 50% мощности от номинала. Эту обмотку рекомендуется подключать через конденсатор с правильно подобранной емкостью.

У асинхронного двигателя переменного тока мощность можно увеличить, присоединив к нему частотный преобразователь, который повысит частоту переменного тока в обмотках. Значение мощности в этом случае фиксируется с помощью тестера, поставленного на режим ваттметра. Существует два вида преобразователей частоты, отличающиеся принципом работы и устройством:

  • Приборы с непосредственной связью (выпрямители). Они не подходят для мощного оборудования, но с небольшим двигателем, использующимся в быту, способны «справиться». С помощью такого устройства осуществляется подключение обмотки к сети. Выходное напряжение, образованное им, имеет частоту от 0 до 30 Гц. При этом управлять скоростью вращения привода можно только в ограниченном диапазоне.
  • Приборы с промежуточным звеном постоянного тока. Они производят двухступенчатое преобразование энергии – выпрямление входного напряжения, его фильтрацию и сглаживание и последующую трансформацию в напряжение с требуемой частотой и амплитудой при помощи инвертора. В процессе преобразования КПД оборудования может быть несколько снижен. Благодаря возможности обеспечивать плавную регулировку оборотов и выдавать на выходе напряжение с достаточно высокой частотой, преобразователи данного типа более востребованы и широко применяются в быту и на производстве.

Произведя необходимые расчеты и выбрав наиболее эффективный в вашем случае способ, вы сможете заставить двигатель работать с нужной вам мощностью. Не забывайте о мерах предосторожности.

Увеличение оборотов электродвигателя

Увеличение оборотов электродвигателя также ведет к повышению его мощности. При выборе способа увеличения оборотов учитывайте тип агрегата, особенности модели и область ее применения.

Для повышения частоты вращения коллекторного двигателя следует или уменьшить нагрузку на вал, или увеличить напряжение питания. Обратите внимание на следующие нюансы:

  • Мощность двигателя должна держаться в рамках номинала.
  • Работа коллекторного двигателя с последовательным возбуждением без нагрузки, если не снижено питание, чревата его выходом из строя, так как он может разогнаться до слишком большой скорости.
  • Увеличение оборотов с помощью шунтирования обмотки возбуждения часто приводит к сильному перегреву мотора.

Вышеуказанный способ подходит и для электродвигателей с электронным управлением обмотками (в них используется обратная связь), поскольку их свойства очень схожи с коллекторными моделями (главное различие – невозможность осуществления реверса путем переполюсовки). Все перечисленные ограничения должны соблюдаться при работе с двигателями данного типа.

В асинхронном двигателе, подключаемом непосредственно к сети, частоту вращения регулируют, изменяя напряжение питания. Этот способ не слишком эффективен, поскольку коэффициент полезного действия сильно меняется из-за нелинейного характера зависимости скорости от напряжения. К синхронному двигателю данный метод применять нельзя.

Трехфазный инвертор позволяет регулировать обороты электродвигателей обоих типов (синхронного и асинхронного). Прибор должен обеспечивать уменьшение напряжения при снижении частоты.

Зная, как сделать мощнее электродвигатель, вы сможете заставить оборудование, к которому он подключен, работать с гораздо большей эффективностью и КПД. Естественно, перед началом работ следует четко представлять себе номинальную мощность двигателя. Данные можно найти в паспорте или на табличке, прикрепленной к корпусу агрегата. Если они отсутствуют (или не читаемы), воспользуйтесь одним из способов определения мощности, описанных в предыдущих статьях.

Работая с электродвигателем, соблюдайте правила техники безопасности. Не допускайте его перегрева и следите, чтобы он эксплуатировался в подходящих условиях. При поломке агрегата или первых признаках неисправности проведите технический осмотр и устраните неполадки. Если проблема слишком серьезная, и вы не можете справиться с ней самостоятельно, обратитесь к специалисту. Срок службы двигателя зависит от множества факторов, но в ваших силах свести к минимуму возможность поломки и сделать так, чтобы устройство работало долго и эффективно.

✔ Особенности электродвигателя ✔ Статьи компании «Мир Привода»

Электрический двигатель – сложная система, компоненты которой способны перерабатывать электрическую энергию, преобразовывая ее в механическую. Она требуется для активации всевозможных механизмов. Электрический двигатель – ведущий компонент электропривода. В зависимости от режима функционирования электродвигатель может выполнять преобразование энергии в обратном направлении, то есть преобразовывать механическую энергию в электрическую – в этом случае он работает как электрогенератор.

Устройства отличаются по разным параметрами, включая тип механического движения, которое формируют. По этим характеристикам они могут быть вращающимися, линейными и другими. Под понятием электрического двигателя зачастую подразумевается вращающаяся система, которая пользуется сегодня повышенным спросом.

Как работает электродвигатель

В принцип функционирования заложена электромагнитная индукция. Это механизм образования электрополя или тока, что происходит ввиду воздействия колеблющегося магнитного поля. Любое электрическое поле, склонно к изменениям, формирует магнитное – взаимодействие этих двух факторов способствует отталкиванию или притягиванию компонентов статора и ротора.

Из чего состоит агрегат

Электродвигатель вращающегося типа состоит из двух основных частей:

статора и ротора. Первый относится к статичным компонентам, второй – к вращающимся. Также в конструкции предусмотрен якорь. Это обмотка, которая является проводником тока при функционировании мотора. Якорь бывает статичным или активным. Зачастую таким наименованием характеризуются подвижный элемент в различных приборах, вырабатывающих электромагнитное поле.

Какие электродвигатели сегодня наиболее актуальны

Существуют разные вариации электрических двигателей, но наиболее востребованными считаются асинхронные и модели постоянного тока

Асинхронные

Отличаются относительно низкой ценой по сравнению с конкурентами. Обладают простой конструкцией. И эти два фактора делают изделие широко востребованным в разных сферах. Особенность конструкций заключается в таком параметре, как скольжение. Он предполагает разницу между частотой вращения магнитного поля статичного элемента и скорости движения ротора. Напряжение на динамичном компоненте машины индуцируется благодаря переменному магнитному полю обмоток статора. Вращение продуцирует взаимодействие электромагнитов неподвижного элемента и магнитного поля ротора, которое образуется ввиду сформированных в нем вихревых токов. По типам обмоток статора бывают двигатели:

  • Однофазные – агрегаты могут работать только при наличии внешнего фазосдвигающего компонента, например, конденсатора или индуктивного прибора. Эти двигатели отличаются незначительной мощностью.
  • С двумя фазами – машины, которые оснащаются двумя обмотками со смещенными по отношению друг к другу фазами. Модели часто встречаются в бытовой технике, а также в оборудовании, которое не требует мощного электродвигателя.
  • С тремя и более фазами – многофазные электрические машины, оснащенные тремя+ обмотками статора, смещенными на определенный угол.

Обмотка ротора электродвигателей первого вида – это стержни, которые лишены изоляции, и изготовлены из сочетания меди и алюминия. Они замкнуты с двух сторон кольцами. Такие электродвигатели обладают внушительным набором сильных сторон:

  • Упрощенная система пуска. Также оборудование допускает подключение к электросети посредством устройств коммутации.
  • Допустимы короткие нагрузки среднего уровня.
  • Могут входить в конструкцию оборудования, эксплуатация которого требует высокой мощности. Моторы этого вида не включают в состав скользящих контактов, которые могут минимизировать мощность.
  • Несложное техническое обслуживание и ремонтные работы. Это обусловлено тем, что специалисту не потребуется много времени на разборку простой конструкции.
  • Невысокая стоимость – модели стоят значительно дешевле синхронных аналогов.

Среди недостатков асинхронных машин можно отметить:

  • Невысокая предельная мощность.
  • Сложно реализовать возможность корректировки количества вращений за определённую единицу времени.
  • Требует высоких стартовых токов при прямом запуске.

Электродвигатели постоянного тока

Еще один вариант часто используемых электрических машин, которые активно применяются в электрическом транспорте, промышленных аппаратах, в исполнительных механизмах.

Моторы постоянного тока имеют много преимуществ:

  • Доступна корректировка частоты вращения посредством изменения уровня напряжения в обмотке. Крутящий момент двигателя постоянного тока остается на едином уровне.
  • Большой коэффициент полезного действия – этот параметр в ДПТ несколько выше, чем у самых продвинутых асинхронных моделей. При средней нагрузке на валу коэффициент полезного действия возрастает примерно на десять или пятнадцать процентов.
  • Относительно компактные размеры, что позволяет использовать ДПТ в качестве микроприводов для различных механизмов.
  • Простое управление. Для старта, реверса, корректировки скорости нет необходимости в покупке сложного и дорогостоящего оборудования, в наличии множества устройств коммутации.
  • Способен преобразовывать механическую энергию в электрическую – работать в качестве генератора. Двигатели такого плана подходят в качестве стабильных источников постоянного электричества.
  • Пусковой момент, позволяющий использовать машину в сочетании с кранами, тяговыми механизмами, конструкциями, предназначенными для подъема грузов.

Двигатели постоянного тока оборудуются:

  • Постоянными магнитами – модели одеты в компактные корпуса, и зачастую применяются как микроприводы;
  • Электромагнитным возбуждением – наиболее популярное решение, которое используется в бытовой технике, всевозможном оборудовании.

Электрические моторы с электромагнитным возбуждением различаются по типу обмотки статора:

  • С параллельным возбуждением – якорь и статор в этом случае подключены параллельно по отношению друг к другу. Такие модели не нуждаются в дополнительном источнике питания, а скорость, с которой вращается ротор, не диктуется оказываемой нагрузкой. Подобный вариант уместен для применения в сочетании с оборудованием, которое решает задачи резки металла и в других целях.
  • С последовательно подключаемой обмоткой статора. Двигатели этой разновидности обладают высоким пусковым моментом. Они актуальны для транспорта, двигающегося от электричества, в промышленных машинах, где есть нужда в пуске под значительной нагрузкой.
  • Смешанное возбуждение. Элемент возбуждения в таких машинах состоит из двух частей. Первая подключена параллельно, вторая – последовательно якорю. Двигатели этой разновидности нужны для функционирования оборудования, требующего высокого пускового момента.

Методы управления электрическими двигателями на практике

Управление электрическими машинами предполагает возможность коррекции таких характеристик, как скорость и мощность. К примеру, если на асинхронную машину подать напряжение определенного параметра, она будет продуцировать вращения с номинальной мощность – выйти за эти пределы оборудование не способно. При необходимости снизить или увеличить скорость вращения применяются преобразователи частот. Они призваны сформировать требуемый ритм разгона и остановки, что позволяет быстро и беспроблемно корректировать частоту функционирования агрегата.

Чтобы создать нужный разгон и торможение без вмешательства в частоту к работе привлекают устройства плавного пуска. При необходимости в управлении исключительно сценарием старта агрегата внедряют систему «звезда-треугольник». Для активации мотора без устройства плавного пуска актуальны специальные контакторы – с их помощью пуском, тормозом и другими параметры управляют на расстоянии, то есть дистанционно.

Прозвон и сопротивление

Асинхронное оборудование зачастую оснащено 3 обмотками. Каждая из них имеет 2 вывода – их помечают в клеммной коробке. Если выводы доступны, их можно прозвонить с целью получения параметра сопротивления и его сравнения с величинами, снятыми с остальных обмоток. Если величины сопротивления отличаются на один процент и менее, то с высокой вероятностью проблем в работе не имеется.

Для вычисления сопротивления обмоток применяется такой прибор, как омметр. Также следует знать, чем выше мощность агрегата, тем меньше показатель сопротивления обмоток.

Вычисление мощности электрического двигателя

Самый простой метод, который может помочь в определении номинальной мощности двигателя – шильдик. На детали прописана механическая мощность – ее значение зачастую ниже той, которая потребляется, что обусловлено потерями на нагреве и трении. Но если шильдик на системе отсутствует, можно использовать визуальный инструмент – оценка по размерам оборудования. Если мотор оснащен валом большого диаметра, его мощность будет достаточно высокой и наоборот.

Также параметр мощности вычисляется по нагрузке и настройкам, выставленным на защитных приборах, которые подают питание на агрегат. Еще один вариант – старт двигателя на номинальной мощности, что даст валу нагрузку. После этого следует измерить ток специальными клещами. Показатель должен быть идентичен по всем обмоткам. Для определения примерной мощности асинхронной машины, которая подключена по алгоритму «звезда», номинальный ток делят на двое.

Увеличение и уменьшение оборотов

Такая функция, как корректировка скорости вращения требуется в следующих режимах функционирования:

  • старт;
  • остановка;
  • работа.

Для этого лучше всего прибегнуть к специальному прибору – частотному преобразователю. Корректировка настроек позволяет достичь различной частоты вращения – она зависит от технических параметров электродвигателя. При этом доступно управление другими настройками оборудования, анализ его состояния во время активности. Можно изменять показатель частоты в плавном и ступенчатом режиме.

Управление оборотами на старте и при установке выполняется посредством устройства плавного пуска. Этот прибор уменьшает пусковой ток благодаря медленному разгону и постепенному повышению оборотов.

Особенности вычисления тока и мощности прибора

Если ток асинхронного устройства известен (узнать можно по шильдику или с помощью изменений в номинальном режиме), но при этом мощность остается неизвестной. В этом случае следует прибегнуть к формуле: Р = I (1,73·U·cosφ·η):

  • P – полезная мощность в номинальном состоянии в Ваттах (этот параметр производители зачастую указывают на шильдике).
  • I – показатель тока агрегата.
  • U – напряжение питания обмоток.
  • Cosφ – коэффициент мощности.
  • η – КПД.

Если мощность известна, и требуется узнать ток, используют формулу: I = P/(1,73·U·cosφ·η).

Для оборудования с мощность более 1.5 кВт, с подключением типа «звезда» используют правило – для примерного расчёта показателя тока его мощность умножают на два.

Настройка мощности: увеличение

Мощность, которую производитель дублирует на шильдике мотора, зачастую ограничена допустимым током, то есть – нагревом корпуса. При повышении показателя требуется предпринять ряд действий, которые направлены на нормализацию температуры корпуса привода двигателя. Например, выполнив установку самостоятельного вентилятора.

При применении преобразователя частоты для увеличения мощности частоту можно изменить посредством ШИМ, но при этом не стоит допускать чрезмерного нагревания преобразователя частоты. Параметр также можно изменить с помощью редуктора или ременной передачи, однако число оборотов при этом уменьшится.

Если вышеперечисленные рекомендации не позволяют справиться с поставленной задачей, остается единственный выход из ситуации – заменить маломощный движок на более производительный.

Потеря мощности при подключении 3-фазного двигателя к 1-фазной сети

Такой формат подключения предполагает использование пускового и рабочего конденсатора для сдвига фазы. Номинальная мощность на валу в этом случает останется неизвестной, а потеря составит около тридцати процентов от номинала. Это обусловлено отсутствием возможности сформировывать перекос по фазам при колебании нагрузок.

Исполнения двигателей

Электрические двигатели отличаются методом установки, степенью защиты, по климатическому предназначению. Асинхронные модели устанавливаются одним из двух методов:

  • на лапах;
  • посредством фланца.

Двигатели, отличающиеся по климатическому исполнению, применяются в разных условиях. Это может быть умеренный климат, преимущественно низкая температура или средняя, жаркое время года. Также двигатели предназначаются для размещения в разных условиях, например, в стенах помещения, на свежем воздухе, под определенной защитой, например, под навесом, который будет защищать оборудование от осадков.

Производители присваивают продукции определенный класс защиты, который чаще всего характеризует степень защищенности от пыли, воды. Зачастую в продаже представлены приводы с сертификацией IP 55.

Для чего двигателю нужен тормоз

В некоторых видах оборудования, например, в лифтах, грузоподъемных устройствах, при торможении мотора нужна фиксация вала в статичном положении. Для этого используется электромагнитный тормоз, включённый в состав агрегата – он прикреплен к тыльной части. Управление этим компонентом выполняется посредством частотного преобразователях или микросхемы.

Как двигатель обозначается на электрических схемах

Электрический двигатель отображается на схемах посредством буквы «M», которая очерчена кругом. Также схемы могут включать порядковый номер продукта, число фаз, разновидность тока, метод подключения обмоток, показатель мощности.

Причины перегрева двигателя

Двигатель – активное оборудование, которое может перегреваться, а причинами этому являются:

  • естественный износ подшипников, что создает более активное трение между деталями и провоцирует перегрев;
  • высокая нагрузка в области вала;
  • некорректное напряжение;
  • пропадание фазы;
  • короткое замыкание, произошедшее в обмотке;
  • отсутствие нормального охлаждения.
  •  

Нагрев электродвигателя в негативном ключе отражается на его долговечности и коэффициенте полезного действия. Также высокая температура может со временем спровоцировать износ привода. В этом случае может потребоваться сложный и дорогостоящий ремонт или полная замена агрегата.

Частые неисправности электродвигателей

Отмечают два типа поломок, к которым склонны большинство моделей электрических двигателей. Они могут носить механический и электрический характер.

Электрические неисправности

Предполагают проблемы в обмотке:

  • замыкание между витками;
  • замыкание обмотки на корпус;
  • механическое повреждение обмотки.

Механические неисправности

Предполагают:

  • естественный износ в подшипниках, повешенное трение;
  • прокручивание ротора на валу;
  • износ корпуса мотора;
  • поломка, связанная с повреждением крыльчатки обдува

Чтобы не допускать проблемных ситуаций, пользователю следует позаботиться о своевременной замене подшипников. Важно учитывать их износ, срок эксплуатации мотора. Это же относится к другим деталям. Электрические неисправности требуют только профессионального ремонта, ведь неаккуратное действие со стороны пользователя может потребовать замены всего агрегата.

Как применяются электрические двигатели

На сегодня электродвигатели – основные потребители энергии. Около 50% этого ресурса приходится на различные варианты оборудования. Двигатели широко востребованы во многих сферах промышленности и жизни в целом. Они применяются для работы бытовой техники, производственного оборудования, для транспорта, спецтехники.

Основные направления, в которых используется это оборудование:

  • металлообрабатывающие и шлифовальные предприятия;
  • деревообрабатывающие заводы, конвейерное производство;
  • для изготовления компрессионного, климатического оборудования;
  • в строительной сфере – моторы включены в конструкции спецтехники и оборудования для подъёма, опускания строительного оборудования;
  • в системах лифтов, в отопительном оборудовании, в системах вентиляции;
  • в бытовых устройствах, начиная холодильником, заканчивая уборочной техникой;
  • для персональных компьютеров, ноутбуков.

Преимущества электрических двигателей

Это оборудование имеет множество сильных сторон, которые обеспечивают его востребованность:

  • относительно простые конструкции;
  • простая установка и эксплуатация;
  • пригодность к ремонту – благодаря высококачественным компонентам, которые используют производители, современные двигатели способны стабильно работать годами;
  • в продаже доступен солидный выбор устройств, отличающихся мощностью и другими техническими характеристиками. Благодаря этому найти вариант под определенное оборудование не составит труда;
  • доступность опции регулировки скорости вращения вала мотора;
  • высокая скорость функционирования, готовность к запуску и остановке;
  • автоматическое управление оборудованием, доступное в большинстве случаев;
  • функция реверса;
  • для установки и технического обслуживания со стороны пользователя не потребуется крупных финансовых вложений;
  • длительный эксплуатационный период;
  • высокий коэффициент полезного действия;
  • оборудование изготавливается из экологически безопасных материалов и компонентов. Работа двигателя не предполагает негативное влияние на здоровье пользователей и состояние природы.

Но к главному достоинству электрического привода можно отнести возможность его контроля и регулировки, при этом местоположение оборудования не имеет принципиального значения – можно включать и отключать устройство на расстоянии. Эклектический мотор не продуцирует неприятного шума, не способен нанести вреда здоровью человека в отличие от механических аналогов.

Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Лорен Нагель

Опубликовано: 21 июня 2022 г., Последнее обновление 21 июня 2022 г. Его можно использовать для расчета механической мощности и получения электрической мощности. Для дронов и электрических самолетов знание крутящего момента также позволяет рассчитать КПД двигателя отдельно от КПД остальной части системы.

В этой статье мы:

  • Используйте формулу крутящего момента электродвигателя для расчета крутящего момента бесщеточного двигателя
  • Экспериментальная проверка нашего расчета на испытательном стенде серии 1580.

Рис. 1. Испытательный стенд серии 1580 с бесщеточным двигателем

Как же рассчитать крутящий момент электродвигателя?

Допустим, мы хотим узнать крутящий момент нашего мотора Xoar 2407. Вот что мы знаем:

  • Вес: 36 г
  • кв: 2300 кв
  • Размеры статора: 24 x 7 x 0,15 мм
  • Конфигурация: 12N14P

Здесь нет ничего полезного для расчета крутящего момента, поэтому давайте рассмотрим некоторую справочную информацию.

Крутящий момент двигателя связан с несколькими переменными, но наиболее важным для расчета крутящего момента является ток.

Крутящий момент электродвигателя Формула:

«Kt» — это коэффициент крутящего момента двигателя, единицами измерения которого являются Н·м/А (ньютон-метры на ампер). Kt — это отношение крутящего момента к току, и эта зависимость не является идеально линейной.

Сам по себе этот коэффициент не очень полезен для нас, но мы можем использовать предположение, что Kt = 1/Kv, а Kv — это число, которое у нас есть.

Допустим, мы хотим подать на наш двигатель ток 20 А. Мы можем использовать это число и Kv нашего двигателя для расчета теоретического крутящего момента.

Kv двигателя обычно указывается в об/мин/В, но для того, чтобы он работал в нашей формуле, нам нужны единицы СИ, в данном случае (радианы/секунды)/вольты. Для преобразования мы разделим 2300 на 60 с и умножим на 2π.

Более точное объяснение значения Kv двигателя см. в нашей статье: Как рассчитать Kv двигателя

Теперь мы можем подставить наше значение SI Kv в нашу формулу крутящего момента двигателя:

Эта цифра кажется разумной, но нелинейность, вызванная ESC и двигатель могут означать, что теоретические результаты не обязательно отражают реальность. Обычно мы ожидаем разницу в 10–50 % между теоретическим значением и измеренным значением.

Обратите внимание, что это уравнение работает в предположении, что зависимость между крутящим моментом и током является линейной, что не соответствует действительности, поэтому вычисленный крутящий момент не будет абсолютно точным.

Давайте подключим двигатель к нашему испытательному стенду и посмотрим, насколько близко мы подошли к нашему теоретическому значению.

Рис. 2. Испытательный стенд серии 1580 с бесщеточным двигателем и пропеллером

Мы использовали испытательный стенд для проведения простого пошагового испытания, проводя измерения, когда система достигала 20 А. Результаты этого испытания приведены ниже. Рис. 3. Крутящий момент в сравнении с текущими результатами

Как видите, вопреки тому, что предлагает формула, зависимость между током и крутящим моментом не является линейной. Это связано с потерями от ESC и двигателя.

Эти данные показывают, что расчеты крутящего момента могут дать нам только оценку истинного крутящего момента, создаваемого двигателем. Чтобы получить точные данные о крутящем моменте, вам нужен инструмент для его измерения.

Мы знали об этой дилемме в течение достаточно долгого времени, поэтому мы разработали наши стенды для испытаний двигателей, чтобы пользователи могли собирать высокоточные данные о двигателях. В дополнение к измерению крутящего момента наши испытательные стенды также измеряют тягу, число оборотов в минуту, электрическую мощность, механическую мощность, эффективность двигателя и ESC, эффективность гребного винта и общую эффективность системы.

Дополнительная литература: анализ мощности и эффективности бесщеточного двигателя

Если у вас есть дополнительные вопросы, не стесняйтесь оставлять нам комментарии ниже.

Оставить комментарий

Комментарии будут одобрены перед показом.

Похожие сообщения в блоге

Как контролировать скорость электродвигателя

Как полезная нагрузка дрона влияет на время полета

Какой вес может нести дрон

Как электромобили создают мгновенный крутящий момент?

Электромобили известны своей мгновенной передачей крутящего момента, что приводит к резкому ускорению с места. Как они производят этот моментальный крутящий момент и почему старые добрые двигатели внутреннего сгорания не могут приблизиться?

Напомнить позже

Крутящий момент — это аспект двигателей, которому в последние годы придается большое значение в автомобилях с высокими характеристиками. Клиенты хотят максимального крутящего момента как можно быстрее и как можно дольше, что вынуждает производителей искать различные способы управления старой технологией двигателя внутреннего сгорания.

Появление на рынке электромобилей означает, что репутация даже самых крутящих двигателей внутреннего сгорания находится под угрозой. С такими компаниями, как Tesla с ее режимами Ludicrous и даже с BMW i3, превосходящим предыдущую M3, давайте посмотрим, как автомобилям нового века удалось создать такое огромное преимущество в передаче крутящего момента, и почему мы, автолюбители, должны определенно уважать электродвигатель.

Подача крутящего момента внутреннего сгорания

13 КБ

Вам всем знаком внешний вид кривой крутящего момента: медленно поднимающаяся вверх, затем достигающая пика и падающая вниз; небольшая насыпь по сравнению с крутым уклоном кривой мощности. Чтобы представить себе, что происходит на этом графике, нам, вероятно, следует изучить создание крутящего момента двигателем.

Крутящий момент в своей основной форме представляет собой вращающую силу и рассчитывается как сила (F), умноженная на расстояние (x). В случае поршневого двигателя «F» — это направленная вниз сила, толкающая поршень вертикально и вращающая коленчатый вал после зажигания. «Х» — это горизонтальное расстояние между шатунной шейкой и коленчатым валом при 270 градусах цикла двигателя. Взгляните на диаграмму ниже:

Это означает, что по мере увеличения размера взрыва в цилиндрах также увеличивается направленная вниз сила поршня, что увеличивает крутящий момент, создаваемый двигателем. Хотя может показаться логичным, что чем выше частота вращения двигателя, тем выше значение создаваемого крутящего момента, к сожалению, это не так просто.

Одной из основных переменных, из-за которой кривая крутящего момента спускается после своего пика, является сложность нагнетания воздуха в двигатель. Максимальный крутящий момент достигается в точке, где сочетание топлива, воздуха и искры создает наибольшую вертикальную силу. Однако по мере увеличения скорости двигателя двигателю становится все труднее втягивать необходимый воздух для сгорания, используя разрежение поршня, опускающегося в цилиндр после такта выпуска. Блок ECU запрограммирован на удовлетворение потребностей в крутящем моменте, заявленных производителем, при этом многие двигатели настроены на формирование как можно более плоской кривой крутящего момента для равномерного распределения по всему диапазону оборотов.

Серьезным недостатком этой передачи крутящего момента является задержка достижения максимального крутящего момента. Начиная с низких оборотов, скорость двигателя должна медленно увеличиваться до порога максимального крутящего момента, который в большинстве безнаддувных двигателей довольно высок в диапазоне оборотов. Разрывы крутящего момента изначально существуют в карте двигателя двигателя внутреннего сгорания, что производители недавно пытались минимизировать с помощью турбонаддува и векторизации крутящего момента.

Подача крутящего момента электромобилем

Можно увидеть, что максимальный крутящий момент возникает мгновенно, а затем снижается.

К счастью, в электродвигателях максимальный крутящий момент создается с самого начала. Когда ток течет через электродвигатель, связанный с ним электрический заряд заставляет якорь вращаться. Эти вращения во внутреннем магнитном поле вызывают нечто, называемое противо-ЭДС (электродвижущая сила), которая противодействует напряжению питания. Представьте, что противо-ЭДС эквивалентна естественной тормозной силе, как в двигателях внутреннего сгорания.

Таким образом, результирующая общая сила, приложенная к колесам, представляет собой разницу между напряжением питания и ЭДС. Обратная ЭДС пропорциональна скорости, поэтому чем выше скорость, тем меньше результирующая общая сила. Это объясняет, почему кривая крутящего момента на динамометрическом графике электромобиля начинает уменьшаться по мере того, как электродвигатели автомобиля выталкиваются на верхние диапазоны своих пределов производительности.

Чтобы перевернуть это с ног на голову, если скорость очень мала (или равна нулю при старте с места), обратная ЭДС практически отсутствует, а это означает, что напряжение питания немедленно приравнивается к выходному крутящему моменту. Поэтому, если вы нажмете на газ, внезапно подается максимальное напряжение, поэтому сразу же становится доступным максимальный крутящий момент.

Хотя Tesla, вероятно, сойдет с конвейера быстрее, обратная ЭДС в электромобиле позволит GTR проехать мимо, когда он полностью наберет скорость.

Сейчас, когда многие высококлассные автомобили используют лучшее из обоих миров, дни двигателей внутреннего сгорания еще не закончились. Партнерские отношения, найденные в последних гиперкарах, таких как Porsche 918, чрезвычайно эффективны не только за счет использования электрического крутящего момента, чтобы выйти из строя, но и за счет использования двигателя внутреннего сгорания для поддержания этого ускорения. Затем электрика снова используется для заполнения крутящего момента, что завершается созданием пакета, созданного для дикой скорости.

Хотя есть что-то очень приятное в том, чтобы удерживать автомобиль в диапазоне максимального крутящего момента, кажется, что будущее за электродвигателем.