Calcularea puterii motorului: tehnici și formule necesare

Cineva trebuie să calculeze puterea unui motor pentru a calcula impozitul pe autovehicule. Pentru unii oameni, este important să poată calcula singuri puterea motorului unui compresor. Unele persoane doresc să cunoască puterea exactă a vehiculului lor pentru a o putea compara cu cea anunțată. În general, calculul puterii și alegerea motorului sunt două procese inseparabile.

Acestea nu sunt singurele motive pentru care automobiliștii încearcă să își calculeze singuri puterea motorului. Acest lucru este destul de dificil de făcut fără a avea formulele necesare pentru a calcula. Acestea sunt cifrele care vor fi prezentate în acest articol, astfel încât fiecare automobilist să poată calcula singur care este puterea reală a motorului mașinii sale.

Introducere

Există cel puțin patru metode obișnuite de calculare a puterii unui motor cu ardere internă. În aceste metode se utilizează următorii parametri ai unității motorului:

1. Revoluții.
2. Volum.
3. Cuplu de torsiune.
4. Presiunea efectivă în interiorul camerei de ardere.

De asemenea, pentru calcul trebuie să se cunoască greutatea vehiculului și timpul de accelerare până la 100 km/h.

Fiecare dintre următoarele formule de calcul al puterii motorului are o anumită imprecizie și nu poate oferi un rezultat 100% precis. Acest lucru merită să fie avut în vedere întotdeauna atunci când se analizează datele obținute.

Dacă calculați puterea în conformitate cu toate formulele care vor fi descrise în articol, puteți afla valoarea medie a puterii reale a motorului, iar discrepanța cu rezultatul real nu va depăși 10%.

Făcând abstracție de diversele subtilități științifice implicate în definirea conceptelor tehnice, puterea este energia produsă de o unitate de motor și transformată în cuplu pe un arbore. Puterea nu este constantă și atinge puterea maximă de ieșire la o anumită turație a arborelui (așa cum este specificat în fișa tehnică).

În motoarele moderne cu ardere internă, puterea maximă este atinsă la 5,5-6,6 mii rpm. Se observă că la cea mai mare presiune efectivă medie din butelii. Această presiune depinde de următorii parametri:

• calitatea amestecului de combustibil
• eficiența combustiei;
• pierdere de combustibil.

Puterea este o mărime fizică care se măsoară în wați, dar în industria auto se măsoară în cai putere. Calculele descrise în metodele de mai jos vor produce rezultate în kilowați, apoi se vor converti în cai putere cu ajutorul unui calculator convertor special.

Putere în termeni de cuplu

O modalitate de a calcula puterea este de a determina relația dintre cuplul motorului și numărul de rotații.

Orice cuplu în fizică este produsul unei forțe înmulțite cu pârghia sa. Cuplul este produsul dintre forța pe care motorul o poate dezvolta pentru a învinge rezistența sarcinii, înmulțită cu umărul sarcinii. Acest parametru este cel care determină rapiditatea cu care motorul atinge puterea maximă.

Cuplul poate fi definit ca fiind raportul dintre deplasarea înmulțită cu presiunea efectivă medie din camera de ardere și 0,12566 (constantă):

• M = (V_{volumul de operare} * P_eficient)/0,12566, unde V_{volumul de operare} - cilindreea motorului [l], P_eficient - este presiunea efectivă în camera de ardere [bar].

Turația motorului descrie viteza de rotație a arborelui cotit.

Utilizând valorile cuplului motorului și ale turației, se poate folosi următoarea formulă pentru a calcula puterea motorului:

• P = (M * n)/9549, unde M este cuplul [Nm], n este turația arborelui [rpm], 9549 este raportul de aspect.

Puterea calculată se măsoară în kilowați. Pentru a converti valoarea calculată în cai putere, înmulțiți rezultatul cu un factor de proporționalitate de 1,36.

Această metodă de calcul constă în utilizarea a doar două formule elementare, astfel încât este considerată una dintre cele mai simple. Cu toate acestea, puteți face un lucru și mai simplu și să utilizați un calculator online, unde trebuie să introduceți câteva date despre mașină și motorul acesteia.

Este de remarcat faptul că această formulă pentru calcularea puterii motorului calculează doar puterea care este livrată la ieșirea motorului, nu și puterea care este livrată efectiv roților mașinii. Care este diferența? În timp ce puterea (dacă o vedeți ca pe un flux) ajunge la roți, aceasta suferă pierderi în cutia de transfer, de exemplu. Consumatorii secundari, cum ar fi aparatul de aer condiționat sau generatorul, joacă, de asemenea, un rol important. Nu ar trebui să se menționeze pierderile de portanță și de rezistență la rulare, precum și rezistența aerodinamică.

Parțial această valoare se compensează cu ajutorul altor formule de calcul.

Putere prin cilindreea motorului

Nu este întotdeauna posibil să se determine cuplul motorului. În unele cazuri, proprietarii de vehicule nici măcar nu sunt conștienți de valoarea acestui parametru. În acest caz, puterea motorului poate fi dedusă din cilindreea motorului.

Pentru a face acest lucru, se înmulțește deplasarea unității motorului cu turația arborelui cotit și presiunea efectivă medie. Această valoare trebuie împărțită la 120:

• P = (V * n * P_eficient)/120 unde V este cilindreea motorului [cm³], n este turația arborelui cotit [rpm], P_eficient - presiunea efectivă medie [MPa], 120 - constantă, coeficient de proporționalitate.

Iată cum se efectuează calculul puterea motorului vehiculului utilizând volumul mașinii.

Se întâmplă adesea ca valoarea P_eficient la motoarele pe benzină standard variază între 0,82 MPa și 0,85 MPa, la motoarele supraalimentate de la 0,9 MPa și la motoarele diesel de la 0,9 MPa la 2,5 MPa.

Atunci când se utilizează această formulă pentru a calcula puterea reală a unui motor, pentru a converti kW în l. с., Împărțind rezultatul la coeficientul de 0,735.

Această metodă de calcul este departe de a fi cea mai complicată și necesită un timp și un efort minim.

Prin această metodă se poate calcula puterea motorului unei pompe.

Putere prin consumul de aer

Puterea mașinii poate fi, de asemenea, determinată cu ajutorul funcției. Adevărat, această metodă de calcul este disponibilă numai pentru acei proprietari de mașini care au instalat un computer de bord care le permite să înregistreze debitul la 5,5 mii rpm în treapta a treia de viteză.

Pentru a obține o putere aproximativă a motorului, trebuie să împărțiți la trei debitul obținut în condițiile descrise mai sus. Formula este următoarea:

• P = G/3, unde G este debitul de aer.

Acest calcul descrie performanțele motorului în condiții ideale, adică fără a lua în considerare pierderile de la nivelul transmisiei, consumatorii externi și rezistența aerodinamică. Puterea reală este cu 10 sau chiar 20 de procente mai mică decât cea calculată.

Prin urmare, consumul de aer este determinat în laborator, pe o platformă specială de testare pe care este instalată mașina.

Citirile indicatoarelor de la bord depind în mare măsură de murdărie și de calibrare.

Prin urmare, calcularea puterii motorului pe baza datelor privind consumul de aer nu este în niciun caz cea mai precisă sau eficientă, dar reprezintă o bună aproximare.

Puterea prin greutatea vehiculului și accelerația la sutime

Calculul folosind greutatea mașinii și viteza de accelerare până la 100 km/h este una dintre cele mai simple metode de calcul al puterii reale a motorului, deoarece greutatea mașinii și timpul de accelerare până la "o sută" sunt parametrii pașaportului mașinii.

Metoda este valabilă pentru toate tipurile de combustibil - benzină, motorină, gaz - de fapt, ea ia în considerare doar dinamica accelerației.

Greutatea trebuie luată în considerare la calcularea a vehiculului cu șoferul. De asemenea, este necesar să se ia în considerare pierderile de frânare, alunecarea și viteza de reacție a cutiei de viteze pentru a aduce rezultatele calculelor cât mai aproape de realitate. Tipul de acționare joacă, de asemenea, un rol important. De exemplu, mașinile cu tracțiune față pierd aproximativ 0,5 secunde la pornire, în timp ce mașinile cu tracțiune spate pierd între 0,3 și 0,4 secunde.

Trebuie doar să găsiți un calculator online pentru a calcula capacitatea mașinilor prin intermediul ratei de accelerare, să introduceți datele necesare și să obțineți răspunsul. Nu are rost să prezentăm calculele matematice efectuate de calculator din cauza complexității lor.

Rezultatul calculului este unul dintre cele mai precise și realiste.

Această metodă de calculare a puterii reale a mașinii este considerată de mulți ca fiind cea mai convenabilă, deoarece proprietarii de mașini trebuie să facă un minim de efort - să măsoare rata de accelerare la 100 km / h și să facă date suplimentare într-un calculator automat pentru experimentul pur.

Alte tipuri de motoare

Nu este un secret că motoarele nu sunt folosite doar în automobile, ci și în industrie și chiar acasă. Motoarele de diferite dimensiuni pot fi găsite în fabrici - ele acționează arbori - precum și în aparate de uz casnic, cum ar fi mașinile automate de tocat carne.

Uneori este necesar să se calculeze puterea reală a acestor motoare. Modul în care se face acest lucru este descris mai jos.

Trebuie remarcat imediat că calculul puterii pentru un motor trifazat poate fi efectuat după cum urmează:

• P = M_cuplu * n, unde M_cuplu - este cuplul, iar n este turația arborelui.

Motor cu inducție

Un motor asincron este un dispozitiv a cărui particularitate constă în faptul că viteza de rotație a câmpului magnetic generat de stator este întotdeauna mai mare decât viteza de rotație a rotorului său.

Principiul de funcționare al unui motor de inducție este similar cu cel al unui transformator. Legile inducției electromagnetice (bobina cu circuit de curent variabil în timp induce în ea câmp electromagnetic) și Amper (o forță electromagnetică acționează asupra unui conductor de o anumită lungime, prin care circulă un curent, aflat într-un câmp cu o anumită valoare a inducției).

Un motor asincron este alcătuit în general dintr-un stator, un rotor, un arbore și un suport. Statorul este format din următoarele componente principale: înfășurarea, miezul, corpul. Rotorul este format din miez și înfășurare.

Sarcina principală a unui motor asincron este de a transforma energia electrică furnizată în înfășurarea statorică în energie mecanică care poate fi extrasă din arborele rotativ.

Puterea unui motor asincron

În domeniul tehnic al științei, se disting trei tipuri de putere

• total (notat cu litera S);
• Cel activ (simbol P);
• Puterea reactivă (notată cu Q).

puterea totală poate fi reprezentată ca un vector, care are o parte reală și una imaginară (amintiți-vă secțiunea de matematică care se ocupă de numerele complexe).

Partea activă este puterea activă care este consumată pentru a efectua o muncă utilă, cum ar fi rotirea unui arbore, precum și pentru a genera căldură.

Partea imaginară este exprimată prin puterea reactivă care participă la crearea fluxului magnetic (notată cu F).

Acesta este fluxul magnetic care stă la baza principiul de funcționare a unei mașini asincrone, a unui motor sincron, a unei mașini de curent continuu și a unui transformator.

puterea reactivă este utilizată pentru a încărca condensatoare, pentru a crea un câmp magnetic în jurul inductorilor.

Puterea activă se calculează ca produs al curentului cu tensiunea și factorul de putere:

• P = I * U * cosφ.

Puterea reactivă se calculează ca produs al curentului cu tensiunea și factorul de putere decalat cu 90°. În caz contrar, poate fi scrisă:

• Q = I * U * sinφ.

Valoarea puterii totale, dacă ne amintim că aceasta poate fi reprezentată ca un vector, poate fi calculată prin teorema lui Pitagora ca rădăcină a sumei pătratelor puterilor activă și reactivă:

• S = (P²+Q²)^1/2.

Dacă se calculează formula puterii totale în termeni generali, se obține că S este produsul dintre curent și tensiune:

• S = I * U.

Factorul de putere cosφ este o valoare numeric egală cu raportul dintre componenta activă și puterea aparentă. Pentru a găsi sinφ, cunoscând cosφ, calculați valoarea lui φ în grade și găsiți sinusul său.

Acesta este calculul standard al puterii motorului bazat pe curent și tensiune.

Calculul puterii unei unități asincrone trifazate trifazate

Pentru a calcula puterea utilă în înfășurarea statorică a unui motor de inducție trifazat, înmulțiți tensiunea de fază cu curentul de fază și cu factorul de putere, apoi înmulțiți valoarea de putere rezultată cu trei (cu numărul de faze):

• P_{tensiunea statorului} = 3 * U_ф * I_ф * cosφ.

Calcularea el. a motorului cu caracter activ, adică puterea care este preluată de pe arborele motorului, se realizează după cum urmează:

• P_ieșire = P_{a statorului} - P_pierderi.

La un motor asincron se produc următoarele pierderi:

• electrice în înfășurarea statorului;
• în oțelul din miezul statorului;
• puterea electrică din înfășurarea rotorului;
• mecanice;
• aditiv.

Pentru a calcula puterea reactivă a unui motor trifazat, trebuie adunate cele trei componente ale acestui tip de putere, și anume

• puterea reactivă care trebuie consumată pentru a crea fluxul de dispersie al înfășurării statorice;
• Puterea reactivă care este consumată pentru a crea fluxul de dispersie al înfășurării statorice;
• puterea reactivă, consumată pentru a crea fluxul principal.

Puterea reactivă într-un motor de inducție este folosită în principal pentru a crea un câmp electromagnetic alternativ, dar o parte din putere este folosită și pentru a crea fluxuri de dispersie. Fluxul vagabond atenuează fluxul magnetic principal și reduce eficiență operațională a unei mașini asincrone.

Capacitatea actuală

Calculul puterii unui motor de inducție poate fi efectuat folosind următoarele date de curent. Pentru a face acest lucru, efectuați următorii pași:

1. Alimentarea motorului cu energie.
2. Folosind un ampermetru, măsurați curentul în fiecare bobină.
3. Se calculează curentul mediu din măsurătorile efectuate în a doua etapă.
4. Înmulțiți curentul mediu cu tensiunea. Puterea se obține.

Puterea poate fi întotdeauna calculată ca produs al curentului și al tensiunii. La Lucrul important este să Știți ce valori U și I trebuie să luați. În acest caz, U este tensiunea de alimentare, aceasta este o constantă, în timp ce I poate varia în funcție de măsurarea curentului pe înfășurarea (stator sau rotor), deci alegeți media.

Ieșire în funcție de dimensiuni

Statorul are mai multe componente diferite, dintre care una este miezul. Pentru a calcula puterea motorului folosind dimensiunile, procedați după cum urmează:

1. Măsurați lungimea și diametrul miezului.
2. Se calculează constanta C care va fi utilizată în calculele ulterioare. C = (π * D * n)/(120 * f), unde D este diametrul miezului, n este viteza arborelui, f este frecvența tensiunii (cel mai adesea o frecvență industrială de 50 Hz).
3. Se calculează puterea P cu ajutorul formulei P = C * D² * l * n * 10^-6, unde C este constanta calculată, D este diametrul miezului, n este viteza arborelui, l este lungimea miezului.

Este mai bine să efectuați toate măsurătorile și calculele cât mai exact posibil, astfel încât calculul puterii pentru motorul de acționare să fie cât mai aproape de realitate.

Putere prin forța de împingere

Puterea unui motor asincron poate fi determinată, de asemenea, folosind valoarea forței de tracțiune. Pentru a face acest lucru, va trebui să măsurați raza miezului (cu cât este mai precisă, cu atât mai bine), să notați viteza la care se rotește arborele mașinii și să utilizați un dinamometru pentru a măsura împingerea motorului.

Înlocuiți toate datele în următoarea formulă:

• P = 2*π * F * n * r, unde F este puterea de tracțiune, n este viteza arborelui, r este raza miezului.

Nuanța motorului asincron

Toate formulele de mai sus, care sunt folosite pentru a calcula puterea unui motor trifazat, duc la concluzia importantă că motoarele pot fi de dimensiuni diferite, pot avea viteze diferite, dar ajung la aceeași putere.

Acest lucru permite proiectanților să creeze modele de motoare care pot fi aplicate în o mare varietate de condiții.

Motor DC

Un motor de curent continuu este o mașină care transformă energia electrică derivată din curentul continuu în energie mecanică. Principiul său de funcționare are puține lucruri în comun cu cel al unei mașini asincrone.

Un motor de curent continuu este alcătuit dintr-un stator, o armătură și un pol, precum și perii de contact și un colector.

Un colector este un dispozitiv care transformă curentul alternativ în curent continuu (și viceversa).

Pentru a calcula puterea utilă a unei astfel de mașini, care este consumată în timpul efectuării unei anumite lucrări, este suficient să se înmulțească forța electromagnetică a armăturii cu curentul de armătură:

• P = E_a * I_a.

După cum se poate observa, calcularea randamentului unui motor de curent continuu este mult mai simplă decât calcularea randamentului unui motor asincron.