Вращающий момент двигателя: Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Содержание

Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр Н*м или в килограмм-силах на метр кгс*м.

Виды крутящих моментов:

Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе электродвигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования — насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

Таблица крутящих моментов электродвигателей

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Двигатель	кВт/об	Мном, Нм	Мпуск, Нм	Ммакс, Нм	Минн, Нм
АИР56А2	0,18/2730	0,630	1,385	1,385	1,133
АИР56В2	0,25/2700	0,884	1,945	1,945	1,592
АИР56А4	0,12/1350	0,849	1,868	1,868	1,528
АИР56В4	0,18/1350	1,273	2,801	2,801	2,292
АИР63А2	0,37/2730	1,294	2,848	2,848	2,330
АИР63В2	0,55/2730	1,924	4,233	4,233	3,463
АИР63А4	0,25/1320	1,809	3,979	3,979	3,256
АИР63В4	0,37/1320	2,677	5,889	5,889	4,818
АИР63А6	0,18/860	1,999	4,397	4,397	3,198
АИР63В6	0,25/860	2,776	6,108	6,108	4,442
АИР71А2	0,75/2820	2,540	6,604	6,858	4,064
АИР71В2	1,1/2800	3,752	8,254	9,004	6,003
АИР71А4	0,55/1360	3,862	8,883	9,269	6,952
АИР71В4	0,75/1350	5,306	13,264	13,794	12,733
АИР71А6	0,37/900	3,926	8,245	8,637	6,282
АИР71В6	0,55/920	5,709	10,848	12,560	9,135
АИР71В8	0,25/680	3,511	5,618	6,671	4,915
АИР80А2	1,5/2880	4,974	10,943	12,932	8,953
АИР80В2	2,2/2860	7,346	15,427	19,100	13,223
АИР80А4	1,1/1420	7,398	16,275	17,755	12,576
АИР80В4	1,5/1410	10,160	22,351	24,383	17,271
АИР80А6	0,75/920	7,785	16,349	17,128	12,457
АИР80В6	1,1/920	11,418	25,121	26,263	20,553
АИР80А8	0,37/680	5,196	10,393	11,952	7,275
АИР80В8	0,55/680	7,724	15,449	16,221	10,814
АИР90L2	3/2860	10,017	23,040	26,045	17,030
АИР90L4	2,2/1430	14,692	29,385	35,262	29,385
АИР90L6	1,5/940	15,239	30,479	35,051	28,955
АИР90LА8	0,75/700	10,232	15,348	20,464	15,348
АИР90LВ8	1,1/710	14,796	22,194	32,551	22,194
АИР100S2	4/2850	13,404	26,807	32,168	21,446
АИР100L2	5,5/2850	18,430	38,703	44,232	29,488
АИР100S4	3/1410	20,319	40,638	44,702	32,511
АИР100L4	4/1410	27,092	56,894	65,021	43,348
АИР100L6	2,2/940	22,351	42,467	49,172	35,762
АИР100L8	1,5/710	20,176	32,282	40,352	30,264
АИР112М2	7,5/2900	24,698	49,397	54,336	39,517
АИР112М4	5,5/1430	36,731	73,462	91,827	58,769
АИР112МА6	3/950	30,158	60,316	66,347	48,253
АИР112МВ6	4/950	40,211	80,421	88,463	64,337
АИР112МА8	2,2/700	30,014	54,026	66,031	42,020
АИР112МВ8	3/700	40,929	73,671	90,043	57,300
АИР132М2	11/2910	36,100	57,759	79,419	43,320
АИР132S4	7,5/1440	49,740	99,479	124,349	79,583
АИР132М4	11/1450	72,448	173,876	210,100	159,386
АИР132S6	5,5/960	54,714	109,427	120,370	87,542
АИР132М6	7,5/950	75,395	150,789	165,868	120,632
АИР132S8	4/700	54,571	98,229	120,057	76,400
АИР132М8	5,5/700	75,036	135,064	165,079	105,050
АИР160S2	15/2940	48,724	97,449	155,918	2,046
АИР160М2	18,5/2940	60,094	120,187	192,299	2,884
АИР180S2	22/2940	71,463	150,071	250,119	4,288
АИР180М2	30/2940	97,449	214,388	341,071	6,821
АИР200М2	37/2950	119,780	275,493	383,295	16,769
АИР200L2	45/2940	146,173	380,051	584,694	19,003
АИР225М2	55/2955	177,750	408,824	710,998	35,550
АИР250S2	75/2965	241,568	628,078	966,273	84,549
АИР250М2	90/2960	290,372	784,003	1161,486	116,149
АИР280S2	110/2960	354,899	887,247	1171,166	212,939
АИР280М2	132/2964	425,304	1233,381	1488,563	297,713
АИР315S2	160/2977	513,268	1231,844	1693,786	590,259
АИР315М2	200/2978	641,370	1603,425	2116,521	962,055
АИР355SMA2	250/2980	801,174	1281,879	2403,523	2163,171
АИР160S4	15/1460	98,116	186,421	284,538	7,457
АИР160М4	18,5/1460	121,010	229,920	350,930	11,375
АИР180S4	22/1460	143,904	302,199	402,932	15,110
АИР180М2	30/1460	196,233	470,959	588,699	27,276
АИР200М4	37/1460	242,021	532,445	847,072	46,952
АИР200L4	45/1460	294,349	647,568	941,918	66,229
АИР225М4	55/1475	356,102	997,085	1317,576	145,289
АИР250S4	75/1470	487,245	1218,112	1559,184	301,605
АИР250М4	90/1470	584,694	1461,735	1871,020	467,755
АИР280S4	110/1470	714,626	2072,415	2429,728	578,847
АИР280М4	132/1485	848,889	1697,778	2886,222	1612,889
АИР315S4	160/1487	1027,572	2568,931	3802,017	2363,416
АИР315М4	200/1484	1287,062	3217,655	4247,305	3603,774
АИР355SMA4	250/1488	1604,503	3690,356	4492,608	8985,215
АИР355SMВ4	315/1488	2021,673	5054,183	5862,853	12534,375
АИР355SMС4	355/1488	2278,394	5012,466	6151,663	15493,078
АИР160S6	11/970	108,299	205,768	314,067	12,021
АИР160М6	15/970	147,680	339,665	443,041	20,675
АИР180М6	18,5/970	182,139	400,706	546,418	29,324
АИР200М6	22/975	215,487	517,169	711,108	50,209
АИР200L6	30/975	293,846	617,077	881,538	102,846
АИР225М6	37/980	360,561	721,122	1081,684	186,050
АИР250S6	45/986	435,852	784,533	1307,556	440,210
АИР250М6	55/986	532,708	1012,145	1811,207	633,922
АИР280S6	75/985	727,157	1454,315	2326,904	1090,736
АИР280М6	90/985	872,589	1745,178	2792,284	1657,919
АИР315S6	110/987	1064,336	1809,372	2873,708	4044,478
АИР315М6	132/989	1274,621	2166,855	3696,400	5735,794
АИР355МА6	160/993	1538,771	2923,666	3539,174	11848,540
АИР355МВ6	200/993	1923,464	3654,582	4423,968	17118,832
АИР355MLA6	250/993	2404,330	4568,228	5529,960	25485,901
AИР355MLB6	315/992	3032,510	6065,020	7278,024	40029,133
АИР160S8	7,5/730	98,116	156,986	235,479	13,246
АИР160М8	11/730	1007,329	1712,459	2417,589	181,319
АИР180М8	15/730	196,233	333,596	529,829	41,994
АИР200М8	18,5/728	242,685	509,639	606,714	67,952
АИР200L8	22/725	289,793	579,586	724,483	88,966
АИР225М8	30/735	389,796	701,633	1052,449	214,388
АИР250S8	37/738	478,794	861,829	1196,985	481,188
АИР250М8	45/735	584,694	1052,449	1520,204	695,786
АИР280S8	55/735	714,626	1357,789	2143,878	1071,939
АИР280М8	75/735	974,490	1754,082	2728,571	1851,531
АИР315S8	90/740	1161,486	1509,932	2671,419	4413,649
АИР315М8	110/742	1415,768	2265,229	3964,151	6370,957
АИР355SMA8	132/743	1696,635	2714,616	3902,261	12215,774
AИР355SMB8	160/743	2056,528	3496,097	4935,666	18097,443
AИР355MLA8	200/743	2570,659	4627,187	6940,781	26991,925
AИР355MLB8	250/743	4498,654	7647,712	10796,770	58032,638

Расчет крутящего момента – формула

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.

Где, Р — мощность электродвигателя в киловаттах (кВт). N — количество оборотов вала в минуту.

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.

Что такое крутящий момент электродвигателя

Одним из важных параметров электродвигателя, который так же важен при его выборе, является крутящий момент. Эта величина определяется произведением приложенной к плечу рычага силы и зависит исключительно от степени нагрузки. Если в двигателях внутреннего сгорания данную нагрузку задаётся коленчатым валом, то асинхронные электродвигатели получают величину крутящего момента от токов возбуждения. При этом величина этого момента будет зависеть от скорости вращающегося в магнитном поле статора устройства, называемого ротор. В зависимости от периода и способа определения, крутящий момент разделяют на:

статический (пусковой) – минимальный момент холостого хода;
промежуточный – развивает значение при работе двигателя от 0 величины оборотов до максимального значения в номинальной величине напряжения;
максимальный – развивающийся при эксплуатации двигателя;
номинальный – соответствует номинальным значениям мощности и оборотов.

Для вычисления величины крутящего момента, определяющегося в «кгм» (килограмм на метр) или «Нм» (ньютон на метр), многие электротехнические пособия предлагают специальные формулы, учитывающие кроме основного действия вращающегося магнитного поля ряд всевозможных факторов, например:

напряжения сети;
величину индуктивного и активного сопротивления;
зависимость от увеличения скольжения.

Но, рост скольжения не всегда приносит высокий момент. Зачастую, при достижении критических значений, наблюдается его резкое снижение. Такое явление обозначается как опрокидывающий момент. Одним из устройств, стабилизирующих скорость вращения ротора, а значит и величину момента кручения является частотный преобразователь, применение которого сейчас очень распространено во всех сферах, где от контроля работы двигателя зависит и успешность выполнения множественных производственных задач.

Выбираем электродвигатель по крутящему моменту

Для выбора, требуемого к выполнению тех или иных задач электродвигателя, берут в учёт практически все его характеристики, начиная от показателей мощности и заканчивая массогабаритными параметрами. Каждый из элементов по-своему важен в решении нюансов. Не меньшее значение припадает и на крутящий момент. Благодаря тому, что момент кручения напрямую связан с оборотами в соотношении: чем больше сами обороты, тем меньше будет момент, выбор электродвигателя будет исходить из следующих нюансов:

из скоростных требований. В этом случае, более полезным будет выбор двигателя по малому моменту для работающих со слабыми усилиями и на большой скорости, и со средними либо высокими показателями моментов пуска для работающих в усиленных режимах. На малых скоростях;
по пусковым напряжениям. Здесь учитывается первичное усилие, например, для управления лифтом следует подбирать двигатели высокого пускового момента, способного поднимать большие грузы со старта. Хотя, многие статьи про электродвигатели рекомендуют так же применять устройства плавного пуска, умеющие обезопасить от нежелательных перегрузов.

Стоит помнить, что выбор осуществляется не по одному из показателей, даже при ориентировании относительно крутящего момента, ведь каждый из показателей ориентируется по рабочей предрасположенности электротехнического приводного устройства и его рабочих нагрузок в статистических и динамических эксплуатационных условиях, задаваемых самим предприятием.

Электродвигатели

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Крутящий момент двигателя

Крутящий момент двигателя — это тяговая характеристика двигателя, которая в отличие от мощности дает весьма отдаленное представление об истинных возможностях автомобиля. Для более полного раскрытия этого понятия необходимо прежде всего уяснить, что момент двигателя и момент на колесах автомобиля — это две большие разницы. Крутящий момент двигателя, будучи величиной равной силе на плечо (Н*м) — сила давления сгоревших в двигателе газов через поршень и шатун на плечо кривошипа коленвала — показывает лишь потенциал мотора, а сам автомобиль, в конечном итоге, движет крутящий момент на колесах.

Для оценки реальных тягово-динамических возможностей автомобиля необходимо провести довольно утомительный расчет. Для данного расчета также понадобятся, указанные в технических характеристиках, величины оборотов двигателя, передаточных чисел КПП и главной передачи, диаметра колес и т.д. Тогда как указанная величина мощности двигателя, не требуя дополнительных данных и расчетов, наглядно демонстрирует тягово-динамические возможности автомобиля, то есть крутящий момент на колесах.

График крутящего момента

Пример №1. Суперкар мощностью 500 сил с крутящим моментом двигателя 500 Н*м и магистральная фура-тягач с отдачей 500 сил и 2500 Н*м на колесах тем не менее имеют абсолютно равный крутящий момент при движении с одинаковой скоростью на оборотах максимальной мощности: М (момент на колесах, приводящий машины в движение) = N (мощность двигателя) / n (обороты колеса, при условии, что у суперкара и фуры они одинакового диаметра).

Вывод: цифра мощности отражает тягу и динамику автомобиля, а цифра крутящего момента двигателя, не учавствующая в вычислениях, может быть любой и не имеет значения.

Пример №2. Зайдем с другой стороны. Тот же суперкар и фура с вышеуказанными характеристиками (аналоги Porsche 911 GT3 RS 4.0, Scania R500 и многие другие суперкары и грузовики), как правило, имеют максимальные обороты двигателя около 9000 и 1800 соответственно. Для того чтобы компенсировать пятикратную разницу в оборотах (иметь ту же скорость движения), на фуре придется применять в пять раз более «длинную» трансмиссию, которая, соответственно, будет передавать в 5 раз меньше момента на колеса: 2500 Н*м делим на 5 и получаем те же 500 Н*м (приведенный момент), как в суперкаре.

Вывод: мы получили то же равенство тягово-динамического потенциала машин равной мощности, что и в примере №1.

В представленной таблице крутящего момента двигателей цифры Нм приведены к величине 7000 об/мин.

Таблица крутящего момента и мощности

	Марка автомобиля	мощность, л.с.	при об/мин	крутящий момент, Нм	приведенный момент, Нм
1	Alfa Romeo 8C Competizione	450	7000	470	470
2	Aston Martin DB9	477	6000	600	514
3	Audi A3 Sedan 2.0 TDI	150	4000	320	183
4	Audi A6 3.0 TDI	204	4500	400	257
5	Audi RS5 Coupe	450	8250	430	507
6	Audi S3	300	6200	380	337
7	Audi S4	333	7000	441	441
8	Audi S8	520	6000	652	559
9	Audi Q7 4.2 TDI	327	3750	760	407
10	Audi R8 4.2	420	7800	430	479
11	Bentley Mulsanne	512	4200	1020	612
12	BMW 330d F30	258	4000	560	320
13	BMW M135i F21	320	5800	450	373
14	BMW M5 F10	560	7000	680	680
15	BMW M550d xDrive F10	381	4400	740	465
16	BMW 750i F01	450	5500	650	511
17	BMW M3 E92	420	8300	400	474
18	BMW X5 M50d E70	381	4400	740	465
19	Bugatti Veyron 16.4	1001	6000	1250	1071
20	Cadillac Escalade	403	5700	565	460
21	Chevrolet Camaro ZL1	580	6000	754	646
22	Chevrolet Corvette Z06	507	6300	637	573
23	Citroën C5 V6 HDi 240	240	3800	450	244
24	Citroën DS5 eHDi 160	160	3750	340	182
25	Dodge Challenger SRT8 392	470	6000	637	546
26	Dodge SRT Viper	650	6150	814	715
27	Ferrari 458 Italia	570	9000	540	694
28	Ferrari 550 Maranello	480	7000	569	569
29	Ferrari F12 Berlinetta	740	8700	690	858
30	Ferrari FF	660	8000	683	781
31	Ford Explorer 2.0L EcoBoost	243	5500	366	288
32	Ford Fiesta ST	182	5700	240	195
33	Ford Focus ST	250	6000	340	291
34	Ford Kuga 1.6 EcoBoost	182	5700	240	195
35	Ford Mondeo 2.2 TDCi	200	3500	420	210
36	Honda Civic Type-R mk8	201	7800	193	215
37	Honda CR-V	190	7000	222	222
38	Honda S2000	240	7800	220	245
39	Hyundai Santa Fe 2.2 CRDi	197	3800	421	229
40	Infiniti G37 Sport	333	7000	365	365
41	Infiniti FX30d	238	3750	550	295
42	Jaguar XF 3.0 V6 D S	275	4000	600	343
43	Jaguar XJ 5.0 SC Supersport	510	6500	625	580
44	Jaguar XKR-S Coupe	550	6500	680	631
45	Jeep Grand Cherokee 3.0 CRD	250	4000	570	326
46	Jeep Grand Cherokee SRT8	465	6000	624	535
47	Kia Optima 2.4	180	6000	231	198
48	Kia Sorento 2.2 CRDi	197	3800	421	229
49	Koenigsegg Agera	940	6900	1100	1084
50	Lamborghini Aventador LP700-4	700	8250	690	813
51	Land Rover Discovery 4 5.0 V8	375	6500	510	474
52	Land Rover Discovery 4 SDV6	245	4000	600	343
53	Lexus LF-A	560	8700	480	597
54	Lexus IS-F	423	6600	505	476
55	Maserati 3200GT	370	6250	491	438
56	Maserati Granturismo S	440	7000	490	490
57	Maybach 57	550	5250	900	675
58	Mazda 6 2.2 SkyActiv-D	175	4500	420	270
59	Mazda CX-9 Touring AWD	277	6250	366	327
60	Mclaren F1	627	7500	651	698
61	Mclaren MP4-12C	600	7000	600	600
62	Mercedes-Benz A 45 AMG	360	6000	450	386
63	Mercedes-Benz C 250 CDI W204	201	4200	500	300
64	Mercedes-Benz CLA 250	211	5500	350	275
65	Mercedes-Benz GL63 AMG	558	5250	759	569
66	Mercedes-Benz S 600 W221	517	5000	830	593
67	Mercedes-Benz S 63 AMG W222	585	5500	900	707
68	Mercedes-Benz SL 65 AMG R231	630	5000	1000	714
69	MINI Cooper SD Countryman	143	4000	305	174
70	MINI JCW	211	6000	280	240
71	Mitsubishi Lancer Evolution X	295	6500	422	392
72	Mitsubishi Outlander 3.0	230	6250	291	260
73	Mitsubishi Pajero 3.2 DI-D	200	3800	441	239
74	Nissan GT-R R35	550	6400	632	578
75	Nissan Patrol	405	5800	560	464
76	Opel Astra OPC	280	5500	400	314
77	Opel Insignia 2.0 CDTI	195	4000	400	229
78	Opel Insignia OPC	325	5250	435	326
79	Peugeot 308 2.0 HDI	140	4000	340	194
80	Peugeot RCZ 200 THP	200	5800	275	228
81	Porsche 911 Carrera S 991	400	7400	440	465
82	Porsche 911 Turbo S 991	560	6750	750	723
83	Porsche Carrera GT	612	8000	590	674
84	Porsche Cayenne S Diesel	382	3750	850	455
85	Porsche Panamera Diesel	300	4000	650	371
86	Range Rover 5.0 Supercharged	510	6500	625	580
87	Range Rover Sport 4.4 TDV8	339	3500	700	350
88	Renault Clio RS	200	7100	215	218
89	Renault Megane dCi 160	160	3750	380	204
90	Rolls-Royce Ghost	570	5250	780	585
91	Rolls-Royce Wraith	635	5600	800	640
92	Skoda Fabia RS	180	6200	250	221
93	Skoda Octavia 2.0 TDI	143	4000	320	183
94	Subaru Impreza WRX STI	300	6200	350	310
95	Subaru Legacy Outback 3.6	250	6000	335	287
96	Toyota GT86	200	7000	205	205
97	Toyota RAV4	180	6000	233	200
98	Volkswagen Golf GTI	230	6200	350	310
99	Volkswagen Touareg 3.0 TDI	204	4750	450	305
100	Volvo S60 T6	304	5600	440	352
101	Volvo XC60 D5	215	4000	420	240

В детстве многие люди постарше собирали фантики «Турбо», на них почти обязательно указывались мощность и максимальная скорость машины. Чем больше цифры, тем больше почтения модели авто. Похоже, так и продолжается до сих пор — лишние несколько лошадиных сил часто становятся решающим аргументом «за» или «против» какой-либо машины.

Но вот уже слышны голоса познавших дизельный Дзен о том, что важен только Крутящий Момент, да и подозрительно хорошая динамика более слабых бензиновых моторов со всякими турбинами или разными там системами VVT-i заставляет иногда водителей усомниться в верности принципа «чем мощнее, тем быстрее», а уж про налоги, которые почему-то зависят от мощности, и так все наслышаны.

В паспортных характеристиках машины и на тех самых вкладышах «Турбо» указана максимальная мощность двигателя. Но что она дает машине? И как с ней связан крутящий момент? Постараемся объяснить максимально просто эту важную истину.

Мощность	Скорость двигателя (об / мин)
1	0.75	18	1,5	2,1	32	2,6	3,6	36	3,0	4,1	63	5,3	7,1	126 10223 9022	900 1,5	1,1	27	2,3	3,1	47	3,9	5,3	54	4,5	6,1	95	7.9	10,7	189	15,8	21,4
2	1,5	37	3,0	4,1	63	5,3	7,1			7,1		126	10,5	14,2	252	21,0	28,5
3	2,2	55	4,6	6,2	95	7.9	10,7	108	9,0	12	189	15,8	21,4	378	31,5	42,7
158	13,1	18	180	15	20	315	26,3	36	630	52,5	71
7.5	5,6	137	11	15	236	20	27	270	23	31	473	39	9022 9022 9022 9022
10	7,5	183	15	21	315	26	36	360	30	41	630	9022 71		142
15	11	274	23	31	473	39	53	540	45	61	9022 9022 9022	61	9022 9022	158	214
20	15	365	30	630	53	71	720	60	81	1260	105	142	2521	210	285			38	52	788	66	89	900	75	102	1576	131	178	3151	263 9022 9022	263 9022 9022	548	46	62	945	79	107	1080	90	122	1891	158	214	30	731	61	83	1260	105	1441	120	163	2521	210	285	5042	420	570
50	131	178	1801	150	204	3151	263	356	6302	525	712
712
1891	158	214	2161	180	244	3781	315	427	7563	630	855				853	900	630	855		145	2206	184	249	2521	285	4412	368	499	8823	735	997
80	60	1461	16522 9022 9022	165 222 9022	2881	240	326	5042	420	570	10084	840	1140
90	67	16442	67	16442	9022	263	356	3601	300	407	6302	525	712	12605	1050	1425
125	93	2283	190	258	258	258	509	7878	657	891	15756	1313	1781
150	112	2740	228	9022 9022 9022 9022 9022 5	450	611	9454	788	1069	18907	1576	2137
175	131	131	3197 262 9022 9022 9022	6302	525	712	1 1029	919	1247	22058	1838	2494
200	149	3654	304	413	6302 9022 9022 9022	413	6302 9022 9022 9022 814	12605	1050	1425	25210	2101	2850
225	168	4110	343	465	465	465 9022 675	916	14180	1182	1603	28361	2363	3206
250	187	4567	9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9003	750	1018	15756 90 223	1313	1781	31512	2626	3562
275	205	5024	419	568	8662 7223 9022 9022 9223	8662 9223 9022 9223	8662 9222 9022 9022	8662 9222 9022 9022	17332	1444	1959	34663	2889	3918
300	224	5480	457	620 9224	457	620 9224	620 9223	620 9224 9022	1221	18907	1576	2137	37814	3151	4275
350	261	6394	533 7602 9022	1050	1425	22058	1838	2494	44117	3676	4987
400	298	7307	609	826	14222 9022 9022		25210	2101	2850	50419	4202	5699
450	336	8221	685	929		685	929		929	03	685	929	9022	1832	28361	2363	3206	56722	4727	6412
550	410	10047	837 1136	10047	837 1136	10047	837 1136	1651	2239	34663	2889	3918	69326	5777	7837
600	448	10961	913	1239		913	1239			1239			2443	37814	3151	4275	75629	6302	8549

Собственно, момент возникает, если тормозить вращение коленчатого вала каким-то способом — гидротормозом, генератором или заставить тянуть машину. Именно так его и замеряют — тормозят сам двигатель или колеса машины гидротормозом. Для двигателя обычно указывается максимальный крутящий момент, который развивает мотор при полностью нажатой педали газа, с чьей помощью водитель как раз регулирует, какую часть момента может дать двигатель. Осталось понять, как этот самый момент изменяется. Крутящий момент зависит от величины оборотов двигателя и в начале невелик, потом растет до определенного момента, а затем падает. Почему же?
Пики и спады на графике
В реальной эксплуатации полный момент бывает нужен редко, как раз в тех случаях, когда вы прожимаете педаль газа в пол и надеетесь, что двигатель «вытянет», всё остальное время он меньше максимального на этих оборотах. Но мы уже знаем, что момент меняется не только под воздействием нажатия на педаль газа (механической или электронной), но и с оборотами. На различных оборотах процессы, происходящие в камере сгорания мотора, различны. Дополнительные системы, такие как наддув, системы регулировки фаз ГРМ и прочие, еще сильнее изменяют наполнение камеры сгорания, количество топлива и момент зажигания, и в результате качество и сила рабочего хода зависят от оборотов мотора. Даже если нет никаких систем электронного регулирования, всё равно количество воздуха, попадающего в цилиндр, количество оставшегося выхлопа и оптимальный угол опережения зажигания меняются с оборотами. На самых малых оборотах в цилиндре слишком много остаточных газов или слишком вероятна детонация, потому крутящий момент на малых оборотах обычно намного меньше максимального. На средних оборотах мотор «оживает» — за счет пульсаций во впускном трубопроводе больше воздуха поступает в цилиндры, меньше остаточных газов, потому и растет крутящий момент. Если у машины есть турбина или нагнетатель, то они начинают работать в полную силу. Но с ростом оборотов растут и механические потери на трение поршневых колец, трение и инерционные потери в ГРМ, на разогрев масла в подшипниках и т.д. и т.п., а качество рабочего процесса не улучшается или даже начинает падать. В результате на высоких оборотах момент начинает уменьшаться за счет возрастающих потерь. А у турбонаддувного двигателя в какой-то момент перестает хватать производительности турбины и момент тоже начинает снижаться. Теперь взглянем на график типичного атмосферного (то есть безнаддувного) мотора времен 90-х годов, где есть кривые не только момента, но и мощности.
А вот турбомотор схожего объема, у него момент в зоне средних оборотов ограничен электроникой, часто на пределе прочности цилиндро-поршневой группы, и график мощности тоже очень «гладкий». Хорошо заметно, на сколько выше у него мощность в начале и середине графика.
Обратите внимание именно на кривую мощности. Она круто идет вверх там, где момент большой, и почти не растет там, где он падает. Объяснение этому очень простое: Мощность — это то, сколько работы может выполнить мотор за секунду. Для двигателя внутреннего сгорания мощность в киловаттах в каждой точке графика можно получить, умножив момент двигателя в ньютонах на число оборотов в минуту и разделив на 9549, то есть примерно так:
Следовательно, мощность мотора на любых оборотах зависит только от крутящего момента на этих оборотах, а максимальная мощность получается в точке, в которой момент уже уменьшается, но при этом произведение мощности и оборотов пока еще увеличивается. И чтобы увеличить максимальную мощность, можно просто увеличить момент на высоких оборотах или сделать так, чтобы он уменьшался не так быстро. Взгляните на типичный график высокооборотного мотора Honda — японцы поступили именно так.
Надеюсь, достаточно понятна точка зрения тех, кто говорит, что «мощность не важна — важен только момент»? Еще раз: мощность как таковая зависит напрямую от момента и сама по себе является математической, расчетной величиной, которую невозможно измерить отдельно от момента. Крутящий момент, по сути, отражает ту мощность, которая будет доступна на «неполных» оборотах двигателя, а просто при нажатии на газ при обгоне. И чем момента больше, тем лучше! Ведь и мощность на этих оборотах будет выше. А чем больше мощности, тем больше энергии можно придать машине, тем лучше динамика разгона. А максимальная мощность в первую очередь влияет на максимальную скорость машины. Ведь при правильно рассчитанных передаточных числах главной передачи и КПП получается, что максимальная скорость достигается тогда, когда затрачиваемая мощность будет равна мощности мотора. А мощность всех потерь как раз зависит от скорости движения, в первую очередь от сопротивления воздуха и сопротивления качению колес, и в какой-то момент она обязательно совпадет с мощностью мотора, именно эта скорость и будет максимальной. Бывают, конечно, просчеты, когда двигатель или не может развить обороты максимальной мощности, или уже «упирается» в ограничитель, но это бывает не так уж часто.
Дизельный момент
Теперь отвечу на типичный, но простой вопрос: «Почему на дизельных моторах традиционно большой крутящий момент, но при этом сравнительно с бензиновыми у них невысокая мощность?». Всё потому, что у дизеля ограничены рабочие обороты. Из-за высокой степени сжатия дизельных моторов и более медленно горящего топлива дизели хуже работают на больших оборотах, зато у них нет риска детонации, да и турбину можно поставить более эффективную и сложную из-за более низкой температуры газов на выпуске, так что можно подать очень много воздуха и топлива, и момент на малых оборотах получится очень большой. А иногда по мощности они даже будут не так уж далеки от турбонаддувных бензиновых, но момент будет не просто большим, а огромным. Для сравнения приведем характеристики двух трехлитровых моторов от современной BMW 5 series, где будет видно, что дизели эффективны в более низких оборотах. Дизель можно сделать мощнее бензинового мотора, но тогда и так большой момент будет больше еще на четверть, а это означает, что понадобится новая коробка передач и новые карданные валы, способные выдерживать такую мощность. Да и сам двигатель придется сделать еще прочнее и тяжелее. Или можно его «раскрутить», но тогда сложнее будет работать топливной аппаратуре, а допускать дымления и неполного сгорания топлива нельзя.
Так как же правильно разгоняться?
Тут важно уметь работать с коробкой передач. Для максимального разгона нужно переключаться так, чтобы обороты упали примерно на пик крутящего момента или выше него, но чтобы оставался запас по увеличению оборотов — разгон выше оборотов максимальной мощности будет идти медленнее. Идеальный вариант на гражданских машинах — разгон «от пика момента до пика мощности». Впрочем, обычно на современных моторах электроника просто не даст «перекрутить» мотор сильно выше пика мощности — это называется отсечкой. Можно попробовать представить себе это визуально. Посмотрите на график внешней скоростной характеристики. Мотор при разгоне должен как можно больше работать в зоне, где его мощность максимальна, то есть на высоких оборотах вблизи точки максимальной мощности. И при переключении передач попадать в зону с как можно большей достижимой мощностью. Внизу — графики мощности и момента уже знакомых нам атмосферного Honda Accord Type R и турбированного Saab 9-3. На графиках мы выделили диапазоны оборотов, в которых будет работать двигатель, если включить вторую или третью передачу на скорости около 50 км/ч. Чем больше площадь фигуры под кривой мощности, тем эффективнее разгон.
Если коробка умеет переключаться очень быстро, то идеальным случаем будет КПП с очень «короткой» первой передачей с большим-пребольшим передаточным числом для очень высокого момента. А кроме того, очень большим количеством передач «на все случаи жизни». Короткая первая позволит практически сразу со старта поднимать обороты до необходимых для уверенного разгона, а затем мотор всё время будет работать вблизи своего эффективного максимума. Есть одна проблема. К сожалению, таких коробок передач не бывает. Лучше всего была бы электрическая передача, но ее масса и невысокий КПД (то есть потери мощности при «пропускании» через такую трансмиссию) при мощности меньше нескольких тысяч киловатт делают ее применение нерациональным, если только на гибридах, как например на «Мицубиши Аутлендер PHEV». Казалось бы, есть почти идеальный вариатор, где передаточных чисел бесконечное множество, так как они меняются плавно. Но он тоже страдает низким КПД при больших передаточных отношениях и не умеет менять его очень быстро… И в итоге разгон не лучше, чем у других трансмиссий. Гидротрансформатор на традиционных АКПП еще хуже, но в сочетании с механической коробкой передач обеспечивает и надежность, и приличную скорость. А механические коробки и особенно «роботы», несмотря на неизбежные потери мощности на старте при трении дисков в сцеплении, всё равно оказываются быстрее всех! Нужно лишь очень много передач. Например, десять, как в новой версии коробки DSG. Впрочем, половина из них нужна не для разгона, а для экономичного движения, но об этом в другой раз.
Какой мотор предпочесть — с высоким моментом или высокой мощностью?
Если мощность двух моторов, между которыми вы выбираете, отличается не слишком значительно, то выбирайте более «моментный». Особенно если вы пользуетесь механической коробкой передач. Показатель максимального момента и мощности на промежуточных режимах в данном случае важнее. Если же двигаться приходится постоянно «на пределе», то более тяговитый мотор, да еще и более слабый, преимущества иметь не будет, посмотрите хотя бы на мотоциклы, высокооборотные, но не моментные легко выигрывают у более тяговитых низкооборотных. Но показатели надо оценивать в комплексе. Вернемся к нашим «пятеркам» BMW. Бензиновая 535i разгоняется до 100 км/ч за 5,6 секунды, а дизельная 530d — за 5,7, потому что мощность у бензиновой почти на 50 л.с. выше, причем это — турбонаддувный мотор с хорошей мощностью в зоне средних оборотов тоже и многоступенчатая АКПП, быстрая и современная. Мощности должно быть много, но не только на максимальных оборотах, а величина крутящего момента говорит нам именно о том, на сколько много мощности двигатель выдает при обычном движении. Насколько удобно ускоряться без переключений передач. И абсолютная величина крутящего момента говорит даже меньше, чем указание диапазона оборотов, на которых момент близок к своему максимуму и насколько близки эти обороты к оборотам максимальной мощности. И лучше всего с этим справляется график внешней скоростной характеристики. А вот сама величина момента не толкает вас, ведь у более моментного мотора просто будут другие передаточные числа главной передачи и на колесах будет ровно та же мощность.
&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;a href=»http://polldaddy.com/poll/8627239/»&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;Какой мотор предпочтете?&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;lt;/a&amp;amp;amp;amp;amp;amp;amp;gt;
Читайте также:
крутящий момент или мощность двигателя?
Так уж повелось, что любого автолюбителя при оценке способностей машины в первую очередь интересует такой показатель, как мощность. Но не менее важной характеристикой является крутящий момент. И вот почему

Евгений Яблоков
Несмотря на то, что гужевой транспорт давно «канул в Лету» и «л. с.» является персоной нон-грата в международной системе классификации, «лошадиная» единица измерения мощности продолжает пользоваться спросом. Причем не только у простого люда, но и на государственном уровне. Для этого достаточно взглянуть на квитанцию об уплате транспортного налога.
Между тем, появившаяся в период промышленной революции «л. с.» весьма условна. А все потому, что она определяет относительный уровень производительности среднестатистической лошади путем определения усилий, необходимых для подъема 75-килограммового груза на один метр за одну секунду. Новая единица измерения, взятая на вооружение фабрикантами для оценки превосходства стационарных механизмов над животными, со временем перекочевала в мир подвижного состава.
Позже шотландский инженер Джеймс Уатт ввел в обращение официальную единицу измерения мощности своего имени – «Вт», которую для удобства использования укрупнили до «кВт». Ватт, синхронизированный с л. с. в соотношении 1 кВт = 1,36 л. с., так и не добился всеобщей любви, оставив пальму первенства конской силе. Однако мощность мощностью, но, как говорится, двигает машину не она, а крутящий момент, измеряемый в ньютон-метрах (Н∙м).
Что такое крутящий момент?
У многих автомобилистов нет адекватного представления о том, что это за «зверь». О нем, впрочем, как и о мощности, бытует расхожее мнение: чем больше, тем лучше. По сути, это тесно связанные характеристики. Мощность в ваттах не что иное, как крутящий момент в ньютон-метрах, умноженный на число оборотов и на 0,1047. Другими словами, мощность демонстрирует количество работы, выполняемой двигателем за определенный промежуток времени, а крутящий момент отражает способность силового агрегата эту работу совершить. Если, скажем, автомобиль завяз в глинистом грунте и обездвижился, то производимая им мощность будет равняться нулю. Ведь работа не совершается. А вот момент, хотя его и не хватает для движения, присутствует. Крутящий момент без мощности существовать может, а мощность без момента — нет.
Главным достижением работающего мотора при превращении тепловой энергии в механическую является момент, или тяга. Высокие моментные значения характерны для дизельных двигателей, конструктивная особенность которых – большой (больше диаметра цилиндра) ход поршня. Большой крутящий момент у дизеля нивелируется относительно низким допустимым числом оборотов, которые ограничивают для увеличения ресурса. Высокооборотистым бензиновым моторам свойствен «крен» в сторону мощности, ведь их детали отличаются меньшим весом. И степень сжатия тоже ниже. Правда, современные силовые агрегаты – и дизельные, и бензиновые – совершенствуясь, становятся ближе и конструктивно, и по показателям. Но пока банальное правило рычага сохраняется: выигрывая в силе, проигрываешь в скорости. И, соответственно, в расстоянии.
Лучшие черты двигателя определяются совокупностью оптимальных значений мощности и тяги. Чем раньше наступает максимум крутящего момента и чем позже пик мощности, тем шире диапазон возможностей силового агрегата. Близкие к оптимальным характеристики имеют электрические двигатели. Они располагают тягой, близкой к максимальной, практически с начала движения. В то же время значение мощности прогрессивно возрастает. Существенным фактором в вопросах определения мощности и крутящего момента являются обороты двигателя. Чем они выше, тем большую мощность можно снять.
В этом контексте уместно упомянуть о гоночных моторах. Из-за относительно скромных объемов они не блещут умопомрачительным крутящим моментом. Однако способны раскручиваться до 15–20 тыс. оборотов в минуту (мин^-1), что позволяет им выдавать супермощность. Так, если рядовой силовой агрегат при 4000 об/мин генерирует 250 Н∙м и порядка 140 л. с., то при 18 000 мин^-1 он мог бы выдать в районе 640 л. с.
К сожалению, повышать частоту вращения довольно сложно. Мешают силы инерции, нагрузки, трение. Скажем, если раскрутить мотор от 6000 до 12 000 мин^-1, то силы инерции возрастут вчетверо, что потенциально грозит опасностью перекрутить мотор. Повысить величину крутящего момента можно с помощью турбонаддува, но в этом случае негативную роль начинают играть тепловые нагрузки.
Принцип максимальной отдачи мощности красноречиво иллюстрируют моторы болидов «Формулы-1», имеющие весьма скромный объем (1,6 литра) и относительно невысокий показатель тяги. Но за счет наддува и способности раскручиваться до высоких оборотов выдают порядка 600 л. с. Плюс к тому, конструкция у «Ф1» – гибридная, и электродвигатель, дополняющий основной мотор, при необходимости добавляет еще 160 «лошадей».
Важной характеристикой, отражающей возможности мотора, является диапазон оборотов, при котором доступна максимальная тяга. Но еще важнее эластичность двигателя, то есть способность набирать обороты под нагрузкой. Другими словами, это соотношение между числами оборотов для максимальной мощности и оборотов для максимального крутящего момента. Оно определяет возможность снижения и увеличения скорости за счет работы педалью газа без переключения передач. Или возможность езды на высоких передачах с малой скоростью. Эластичность, к примеру, выражается способностью автомобиля разгоняться на пятой передаче с 80 до 120 км/ч на пятой. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель. Из двух двигателей одинакового объема и мощности предпочтителен тот, у которого выше эластичность. При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также облегчит работу трансмиссии.
А если все-таки задаться вопросом о том, что важнее – крутящий момент или мощность, деля мир на черное и белое, ответ будет предельно прост: так как это зависимые величины, важно и то и другое.
Редакция рекомендует:
Хочу получать самые интересные статьи
Вращающий момент отсутствует. Уменьшенный вращающий момент
НЕДОСТАТОЧНЫЙ ВРАЩАЮЩИЙ МОМЕНТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
3. Вращающий момент отсутствует в некоторых положениях ротора

Эта неисправность характеризуется тем, что при включении электродвигателя в сеть ротор занимает устойчивое неподвижное положение. Возможны две причины этого явления: а) неблагоприятное соотношение между числами пазов статора и ротора для данного числа полюсов электродвигателя; б) задевание ротором статора вследствие одностороннего магнитного притяжения.
Первая причина вызывает, как правило, несколько устойчивых неподвижных положений ротора. Если установить ротор в другое положение и повторно включить электродвигатель в сеть, то в большинстве случаев происходит поворот ротора на небольшой угол до следующего устойчивого положения. Описанное явление наблюдается в электродвигателе с короткозамкнутой обмоткой ротора, если с целью получения другой скорости вращения произведена замена обмотки статора и не соблюдено благоприятное соотношение чисел пазов статора и ротора для необходимого числа полюсов. В новых электродвигателях этот недостаток не встречается, так как при изготовлении их подбирают необходимое число пазов статора и ротора или выполняют скос пазов таким образом, чтобы исключить местные силы притяжения между статором и ротором, вызывающие устойчивое неподвижное положение ротора. Устранение этой причины устойчивого неподвижного положения ротора является трудной и не всегда выполнимой задачей. В некоторых случаях удается восстановить удовлетворительные пусковые характеристики электродвигателя, если разрезать в нескольких местах короткозамыкающие кольца или же уменьшить сечение отдельных стержней беличьей клетки ротора. Для более подробных рекомендаций необходимо получить консультации специалиста по электрическим машинам.
Устойчивое неподвижное положение ротора вследствие одностороннего магнитного притяжения, как правило, вызывается нарушением равномерности зазора между статором и ротором (см. раздел 25).
4. Уменьшенный вращающий момент при низкой скорости вращения ротора
Эта неисправность чаще всего имеет место в асинхронных двигателях с короткозамкнутой обмоткой ротора. Устойчивая скорость вращения при пуске электродвигателя под нагрузкой получается в несколько раз меньше номинальной. В большинстве случаев она составляет 1/7 часть номинальной скорости вращения.
При пуске электродвигателя без нагрузки ротор обычно достигает номинальной скорости вращения и последующая нагрузка двигателя не осложняет его работы.
Указанные затруднения при пуске электродвигателя под нагрузкой обусловлены наличием тормозных моментов, вызванных высшими гармоническими магнитного потока в зазоре между статором и ротором. Кроме первой (основной) гармонической магнитного потока в зазоре имеются и его более высокие нечетные гармонические. В статоре трехфазной обмотки при симметричном трехфазном напряжении на зажимах электродвигателя третья и кратные трем гармонические (девятая, пятнадцатая и т. д.) отсутствуют. Из высших гармонических наибольшее влияние на работу электродвигателя оказывает пятая и седьмая. Пятая и первая гармонические вращаются в противоположные стороны, поэтому создаваемые ими электромагнитные моменты имеют противоположные направления. На рис. 5 электромагнитный момент первой гармонической показан линией 1 и пятой гармонической — линией 3. Седьмая гармоническая вращается в ту же сторону, что и первая гармоническая, но со скоростью в семь раз меньшей скорости вращения первой гармонической. Создаваемый ею электромагнитный момент показан линией 2.

Рис. 5. Механические характеристики для гармонических составляющих магнитного потока
Из приведенных механических характеристик для различных гармонических магнитного потока следует, что пятая гармоническая магнитного потока оказывает тормозное действие во всем диапазоне скоростей вращения ротора, а седьмая гармоническая увеличивает начальное значение пускового момента, но уменьшает вращающий момент электродвигателя в области скорости вращения ротора выше 1/7 номинальной. Эти тормозные моменты почти не влияют на величину максимального момента электродвигателя, так что нагрузка его при вращающемся роторе не нарушает нормальной работы.
Так же как и устойчивое неподвижное положение ротора, устойчивая низкая скорость вращения его обычно наблюдается после замены обмотки статора с целью получения другой скорости вращения. Иногда эта неисправность может быть устранена уменьшением шага обмотки статора. Шаг катушки обмотки в этом случае должен быть близким к 0,86 полюсного давления.
В электродвигателях с фазной обмоткой ротора в некоторых случаях наблюдается устойчивая скорость вращения ротора, равная половине номинальной. Эта неисправность вызывается появлением тормозного момента вследствие обрыва одной фазы ротора. Обрыв может быть в обмотке ротора, в проводе, соединяющем щетки с реостатом, и в реостате. Однако более вероятным является нарушение целости соединений отдельных элементов цепи ротора, поэтому прежде всего следует проверить все контакты, в том числе и скользящие, в электродвигателе и в реостате. Место обрыва цепи можно установить одним из описанных ранее способов.
5. Уменьшенный вращающий момент
Уменьшение вращающего момента может иметь место у исправного электродвигателя и в случае повреждения одной из фазных обмоток статора при их соединении треугольником. Причины уменьшения вращающего момента у исправного электродвигателя обычно связаны с пониженным напряжением сети и иногда с большим сопротивлением цепи ротора (при фазной обмотке). В этом случае значение тока в линейных проводах одинаково, а уровень шума пониженный. При пониженном напряжении и номинальной нагрузке электродвигателя наблюдается повышенное нагревание его обмотки.
Вращающий момент электродвигателя пропорционален магнитному потоку и току в обмотке ротора. Одновременно с уменьшением напряжения на зажимах электродвигателя уменьшается магнитный поток. Если скорость вращения ротора остается неизменной, то э. д.с. и ток в обмотке ротора также уменьшается. В этих условиях вращающий момент электродвигателя зависит от напряжения во второй степени. Механические характеристики асинхронного двигателя для двух значений напряжения показаны на рис. 6 (1-для номинального, 2-для уменьшенного в 1,73 раза).
Рис 6. Механические характеристики электродвигателя
Уменьшенное напряжение на обмотках электродвигателя может быть и при номинальном напряжении сети в случае ошибочного соединения фазных обмоток статора — звездой вместо треугольника. Например, если двигатель при соединении фазных обмоток треугольником предназначен для включения в сеть 220 В, то при соединении фазных обмоток звездой напряжение на зажимах электродвигателя должно быть 380 В и напряжение сети 220 В будет в 1,73 раза меньше необходимого. В рассмотренном примере максимальный и пусковой моменты электродвигателя уменьшаются в 3 раза и электродвигатель может работать только при значительно уменьшенной нагрузке, так как максимальный вращающий момент становится меньше номинального момента.
Обычно электродвигатель работает в таких условиях, когда нагрузка остается постоянной или мало изменяется, и тогда для создания номинального вращающего момента при пониженном напряжении на зажимах электродвигателя требуется больший ток ротора, увеличение которого происходит за счет уменьшения скорости вращения ротора. Это уменьшение скорости вызывается понижением напряжения сети и зависит от сопротивления цепи ротора. При малом сопротивлении (например, замкнутая накоротко фазная обмотка ротора) уменьшение скорости вращения ротора незначительно, а при большом сопротивлении (например, беличья клетка ротора электродвигателя небольшой мощности) становится очень заметным.
Увеличенному току в обмотке ротора соответствует увеличенный ток в обмотке статора. С увеличением тока происходит интенсивное преобразование электрической энергии в тепловую в обмотках и значительное повышение их температуры. Таким образом, повышенное нагревание обмоток и уменьшенная скорость вращения ротора при номинальной нагрузке являются косвенными признаками пониженного напряжения на зажимах электродвигателя.
Пониженное напряжение может быть следствием общей большой нагрузки электрической сети. Проверка напряжения производится непосредственным изменением его вольтметром на зажимах электродвигателя. Пределы допускаемого отклонения напряжения указаны в разделе 7.
Рис. 7. Расположение выводов фазных обмоток статора и перемычек для соединения: а — звездой, б — треугольником
Если обмотка статора имеет шесть выводных концов, то по внешнему виду соединений фазных обмоток можно определить, звездой или треугольником выполнено соединение. В коробке зажимов выводы обмотки статора располагаются в два ряда, в одном ряду концы обмотки, в другом — их начала (рис. 7). Начала и концы отдельных фазных обмоток смешены относительно друг друга. Для соединения фазных обмоток звездой все зажимы нижнего ряда объединяют перемычками, а зажимы верхнего ряда включают в сеть (рис. 7, а).При соединении треугольником объединяют перемычками попарно зажимы верхнего и нижнего рядов и к общим точкам фазных обмоток подводят провода сети (рис. 7, б).
В некоторых электродвигателях выводы выполнены свободными гибкими проводами, пропущенными через два или три отверстия корпуса. В одном из двух отверстий размещаются начала фазных обмоток, в другом — их концы.
Для соединения Звездой следует объединить выводы одного отверстия в общую точку, а для соединения треугольником необходимо установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и соединить попарно выводы из обоих отверстий. В каждом из трех отверстий размещаются начало и конец разных обмоток. Треугольник получается путем соединения попарно выводов каждого отверстия, а для соединения звездой необходимо установить принадлежность выводов отдельным фазным обмоткам и объединить в общую точку три вывода (по одному из каждого отверстия).
Для постоянной скорости вращения в устойчивой области механической характеристики (от нулевой нагрузки до максимального вращающего момента) при увеличенном активном сопротивлении обмотки ротора получается уменьшенный вращающий момент. Это объясняется тем, что в указанных условиях э.д.с. обмотки ротора остается постоянной и ток уменьшается. Если нагрузочный момент сохраняется постоянным, то при увеличении активного сопротивления цепи ротора должна уменьшаться скорость вращения ротора для сохранения тока неизменным в его обмотке.
Иногда эта закономерность используется для регулирования скорости вращения ротора с фазной обмоткой или для улучшения работы электропривода при кратковременных больших увеличениях нагрузки.
Если повышенное активное сопротивление цепи ротора не предусмотрено схемой электропривода, то вызываемое им уменьшение вращающего момента (или при постоянной нагрузке уменьшение скорости вращения ротора) снижает производительность приводимой электродвигателем машины.
Выявить причину уменьшения вращающего момента можно измерением сопротивления участка цепи ротора, состоящего из соединительных проводов между зажимами электродвигателя и реостатом и остающейся постоянно включенной частью реостата, или же измерением напряжения на этом участке роторной цепи. При измерении напряжения не требуется разъединять цепь ротора.
Для уменьшения сопротивления роторной цепи необходимо приблизить реостат к электродвигателю или увеличить сечение проводов между зажимами ротора и реостата.
Работа электродвигателя в случае обрыва в одной фазной обмотке статора при соединении треугольником сопровождается повышенным шумом и вибрацией. Величина тока в линейных проводах различна, ток в линейном проводе, присоединенном к неповрежденным обмоткам, значительно больше тока в других проводах. Так как энергия подводится только к двум фазным обмоткам, то при номинальной нагрузке электродвигателя ток в неповрежденных фазных обмотках будет больше номинального, что вызовет повышенное нагревание этих обмоток. Температура поврежденной фазной обмотки ниже температуры двух других обмоток, и это может быть использовано для ее выявления, так же как различие тока в линейных проводах. На рис 8, а показано включение электродвигателя в сеть при наличии обрыва в фазной обмотке С2-С5. В этом случае показания амперметров А2 и A3 будет в 1,73 раза меньше, амперметра А1.
Рис. 8. Нахождение обрыва фазной обмотки при помощи: а — ампер метра, б — мегомметра
Проверку обмотки статора можно легко выполнить, если к зажимам электродвигателя выведены шесть концов фазных обмоток. Тогда путем проверки сопротивления отдельных фазных обмоток одним из известных способов, например мегомметром (рис. 8, б) или омметром, можно выявить поврежденную фазную обмотку. При наличии однофазного напряжения 220 В можно воспользоваться вольтметром или лампой накаливания. Если соединения фазных обмоток выполнены внутри электродвигателя, то обрыв можно обнаружить путем измерения сопротивления между зажимами. Из трех измерений две величины сопротивления будут одинаковы, а третья — между зажимами с поврежденной фазной обмоткой — вдвое больше. Можно также поочередно подводить через амперметр однофазное пониженное напряжение к двум из трех зажимов обмотки статора. Ток между зажимами с поврежденной обмоткой будет вдвое меньше тока между другими зажимами.
Если выявлена поврежденная фазная обмотка, то дальнейшее нахождение места обрыва производится, как указано в разделе 2 (см. рис. 4).
В чем разница между скоростью и крутящим моментом?
Целью роторного двигателя является обеспечение желаемой выходной скорости вращения при одновременном преодолении различных вращательных нагрузок, сопротивляющихся этому вращательному выходу (крутящий момент). Скорость и крутящий момент напрямую связаны и являются двумя основными факторами производительности при правильном выборе двигателя для конкретного применения или использования. Чтобы узнать, как выбрать правильный двигатель для вашего применения, первым делом необходимо понять взаимосвязь между скоростью, крутящим моментом и выходной мощностью двигателя.
Скорость в зависимости от крутящего момента
Выходная мощность двигателя устанавливает границы характеристик скорости и крутящего момента двигателя на основе уравнения:
Мощность (P) = Скорость (n) x Крутящий момент (M)
Мощность: Механическая выходная мощность двигателя определяется как выходная скорость, умноженная на выходной крутящий момент, и обычно измеряется в ваттах (Вт) или лошадиных силах (л.с.).
Скорость: Скорость двигателя определяется как скорость, с которой двигатель вращается.Скорость электродвигателя измеряется в оборотах в минуту или об / мин.
Крутящий момент: Выходной крутящий момент двигателя — это величина силы вращения, которую развивает двигатель. Крутящий момент небольшого электродвигателя обычно измеряется в дюймах-фунтах (дюймах-фунтах), ньютон-метрах (Н-м) или в других напрямую преобразованных единицах измерения.
Поскольку номинальная выходная мощность двигателя является фиксированным значением, скорость и крутящий момент обратно пропорциональны. По мере увеличения выходной скорости доступный выходной крутящий момент пропорционально уменьшается.По мере увеличения выходного крутящего момента выходная скорость пропорционально уменьшается. Это соотношение мощности, скорости и крутящего момента обычно иллюстрируется кривой производительности двигателя, которая часто включает потребляемый двигателем ток (в амперах) и КПД двигателя (в%).
Соображения по скорости и крутящему моменту при выборе электродвигателя
Ключом к выбору правильного двигателя для конкретной функции является сначала понимание требований приложения. Поскольку большинство приложений с двигателями являются динамическими, а это означает, что требования к крутящему моменту и скорости меняются в рамках приложения, очень важно определить различные рабочие точки в приложении.Знание или расчет требований к скорости и крутящему моменту в каждой рабочей точке приложения определит общие требования к скорости и крутящему моменту для соответствующего двигателя. Выбор двигателя можно проверить путем нанесения различных рабочих точек приложения на характеристическую кривую выбранного двигателя, чтобы убедиться, что каждая точка скорости в зависимости от крутящего момента попадает в соответствующую зону кривой (непрерывные или прерывистые зоны).
Во многих случаях прикладные требования вынуждают выбирать стандартный двигатель значительно большего размера, чтобы обеспечить охват всех рабочих точек.Применение двигателей, размер которых слишком велик для конкретного применения, приводит к ненужным затратам, а также к более крупной и тяжелой конструкции всего продукта. К счастью, поставщики двигателей на заказ могут разработать двигатели с оптимизированными характеристиками, которые точно соответствуют требованиям приложения. Это делается путем изменения электромагнитных характеристик двигателя путем изменения либо размера провода, либо количества витков провода в обмотке, либо того и другого. Чем больше витков провода меньшего диаметра, тем выше крутящий момент и меньше скорость, тогда как меньшее количество витков провода большего диаметра обеспечивает более высокую скорость, но меньший крутящий момент.В некоторых приложениях добавление зубчатой передачи к выходной мощности двигателя обеспечивает идеальное соотношение скорости и крутящего момента, при этом стоимость и размер всего решения сводятся к минимуму.
Электродвигатели
— крутящий момент в зависимости от мощности и частоты вращения
Работа является результатом силы, действующей на некотором расстоянии. Работа измеряется в джоулях (Нм) или фут-фунтах.
Крутящий момент — это сила вращения, создаваемая коленчатым валом двигателя. Чем больший крутящий момент производит двигатель, тем выше его способность выполнять работу.Поскольку крутящий момент является вектором, действующим в определенном направлении, он обычно измеряется в единицах Н · м или фунт-фут.
Мощность — это скорость выполнения работы — работа за заданный промежуток времени. Мощность измеряется в ваттах (Дж / с) или в лошадиных силах.
Обратите внимание, что движущая сила электродвигателя крутящего момента , а не лошадиных сил. Крутящий момент — это крутящая сила, которая заставляет двигатель работать, а крутящий момент активен от 0% до 100% рабочей скорости.
Мощность, производимая двигателем, зависит от скорости двигателя и составляет
ноль при 0% скорости и
обычно на максимуме при рабочей скорости
Примечание ! — полный крутящий момент с нулевой скорости является большим преимуществом для электромобилей.
Для полного стола — поворот экрана!
6,0 5 9022 9022 9022 9022 9022 9022 71 9022 9022 2 41 9022 9022 9022 9022 900 9022 2142 37 9022 9022 9022 9022 37 9022 9022 9022 90223 9022 9022 9022 90223 9022 9022 9022 9022 9 0222 210 9022 9022 9022 9022 9022 9022 3197 262 9022 9022 14222 9022 9022 9022 9022
Мощность Скорость двигателя (об / мин)
3450 2000 1750 1000 500
Крутящий момент
л.с. кВт (фунт _на дюйм)
(фунт _на фут)
(Нм) (фунт _на дюйм) _f футов) (Нм) (фунт _f дюйм) (фунт _f фут) (Нм) (фунт _на дюйм) (фунт _на фут) (Нм) (фунт _на дюйм) (фунт _на фута) (Нм)
1 0.75 18 1,5 2,1 32 2,6 3,6 36 3,0 4,1 63 5,3 7,1 126 10223 9022 900 1,5 1,1 27 2,3 3,1 47 3,9 5,3 54 4,5 6,1 95 7.9 10,7 189 15,8 21,4
2 1,5 37 3,0 4,1 63 5,3 7,1 7,1 126 10,5 14,2 252 21,0 28,5
3 2,2 55 4,6 6,2 95 7.9 10,7 108 9,0 12 189 15,8 21,4 378 31,5 42,7
158 13,1 18 180 15 20 315 26,3 36 630 52,5 71
7.5 5,6 137 11 15 236 20 27 270 23 31 473 39 9022 9022 9022 9022
10 7,5 183 15 21 315 26 36 360 30 41 630 9022 71 142
15 11 274 23 31 473 39 53 540 45 61 9022 9022 9022 61 9022 9022 158 214
20 15 365 30 630 53 71 720 60 81 1260 105 142 2521 210 285 38 52 788 66 89 900 75 102 1576 131 178 3151 263 9022 9022 263 9022 9022 548 46 62 945 79 107 1080 90 122 1891 158 214 30 731 61 83 1260 105 1441 120 163 2521 210 285 5042 420 570
50 131 178 1801 150 204 3151 263 356 6302 525 712
712
1891 158 214 2161 180 244 3781 315 427 7563 630 855 853 900 630 855 145 2206 184 249 2521 285 4412 368 499 8823 735 997
80 60 1461 16522 9022 9022 165 222 9022 2881 240 326 5042 420 570 10084 840 1140
90 67 16442 67 16442 9022 263 356 3601 300 407 6302 525 712 12605 1050 1425
125 93 2283 190 258 258 258 509 7878 657 891 15756 1313 1781
150 112 2740 228 9022 9022 9022 9022 9022 5 450 611 9454 788 1069 18907 1576 2137
175 131 131 3197 262 9022 9022 9022 6302 525 712 1 1029 919 1247 22058 1838 2494
200 149 3654 304 413 6302 9022 9022 9022 413 6302 9022 9022 9022 814 12605 1050 1425 25210 2101 2850
225 168 4110 343 465 465 465 9022 675 916 14180 1182 1603 28361 2363 3206
250 187 4567 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9003 750 1018 15756 90 223 1313 1781 31512 2626 3562
275 205 5024 419 568 8662 7223 9022 9022 9223 8662 9223 9022 9223 8662 9222 9022 9022 8662 9222 9022 9022 17332 1444 1959 34663 2889 3918
300 224 5480 457 620 9224 457 620 9224 620 9223 620 9224 9022 1221 18907 1576 2137 37814 3151 4275
350 261 6394 533 7602 9022 1050 1425 22058 1838 2494 44117 3676 4987
400 298 7307 609 826 14222 9022 9022 25210 2101 2850 50419 4202 5699
450 336 8221 685 929 685 929 929 03 685 929 9022 1832 28361 2363 3206 56722 4727 6412
550 410 10047 837 1136 10047 837 1136 10047 837 1136 1651 2239 34663 2889 3918 69326 5777 7837
600 448 10961 913 1239 913 1239 1239 2443 37814 3151 4275 75629 6302 8549
Мощность электродвигателя, скорость и крутящий момент, выраженные в единицах измерения

, где

T _{дюйм-фунт} = крутящий момент (фунт _на)

P _{л.с. двигатель (л.с.)}

n = число оборотов в минуту (об / мин)

В качестве альтернативы

T _{фут-фунт} = P _л.с. 5252 / n (1b)

где

T _{фут-фунт} T _{фут-фунт} фут12 крутящий момент

Крутящий момент в единицах СИ можно рассчитать как

T _Нм = P _W 9.549 / n (2)
где
T _Нм = крутящий момент (Нм)
P _W = мощность (Вт)
n = обороты в минуту (об / мин)

Электродвигатель — зависимость крутящего момента от мощности и скорости

мощность (кВт)

скорость (об / мин)

Электродвигатель — мощность от крутящего момента и скорости

крутящий момент (Нм)

скорость (об / мин)

Электродвигатель — Зависимость скоростиМощность и крутящий момент

мощность (кВт)

крутящий момент (Нм)

Пример — крутящий момент электродвигателя

крутящий момент, передаваемый электродвигателем мощностью 0,75 кВт (750 Вт) при скорости 2000 об / мин можно рассчитать как

T = ( 750 Вт ) 9,549 / (2000 об / мин)
= 3,6 (Нм)

Пример — Крутящий момент от электродвигателя

Крутящий момент, передаваемый электродвигателем мощностью 100 л.с. при скорости 1000 об / мин можно рассчитать как

T = (100 л.с.) 63025 / (1000 об / мин)
= 6303 (фунт _f дюйм)

Для преобразования в фунт-сила-фут — разделите крутящий момент на 12 .

Основы определения размеров двигателя, часть 1: Момент нагрузки

Для правильного выбора двигателя необходимо выполнение трех критериев: крутящий момент, инерция нагрузки и скорость. В первой части этой серии статей об основах определения размеров двигателя я объясню, что такое крутящий момент нагрузки, как его рассчитать для конкретных примеров применения и как он соответствует требованиям к крутящему моменту для данного приложения.

Крутящий момент определяется как сила вращения на расстоянии от оси вращения. Он измеряется в таких единицах, как фунт-дюйм (фунт-дюйм) в британской системе мер или Нм (ньютон-метр) в метрической системе.Крутящий момент не менее важен, если не более важен, чем мощность двигателя. Лошадиная сила — это скорость, с которой работа может быть выполнена, и рассчитывается как крутящий момент, умноженный на скорость. Другими словами, крутящий момент — это способность выполнять работу, а мощность — это скорость, с которой работа может быть выполнена.

Крутящий момент состоит из двух основных компонентов: момента нагрузки и момента ускорения. Момент нагрузки — это величина крутящего момента, постоянно требуемая для приложения, включающая в себя фрикционную и гравитационную нагрузку. Момент ускорения — это крутящий момент, необходимый только для максимального ускорения и замедления нагрузки. Чем быстрее груз должен разогнаться, тем выше момент ускорения. Иногда момент нагрузки выше; иногда момент ускорения мог быть выше. Важно рассчитать и то, и другое; особенно для профилей быстрого движения.

На изображении выше мы показываем несколько стрелок, которые показывают направление сил, взаимодействующих в этом приложении.Как вы думаете, что такое момент нагрузки? Ответ — оба.

Момент нагрузки — это сумма нагрузок трения и гравитации. Сила тяжести определяется весом или массой x ускорением свободного падения ( г ). Сила трения, действующая в направлении, противоположном направлению движения конвейера, рассчитывается путем умножения массы груза на коэффициент трения двух поверхностей: м x µ .

Расчет момента нагрузки различается для разных приложений.Давайте рассмотрим несколько распространенных примеров, чтобы увидеть, как рассчитывается момент нагрузки.

Для приложения с приводом шкива расчет момента нагрузки довольно прост. Нам нужно создать силу на некотором расстоянии от вала двигателя (определение крутящего момента). Это можно рассчитать, умножив силу ( F ) на радиус вращения ( r ). Чтобы переместить нагрузку (синий прямоугольник), двигатель должен генерировать больший крутящий момент, чем это значение.

Чтобы вычислить момент нагрузки, умножьте силу ( F ) на расстояние от оси вращения, которое является радиусом шкива ( r ) . Если масса груза (синяя рамка) составляет 20 Ньютонов, а радиус шкива составляет 5 см, то требуемый крутящий момент для приложения составляет 20 Н x 0,05 м = 1 Нм. Обычно используется коэффициент безопасности, чтобы двигатель генерировал больший крутящий момент, чем требуется, чтобы учесть любые неточности в переменных, используемых для расчета.

Вот формула для расчета момента нагрузки для шкивного привода со всеми переменными:

Приведенная выше формула подходит для приложений с нагрузкой трения или без нее. Если вы удалите трение из системы (коэффициент трения скользящей поверхности µ = 0; внешняя сила FA = 0; передаточное число i = 1), вы, по сути, получите ту же основную формулу силы ( F ) x радиус ( r ).

Теперь давайте попробуем применить эту концепцию в другом приложении, которое имеет дело с трением.

В конвейере, где груз поддерживается поверхностью, трение постоянно и пропорционально массе груза. Степень скольжения на контактной поверхности или коэффициент трения ( µ) , необходима для определения силы трения ( F ).

Следующая формула используется для расчета момента нагрузки для ременных приводов (конвейеров), а также реечных и шестеренчатых передач.

Для этого типа применения нам нужно сначала рассчитать силу ( F ), прежде чем мы сможем рассчитать момент нагрузки ( TL ). Это требует от нас определения переменных внешней силы ( FA ), массы ( м, ) и угла наклона ( Θ ). Как только у нас будет значение F , мы можем подставить его в формулу момента нагрузки ( TL ).

Пример: поворотный индексный стол

При расчете крутящего момента
для поворотных столов используются те же формулы, что и для ременной передачи, но для определения необходимых переменных требуется несколько иной мыслительный процесс.В этом случае трение возникает в точках контакта шариковых роликов (опорных подшипников) и стола, поэтому радиус ( r ) будет расстоянием от центра вала двигателя до точки контакта между столом и его опорой. подшипники. Масса ( м ) будет массой стола плюс груз (и). Коэффициент трения ( µ) обычно указывается в технических характеристиках подшипников.
СОВЕТ: Советы по выбору двигателя

1.Будьте осторожны, не смешивайте и не сопоставляйте британские и метрические единицы в одной формуле.
2. Если вам нужно преобразовать единицы, убедитесь, что они преобразованы правильно; особенно десятичная точка. *
3. Используйте соответствующий коэффициент (-и) безопасности. Вы бы предпочли увеличить размер двигателя, чем уменьшить его.
4. Полезно иметь еще один свежий взгляд, чтобы перепроверить свои расчеты.
* Используйте.
Однако момент нагрузки — это лишь одна из двух составляющих полного крутящего момента, необходимого для данного приложения.Для правильного выбора двигателя нам все еще необходимо рассчитать ускоряющий момент, инерцию нагрузки и скорость.
В следующих нескольких публикациях я рассмотрю расчеты инерции нагрузки, момента ускорения, скорости и осевых / радиальных нагрузок. Лучше устраивайся поудобнее.
Учебное пособие по электродвигателям постоянного тока
— Расчеты электродвигателей постоянного тока без сердечника с щетками
Расчет двигателей для бесщеточных двигателей постоянного тока без сердечника
При выборе двигателя постоянного тока без сердечника с щеткой для приложения или при разработке прототипа с приводом необходимо учитывать несколько основных принципов физики двигателя, которые необходимо учитывать для создания безопасной, хорошо функционирующей и достаточно мощной прецизионной приводной системы.В этом документе мы представили некоторые важные методы, формулы и детали расчетов для определения выходной мощности двигателя без сердечника, кривую скорость-крутящий момент двигателя, графики тока и эффективности, а также теоретические расчеты в холодном состоянии, которые оценивают характеристики двигателя.
Двигатели постоянного тока
являются преобразователями, поскольку они преобразуют электрическую энергию ( P _в) в механическую энергию ( P _из). Частное обоих членов соответствует КПД двигателя.Потери на трение и потери в меди приводят к общей потере мощности ( P _потери) в Джоулях / сек (потери в железе в двигателях постоянного тока без сердечника пренебрежимо малы). Есть дополнительные потери из-за нагрева, но мы обсудим их ниже:
В физике мощность определяется как скорость выполнения работы. Стандартная метрическая единица измерения мощности — «ватт» Вт. Как рассчитывается мощность? Для линейного движения мощность — это произведение силы и расстояния в единицу времени P = F · (d / t) .Поскольку скорость — это расстояние во времени, уравнение принимает вид P = F · s . В случае вращательного движения аналогичный расчет мощности представляет собой произведение крутящего момента и углового расстояния в единицу времени или просто произведение крутящего момента и угловой скорости.
Где:
P = мощность в Вт
M = крутящий момент в Нм
F = сила в Н
d = расстояние в м
t = время в с
ω _рад = угловая скорость в рад / с
Символ, используемый для крутящего момента, обычно представляет собой строчную греческую букву «τ» (тау) или иногда просто букву «T» .Однако, когда он называется «Момент силы», его обычно обозначают буквой «М» .
В европейской номенклатуре
часто используется строчная буква « n » для обозначения скорости вокруг оси. Обычно « n » выражается в единицах оборотов в минуту или об / мин.
При расчете механической мощности важно учитывать единицы измерения. При вычислении мощности, если « n » (скорость) находится в мин. ^-1, тогда вы должны преобразовать это в угловую скорость в единицах рад / с .Это достигается умножением скорости на коэффициент преобразования 2π / 60 . Кроме того, если « M » (крутящий момент) находится в мНм , то мы должны умножить его на 10 ^-3 (разделить на 1 000), чтобы преобразовать единицы в Нм для целей расчета.
Где:
n = скорость в мин ^-1
M = крутящий момент в мНм
Предположим, что необходимо определить мощность, которую конкретный двигатель 2668W024CR должен выдавать при холодной работе с крутящим моментом 68 мНм при скорости 7 370 мин. ^-1.Произведение крутящего момента, скорости и соответствующего коэффициента преобразования показано ниже.
Расчет начальной требуемой мощности часто используется в качестве предварительного шага при выборе двигателя или мотор-редуктора. Если механическая выходная мощность, необходимая для данного приложения, известна, то можно проверить максимальную или продолжительную номинальную мощность для различных двигателей, чтобы определить, какие двигатели являются возможными кандидатами для использования в данном приложении.
Ниже приведен метод определения параметров двигателя на примере двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR.Сначала мы объясним более эмпирический подход, а затем проведем теоретический расчет.
Одним из широко используемых методов графического построения характеристик двигателя является использование кривых крутящий момент-скорость. Хотя использование кривых крутящий момент-скорость гораздо более распространено в технической литературе для более крупных машин постоянного тока, чем для небольших устройств без сердечника, этот метод применим в любом случае.
Обычно кривые крутящий момент-скорость генерируются путем построения графиков скорости двигателя, тока двигателя, механической выходной мощности и эффективности в зависимости от крутящего момента двигателя.Следующее обсуждение будет описывать построение набора кривых крутящего момента-скорости для типичного двигателя постоянного тока на основе серии измерений необработанных данных.
2668W024CR имеет номинальное напряжение 24 В. Если у вас есть несколько основных частей лабораторного оборудования, вы можете измерить кривые крутящий момент-скорость для бессердечникового двигателя постоянного тока серии 2668 CR в заданной рабочей точке.
Шаг 1. Измерьте основные параметры
Многие параметры можно получить напрямую с помощью контроллера движения, такого как один из контроллеров движения FAULHABER MC3.Большинство производителей контроллеров предлагают программное обеспечение, такое как FAULHABER Motion Manager, которое включает функцию записи трассировки, которая отображает напряжение, ток, положение, скорость и т. Д. Они также могут предоставить точный снимок работы двигателя с мельчайшими подробностями. Например, семейство контроллеров движения MC3 (MC 5004, MC 5005 и MC 5010) может измерять множество параметров движения. Это, вероятно, самый быстрый метод получения данных для построения кривой крутящего момента — скорости, но это не единственный метод.
Если контроллер с возможностью записи трассировки недоступен, мы также можем использовать некоторое базовое лабораторное оборудование для определения характеристик двигателя в условиях остановки, номинальной нагрузки и холостого хода. Используя источник питания, установленный на 24 В, запустите 2668W024CR без нагрузки и измерьте скорость вращения с помощью бесконтактного тахометра (например, стробоскопа). Кроме того, измерьте ток двигателя в этом состоянии без нагрузки. Токовый пробник идеально подходит для этого измерения, поскольку он не добавляет сопротивления последовательно с работающим двигателем.Используя регулируемую крутящую нагрузку, такую как тормоз для мелких частиц или регулируемый гистерезисный динамометр, нагрузка может быть связана с валом двигателя.
Теперь увеличьте крутящий момент двигателя точно до точки. где происходит срыв. При остановке измерьте крутящий момент от тормоз и ток двигателя. Ради этого обсуждение, предположим, что муфта не добавляет нагрузки на двигатель и что нагрузка от тормоза не включать неизвестные фрикционные компоненты. Это также полезно в этот момент, чтобы измерить оконечное сопротивление мотор.Измерьте сопротивление, соприкоснувшись с двигателем. клеммы с омметром. Затем раскрутите вал двигателя. и сделайте еще одно измерение. Измерения должны быть очень близки по стоимости. Продолжайте вращать вал и сделайте не менее трех измерений. Это обеспечит что измерения не проводились в точке минимальный контакт на коммутаторе.
Теперь мы измерили:
n ₀ = Скорость холостого хода
I ₀ = Ток холостого хода
M _H = Момент остановки
R = Терминальное сопротивление
Шаг 2: Постройте график зависимости тока отКрутящий момент и скорость в зависимости от крутящего момента
Вы можете подготовить график с крутящим моментом двигателя по оси абсцисс (горизонтальная ось), скоростью по левой ординате (вертикальная ось) и током по правой ординате. Масштабируйте оси на основе измерений, которые вы сделали на первом шаге. Проведите прямую линию от левого начала графика (нулевой крутящий момент и нулевой ток) до тока останова на правой ординате (крутящий момент при останове и ток останова). Эта линия представляет собой график зависимости тока двигателя от крутящего момента двигателя.Наклон этой линии представляет собой постоянную тока k _I , которая является константой пропорциональности для отношения между током двигателя и крутящим моментом двигателя (в единицах тока на единицу крутящего момента или А / мНм). Обратной величиной этому наклону является постоянная крутящего момента k _M (в единицах крутящего момента на единицу тока или мНм / А).
Где:
k _I = постоянная тока
k _M = постоянная момента
В целях данного обсуждения предполагается, что двигатель не имеет внутреннего трения.На практике момент трения двигателя M _R определяется умножением постоянной крутящего момента двигателя k _M на измеренный ток холостого хода I ₀ . Линия зависимости крутящего момента от скорости и линия зависимости крутящего момента от тока затем начинается не с левой вертикальной оси, а со смещением по горизонтальной оси, равным расчетному моменту трения.
Где:
M _R = Момент трения
Шаг 3: Постройте сюжет Power vs.Крутящий момент и эффективность в зависимости от крутящего момента
В большинстве случаев можно добавить две дополнительные вертикальные оси для построения графика зависимости мощности и КПД от крутящего момента. Вторая вертикальная ось обычно используется для эффективности, а третья вертикальная ось может использоваться для мощности. Для упрощения этого обсуждения КПД в зависимости от крутящего момента и мощность в зависимости от крутящего момента будут нанесены на тот же график, что и графики зависимости скорости от крутящего момента и тока от крутящего момента (пример показан ниже).
Составьте таблицу механической мощности двигателя в различных точках от момента холостого хода до момента остановки.Поскольку выходная механическая мощность — это просто произведение крутящего момента и скорости с поправочным коэффициентом для единиц (см. Раздел о вычислении начальной требуемой мощности), мощность может быть рассчитана с использованием ранее построенной линии для зависимости скорости от крутящего момента.
Примерная таблица расчетов для двигателя 2668W024CR показана в таблице 1. Затем на график наносится каждая расчетная точка мощности. Результирующая функция представляет собой параболическую кривую, показанную ниже на Графике 1. Максимальная механическая мощность достигается примерно при половине крутящего момента сваливания.Скорость в этот момент составляет примерно половину скорости холостого хода.
Создайте таблицу в электронной таблице КПД двигателя в различных точках от скорости холостого хода до крутящего момента при остановке. Приведено напряжение, приложенное к двигателю, и нанесен график силы тока при различных уровнях крутящего момента. Произведение тока двигателя и приложенного напряжения является мощностью, потребляемой двигателем. В каждой точке, выбранной для расчета, КПД двигателя η представляет собой выходную механическую мощность, деленную на потребляемую электрическую мощность.Опять же, примерная таблица для двигателя 2668W024CR показана в Таблице 1, а примерная кривая — на Графике 1. Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке.
Определения сюжета
Синий = скорость по сравнению с крутящим моментом ( n по сравнению с M )
Красный = ток по сравнению с крутящим моментом ( I по сравнению с M )
Зеленый = эффективность по сравнению с крутящим моментом ( η или . M )
Коричневый = мощность в зависимости от крутящего момента ( P vs. М )
Характеристики двигателя
Примечание: обратите внимание, как все четыре сплошных графика изменяются в результате увеличения сопротивления в медных обмотках и ослабления. выходной крутящий момент из-за нагрева. Таким образом, ваши результаты могут немного отличаться в зависимости от того, холодный или теплый ваш двигатель, когда вы строите графики.
Ток нагрузки 2,79 А
Напряжение нагрузки 24,11 В
Температура обмотки двигателя 140,23 ° С
Температура корпуса двигателя 105,03 ° С
Скорость мотора 7370 мин. ^-1
Требуемый момент нагрузки 68 мНм
Выходная мощность 52,48 Вт
Эффективность (в целом) 77,97%
Примечание. Из-за нехватки места отображается пример расчета для одной точки.
Теоретический расчет параметров двигателя
Еще одним полезным параметром при выборе двигателя является постоянная двигателя. Правильное использование этой добротности существенно сократит итерационный процесс выбора двигателя постоянного тока. Он просто измеряет внутреннюю способность преобразователя преобразовывать электрическую мощность в механическую.
Максимальный КПД достигается примерно при 10% крутящего момента двигателя при остановке. Знаменатель называется потерей резистивной мощности.С помощью некоторых алгебраических манипуляций уравнение можно упростить до:
Имейте в виду, что k _m (постоянная двигателя) не следует путать с k _M (постоянная крутящего момента). Обратите внимание, что индекс константы двигателя — это строчная буква « м », а индекс постоянной крутящего момента — прописная « M ».
Для щеточного или бесщеточного двигателя постоянного тока относительно небольшого размера отношения, которые управляют поведением двигателя в различных обстоятельствах, могут быть выведены из законов физики и характеристик самих двигателей.Правило Кирхгофа по напряжению гласит: «Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала». При применении к двигателю постоянного тока, последовательно подключенному к источнику постоянного тока, правило Кирхгофа для напряжения может быть выражено как «Номинальное напряжение питания от источника питания должно быть равно по величине сумме падения напряжения на сопротивлении обмоток и обратная ЭДС, генерируемая двигателем ».
Где:
U = Электропитание в В
I = Ток в А
R = Терминальное сопротивление в Ом
U _E _{= Обратная ЭДС в В}
Обратная ЭДС, создаваемая двигателем, прямо пропорциональна угловой скорости двигателя.Константа пропорциональности — это постоянная обратной ЭДС двигателя.
Где:
ω = Угловая скорость двигателя
k _E = Постоянная обратной ЭДС двигателя
Следовательно, путем замены:
Постоянная противо-ЭДС двигателя обычно указывается производителем двигателя в В / об / мин или мВ / об / мин. Чтобы получить значимое значение для обратной ЭДС, необходимо указать скорость двигателя в единицах, совместимых с указанной постоянной обратной ЭДС.
«Сумма возрастаний потенциала в контуре цепи должна равняться сумме уменьшений потенциала».
(правило Кирхгофа по напряжению)
Постоянная двигателя зависит от конструкции катушки, силы и направления магнитных линий в воздушном зазоре. Хотя можно показать, что три обычно указанные постоянные двигателя (постоянная противо-ЭДС, постоянная крутящего момента и постоянная скорости) равны, если используются надлежащие единицы, расчет облегчается указанием трех констант в общепринятых единицах.
Крутящий момент, создаваемый ротором, прямо пропорционален току в обмотках якоря. Константа пропорциональности — это постоянная крутящего момента двигателя.
Где:
M _m = крутящий момент, развиваемый на двигателе
k _M = постоянная крутящего момента двигателя
Подставляя это соотношение для получения текущего ресурса:
Крутящий момент, развиваемый на роторе, равен моменту трения двигателя плюс момент нагрузки (из-за внешней механической нагрузки):
Где:
M _R = момент трения двигателя
M _L = момент нагрузки
Предполагая, что на клеммы двигателя подается постоянное напряжение, скорость двигателя будет прямо пропорциональна сумме момента трения и момента нагрузки.Константа пропорциональности — это наклон кривой крутящий момент-скорость. Моторные характеристики лучше, когда это значение меньше. Чем круче спад наклона, тем хуже производительность, которую можно ожидать от данного двигателя без сердечника. Это соотношение можно рассчитать по:
Где:
Δn = Изменение скорости
ΔM = Изменение крутящего момента
M _H = Тормозной момент
n ₀ = Скорость холостого хода
Альтернативный подход к получению этого значение — найти скорость, n :
Используя исчисление, мы дифференцируем обе стороны относительно M , что дает:
Хотя здесь мы не показываем отрицательный знак, это подразумевается что результат приведет к уменьшению (отрицательному) склон.
Пример расчета теоретического двигателя
Давайте немного углубимся в теоретические расчеты. Двигатель постоянного тока без сердечника 2668W024CR должен работать с напряжением 24 В на клеммах двигателя и крутящим моментом 68 мНм. Найдите результирующую константу двигателя, скорость двигателя, ток двигателя, КПД двигателя и выходную мощность. Из таблицы данных двигателя видно, что скорость холостого хода двигателя при 24 В составляет 7 800 мин ^-1.Если крутящий момент не связан с валом двигателя, двигатель будет работать с этой скоростью.
Во-первых, давайте получим общее представление о характеристиках двигателя, вычислив постоянную двигателя k _m . В этом случае мы получаем константу 28,48 мНм / А. «Согласно паспорту двигателя, электрическое сопротивление составляет 1,03 Ом в холодном состоянии для варианта 24 В.»
Скорость двигателя под нагрузкой — это просто скорость холостого хода за вычетом снижения скорости из-за нагрузки.Константа пропорциональности для отношения между скоростью двигателя и крутящим моментом двигателя представляет собой наклон кривой крутящего момента в зависимости от скорости, полученный путем деления скорости двигателя без нагрузки на крутящий момент при остановке. В этом примере мы вычислим снижение скорости (без учета температурных эффектов), вызванное нагрузкой крутящего момента 68 мНм, исключив единицы измерения мНм:
Теперь через замену:
В этом случае скорость двигателя под нагрузкой должна быть приблизительно:
Ток двигателя под нагрузкой складывается из тока холостого хода и тока, возникающего в результате нагрузки.
Константа пропорциональности, относящаяся к току и нагрузке крутящего момента, является постоянной крутящего момента ( k _{M )}. Это значение составляет 28,9 мНм / А. Взяв обратную величину, мы получаем постоянную тока k _I , которая может помочь нам рассчитать ток при нагрузке. В этом случае нагрузка составляет 68 мНм, а ток, возникающий в результате этой нагрузки (без учета нагрева), приблизительно равен:
.
Полный ток двигателя можно приблизительно определить, суммируя это значение с током холостого хода двигателя.В таблице данных указан ток холостого хода двигателя как 78 мА. После округления общий ток будет примерно:
.
Выходная механическая мощность двигателя — это просто произведение скорости двигателя и крутящего момента с поправочным коэффициентом для единиц (при необходимости). Следовательно, выходная мощность двигателя будет примерно:
.
Подводимая к двигателю механическая мощность является произведением приложенного напряжения и общего тока двигателя в амперах. В этом приложении:
Так как КПД η — это просто выходная мощность, деленная на входную мощность, давайте посчитаем ее в нашей рабочей точке:
Оценка температуры обмотки двигателя во время работы:
А ток I , протекающий через сопротивление R , приводит к потере мощности в виде тепла I ² · R .В случае двигателя постоянного тока произведение квадрата полного тока двигателя и сопротивления якоря представляет собой потерю мощности в виде тепла в обмотках якоря. Например, если общий ток двигателя составлял 0,203 А, а сопротивление якоря 14,5 Ом, потери мощности в виде тепла в обмотках составят:
Тепло, возникающее в результате потерь в катушке I ² · R , рассеивается за счет теплопроводности компонентов двигателя и воздушного потока в воздушном зазоре. Легкость, с которой это тепло может рассеиваться в двигателе (или любой системе), определяется тепловым сопротивлением.
Термическое сопротивление (которое является обратной величиной теплопроводности) показывает, насколько хорошо материал сопротивляется передаче тепла по определенному пути. Производители двигателей обычно указывают способность двигателя рассеивать тепло, предоставляя значения термического сопротивления R _th. Например, алюминиевая пластина с большим поперечным сечением будет иметь очень низкое тепловое сопротивление, тогда как значения для воздуха или вакуума будут значительно выше. В случае двигателей постоянного тока существует тепловой путь от обмоток двигателя к корпусу двигателя и второй тепловой канал между корпусом двигателя и окружающей средой двигателя (окружающий воздух и т. Д.)). Некоторые производители двигателей указывают тепловое сопротивление для каждого из двух тепловых путей, в то время как другие указывают только их сумму в качестве общего теплового сопротивления двигателя. Значения термического сопротивления указаны в увеличении температуры на единицу потери мощности. Суммарные потери I ² · R в катушке (источнике тепла) умножаются на тепловые сопротивления для определения установившейся температуры якоря. Повышение температуры в установившемся режиме двигателя ( T ) определяется по формуле:
Где:
ΔT = Изменение температуры в К
I = Ток через обмотки двигателя в А
R = Сопротивление обмоток двигателя в Ом
R _th2 = Тепловое сопротивление от обмоток к корпусу в к / Вт
R _th3 = Тепловое сопротивление окружающей среде в к / Вт
Продолжим наш пример, используя двигатель 2668W024CR, работающий с током 2458 А в обмотках двигателя, с сопротивлением якоря 1, 03 Ом, тепловое сопротивление между обмоткой и корпусом составляет 3 к / Вт, а тепловое сопротивление между корпусом и окружающей средой — 8 к / Вт.Повышение температуры обмоток рассчитывается по формуле, приведенной ниже; мы можем заменить Ploss на I ² · R :
Поскольку шкала Кельвина использует то же приращение единиц, что и шкала Цельсия, мы можем просто подставить значение Кельвина, как если бы оно было значением Цельсия. Если предполагается, что температура окружающего воздуха составляет 22 ° C, то конечная температура обмоток двигателя может быть приблизительно равна:
Где:
T _теплый = Температура обмотки
Важно убедиться, что конечная температура обмоток не превышает номинальное значение двигателя, указанное в техническом паспорте.В приведенном выше примере максимально допустимая температура обмотки составляет 125 ° C. Поскольку расчетная температура обмотки составляет всего 90,4 ° C, тепловое повреждение обмоток двигателя не должно быть проблемой в этом приложении.
Можно использовать аналогичные вычисления, чтобы ответить на вопросы другого типа. Например, приложение может потребовать, чтобы двигатель работал с максимальным крутящим моментом, в надежде, что он не будет поврежден из-за перегрева. Предположим, требуется запустить двигатель с максимально возможным крутящим моментом при температуре окружающего воздуха 22 ° C.Дизайнер хочет знать, какой крутящий момент двигатель может безопасно обеспечить без перегрева. Опять же, в техническом описании двигателя постоянного тока без сердечника 2668W024CR указана максимальная температура обмотки 125 ° C. Итак, поскольку температура окружающей среды составляет 22 ° C, максимально допустимое повышение температуры ротора составляет: 125 ° C — 22 ° C = 103 ° C
Теперь мы можем рассчитать увеличение сопротивления катушки из-за рассеивания тепловой мощности:
Где:
α _Cu = Температурный коэффициент меди в единицах K ^-1
(обратный градус Кельвина)
Таким образом, из-за нагрева катушки и магнита из-за рассеивания мощности от потерь I ² · R сопротивление катушки увеличилось с 1,03 Ом до 1,44 Ом.Теперь мы можем пересчитать новую постоянную крутящего момента k _M , чтобы увидеть влияние повышения температуры на характеристики двигателя:
Где:
α _M = Температурный коэффициент магнита в единицах K ^-1
(обратный градус Кельвина)
Теперь мы пересчитываем новую константу обратной ЭДС k _E и наблюдаем за результатами. Из формулы, полученной нами выше:
Как мы видим, постоянная крутящего момента ослабевает в результате повышения температуры, как и константа обратной ЭДС! Таким образом, сопротивление обмотки двигателя, постоянная крутящего момента и постоянная обратная ЭДС — все это отрицательно сказывается по той простой причине, что они зависят от температуры.
Мы могли бы продолжить вычисление дополнительных параметров в результате более горячей катушки и магнита, но наилучшие результаты дает выполнение нескольких итераций, что лучше всего выполняется с помощью программного обеспечения для количественного анализа. По мере того, как температура двигателя продолжает расти, каждый из трех параметров будет изменяться таким образом, что ухудшает характеристики двигателя и увеличивает потери мощности. При непрерывной работе двигатель может даже достичь точки «теплового разгона», что потенциально может привести к невозможности ремонта двигателя.Это может произойти, даже если первоначальные расчеты показали приемлемое повышение температуры (с использованием значений R и k _M при температуре окружающей среды).
Обратите внимание, что максимально допустимый ток через обмотки двигателя может быть увеличен за счет уменьшения теплового сопротивления двигателя. Тепловое сопротивление между ротором и корпусом R _th2 в первую очередь определяется конструкцией двигателя. Тепловое сопротивление корпуса R _th3 можно значительно уменьшить, добавив радиаторы.Тепловое сопротивление двигателя для небольших двигателей постоянного тока обычно указывается для двигателя, подвешенного на открытом воздухе. Поэтому обычно наблюдается некоторый отвод тепла, который возникает в результате простой установки двигателя в теплопроводящий каркас или шасси. Некоторые производители более крупных двигателей постоянного тока указывают тепловое сопротивление, когда двигатель установлен на металлической пластине известных размеров и из материала.
Для получения дополнительной информации о расчетах электродвигателя без сердечника постоянного тока и о том, как на производительность электродвигателя может повлиять рассеяние тепловой мощности, обратитесь к квалифицированному инженеру FAULHABER.Мы всегда готовы помочь.
Примечание: Что такое моментный двигатель?
Введение

Ротационные электродвигатели существуют уже много лет, но с тех пор многое изменилось. Как изменились электродвигатели? Какие нововведения были внесены? Моментные двигатели значительно выиграли от знаний, полученных при создании линейных двигателей.
Благодаря бесщеточной трехфазной конструкции они могут обеспечить еще больший КПД и мощность, особенно на низких оборотах.В то же время минимизация требований к техническому обслуживанию.
Моментные двигатели
отличаются своей способностью напрямую управлять приложениями. Нет необходимости в трансмиссии / редукторе. Подвижный ротор моментного двигателя приклеивается или зажимается непосредственно на ведомой части. Во всем диапазоне оборотов доступен постоянный высокий крутящий момент.
Требуемый крутящий момент и доступное пространство помогают определить диаметр и ширину двигателя. Двигатели могут быть очень тонкими, но большого диаметра (большие оси и поворотные столы) или иметь «высоту», близкую к их диаметру, в результате чего получается компактный, но с высоким крутящим моментом двигатель.
Мотор QTR 78-60 (слева) и QTR 160-17. Два двигателя различной формы с крутящим моментом более 4 Нм и малым объемом / массой.

Преимущества моментного двигателя

ОСОБЕННОСТИ
Все моментные двигатели, большие или малые, имеют аналогичную конструкцию. Важные характеристики моментного двигателя:
3-х фазный синхронный
Бесщеточный и не требует обслуживания
Ротор с постоянными магнитами (4+ полюса)
Прямой привод
Высокий уровень контроля
Малая масса
Из-за высокого крутящего момента и отсутствия рассогласования по инерции для моментных двигателей не требуются редукторы или трансмиссии.Ротор моментного двигателя может быть установлен непосредственно на оси. Это может быть даже полая ось, уменьшающая вращающуюся массу и повышающая механическую эффективность.
Моментные двигатели используются в самых разных изделиях. От поворотных столов до роботов-манипуляторов. У вас есть приложение, в котором может быть полезен моментный двигатель? Свяжитесь с нашей командой разработчиков приложений для получения дополнительной информации.
В следующей заметке о крутящем моменте мы обсудим установку моментных двигателей.

Наша команда инженеров по применению может посоветовать все ваши планы на будущее, связанные с двигателями Torque.Не стесняйтесь обращаться к нам по адресу [email protected] или напрямую по телефону +31 546536375.

Моторные двигатели
— обзор
25.3 Кривая скорость-крутящий момент
Рассмотрим двигатель, вращающий гребной винт лодки с постоянной скоростью. Крутящий момент τ , обеспечиваемый двигателем, можно записать в виде
τ = τfric + τpushing water,
, где τ _fric — это крутящий момент, который двигатель должен создать для преодоления трения и начала вращения, а τ _{толкает воду} — это крутящий момент, необходимый гребному винту для вытеснения воды, когда двигатель вращается со скоростью ω .В этом разделе мы предполагаем, что τ _fric = 0, поэтому в этом примере τ = τ _{толкает воду}. В разделе 25.4 мы рассматриваем ненулевое трение.
Для двигателя, вращающегося с постоянной скоростью ω и обеспечивающего постоянный крутящий момент τ (как в примере с пропеллером выше), ток I постоянен и, следовательно, d I / d t = 0. Меньше При этих предположениях (25.5) сводится к
(25.6) V = ktω + IR.
Используя определение постоянной крутящего момента, мы получаем эквивалентную форму
(25,7) ω = 1ktV − Rkt2τ.
Уравнение (25.7) дает ω как линейную функцию от τ для данной постоянной В . Эта линия с наклоном -R / kt2 называется кривой скорость-крутящий момент для напряжения В .
Кривая скорость-крутящий момент отображает все возможные условия работы при постоянном токе с напряжением В на двигателе. Предполагая, что момент трения равен нулю, линия пересекает ось τ = 0 при
ω0 = V / kt = скорость холостого хода.
Линия пересекает ось ω = 0 в точке
τstall = ktVR = крутящий момент при остановке.
В режиме холостого хода τ = I = 0; двигатель вращается с максимальной скоростью без тока или крутящего момента. В состоянии срыва вал заблокирован от вращения, и ток ( I _срыв = τ _срыв/ k _t = В / R ) и выходной крутящий момент максимизируются из-за отсутствия обратной ЭДС.В какой точке кривой скорость-крутящий момент двигатель фактически работает, определяется нагрузкой, приложенной к валу двигателя.
Пример кривой «скорость-крутящий момент» показан на рисунке 25.8. Этот двигатель имеет ω ₀ = 500 рад / с и τ _срыв = 0,1067 Нм для номинального напряжения В _nom = 12 В. Рабочий диапазон — любая точка ниже скорости — кривая крутящего момента, соответствующая напряжениям, меньшим или равным 12 В.Если двигатель работает при другом напряжении cV _nom, точки пересечения кривой скорость-крутящий момент линейно масштабируются до cω ₀ и cτ _stall.
Рисунок 25.8. Кривая скорость-крутящий момент. Многие кривые скорость-крутящий момент используют обороты в минуту для скорости, но мы предпочитаем единицы СИ.
Представьте, что вы сжимаете вал двигателя, питаемого напряжением В , и который вращается с постоянной скоростью. Ваша рука прикладывает к валу небольшой крутящий момент.Поскольку двигатель не ускоряется, и мы пренебрегаем трением в двигателе, крутящий момент, создаваемый катушками двигателя, должен быть равен крутящему моменту, приложенному вашей рукой, и быть противоположным ему. Таким образом, двигатель работает в определенной точке кривой скорости-момента. Если вы медленно сжимаете вал сильнее, увеличивая крутящий момент, который вы прикладываете к ротору, двигатель замедляется и увеличивает крутящий момент, который он прилагает, чтобы сбалансировать крутящий момент вашей руки. Предполагая, что ток двигателя изменяется медленно (например, L d I / d t пренебрежимо мало), рабочая точка двигателя перемещается вниз и вправо на кривой скорость-крутящий момент по мере увеличения усилия сжатия. .Когда вы сжимаете настолько сильно, что двигатель больше не может двигаться, рабочая точка находится в состоянии остановки, это нижняя правая точка на кривой скорость-крутящий момент.
Кривая скорость-крутящий момент соответствует постоянной В , но не постоянной входной мощности P _в = IV . Ток I линейен с τ , поэтому входная электрическая мощность увеличивается линейно с τ . Выходная механическая мощность составляет P _out = τω , а эффективность при преобразовании электрической энергии в механическую составляет η = P _out/ P _in = τω / IV .Мы вернемся к эффективности в разделе 25.4.
Чтобы найти точку на кривой скорость-крутящий момент, которая максимизирует механическую выходную мощность, мы можем записать точки на кривой как ( τ , ω ) = ( cτ _stall, (1 — c ) ω ₀) для 0 ≤ c ≤ 1, поэтому выходная мощность выражается как
Pout = τω = (c − c2) τstallω0,
и значение c , которое максимизирует выходная мощность находится путем решения
ddc (c − c2) τstallω0 = (1−2c) τstallω0 = 0 → c = 12.
Таким образом, механическая выходная мощность максимальна при τ = τ _срыв/2 и ω = ω ₀/2. Эта максимальная выходная мощность составляет
Pmax = 12τstall12ω0 = 14τstallω0.
См. Рисунок 25.9.
Рисунок 25.9. График квадратичной механической мощности P = τω , нанесенный рядом с кривой скорость-крутящий момент. Площадь прямоугольника скорость-крутящий момент ниже и слева от рабочей точки — это механическая мощность.
Ток двигателя пропорционален крутящему моменту двигателя, поэтому работа с высоким крутящим моментом означает большие потери мощности нагрева змеевика I ² R , иногда называемое омическим нагревом . По этой причине производители двигателей указывают максимальный непрерывный ток I _cont, самый большой продолжительный ток, при котором установившаяся температура катушек остается ниже критической точки. ¹ Максимальному продолжительному току соответствует максимальный продолжительный крутящий момент τ _cont.Точки слева от этого крутящего момента и под кривой «скорость-крутящий момент» называются непрерывной рабочей областью . Двигатель может работать с перебоями вне области непрерывной работы, в области с перерывами в работе, , при условии, что двигателю позволено достаточно остыть между использованиями в этой области. Двигатели обычно рассчитаны на номинальное напряжение, при котором рабочая точка максимальной механической мощности (при τ _{остановка}/2) выходит за пределы области непрерывной работы.

Учитывая тепловые характеристики двигателя, показанного на рисунке 25.8, кривую скорость-крутящий момент можно уточнить до рисунка 25.10, на котором показаны области непрерывной и прерывистой работы двигателя. Точка на кривой «скорость-крутящий момент» при τ _cont соответствует номинальной рабочей точке или номинальной рабочей точке , а механическая выходная мощность в этой точке называется номинальной мощностью двигателя . Для двигателя, показанного на рисунке 25.10, τ _cont = 26.67 мНм, что происходит при ω = 375 рад / с для номинальной мощности

Рисунок 25.10. Непрерывная рабочая область (под кривой скорость-крутящий момент и слева от τ _cont) и прерывистая рабочая область (остальная часть под кривой скорость-крутящий момент). Показана гипербола механической мощности 10 Вт, включая номинальную рабочую точку при τ _cont.

0,02667 Нм × 375рад / с = 10,0 Вт.

На рисунке 25.10 также показана гипербола постоянной выходной мощности τω = 10 Вт, проходящая через номинальную рабочую точку.

Кривая скорость-крутящий момент для двигателя строится на основе номинального напряжения. Это «безопасное» напряжение, рекомендованное производителем. Однако возможно перенапряжение двигателя, при условии, что он не будет постоянно работать сверх максимального продолжительного тока. Двигатель также может иметь заданную максимально допустимую скорость ω _max, что создает ограничение по горизонтали допустимого рабочего диапазона. Эта скорость определяется допустимым износом щеток или, возможно, свойствами подшипников вала, и обычно она больше, чем скорость холостого хода ω ₀.Вал и подшипники также могут иметь максимальный крутящий момент τ _max> τ _срыв. Эти пределы позволяют определять непрерывные и прерывистые рабочие области с перенапряжением, как показано на рисунке 25.11.

Рисунок 25.11. Возможно превышение номинального рабочего напряжения при соблюдении ограничений ω & lt; ω _макс и τ & lt; τ _max соблюдаются, а τ _cont превышаются только периодически.

Момент нагрузки — обзор

11.4.1 Нагрузка с постоянным крутящим моментом

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

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

Диаметр барабана составляет 0,5 м, поэтому, если максимальная нагрузка (включая трос) составляет, скажем, 1000 кг, натяжение троса (мг) будет 9810 Н, а крутящий момент, приложенный нагрузкой на барабан, будет задан. на Force × радиус = 9810 × 0.25 ≈ 2500 Нм. Когда скорость постоянна (т. Е. Нагрузка не ускоряется), крутящий момент, создаваемый двигателем на барабане, должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому на барабане нагрузкой. (Слово «противоположный» в последнем предложении часто опускается, при этом подразумевается, что установившийся двигатель и момент нагрузки обязательно должны действовать противоположно.)

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

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

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

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

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

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

На этом этапе всегда полезно проверить, что мы получим примерно такой же ответ для мощности. с учетом работы, выполняемой в секунду при нагрузке.Сила ( F ) на нагрузке составляет 9810 Н, скорость ( v ) составляет 0,5 м / с, поэтому мощность (Fv) составляет 4,9 кВт. Это на 20% меньше, чем мы получили выше, потому что здесь мы проигнорировали потерю мощности в коробке передач.

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

(11.2) TorqueNm = Inertiakgm2 × Angularaccelerationradsec2.

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

Эффективная инерция складывается из инерции самого двигателя, указанной инерции барабана и редуктора и указанной инерции груза на крюке. Термин «приведенная инерция» означает кажущуюся инерцию, если смотреть на редуктор со стороны двигателя.Если коробка передач имеет передаточное число n : 1 (где n больше 1), инерция J на стороне низкой скорости представляется инерцией J / n ² на высокой скорости боковая сторона. В этом примере нагрузка на самом деле движется по прямой линии, поэтому нам нужно спросить, какова эффективная инерция груза, «видимая» на барабане. Геометрия здесь проста, и нетрудно увидеть, что с точки зрения инерции, наблюдаемой барабаном, груз кажется прикрепленным к поверхности барабана.Затем инерция нагрузки на барабане получается с использованием формулы для инерции массы m, расположенной на радиусе r , то есть Дж = mr ², что дает эффективную инерцию нагрузки на барабан как 1000 кг × ( 0,25 м) ² = 62,5 кгм ².

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

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

1520 × 2π60 ÷ 1 = 160рад / сек2

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

T = 0,05 × 160 = 8 Нм

Следовательно, чтобы соответствовать требованиям как установившегося, так и динамического крутящего момента, привод, способный обеспечивать крутящий момент 45 Нм (= 37 + 8) на всех скоростях до Требуется 1520 об / мин, как показано на рис. 11.8.

В случае подъемника ожидаемый режим работы может быть неизвестен, но вполне вероятно, что двигатель будет проводить большую часть своего времени подъема, а не ускорения. Следовательно, хотя пиковый крутящий момент 45 Нм должен быть доступен на всех скоростях, это не будет постоянным требованием и, вероятно, будет в пределах кратковременной перегрузочной способности привода, постоянно рассчитанного на 5.9 кВт.

Мы также должны учитывать, что произойдет, если необходимо опустить полностью загруженный крюк. Мы учли трение в 20% от момента нагрузки (31 Нм), поэтому во время спуска можно ожидать, что трение создаст тормозной момент, эквивалентный 6,2 Нм. Но чтобы крюк не соскочил с места, нам понадобится общий крутящий момент 31 Нм, поэтому для сдерживания нагрузки двигатель должен будет развивать крутящий момент 24,8 Нм. Мы, естественно, называем это тормозным моментом, потому что это необходимо для предотвращения разрыва груза на крюке, но на самом деле крутящий момент остается в том же направлении, что и при подъеме.Однако скорость отрицательна, и в терминах «четырехквадрантной» диаграммы (например, рис. 3.12) мы переместились из квадранта 1 в квадрант 4, и, таким образом, поток мощности меняется на противоположный, и двигатель регенерирует, потеря потенциала энергия нисходящей нагрузки преобразуется обратно в электрическую форму (и потери). Следовательно, если мы хотим удовлетворить эту ситуацию, мы должны выбрать привод, способный к непрерывной регенерации: такой привод также будет иметь возможность работать в квадранте 3, чтобы создавать отрицательный крутящий момент для опускания пустого крюка, если его вес был недостаточным. спуститься.

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

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

Разное

Мощность		Скорость двигателя (об / мин)
		3450			2000			1750			1000			500
		Крутящий момент
л.с.	кВт	(фунт _на дюйм)	(фунт _на фут)	(Нм)	(фунт _на дюйм)	_f футов)	(Нм)	(фунт _f дюйм)	(фунт _f фут)	(Нм)	(фунт _на дюйм)	(фунт _на фут)	(Нм)	(фунт _на дюйм)	(фунт _на фута)	(Нм)
1	0.75	18	1,5	2,1	32	2,6	3,6	36	3,0	4,1	63	5,3	7,1	126 10223 9022	900 1,5	1,1	27	2,3	3,1	47	3,9	5,3	54	4,5	6,1	95	7.9	10,7	189	15,8	21,4
2	1,5	37	3,0	4,1	63	5,3	7,1			7,1		126	10,5	14,2	252	21,0	28,5
3	2,2	55	4,6	6,2	95	7.9	10,7	108	9,0	12	189	15,8	21,4	378	31,5	42,7
158	13,1	18	180	15	20	315	26,3	36	630	52,5	71
7.5	5,6	137	11	15	236	20	27	270	23	31	473	39	9022 9022 9022 9022
10	7,5	183	15	21	315	26	36	360	30	41	630	9022 71		142
15	11	274	23	31	473	39	53	540	45	61	9022 9022 9022	61	9022 9022	158	214
20	15	365	30	630	53	71	720	60	81	1260	105	142	2521	210	285			38	52	788	66	89	900	75	102	1576	131	178	3151	263 9022 9022	263 9022 9022	548	46	62	945	79	107	1080	90	122	1891	158	214	30	731	61	83	1260	105	1441	120	163	2521	210	285	5042	420	570
50	131	178	1801	150	204	3151	263	356	6302	525	712
712
1891	158	214	2161	180	244	3781	315	427	7563	630	855				853	900	630	855		145	2206	184	249	2521	285	4412	368	499	8823	735	997
80	60	1461	16522 9022 9022	165 222 9022	2881	240	326	5042	420	570	10084	840	1140
90	67	16442	67	16442	9022	263	356	3601	300	407	6302	525	712	12605	1050	1425
125	93	2283	190	258	258	258	509	7878	657	891	15756	1313	1781
150	112	2740	228	9022 9022 9022 9022 9022 5	450	611	9454	788	1069	18907	1576	2137
175	131	131	3197 262 9022 9022 9022	6302	525	712	1 1029	919	1247	22058	1838	2494
200	149	3654	304	413	6302 9022 9022 9022	413	6302 9022 9022 9022 814	12605	1050	1425	25210	2101	2850
225	168	4110	343	465	465	465 9022 675	916	14180	1182	1603	28361	2363	3206
250	187	4567	9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9022 9003	750	1018	15756 90 223	1313	1781	31512	2626	3562
275	205	5024	419	568	8662 7223 9022 9022 9223	8662 9223 9022 9223	8662 9222 9022 9022	8662 9222 9022 9022	17332	1444	1959	34663	2889	3918
300	224	5480	457	620 9224	457	620 9224	620 9223	620 9224 9022	1221	18907	1576	2137	37814	3151	4275
350	261	6394	533 7602 9022	1050	1425	22058	1838	2494	44117	3676	4987
400	298	7307	609	826	14222 9022 9022		25210	2101	2850	50419	4202	5699
450	336	8221	685	929		685	929		929	03	685	929	9022	1832	28361	2363	3206	56722	4727	6412
550	410	10047	837 1136	10047	837 1136	10047	837 1136	1651	2239	34663	2889	3918	69326	5777	7837
600	448	10961	913	1239		913	1239			1239			2443	37814	3151	4275	75629	6302	8549

Ток нагрузки	2,79 А
Напряжение нагрузки	24,11 В
Температура обмотки двигателя	140,23 ° С
Температура корпуса двигателя	105,03 ° С
Скорость мотора	7370 мин. ^-1
Требуемый момент нагрузки	68 мНм
Выходная мощность	52,48 Вт
Эффективность (в целом)	77,97%