Изчисляване на мощността на двигателя: необходими методи и формули

Някои хора трябва да изчислят мощността на двигателя, за да изчислят данъка върху автомобила. Някои хора смятат, че е важно сами да изчислят мощността на двигателя на компресора. За някои е важно да знаят точната мощност на автомобила, за да я сравнят с обявената. Като цяло изчисляването на мощността и изборът на двигател са два неразделни процеса.

Това не са единствените причини, поради които шофьорите се опитват да изчислят мощността на двигателя на своите автомобили. Доста е трудно да се направи без необходимите формули за изчисляването му. Именно те ще бъдат посочени в тази статия, за да може всеки шофьор сам да изчисли каква е реалната мощност на двигателя на неговия автомобил.

Въведение

Съществуват поне четири обичайни начина за изчисляване на мощността на двигател с вътрешно горене. Тези методи се основават на следните параметри на даден двигател:

1. RPM.
2. Обем.
3. Въртящ момент.
4. Ефективно налягане в горивната камера.

За изчисленията е необходимо да се знаят също теглото на автомобила и времето за ускорение до 100 км/ч.

Всяка от следните формули за изчисляване на мощността на двигателя има неопределеност и може да не даде 100% точен резултат. Това винаги трябва да се има предвид, когато се анализират получените данни.

Ако изчислите мощността, като използвате всички формули, които ще бъдат описани в статията, можете да намерите средната стойност на реалната мощност на двигателя и разминаването с действителния резултат няма да бъде повече от 10%.

Ако оставим настрана различните научни тънкости, свързани с определянето на техническите понятия, мощността е енергията, произведена от двигател и превърната във въртящ момент върху вала. Мощността не е постоянна и максималната ѝ стойност се достига при определена скорост на вала (както е посочено в информационния лист).

При съвременните двигатели с вътрешно горене максималната мощност се достига при 5,5-6,6 хил. об/мин. Това се наблюдава при най-високото средно ефективно налягане в цилиндрите. Стойността на това налягане зависи от следните параметри:

• качество на горивната смес;
• ефективност на горенето;
• загуба на гориво.

Мощността, като физическа величина, се измерва във ватове, но в автомобилната индустрия тя се измерва в конски сили. Изчисленията, описани в методите по-долу, дават резултати в киловат, след което трябва да се превърнат в конски сили с помощта на специален калкулатор-конвертор.

мощност чрез въртящ момент

Един от начините за изчисляване на мощността е да се види какъв въртящ момент произвежда двигателят като функция от броя на оборотите.

Всеки въртящ момент във физиката е резултат от сила и рамо за нейното прилагане. Въртящият момент е произведение от силата, която двигателят може да развие, за да преодолее съпротивлението на товара и рамото за неговото прилагане. Този параметър определя колко бързо двигателят достига максималната си мощност.

Въртящият момент може да се определи като отношение на работния обем, умножен по средното ефективно налягане в горивната камера, към 0,12566 (константа):

• M = (V_{работен обем} * P_{ефективен})/0,12566, където V_{работа с} - работен обем на двигателя [l], P_{ефективен} - ефективно налягане в горивната камера [bar].

Скоростта на двигателя описва скоростта на въртене на коляновия вал.

Следната формула за изчисляване на мощността на двигателя може да се изведе от въртящия момент на двигателя и оборотите на двигателя:

• P = (M * n)/9549, където M е въртящият момент [Nm], n е честотата на въртене на вала [rpm], 9549 е съотношението на страните.

Изчислената мощност се измерва в киловати. За да превърнете тази стойност в конски сили, умножете резултата по коефициента на мощност 1,36.

Този метод на изчисление се състои само от две елементарни формули и поради това е един от най-лесните за изчисляване. Вярно е, че можете да постъпите още по-просто и да използвате онлайн калкулатор, в който трябва да въведете определени данни за автомобила и неговия двигател.

Струва си да се отбележи, че тази формула за изчисляване на мощността на двигателя изчислява само мощността, която се подава на изхода на двигателя, а не мощността, която действително се предава на колелата на автомобила. Каква е разликата? Докато мощността (ако я възприемате като поток) достига до колелата, тя се губи в предавателната кутия, например. Потребителите, като климатик или алтернатор, също играят голяма роля. Не трябва да се споменават загубите на съпротивление при повдигане и съпротивление при търкаляне, както и аеродинамично съпротивление.

Частично този недостатък се компенсира чрез използването на други изчислителни формули.

Мощност чрез работния обем на двигателя

Не винаги е възможно да се определи въртящият момент на двигателя. Понякога собствениците на автомобили изобщо не знаят стойността на този параметър. В този случай мощността на блока на двигателя може да се определи чрез работния обем на двигателя.

За тази цел умножете преместването на моторната единица по честотата на въртене на коляновия вал и по средното ефективно налягане. Получената стойност трябва да се раздели на 120:

• P = (V * n * P_{е ефективен})/120 където V е работният обем на двигателя [cm³], n - честота на въртене на коляновия вал [об/мин], P_{ефективен} - средно ефективно налягане [MPa], 120 е константа, коефициент на пропорционалност.

Изчислението се извършва по следния начин мощност на двигателя на превозно средство чрез обема на агрегата.

Най-често използваната стойност на P_{ефективен} при стандартните бензинови двигатели варира от 0,82 МРа до 0,85 МРа, при двигателите с овърдрайв е 0,9 МРа, а при дизеловите двигатели налягането варира от 0,9 МРа до 2,5 МРа.

Когато използвате тази формула за изчисляване на реалната мощност на двигателя, за да превърнете kW в к.с. с., тази стойност трябва да се раздели на коефициента на ефективност 0,735.

Този метод на изчисление далеч не е най-сложният и изисква минимално време и усилия.

Този метод може да се използва за изчисляване на мощността на двигателя на помпата.

мощност чрез въздушен поток

Капацитетът на уреда може да се определи и по дебита на въздуха. Този метод на изчисление обаче е достъпен само за собствениците на автомобили, които разполагат с бордови компютър, който им позволява да регистрират разхода на въздух при 5,5 хил. об/мин на трета предавка.

За да се получи приблизителната мощност на двигателя, разделете дебита, получен при описаните по-горе условия, на три. Формулата е следната:

• P = G/3, където G е дебитът на въздуха.

Това изчисление ви дава представа за работата на двигателя при идеални условия, т.е. без да се вземат предвид загубите в трансмисията, външните консуматори и аеродинамичното съпротивление. Реалната мощност е с 10 или дори 20% по-ниска от изчислената.

Разходът на въздух се определя в лаборатория на специален стенд, на който е монтирано превозното средство.

Бордовите измервателни уреди са силно зависими от замърсяването и калибрирането.

Следователно това не е най-точният или ефективен начин за изчисляване на мощността на двигателя, като се използват данни за разхода на въздух, но е добро приближение.

Мощност чрез теглото на автомобила и време за ускорение до 100

Изчисляването с помощта на теглото на превозното средство и ускорението до 100 km/h е един от най-простите методи за изчисляване на реалната мощност на двигателя, тъй като теглото на превозното средство и времето за ускорение до 100 са специфични за превозното средство параметри.

Методът е валиден за всички видове горива - бензин, дизел, газ - тъй като отчита само динамиката на ускорението.

Теглото трябва да се вземе предвид при изчисляването на превозно средство и водача. За да бъде резултатът от изчислението възможно най-близък до реалността, е добре да се вземат предвид и загубите при спиране, приплъзване и скоростта на реакция на скоростната кутия. Видът на задвижването също играе роля. Например автомобил с предно задвижване губи около 0,5 секунди при потегляне, докато автомобил със задно задвижване губи между 0,3 и 0,4 секунди.

Остава да намерите калкулатор за изчисляване на капацитета на автомобила чрез скоростта на ускорение, да въведете необходимите данни и да получите отговора. Няма смисъл да се дават изчисления с математически калкулатор поради тяхната сложност.

Резултатът от изчислението ще бъде един от най-точните, близък до реалния.

Този метод за изчисляване на реалната мощност на автомобила, считан от мнозина за най-удобен, тъй като собствениците на автомобили ще трябва да направят минимални усилия - да измерят чистия експеримент, за да ускорят до 100 км/ч и да въведат допълнителни данни в автоматичния калкулатор.

Други видове двигатели

За никого не е тайна, че двигателите се използват не само в автомобилите, но и в промишлеността и дори в частните домакинства. Двигатели с различни размери се срещат в заводите - те задвижват валове - както и в домакински уреди като автоматични машини за смилане на месо.

Понякога е необходимо да се изчисли и реалната мощност на такива двигатели. Как да направите това, е описано в следното.

Струва си да се отбележи, че мощността на трифазен двигател може да се изчисли по следния начин

• P = M_{въртящ момент} * n, където M_{въртящ момент} - въртящ момент, а n е скоростта на вала.

Асинхронен двигател

Асинхронната машина е устройство, чиято особеност се състои в това, че скоростта на въртене на магнитното поле, генерирано от статора, е винаги по-голяма от скоростта на въртене на ротора.

Принципът на действие на асинхронната машина е подобен на този на трансформатора. Законите за електромагнитната индукция (променящата се във времето намотка с ток индуцира ЕМП в намотката) и Ампер (електромагнитна сила действа върху проводник с дадена дължина, през който тече ток и който се намира в поле с дадена стойност на индукцията).

Асинхронният двигател обикновено се състои от статор, ротор, вал и лагер. Статорът се състои от следните основни компоненти: намотка, сърцевина, корпус. Роторът се състои от сърцевина и намотка.

Основната задача на асинхронния двигател е да преобразува електрическата енергия, която се подава към статорната намотка, в механична енергия, която може да се отделя от въртящия се вал.

Мощност на асинхронния двигател

В техническата област на науката се разграничават три вида енергия:

• общо (обозначено с S);
• активна мощност (означена с буквата P);
• реактивни (обозначени с Q).

Общата мощност може да се представи като вектор, който има реална и имагинерна част (припомнете си раздела от математиката, посветен на комплексните числа).

Активната част е активната мощност, която се изразходва за полезна работа, например за въртене на вал и генериране на топлина.

Въображаемата част се изразява с реактивната мощност, която участва в създаването на магнитния поток (означава се с буквата F).

Това е магнитният поток, който е в основата на принцип на работа на асинхронна машина, синхронен двигател, машина за постоянен ток и трансформатор.

Реактивната енергия се използва за зареждане на кондензатори, създаване на магнитно поле около индуктори.

Активната мощност се изчислява като произведение на тока с напрежението и фактора на мощността:

• P = I * U * cosφ.

Реактивната мощност се изчислява като произведение на тока и напрежението по фактор на мощността, изместен на 90°. В противен случай може да се запише:

• Q = I * U * sinφ.

Стойността на общата мощност, ако се помни, че тя може да бъде представена като вектор, може да се изчисли чрез Питагоровата теорема като корен от сумата на квадратите на активната и реактивната мощност:

• S = (P²+Q²)^1/2.

Ако изчислим формулата за общата мощност в общи линии, ще получим, че S е произведението на тока от напрежението:

• S = I * U.

Коефициентът на мощност cosφ е число, равно на отношението на активната компонента към видимата мощност. За да намерите sinφ, знаейки cosφ, изчислете стойността на φ в градуси и намерете неговия синус.

Това е стандартното изчисление на мощността на двигателя за ток и напрежение.

Изчисляване на капацитета на 3-фазен асинхронен агрегат

За да се изчисли нетната мощност в статорната намотка на 3-фазен асинхронен двигател, умножете фазовото напрежение по фазовия ток и по фактора на мощността и умножете получената стойност на мощността по три (по броя на фазите):

• P_статор = 3 * U_ф * I_ф * cosφ.

Изчисляване на el. на двигателя, който е активен, т.е. мощността, която се отнема от вала на двигателя, се получава по следния начин:

• P_изход = P_{статор f} - P_загуби.

В асинхронния двигател се наблюдават следните загуби:

• електрически в статорната намотка;
• в стоманената сърцевина на статора;
• електрически в намотката на ротора;
• механични;
• спомагателен.

За да се изчисли мощността на трифазен двигател в реактивна статорна намотка, трябва да се съберат трите компонента на този вид мощност, а именно

• реактивната мощност, необходима за създаване на блуждаещ ток на статорната намотка;
• реактивната мощност, необходима за създаване на поток в статорната намотка;
• реактивната мощност, използвана за създаване на основния ток.

Реактивната мощност в асинхронния двигател се консумира основно за генериране на променливото електромагнитно поле, но част от мощността се консумира и за създаване на разсейващи потоци. Блуждаещите токове отслабват основния магнитен поток и намаляват оперативна ефективност Индукционен двигател.

мощност по ток

Изчисляване на мощността на асинхронен двигател чрез данните за тока. За да направите това, процедирайте по следния начин

1. Подаване на захранване към двигателя.
2. Измерване на тока във всяка намотка с амперметър.
3. Изчислете средния ток от измерванията, направени във втората точка.
4. Умножете средния ток по напрежението. Получената мощност.

Мощността винаги може да се изчисли като произведение от тока и напрежението. На адрес това е важно Да знаете кои стойности на U и I да вземете. В този случай U е захранващото напрежение и е константа, докато I може да варира в зависимост от това дали намотката (статорна или роторна) измерва ток, така че е необходимо да се избере средната стойност.

Мощност по размер

Статорът има много различни компоненти, един от които е сърцевината. За да изчислите мощността на двигателя, като използвате размерите, процедирайте, както следва

1. Измерване на дължината и диаметъра на сърцевината.
2. Изчислете константата C, която ще се използва при по-нататъшните изчисления. C = (π * D * n)/(120 * f), където D е диаметърът на сърцевината, n е скоростта на вала, f е честотата на напрежението (най-често промишлена честота от 50 Hz).
3. Изчислете мощността P, като използвате формулата P = C * D² * l * n * 10^-6, където C е изчислителната константа, D е диаметърът на сърцевината, n е скоростта на вала, l е дължината на сърцевината.

Най-добре е всички измервания и изчисления да се извършват възможно най-точно, така че изчислението на мощността на задвижващия двигател да е възможно най-близко до реалността.

Сила на привличане

Мощността на асинхронния двигател може да се определи и чрез стойността на теглителната сила. За тази цел трябва да измерите радиуса на сърцевината (колкото по-точно, толкова по-добре), да запишете скоростта, с която се върти валът на машината, и да използвате динамометър, за да измерите силата на тягата на двигателя.

Всички данни трябва да бъдат заменени със следната формула:

• P = 2*π * F * n * r, където F е теглителната сила, n е скоростта на вала, а r е радиусът на сърцевината.

Теглителна сила на асинхронен двигател

Всички горепосочени формули, които се прилагат за изчисляване на мощността на трифазен двигател, водят до важния извод, че двигателите могат да бъдат с различни размери, да имат различни скорости, но в крайна сметка да имат една и съща мощност.

Това позволява на дизайнерите да създават модели на двигатели, които могат да се прилагат в голямо разнообразие от приложения условия.

Двигател за постоянен ток

Двигателят за постоянен ток е машина, която преобразува електрическата енергия, получена от постоянния ток, в механична. Принципът на действие на асинхронната машина има малко общо с този на асинхронната машина.

Двигателят за постоянен ток се състои от статор, котва и опорна част, както и от контактни четки и колектор.

Колекторът е устройството, което преобразува променливия ток в постоянен (и обратно).

За да се изчисли полезната мощност на такъв агрегат, който се консумира за извършване на някаква работа, е достатъчно да се умножи ЕМП на котвата по тока на котвата:

• P = E_a * I_a.

Както се вижда, изчисляването на мощността на постояннотоков двигател е много по-просто от това на асинхронен двигател.