Výpočet výkonu motora: techniky a potrebné vzorce

Niekto potrebuje vypočítať výkon motorovej jednotky, aby mohol vypočítať daň z auta. Pre niektorých je dôležité vypočítať výkon motora kompresora nezávisle. Pre niekoho je dôležité presne poznať výkon stroja, aby ste ho mohli porovnať s tým, ktorý bol deklarovaný. Výpočet výkonu a výber motora sú vo všeobecnosti dva neoddeliteľné procesy.

Nie sú to jediné dôvody, prečo sa motoristi snažia nezávisle vypočítať výkon motora svojich automobilov. To je dosť ťažké urobiť bez potrebných vzorcov na výpočet. Budú uvedené v tomto článku, aby si každý motorista mohol sám vypočítať, aký je skutočný výkon motora jeho auta.

Úvod

Existujú najmenej štyri bežné spôsoby výpočtu výkonu spaľovacieho motora. Pri týchto metódach sa používajú nasledujúce parametre motorovej jednotky:

1. Obrat.
2. Hlasitosť.
3. Moment.
4. Účinný tlak vo vnútri spaľovacej komory.

Pre výpočty je potrebné poznať hmotnosť vozidla, ako aj čas zrýchlenia na 100 km / h.

Každý z nasledujúcich vzorcov na výpočet výkonu motora má určitú chybu a nemôže poskytnúť 100% presný výsledok. Toto by sa malo vždy brať do úvahy pri analýze získaných údajov.

Ak vypočítate výkon podľa všetkých vzorcov, ktoré budú opísané v článku, môžete zistiť priemernú hodnotu skutočného výkonu motora a nesúlad so skutočným výsledkom nebude väčší ako 10%.

Ak neberieme do úvahy rôzne vedecké jemnosti spojené s definíciou technických pojmov, potom môžeme povedať, že výkon je energia generovaná motorovou jednotkou a premenená na krútiaci moment na hriadeli. Súčasne je výkon premenlivou hodnotou a jeho maximálna hodnota sa dosiahne pri určitej rýchlosti otáčania hriadeľa (uvedené v pasových údajoch).

V moderných spaľovacích motoroch sa maximálny výkon dosahuje pri 5,5 - 6,6 tisíc otáčkach za minútu. Pozoruje sa pri najvyššom priemernom účinnom tlaku vo valcoch. Hodnota tohto tlaku závisí od nasledujúcich parametrov:

• kvalita palivovej zmesi;
• úplnosť spaľovania;
• straty paliva.

Výkon ako fyzikálna veličina sa meria vo wattoch a v automobilovom priemysle sa meria v konských silách. Výpočty opísané v nižšie uvedených metódach poskytnú výsledky v kilowattoch, potom ich bude potrebné previesť na konskú silu pomocou špeciálneho prevodníka kalkulačky.

Výkon cez krútiaci moment

Jedným zo spôsobov výpočtu výkonu je určenie závislosti krútiaceho momentu motora od počtu otáčok.

Každý okamih vo fyzike je produktom sily na ramene jeho aplikácie. Krútiaci moment je produktom sily, ktorú môže motor vyvinúť na prekonanie odporu zaťaženia na ramene jeho aplikácie. Práve tento parameter určuje, ako rýchlo motor dosiahne svoj maximálny výkon.

Krútiaci moment možno definovať ako pomer súčinu pracovného objemu priemerným efektívnym tlakom v spaľovacej komore k 0,12566 (konštantný):

• M = (V_pracovný * P_účinný) / 0,12566, kde V_operačný - zdvihový objem motora [l], P_účinný - účinný tlak v spaľovacej komore [bar].

Otáčky motora charakterizujú rýchlosť otáčania kľukového hriadeľa.

Pomocou hodnôt krútiaceho momentu a otáčok motora môžete na výpočet výkonu motora použiť nasledujúci vzorec:

• P = (M * n) / 9549, kde M je krútiaci moment [Nm], n je rýchlosť otáčania hriadeľa [ot / min], 9549 je koeficient proporcionality.

Vypočítaný výkon sa meria v kilowattoch. Ak chcete prepočítať vypočítanú hodnotu na výkon, musíte výsledok vynásobiť faktorom proporcionality 1,36.

Táto metóda výpočtu spočíva v použití iba dvoch elementárnych vzorcov, preto sa považuje za jeden z najjednoduchších. Môžete to však urobiť ešte jednoduchšie a použiť online kalkulačku, do ktorej musíte zadať určité údaje o aute a jeho motorovej jednotke.

Stojí za zmienku, že tento vzorec na výpočet výkonu motora vám umožňuje vypočítať iba výkon, ktorý sa získa na výstupe motora, a nie ten, ktorý skutočne dosiahne kolesá automobilu. Aký je rozdiel? Zatiaľ čo sila (ak si ju predstavujete ako prúd) dosahuje kolesá, napríklad v prevodovke dochádza k stratám. Významnú úlohu zohrávajú aj sekundárni spotrebitelia, ako je klimatizácia alebo generátor. Je nemožné nehovoriť o stratách na prekonanie odporu voči zdvíhaniu, valcovaniu, ako aj ako aerodynamický odpor.

Táto nevýhoda je čiastočne kompenzované použitím iných výpočtových vzorcov.

Výkon cez zdvihový objem motora

Nie je vždy možné určiť krútiaci moment motora. Majitelia automobilov niekedy hodnotu tohto parametra vôbec nepoznajú. V tomto prípade je možné zistiť výkon motorovej jednotky pomocou objemu.

Aby ste to dosiahli, budete musieť vynásobiť objem jednotky otáčkami kľukového hriadeľa, ako aj priemerným efektívnym tlakom. Výsledná hodnota sa musí vydeliť 120:

• P = (V * n * P_účinný) / 120 kde v je zdvihový objem motora [^cm3], n je rýchlosť otáčania kľukového hriadeľa [rpm], P_účinný je priemerný efektívny tlak [MPA], 120 je konštanta, koeficient proporcionality.

Toto je ako sa počíta výkon motora automobilu použitie objemu jednotky.

Najčastejšie hodnota P_{alebo motor} v benzínových motoroch štandardnej vzorky sa pohybuje od 0,82 MPa do 0,85 MPa, v nútených motoroch-0,9 MPa a v dieselových jednotkách je hodnota tlaku v rozmedzí od 0,9 MPa do 2,5 MPa.

Pri použití tohto vzorca na výpočet skutočného výkonu motora, aby sa konvertoval kW na l. s., , je potrebné výslednú hodnotu vydeliť koeficientom rovnajúcim sa 0,735.

Táto metóda výpočtu nie je ani zďaleka najkomplikovanejšia a vyžaduje si minimum času a úsilia.

Pomocou tejto metódy je možné vypočítať výkon motora čerpadla.

Napájanie prúdom vzduchu

Výkon jednotky môže byť tiež určený prietokom vzduchu. Táto metóda výpočtu je však k dispozícii iba tým majiteľom automobilov, ktorí majú nainštalovaný palubný počítač, ktorý umožňuje zaznamenávať prietok vzduchu pri 5,5 tisíc otáčkach pri treťom prevodovom stupni.

Na získanie približného výkonu motora je potrebné rozdeliť spotrebu získanú za vyššie uvedených podmienok na tri. Vzorec vyzerá takto:

• P = G / 3, kde G je prúdenie vzduchu.

Tento výpočet charakterizuje prevádzku motora v ideálnych podmienkach, to znamená bez zohľadnenia strát na prevodovke, spotrebiteľov tretích strán a aerodynamického odporu. Skutočný výkon je o 10 alebo dokonca o 20 nižší ako vypočítaný%.

V súlade s tým sa množstvo prietoku vzduchu určuje v laboratórnych podmienkach na špeciálnom stojane, na ktorom je vozidlo nainštalované.

Hodnoty palubných snímačov silne závisia od ich kontaminácie a kalibrácie.

Preto výpočet výkonu motora na základe údajov o spotrebe vzduchu nie je ani zďaleka najpresnejší a najefektívnejší, ale je celkom vhodný na získanie približných údajov.

Výkon cez hmotnosť auta a čas zrýchlenia na "stovky"

výpočet pomocou hmotnosti vozidla a jeho rýchlosti zrýchlenia do 100 km / h je jednou z najjednoduchších metód na výpočet skutočného výkonu motora, pretože hmotnosť vozidla a deklarovaný čas zrýchlenia na "stovky" sú pasovými parametrami vozidla.

Táto metóda je relevantná pre motory bežiace na akýkoľvek druh paliva-benzín, motorovú naftu, plyn – pretože zohľadňuje iba dynamiku zrýchlenia.

Pri výpočte je potrebné brať do úvahy hmotnosť vozidla spolu s vodičom. Aby sa výsledok výpočtu čo najviac priblížil skutočnému výsledku, stojí za to vziať do úvahy straty vynaložené na brzdenie, šmyk, ako aj reakčnú rýchlosť prevodovky. Svoju úlohu zohráva aj typ pohonu. Napríklad autá s pohonom predných kolies strácajú na začiatku asi 0,5 sekundy, autá s pohonom zadných kolies-od 0,3 sekundy do 0,4 sekundy.

Zostáva nájsť v sieti kalkulačku na výpočet výkonu automobilu prostredníctvom rýchlosti zrýchlenia, zadanie potrebných údajov a získanie odpovede. Nemá zmysel dávať matematické výpočty, ktoré kalkulačka robí, kvôli ich zložitosti.

Výsledok výpočtov bude jedným z najpresnejších, v blízkosti skutočného.

Mnohí považujú tento spôsob výpočtu skutočného výkonu automobilu za najpohodlnejší, pretože majitelia automobilov budú musieť vynaložiť minimálne úsilie – zmerať rýchlosť zrýchlenia na 100 km / h pre čistotu experimentu a pridať ďalšie údaje do automatickej kalkulačky.

Ostatné typy motorov

Nie je žiadnym tajomstvom, že motory sa používajú nielen v automobiloch, ale aj v priemysle a dokonca aj v každodennom živote. Motory rôznych veľkostí nájdete v továrňach-hnacích hriadeľoch – ako aj v domácich spotrebičoch, ako je automatický mlynček na mäso.

Niekedy je potrebné vypočítať skutočný výkon takýchto motorov. Ako to urobiť, je popísané nižšie.

Hneď je potrebné poznamenať, že výpočet výkonu 3-fázového motora je možné vykonať nasledovne:

• P = M_moment * n, kde M_moment - krútiaci moment a n je rýchlosť otáčania hriadeľa.

Asynchrónny motor

Asynchrónna jednotka je zariadenie, ktorého vlastnosťou je, že frekvencia otáčania magnetického poľa generovaného jeho statorom je vždy väčšia ako frekvencia otáčania jeho rotora.

Princíp činnosti asynchrónneho stroja je podobný princípu činnosti transformátora. Uplatňujú sa zákony elektromagnetickej indukcie (časovo premenlivé prietokové spojenie vinutia v ňom indukuje EMF) a ampéry (elektromagnetická sila pôsobí na vodič určitej dĺžky, cez ktorý preteká prúd v poli s určitou indukčnou hodnotou).

Asynchrónny motor sa zvyčajne skladá zo statora, rotora, hriadeľa a podpery. Stator obsahuje nasledujúce hlavné komponenty: vinutie, jadro, puzdro. Rotor sa skladá z jadra a vinutia.

Hlavnou úlohou asynchrónneho motora je premena elektrickej energie dodávanej do vinutia statora na mechanickú energiu, ktorú je možné odstrániť z rotujúceho hriadeľa.

Výkon asynchrónneho motora

V technickej oblasti vedy existujú tri typy moci:

• úplné (označené písmenom S);
• aktívne (označené písmenom P);
• reaktívny (označený písmenom Q).

Plný výkon môže byť reprezentovaný ako vektor, ktorý má skutočnú a imaginárnu časť (stojí za to pamätať na časť matematiky súvisiacu s komplexnými číslami).

Skutočnou časťou je činný výkon, ktorý sa vynakladá na vykonávanie užitočných prác, ako je otáčanie hriadeľa, ako aj na výrobu tepla.

Imaginárna časť je vyjadrená jalovým výkonom, ktorý sa podieľa na vytváraní magnetického toku (označeného písmenom F).

Je to magnetický tok, ktorý je základom princíp činnosti z asynchrónnej jednotky, synchrónneho motora, jednosmerného stroja, ako aj transformátora.

Jalový výkon sa používa na nabíjanie kondenzátorov, vytváranie magnetického poľa okolo tlmiviek.

Aktívny výkon sa vypočíta ako súčin prúdu s napätím účinníkom:

• P = I * u * cos.

Jalový výkon sa vypočíta ako súčin prúdu s napätím účinníkom posunutým vo fáze o 90°. Inak to môže byť napísané:

• Q = I * u * sin.

Hodnota celkového výkonu, ak si pamätáme, že môže byť reprezentovaná ako vektor, môže byť vypočítaná Pytagorovou vetou ako koreň súčtu štvorcov aktívneho a jalového výkonu:

• S = (P²+Q²)^1/2.

Ak vypočítame vzorec celkového výkonu všeobecne, ukáže sa, že S je súčin prúdu a napätia:

• S = I * U.

Účinník cosφ je hodnota číselne rovná pomeru aktívnej zložky k celkovému výkonu. Ak chcete nájsť sinφ, poznať cosφ, je potrebné vypočítať hodnotu φ v stupňoch a nájsť jej sínus.

Toto je štandardný výpočet výkonu motora podľa prúdu a napätia.

Výpočet výkonu 3-fázovej asynchrónnej jednotky

Na výpočet užitočného výkonu na statorovom vinutí asynchrónneho 3-fázového motora vynásobte fázové napätie fázovým prúdom a účinníkom a výslednú hodnotu výkonu vynásobte tromi (počtom fáz):

• P_{zo statora} = 3 * U_f * Som_f prihlásiť sa.

Výpočet elektrickej energie. z motora, ktorý má aktívny charakter, to znamená, že výkon, ktorý je odstránený z hriadeľa motora, sa vyrába nasledovne:

• P_výstup = P_{zo statora} – P_straty.

V asynchrónnom motore sa vyskytujú nasledujúce straty:

• elektrické vo vinutí statora;
• v oceľovom jadre statora;
• elektrické vo vinutí rotora;
• mechanika;
• ďalší.

Na výpočet výkonu trojfázového motora v statorovom vinutí s reaktívnou povahou je potrebné spočítať tri zložky tohto typu výkonu, a to:

• jalový výkon spotrebovaný na vytvorenie rozptylového toku vinutia statora;
• jalový výkon spotrebovaný na vytvorenie rozptylového toku vinutia rotora;
• jalový výkon spotrebovaný na vytvorenie hlavného toku.

Jalový výkon v asynchrónnom motore sa vynakladá hlavne na vytváranie striedavého elektromagnetického poľa, ale časť energie sa vynakladá na vytváranie rozptylových tokov. Rozptylové toky oslabujú hlavný magnetický tok a znižujú účinnosť asynchrónna jednotka.

Aktuálna kapacita

Výpočet výkonu asynchrónneho motora sa môže vykonať pomocou aktuálnych údajov. Postupujte podľa týchto krokov:

1. Napájanie motora.
2. Na meranie prúdu v každej zákrute použite ampérmeter.
3. Vypočítajte priemernú aktuálnu hodnotu na základe výsledkov meraní vykonaných v druhom odseku.
4. Vynásobte priemernú hodnotu prúdu napätím. Budete mať silu.

Výkon sa dá vždy vypočítať ako súčin prúdu a napätia. Na zároveň je dôležité vedieť, ktoré hodnoty U a ja by sa mali brať. V tomto prípade je u napájacie napätie, je to konštantná hodnota a môžem sa líšiť v závislosti od toho, ktoré vinutie (stator alebo rotor) sa meria prúd, takže je potrebné zvoliť jeho priemernú hodnotu.

Výkon podľa rozmerov

Stator má mnoho rôznych komponentov, z ktorých jeden je jadro. Ak chcete vypočítať výkon motora pomocou rozmerov, postupujte podľa týchto krokov:

1. Zmerajte dĺžku a priemer jadra.
2. Vypočítajte konštantu C, ktorá sa použije pri ďalšom výpočte. z C = (π * D * n)/ (120 * f), kde D je priemer jadra, n je rýchlosť otáčania hriadeľa, f je napäťová frekvencia (najčastejšie ide o priemyselnú frekvenciu 50 Hz).
3. Vypočítajte výkon P podľa vzorca P = C * D² * l * n * 10^-6, kde C je vypočítaná konštanta, D je priemer jadra, n je rýchlosť otáčania hriadeľa, l je dĺžka jadra.

Je lepšie robiť všetky merania a výpočty s maximálnou presnosťou, aby sa výpočet výkonu elektrického hnacieho motora čo najviac priblížil realite.

Trakčná sila

Výkon asynchrónneho motora sa dá určiť aj pomocou hodnoty ťažnej sily. Aby ste to dosiahli, budete musieť zmerať polomer jadra (čím presnejšie, tým lepšie), zafixovať rýchlosť, ktorou sa hriadeľ jednotky otáča, a tiež zmerať ťažnú silu motora pomocou dynamometra.

Všetky údaje sa musia nahradiť nasledujúcim vzorcom:

• P = 2 * π * F * n * r, kde F je ťažná sila, n je rýchlosť otáčania hriadeľa, r je polomer jadra.

Nuance asynchrónneho motora

Všetky vyššie uvedené vzorce, ktoré sa používajú na výpočet výkonu trojfázového motora, nám umožňujú vyvodiť dôležitý záver, že motory môžu mať rôzne veľkosti, majú rôzne rýchlosti otáčania, ale v konečnom dôsledku majú rovnaký výkon.

To umožňuje dizajnérom vytvárať modely motorov, ktoré je možné použiť v najrôznejších obchodné podmienky.

DC motor

Jednosmerný motor je stroj, ktorý premieňa elektrickú energiu prijatú z jednosmerného prúdu na mechanickú energiu. Princíp jeho fungovania má málo spoločného s asynchrónnym strojom.

Jednosmerný motor sa skladá zo statora, kotvy a podpery, ako aj kontaktných kefiek a kolektora.

Kolektor – zariadenie, ktoré premieňa striedavý prúd na jednosmerný prúd (a naopak).

Na výpočet užitočného výkonu takejto jednotky, ktorá sa vynakladá na vykonávanie akejkoľvek práce, stačí vynásobiť EMF kotvy prúdom kotvy:

• P = E_a * Som_a.

Ako vidíte, výpočet výkonu jednosmerného motora je oveľa jednoduchší ako výpočty vykonané v asynchrónnom motore.