Разница между крутящим моментом и лошадиными силами

Конструкция электрического двигателя

Привод включает в себя:

• Ротор.
• Статор.
• Подшипники.
• Воздушный зазор.
• Обмотку.
• Коммутатор.

Ротор — единственная подвижная деталь привода, которая вращается вокруг своей оси. Ток, проходя через проводники, образует индукционное возмущение в обмотке. Формируемое магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора, что приводит в движение вал. Их рассчитывают по формуле мощности электродвигателя по току, для которой берется КПД и коэффициент мощности, в том числе все динамические характеристики вала.

Подшипники расположены на валу ротора и способствуют его вращению вокруг своей оси. Внешней частью они крепятся к корпусу двигателя. Вал проходит через них и выходит наружу. Поскольку нагрузка выходит за пределы рабочей зоны подшипников, ее называют нависающей.

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА

Жизнь программиста и интересные обзоры всего. Подпишись, чтобы не пропустить новые видео.

Статор является неподвижным элементом электромагнитной цепи двигателя. Может включать в себя обмотку или постоянные магниты. Сердечник статора выполнен из тонких металлических пластин, которые называют пакетом якоря. Он призван снижать потери энергии, что часто происходит с твердыми стержнями.

Вам будет интересно:Корневое давление — это важный параметр в жизни растения

Воздушный зазор — расстояние между ротором и статором. Эффективным является небольшой промежуток, так как он влияет на низкий коэффициент работы электродвигателя. Ток намагничивания растет с увеличением размера зазора. Поэтому его всегда стараются делать минимальным, но до разумных пределов. Слишком маленькое расстояние приводит к трению и ослаблению фиксирующих элементов.

Обмотка состоит из медной проволоки, собранной в одну катушку. Обычно укладывается вокруг мягкого намагниченного сердечника, состоящего из нескольких слоев металла. Возмущение индукционного поля происходит в момент прохождения тока через провода обмотки. В этот момент установка переходит в режим конфигурации с явными и неявными полюсами. В первом случае магнитное поле установки создает обмотка вокруг полюсного наконечника. Во втором случае, в распределенном поле рассредотачивается слотов полюсного наконечника ротора. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку, которое сдерживает магнитное возмущение.

Коммутатор используют для переключения входного напряжения. Состоит из контактных колец, расположенных на валу и изолированных друг от друга. Ток якоря подается на щетки контактов ротационного коммутатора, который приводит к изменению полярности и заставляет вращаться ротор от полюса к полюсу. При отсутствии напряжения мотор прекращает крутиться. Современные установки оборудованы дополнительными электронным средствами, которые контролируют процесс вращения.

Новый 7-местный минивэн SAIC Maxus G50 Plus за 990 тыс. рублей готовится к дебюту: раскрыты дополнительные подробности

Стоит отметить, что эффективность любого транспортного средства в основном зависит от текущего соотношения лошадиных сил, а также общей массы автомобиля. Иными словами, машины с большим числом лошадиных сил не с проста считаются более мощными и могут демонстрировать лучшую динамику. Также исходя из этого выходит, что увеличение количества лошадиных сил и снижение веса авто позволяет увеличить динамику и скорость разгона до определенного момента. Что же касается повышения массы машины, то в этом случае потребуется большая мощность, чтобы достигать установленного результата за тот же промежуток времени.

Что такое крутящий момент

Предположим вам нужно резко ускориться, чтобы завершить обгон. Вот где нам понадобились бы все лошадиные силы мотора. Но к сожалению весь табун одномоментно запрячь не получиться, двигателю нужно сначала раскрутиться до 6000 оборотов, а для этого нужно время. И вот здесь вступает наш второй сегодняшний конкурсант – “крутящий момент”.

Мощность двигателя – это вырабатываемая энергия, которая преобразуется в крутящий момент на выходном валу, изменяется в КПП и редукторе (при его наличии) и передается на ведущие колеса. Т.о. крутящий момент – это и есть та сила, которая толкает авто вперед, а мощность есть ни что иное как производная крутящего момента.

Даже при наличии маломощного двигателя, автомобиль сможет тронуться с места и перевезти груз за счет правильного подбора передаточных отношения в КПП. Для того, чтобы при это ехать быстрее, нужно иметь достаточный крутящий момент на всем диапазоне скоростей и запас мощности у двигателя. Крутящий момент – это сила, умноженная на плечо ее приложения, которую может выделить двигатель автомобиля для преодоления сопротивления движению. Как известно, сила измеряется в ньютонах, а рычаг мы будем мерить в метрах. Например, 1 Нм – это сила, с которой масса в 0,1 кг. давит на конец рычага длинной 1 м. В двигателе внутреннего сгорания в качестве рычага выступает кривошип коленвала, через него и создается крутящий момент.

От крутящего момента зависит время достижения двигателем его максимальной мощности и соответственно динамика разгона автомобиля. Можно сказать, что крутящий момент это некий “пастух”, который сгоняет всех своих “лошадей” в одну упряжку. Выше крутящий момент – быстрее набираются обороты, быстрее достигается максимальная мощность, быстрее разгоняется автомобиль.

Параметры источника питания

На практике часто приходится думать, какой должна быть мощность источника тока, сколько нужно ватт (вт) или киловатт (квт) для обеспечения бесперебойной работы устройства. Для понимания сути нужно иметь представления о таких понятиях, применяемых в физике, как:

• полная энергия цепи;
• ЭДС и напряжение;
• внутреннее сопротивление источника питания;
• потери внутри ИП;
• полезная мощность.

Независимо от того, какую энергию выдаёт источник (механическую, электрическую, тепловую), мощность его должна подбираться с небольшим запасом (5-10%).

Полная энергия цепи

При включении в цепь нагрузки, которая будет потреблять энергию от источника тока (ИТ), ток будет совершать работу. Энергия, выделяемая на всех включенных в цепь потребителях и элементах цепи (провода, электронные компоненты т.д.), носит название полной. Источник энергии может быть любой: генератор, аккумулятор, тепловой котёл. Цифра значения полной энергии будет складываться из энергии, затрачиваемой источником на потери, и количества, затрачиваемого на выполнение конкретной работы.

ЭДС и напряжение

В чём разница между этими двумя понятиями?

ЭДС – электродвижущая сила, это напряжение, которое сторонние силы (химическая реакция, электромагнитная индукция) создают внутри источника тока (ИТ). ЭДС – это сила перемещения электрических зарядов в ИТ.

К сведению. Измерить значение E (ЭДС) представляется возможным только в режиме холостого хода (х.х.). Подключение любой нагрузки вызывает потерю напряжения внутри ИП.

Напряжение (U) – физическая величина, представляющая собой разность потенциалов ϕ1 и ϕ2 на выходе источника напряжения (ИН).

Полезная мощность

Определение понятия полной мощности применяют не только в отношении электрических цепей. Оно применимо и по отношению к электродвигателям, трансформаторам и прочим устройствам, способным потреблять, как активную, так и реактивную составляющую энергии.

Потери внутри источника питания

Подобные потери происходят на внутреннем сопротивлении двухполюсника. У аккумулятора это сопротивление электролита, у генератора – обмоточное сопротивление, провода выводов которого выходят из корпуса.

Внутреннее сопротивление источника питания

Взять и просто измерить R0 тестером не получится, узнать его обязательно нужно для вычисления потерь Р0. Поэтому применяют косвенные методы.

Косвенный метод определения R0 заключается в следующем:

• в режиме х.х. замеряют E (В);
• при включенной нагрузке Rн (Ом) измеряют Uвых (В) и ток I (А);
• падение напряжения внутри источника считают по формуле:

На последнем этапе находят R0=U0/I.

Расчет по массе и времени разгона от нуля до сотни

Определить как измеряется мощность двигателя, можно также по общей массе авто и времени его разгона до 100 километров в час. К сожалению, у этого способа есть один крупный недостаток — итоговая формула является достаточно сложной и она может сильно меняться в зависимости от технических особенностей авто (тип привода, характер трансмиссии и так далее).

Поэтому мы Вам рекомендуем производить расчет мощности по массе и времени разгона не вручную, а с помощью готового калькулятора на нашем сайте.

Оптимальный алгоритм действий:

1. Выполните разгон своего автомобиля от 0 до 100 километров в час. Определите время разгона любым удобным способом (обычно это делается с помощью бортового компьютера).
2. Узнайте массу своей машины — сделать это можно с помощью все того же бортового компьютера, с помощью технической документации и так далее.
3. Воспользуйтесь нашим калькулятором — введите массу и время разгона, выберите тип привода, укажите трансмиссию.

Как замеряют лошадей?

Измерить лошадиные силы двигателя автомобиля можно в условиях СТО, при наличии там соответствующего оборудования. Делать это можно при покупке авто, чтобы убедиться в целостности и работоспособности мотора, либо после его тюнинга, дабы узнать результаты проведенных работ.

Из оборудования необходимы стенд и компьютер с датчиками. Дальше машину загоняют на стенд, у которого имеются ролики. Колеса ставятся на свободно вращающиеся ролики и закрепляют стяжкой. Затем, испытатель давит на педаль газа, колеса вращаются и машина едет по роликам, формально оставаясь на стенде.

Параллельно с этим, подключенное оборудование следит за работой агрегата. Компьютер может вывести массу данных: не только л.с. или киловатты, но и график разгона, его кривую. Анализируя ее, исследователи и тюнеры могут понять, на каких отметках мотор испытывает проблемы с разгоном и работой, следовательно, исправить неполадки, подогнать трансмиссию к оптимальному переключению передач или внедрить какие-нибудь другие фишки для улучшенных ходовых характеристик.

Объем двигателя: определение

Вопрос о том, как определить объем двигателя, интересует многих начинающих автовладельцев. Блок ДВС состоит из нескольких цилиндров. Объем двигателя это сумма размеров всех цилиндров мотора. Измеряться показатель может как в литрах, так и в см3.

За редким исключением, объём двигателя легкового автомобиля никогда не соответствует заявленным производителем показателям. Дело в том, что, при разработке машины, довольно трудно подогнать значение под круглое число (1,6л; 2л и т.д.). Поэтому производители округляют значения до стандартных.

Непосредственно объем цилиндра двигателя внутреннего сгорания рассчитывается по следующей формуле: V=pi* r2*h, где r – радиус поверхности цилиндра, h – его высота (ход поршня), pi – число Пи (3,14).

Простым языком о крутящем моменте

Если внимательно изучить основные характеристики двигателя авто, то можно столкнуться со следующими понятиями:

• уровень мощности мотора машины, который измеряется в лошадиных силах;
• крутящий момент мотора машины (измеряется в ньютонометрах);
• число оборотов, которые мотор машины делает в течение одной минуты.

Подавляющее большинство людей, которые видят значение в 100 или же в 200 л.с. считают, что это хорошо. И, по большому счету, это действительно так. 100 л.с. или же лошадиных сил являются очень хорошими показателями для городских кроссоверов, которые отличаются компактными размерами, или же для мощных хэтчбеков.

Однако такие характеристики как крутящий момент, число оборотов, которые мотор делает в течение одной минуты, являются не менее важными характеристиками мотора. Потому как уровень мощности в 200 л.с. может быть достигнут, только когда мотор автотранспортного средства работает на пределе. От крутящего момента и будет зависеть быстрота разгона транспортного средства.

Допустим, что вы едете на своей машине по автомобильной трассе на большой скорости, включив четвертую или же пятую передачу. Если вдруг дорога станет подниматься, то уровень мощности мотора вашего транспортного средства может просто оказаться недостаточно.

По этой причине вам придется переходить на низкие передачи, уровень мощности мотора, соответственно, от этого будет увеличиваться. Крутящий же момент обеспечивает увеличение уровня мощности мотора автотранспортного средства, помогая активизировать все его силы на то, чтобы преодолеть препятствие.

Это будет зависеть главным образом от конкретной марки транспортного средства. Что касается двигателей дизельного типа, то у них максимальный крутящий момент в подавляющем большинстве случаев наблюдается на трех-четырех тысячах оборотов в течение одной минуты.

Соответственно, у них гораздо лучше динамика разгона. Тем не менее, в плане максимального уровня мощности они очень сильного проигрывают двигателям, которые работают на бензине.

Ну и для того, чтобы читателям было совсем понятно, что представляет собой крутящий момент, расскажем о единицах, в которых он измеряется. Это метры и ньютоны. Это та сила, с которой мощность поступает от поршня на маховик через коленвал. И уже от него на трансмиссию (коробку передач). От скорости движения поршня будет непосредственным образом зависеть скорость движения маховика.

Хотя существуют и такие автотранспортные средства, мотор которых вырабатывает тягу даже при низких оборотах. К таким в частности, можно отнести различного рода трактора, самосвалы, а также внедорожники.

От чего зависит крутящий момент мотора автотранспортного средства

Само собой разумеется, что самые мощные моторы транспортных средств обладают достаточно крупными размерами. Соответственно, если ваше транспортное средство – это малолитражка или же компактный хэтчбек, то у вас не получится ни резко разогнаться, ни «стартануть» с места.

Исходя из этого, на малолитражках двигатель используется только лишь на половину своей максимальной мощности. В то время как мощные транспортные средства способны разгоняться практически с места. При этом отсутствует необходимость в быстром переключении передач.

Еще одним важным параметром, который оказывает самое непосредственное влияние на крутящий момент мотора автотранспортного средства, является его эластичность. Этот параметр показывает соотношение числа оборотов, которое делает мотор в течение одной минуты, и уровня мощности.

Даже на низкой передаче авто может ехать с достаточно высокой скоростью при двигателе, работающем на полную мощность. Это является особенно актуальным при езде по городским улицам, потому как там водителям приходится постоянно притормаживать, разгоняться, а потом снова притормаживать.

При езде по автомобильной трассе это тоже очень выгодно, потому как можно разогнать двигатель транспортного средства до необходимого количества оборотов всего одним нажатием на педаль.

Как увеличить максимальную мощность

Необходимо принимать во внимание тот факт, что максимальная мощность автомобиля — это не конечный показатель, и при необходимости его можно значительно увеличить. Для этого можно прибегнуть к следующим методам:

• увеличение объема ДВС;
• улучшение системы впуска;
• чип-тюнинг автомобиля;
• установка более мощного турбокомпрессора.

Также в случае необходимости можно увеличить мощность, правда не столь значительно, путем установки облегченного маховика или за счет снижения трения поршня о стенки цилиндра с помощью специальных присадок.

Увеличение объема

Наиболее действенными способами увеличить производительность мотора является чипирование автомобиля, установка более объемного ДВС, а также модернизация впуска или увеличение давления наддува. В ситуации с объемом все достаточно просто, так как агрегат с большим рабочим объемом способен отдавать значительно больше лошадиных сил, если речь идет про стандартный «атмосферник». Разумеется, в этой ситуации вовсе не обязательно менять установку, так как можно форсировать мотор, и тем самым значительно улучшить его производительность, несущественно меняя объем.

Модернизация впуска

Такие доработки проводятся в том случае, когда автомобиль подвергается глобальной модернизации. Если говорить про отдельное улучшение впуска, то здесь прирост будет не столь существенным. Как правило, для лучшего эффекта здесь устраняется стандартный воздушный фильтр и на его место встает нулевой. Также замене подвергается дроссельная заслонка, которая меняется на устройство с большим диаметром. Помимо этого, принято подвергать замене ресивер и снимать впускной коллектор.

Чип-тюнинг

Еще один вариант увеличения максимальной мощности автомобиля. В данном случае речь идет про заливку специального программного обеспечения на блок управления двигателем. В этой ситуации меняются основные параметры, такие как время впрыска, обогащение смеси, количество воздуха, попадающего в силовой агрегат перед процессом сгорания топлива, а также давление, с которым топливо впрыскивается в камеру сгорания. Обычно, чип-тюнинг на подходящих для этого моторах может давать серьезный прирост мощности.

Регулирование частотой

Специальные устройства, преобразователи частоты (другие названия инвертор, частотник, драйвер), подключаются к электрической машине. Путем выпрямления напряжения питания, преобразователь частоты внутри себя формирует необходимые величины частоты и напряжения, и подает их на электрический двигатель.

Необходимые параметры для управления АД преобразователь рассчитывает самостоятельно, согласно внутренним алгоритмам, запрограммированным производителем устройства.

Преимущества регулирование частотой .

• Достигается плавное регулирование частоты вращения электромотора.
• Изменение скорости и направление вращения двигателя.
• Автоматическое поддержание требуемых параметров.
• Экономичность системы управления.

Единственный недостаток, с которым можно смирится, это необходимость в приобретении частотника. Цены на такие устройства совсем незаоблачные, и в пределах 150 уе, можно обзавестись преобразователем для 2 кВт двигателя.

Крутящий момент и лошадиная сила

Автолюбители нередко дискутируют друг с другом: чей двигатель мощнее. Но иногда и не представляют при этом, из чего складывается данный параметр. Общепринятый термин «лошадиная сила» был введён изобретателем Джеймсом Уаттом в XVIII веке.  Он придумал его, наблюдая за лошадью, которая была запряжена в поднимающий уголь из шахты механизм. Он рассчитал, что одна лошадь за минуту может поднять 150 кг угля на высоту 30-ти метров. Одна лошадиная сила эквивалентна 735,5 Ватт, или 1 кВт равен 1,36 л.с.

В первую очередь, мощность любого мотора оценивают в лошадиных силах, и лишь потом вспоминают о крутящем моменте. Но эта тяговая характеристика тоже даёт представление о конкретных тягово-динамических возможностях автомобиля. Крутящий момент является показателем работы силового агрегата, а мощность – основным параметром выполнения этой работы. Эти показатели тесно связаны друг с другом. Чем больше производится двигателем лошадиных сил, тем больше и потенциал крутящего момента. Реализуется этот потенциал в реальных условиях через трансмиссию и полуоси машины. Соединение этих элементов вместе и определяет, как именно мощность может переходить в крутящий момент.

Простейший пример – сравнение трактора с гоночной машиной. У гоночного болида лошадиных сил много, но крутящий момент требуется для увеличения скорости через редуктор. Чтобы такая машина двигалась вперёд, надо совсем немного работы, потому что основная часть мощности используется для развития скорости.

Что касается трактора, то у него может быть мотор с таким же рабочим объёмом, который вырабатывает столько же лошадиных сил. Но мощность в этом случае используется не для развития скорости, а для выработки тяги (См. тяговый класс). Для этого она пропускается через многоступенчатую трансмиссию. Поэтому трактор не развивает высоких скоростей, зато он может буксировать большие грузы, пахать и культивировать землю, и т.д.

В двигателях внутреннего сгорания сила передаётся от газов сгорающего топлива поршню, от поршня – передаётся на кривошипный механизм, и далее на коленчатый вал. А коленвал, через трансмиссию и приводы, раскручивает колёса.

Естественно, крутящий момент двигателя не постоянен. Он сильней, когда на плечо действует бо́льшая сила, и слабей – когда сила слабнет или перестаёт действовать. То есть, когда водитель давит на педаль газа, то сила, воздействующая на плечо, повышается, и, соответственно увеличивается крутящий момент двигателя.

Мощность обеспечивает преодоление всевозможных сил, которые мешают двигаться автомобилю. Это и сила трения в двигателе, трансмиссии и в приводах автомобиля, и аэродинамические силы, и силы качения колёс и т.д. Чем больше мощность, тем большее сопротивление сил машина сможет преодолеть и развить большую скорость. Однако мощность – сила не постоянная, а зависящая от оборотов мотора. На холостом ходу мощность одна, а на максимальных оборотах – совершенно другая. Многими автопроизводителями указывается, при каких оборотах достигается максимально возможная мощность автомобиля.

Необходимо учитывать, что максимальная мощность не развивается сразу. Автомобиль стартует с места практически при минимальных оборотах (немного выше холостого хода), и для того, чтобы отмобилизировать полную мощность, требуется время. Тут и вступает в дело крутящий момент двигателя. Именно от него и будет зависеть, за какой отрезок времени автомашина достигнет своей максимальной мощности – то есть, динамика её разгона.

Зачастую водитель сталкивается с такими ситуациями, когда требуется придать автомобилю значительное ускорение для выполнения необходимого маневра. Прижимая педаль акселератора в пол, он чувствует, что автомобиль ускоряется слабо. Для быстрого ускорения нужен мощный крутящий момент. Именно он и характеризует приёмистость автомобиля.

Основную силу в двигателе внутреннего сгорания вырабатывает камера сгорания, в которой воспламеняется топливно-воздушная смесь. Она приводит в действие кривошипно-шатунный механизм, а через него – коленчатый вал. Рычагом является длина кривошипа, то есть, если длина будет больше, то и крутящий момент тоже увеличится.

Однако увеличивать кривошипный рычаг до бесконечности невозможно. Ведь тогда придётся увеличивать рабочий ход поршня, а вместе с ним и размеры двигателя. При этом уменьшатся и обороты двигателя. Двигатели с большим рычагом кривошипного механизма можно применить только лишь в крупномерных плавательных средствах. А в легковых автомашинах с небольшими размерами коленчатого вала не поэкспериментируешь.

Что означает термин «крутящий момент двигателя» (КМ)

Однажды всем известный ещё по школе изобретатель из Шотландии Джеймс Уатт увидел работу лошади, которая трудилась в шахте и с помощью специальной машины поднимала из неё уголь. Он предложил ввести определение «лошадиная сила». Случилось это ещё в далёком XVIII веке. Проведя некоторые вычисления, изобретатель пришёл к выводу, что лошадь может в течение шестидесяти секунд доставлять на тридцатиметровую высоту сто пятьдесят килограммов угля.

Момент силы обозначается Н·м (Ньютон-метр). Эта единица измерения включена в Международную систему единиц «СИ». А вот лошадиные силы оказались вне этой системы, но ими начали обозначать мощность. Лошадиная сила равняется 735,5 Вт (кстати, термин «Ватт» также изобрёл гениальный шотландец). Позднее, этим термином стали обозначать мощность автомобильного двигателя.

Так что же кроется за термином «КМ мотора»? В отличие от мощности, эта тяговая характеристика весьма смутно характеризует нам реальные возможности машины.

Первоначально определимся с понятиями. Под крутящим моментом, если объяснять простыми словами, понимается показатель работы мотора, а мощность определяет выполнение данной работы.

Чтобы открыть для себя всю полноту понятия КМ, следует понимать, что момент силовой установки и момент автомобильных колёс совершенно различны между собой.

КМ мотора − величина, которая равна усилию, передаваемому плечу (Н·м). Иначе говоря, это сила, которую через поршень и шатун оказывают отработанные газы на плечо кривошипного механизма коленчатого вала. Эта величина отображает только потенциал двигателя, а движение машины происходит за счёт КМ на колёсах.

Чтобы понять и оценить истинные возможности машины в тяговом и динамическом плане, основываясь на КМ двигателя, предстоит проделать довольно сложные расчёты КМ на автомобильные колёса. Придётся заглянуть в паспорт автомобиля и найти величину оборотов мотора, передаточное число коробки переключения передач и главной передачи, размер колёс в диаметре и многое другое. В то же время заявленная мощность автомобильного двигателя не нуждается в проведении отдельных вычислений и явно показывает все тяговые и динамические возможности авто, а стало быть − КМ на колёсах.