На что влияет частота вращения двигателя
Перейти к содержимому

На что влияет частота вращения двигателя

  • автор:

Крутящий момент или мощность – развеиваем мифы

Приветствуем всех автолюбителей! Ни раз многие из нас сталкивались со спорами что же важнее мощность или крутящий момент. Кто то даже приводит высказывание якобы Генри Форда: "Лошадиные силы продают автомобиль, а крутящий момент выигрывает гонки" Кто то говорит, что крутящий момент влияет на разгон, а мощность на максимальную скорость, а некоторые наоборот считают, что исключительно мощность важна.
В этой статье мы максимально подробно и досконально разберем все аспекты, раз и на всегда закроем десятки мифов и домыслов.

Что такое крутящий момент?
Это произведение силы на плечо рычага, к которому она приложена. Сила измеряется в Ньютонах, а плечо рычага в метрах – Нм. 1 Нм равняется силе в 1 Ньютон, которая приложена к рычагу в 1 метр. 1 килограмм силы (1кгс) равен 9.8 Н.

Нужно понимать, что крутящий момент развивает все, что крутится и к нему прикладывается сила: Вы закручиваете гайки на колесе – наступая на гаечный ключ длинной 40 см (0.4 метра) всем телом 80 кг — создаете крутящий момент 0.4*80=32кг*м или 313.6 Нм.

Велосипедист весом 90кг, давящий всем весом на педаль с рычагом 35 см, развивает 0.35*90 = 31,5 кг*м = 308,7 Нм – Да да, крутящий момент велосипедиста – 300Нм! Как у трехлитрового атмосферного мотора!

Но, прежде чем дать понятие мощности, нужно еще ввести одну переменную – обороты в минуту.
Вернемся к велосипедисту и его 300Нм крутящего момента. Нам нужно понять на каких оборотах он может поддерживать этот момент. Как правило это около 1 вращения педалей в секунду. То есть 60 об/мин. Значит 300Нм при 60 об/мин.

Так же и многие производители указывают характеристики своих ДВС – например 250Нм при 4000об/мин. Но теперь становится не понятно — какой двигатель будет быстрее разгонять автомобиль: у которого 250Нм при 4000 об/мин или у которого 200Нм при 6000 об/мин. Как сравнить?

Очень просто — достаточно привести обороты коленчатого вала к одному знаменателю с помощью редуктора:

250Нм при 4000 об/мин, ставим понижающий вдвое редуктор и получаем 500Нм при 2000 об/мин (обороты понижаются вдвое, крутящий момент возрастает вдвоем, потерей на редукторе пренебрегаем)

200Нм при 6000 об/мин, ставим понижающий втрое редуктор и получаем 600Нм при 2000 Об/мин. Теперь четко можно сравнить эти два мотора:

250Нм при 4000 об/мин — > 500Нм при 2000 об/мин
200Нм при 6000 об/мин — > 600Нм при 2000 об/мин

то есть второй мотор на 20% «мощнее» первого, что на первый взгляд далеко не очевидно. Но не дело же каждый раз заниматься подбором "редукторов", чтобы честно сравнить крутящий момент моторов. Чтобы этим не заниматься и придумали понятие мощности для ДВС.

Итак, мощность для ДВС — это крутящий момент, умноженный на обороты, на которых он достигается, деленный на константу 9550. Результат мы получаем в киловаттах. Для того чтобы сразу получать результат в лошадиных силах нужно 9550 разделить на 1.36 – 7022. Или P(л.с.)=M(Нм)*N(об/мин)/7022.

Посчитаем сразу мощность велосипедиста:
(300Нм*60об/мин)/7022 = 2,56 лошадиные силы при 60 об/мин. Не густо. На деле еще меньше, потому что давить педали полным весом с частотой 1 об/мин не так просто)

Вернемся к нашим ДВС:
250Нм при 4000 об/мин – (250*4000)/7022 = 142.2 л.с.
200Нм при 6000 об/ мин – (200*6000)/7022 = 170.8 лс.

Это означает, что двигатель с бОльшей максимальной мощностью будет иметь и бОльший крутящий момент, при уравнивании частоты вращения выходного вала. Это аксиома.

Для закрепления приведем пример дизельного двигателя трактора (700Нм при 1300об/мин) и мотоцикла (110Нм при 13000об/мин):
(700Нм*1300 об/мин)/7022 = 129.5 л.с. — трактор
(110Нм*13000 об/мин)/7022 = 203 л.с. — мотоцикл.

На всякий случай проверим с помощью старой схемы с редукторами — поставим понижающий в 10 раз редуктор на мотоцикл — 110Нм при 13000об/мин превратятся в 1100Нм при 1300об/мин — крутящий будет гораздо больше чем у трактора. И да двигатель мотоцикла будет тянуть бОльший груз и быстрее разгонять трактор если его туда поставить.

На этом можно было бы заканчивать статью, если бы было все так просто. Дело в том, что мы рассчитали мощность и момент лишь в одной конкретной точке – а именно 60 об/мин, 4000 и 6000 об/мин соответственно.

У современных бензиновых моторов рабочий диапазон как правило от 800 до 6500 об/мин и в каждой точке двигатель будет обладать уникальной парой мощность/крутящий момент.

Можно наглядно посмотреть на график с диностенда – взять любую точку мощности при об/мин и посчитать крутящий момент, или наоборот с помощью формулы указанной выше. Так собственно и работает диностенд.

Тут возникает вопрос – если у ДВС максимальный крутящий момент скажем 200Нм при 5000об/мин, почему тогда максимальная мощность аж на 6400 об/мин, а не при тех же 4500 об/мин?

Дело в том, что:

На первый взгляд многим будет не понятно, для этого приведем пример все того же ДВС 200Нм при 5000об/мин. Посчитаем мощность — (200*5000)/7022 = 142.4 л.с.
А теперь двинемся дальше по оборотам на 20% — до 6000 об/мин. Допустим у нас крутящий момент упал с 200Нм до 190Нм, итого получаем 190Нм при 6000об/мин – вырастит ли мощность – давай посчитаем – 190*6000/7022= 162.3 л.с. Выросла!

А все потому, что обороты выросли на 20%, а крутящий момент упал на 5%, как итог мощность выросла на 14%.

А если мы пойдем еще дальше: например сдвинемся еще на 10% оборотов – 6600, а крутящий момент упадет на 12% — до 167 Нм, тогда получим – 167*6600/7022 = 157.1 л.с Именно поэтому повторимся: максимальная мощность растет до тех пор, пока крутящий момент падает медленнее чем растут обороты.

Отсюда следует, что точку максимальной мощности можно так же назвать точкой максимального приведенного крутящего момента, именно в этой точке будет максимальный крутящий момент у мотора на выходном валу.

А это означает:

Так же отсюда следует, что крутящий момент – величина относительная, и не подлежит сравнению между собой на прямую, в то время как мощность – абсолютная и 150 л.с. при 6000 об/мин, это тоже самое что 150 лс при 3500 об/мин.

Сразу же можно дать ответ на вопрос – почему вариаторные коробки передач в режиме максимального разгона всегда держат обороты в районе максимальной мощности, а не, например максимального крутящего момента. Ответ прост и написан выше – потому, что именно в этой точке, на колесах будет максимальный крутящий момент при заданной скорости, для обеспечения максимального ускорения.

Поэтому когда вам говорят у меня 150 сил и "аж 400 момента", не пугайтесь, это просто дизель, у которого момент на очень низких оборотах. Эксплуатировать такой автомобиль в условиях города очень комфортно, НО именно мощность выигрывает гонки, мощность разгоняет автомобиль и от мощности зависит максимальная скорость 😉

Частота вращения электродвигателя

Подавляющее большинство дерево- и металлообрабатывающих станков, насосов, конвейерных лент, тельферов, кран-балок, а также другое подъемное и производственное оборудование приводится в движение электродвигателями переменного тока.

Для безаварийной работы каждого из механизмов необходима правильно подобранная мощность привода и оптимальная скорость вращения вала двигателя.

Синхронная и асинхронная частота вращения электродвигателя

Трехфазное напряжение, подаваемое на обмотки статора, генерирует в нем подвижное магнитное поле, вращающееся с постоянной скоростью. Эта величина получила название "синхронная частота вращения", так как зависит от частоты тока питающего напряжения, а также количества пар полюсов. Она рассчитывается по формуле:

Nс=f*60/p, где:
Nс-количество оборотов магнитного поля статора в минуту (об/мин)
f- частота тока в питающей сети (Гц)
60-количество секунд в минуте
p- число пар полюсовэлектродвигателя

В питающих сетях с частотой тока 50 Гц максимальная синхронная скорость вращения магнитного поля статора асинхронных двигателей не может превышать значения 3000 об/мин. Такие характеристики присущи электродвигателям с одной парой полюсов, то есть таким, у которых каждая из трех обмоток имеет только по одной паре полюсов: "N" — северному и "S" — южному. Например, АИМУР 90 L2 IM1081; АИР 112 М2 IM2001; 5АИ 71 В2 IM3001 и другие.

Это обусловлено тем, что один полный оборот магнитного потока статора в каждой из обмоток совершается в течение одного периода изменения направления движения тока, то есть за 1/50 с. А значит, в минуту мы получаем те самые 3000 об/мин. С увеличением полюсов синхронная скорость уменьшается.Так, синхронная частота двигателей 5АИ 80 А4 IM1081 и 1MA6183-4BC равна 1500 об/мин, а двигателей 5АИ 355 L10 или АИР 250 S10 IM2001- всего 600 об/мин.

Фактическая (асинхронная) частота вращения вала двигателя всегда меньше ее синхронного значения. Это объясняется не только потерями на сопротивление воздуха и трением в подшипниках, но самим принципом работы асинхронных электрических машин.

Разница между этими величинами называется скольжением, выражается в процентах и рассчитывается по формуле:

s=((Nс-Nф)/Nc)*100), где
s — скольжение
Nс – синхронная скорость вращения магнитного потока статора
Nф – фактическая (асинхронная) частота

Для чего нужно знать частоту вращения вала электродвигателя

В процессе подбора привода следует следить не только за соответствием выбранной модели специфике использования и условиям эксплуатации, но и за тем, чтобы частота вращения асинхронного двигателя соответствовала мощности, необходимой для нормальной работы механизма.

Так, для подъемных механизмов (кран-балки, тельферы, лебедки, краны различных типов) высокая частота вращения ротора двигателяне нужна. На таких устройствах используются модели с синхронной скоростью от 600 до 1000 об/мин.

В тоже время особенности работы вентиляционных систем требуют, чтобы частота вращения ротора асинхронного двигателя была более высокой. Поэтому для их комплектации используются высокоскоростные электрические машины.

В зависимости от требуемых напорных характеристик и необходимой объемной подачи, насосное оборудование комплектуется двигателями с синхронной частотой вращения 1500 или 3000 об/мин.

Как определить частоту вращения двигателя

Данный параметр должен быть указан на шильдике электрической машины, также как и его мощность, КПД, схема соединения обмоток, потребляемый ток, коэффициент мощности ( cos φ ). Однако встречаются ситуации, когда информационная табличка отсутствует или ее состояние не позволяет прочитать требуемые данные.

Идеальным вариантом для определения асинхронной частоты вращения является проведение измерений с помощью механического или лазерного тахометра. Однако такие приборы редко можно найти даже на предприятиях. Определить,какая частота вращения удвигателя об/мин, можно и без дорогостоящего оборудования. Для этого достаточно вспомнить, что такое синхронная скоростьи от чего она зависит.

Чтобы найти искомый параметр, нужно узнать,сколько полюсов в двигателе. Это можно сделать простым аналоговым миллиамперметром в режиме измерения силы тока. На обесточенном двигателе, отсоединенном от приводимого механизма, снимаем крышку клеммной коробки. Находим начало и конец одной из обмотокстатора и подключаем к ним щупы прибора.

Делаем отметку на валу и начинаем его вращать в любую сторону, наблюдая за стрелкой миллиамперметра и считая количество ее отклонений от начального положения. Полученная величина укажет, сколько полюсов в испытуемом двигателе. Далее рассчитываем синхронную частоту Nс по приведенной выше формуле.

Регулирование частоты вращения двигателя

Иногда требуется изменить скорость вращения вала электрической машины. Это может понадобиться, если двигатель запускается под нагрузкой или в процессе эксплуатации необходимо кратковременно увеличить частоту вращения. Самым оптимальным вариантом можно считать включение в питающую сеть электродвигателя частотного преобразователя.

Более простым решением является установка двух или трехскоростных моделей и регулировка скорости вращения подключением разных групп обмоток. Но такой способ имеет два недостатка. Изменение скорости происходит не плавно, а ступенчато, и не может быть выполнено без остановки электродвигателя.

Если у вас не получается самостоятельно подобрать электродвигатель или вы сомневаетесь в правильности уже сделанного выбора, можно обратиться к техническим специалистам компании Кабель.РФ ® . После уточнения условий эксплуатации и назначения двигателя, они подберут оптимально подходящую марку и ее типоразмер.

Как скорость и обороты влияют на состояние двигателя?

От состояния силового агрегата в транспортном средстве зависит эффективность и скорость движения. Не стоит полагать, что выходить из строя могут только устаревшие моторы. Очень часто к такой неполадке автомобилисты могут приводить даже относительно новые транспортные средства. Общая проблема заключается в том, что многие не осознают в процессе эксплуатации автомобиля, что они допускают ошибки, которые могут приводить к поломке двигателя.

28c850617fe3e26a1a1ecd81f858648f_w650.jpg

Ещё в автошколе автомобилистов должны учить, какую оптимальная скорость необходимо выбирать под определённую передачу

Самая частая ошибка, которую совершают водители – передвигаются со скоростью 60 километров в час на высшей передачи. В таких условиях масляный насос просто не способен создавать необходимое давление в системе. Из-за этого происходит масляное голодание, которое наносит колоссальный урон силовому агрегату. Нагрузка на двигатель, топливный расход и отсутствие каких-либо серьезных дефектов у двигателя зависит от того, в каком стиле автомобилист управляет транспортным средством. Сюда же можно отнести и среднюю скорость передвижения. Слишком заботливые владельцы автомобилей привыкли полагать, что главный залог долгой службы мотора – езда на низкой скорости. Однако, это не всегда так. То же можно сказать и про стереотип о том, что частые поездки на высокой скорости быстрее выводят из строя двигатель.

Ещё в автошколе автомобилистов должны учить, какую оптимальная скорость необходимо выбирать под определённую передачу. Владельцам транспортных средств с автоматической коробкой передач намного проще – здесь сам механизм выбирает оптимальный режим работы, снимая данную обязанность с водителя. С механической коробкой передач дела обстоят намного труднее. Нередки ситуации, когда автомобилист разгоняется до 60 км/час и уже включает пятую или шестую передачу. У таких водителей даже есть мотив подобных действий. Тем самым они хотят снизить нагрузку на мотор и сэкономить горючее. Как полагают они, движение на максимально высокой передаче позволяет поддерживать обороты двигателя на минимуме. И это, якобы, снижает нагрузку на силовой агрегат и сохраняет финансы владельца.

d5c978c4650198f5e38b02ae73b8abd4_w650.jpg

Главная проблема в определении крейсерской скорости заключается в том, что она индивидуальна для каждого транспорта

Но любой механик может сказать, что скорость 60 километров в час никак не сочетается с пятой или шестой передачей. Дело в том, что в таком режиме трансмиссии нужно получать больше энергии, чтобы прокручивать валы в коробке и моторе. И это создает повышенную нагрузку на силовую установку и может привести к преждевременному износу трансмиссии. Автомобилистам, при выборе режима движения, нужно учитывать такое понятие как крейсерская скорость. Именно на ней сокращается нагрузка на двигатель и начинает понижаться топливный расход.

Главная проблема в определении крейсерской скорости заключается в том, что она индивидуальна для каждого транспорта. К примеру, для малолитражных автомобилей 110 километров в час уже является крейсерской скоростью. Если разогнаться больше, можно сильно увеличить расход топлива. На более мощных машинах крейсерской скоростью определяют 140 – 150 км час. Именно в таком режиме отмечается минимальная нагрузка на мотор и снижается вероятность его преждевременной поломки.

115bab097324b8e22bcd7589d86da46e_w650.jpg

Ещё одна распространённая ошибка многих автомобилистов – движение накатом. В таком режиме эксплуатации нагрузка на мотор все же есть

Каждый автомобилист задумывался о том, чтобы сэкономить топливо. В первую очередь для этого нужно научиться правильно подбирать передачу в зависимости от скорости. После включения более высокой передачи, обороты двигателя должны быть на отметке не менее 2000. Если они снижаются, а транспорт передвигается со скоростью 60 километров в час на высокой передаче, это приводит к снижению давления масла.

И ещё одна распространённая ошибка многих автомобилистов – движение накатом. В таком режиме эксплуатации нагрузка на мотор все же есть, несмотря на убеждение многих. Как уже говорилось ранее, определяющим фактором в достижении максимально низкого расхода топлива является крейсерская скорость. Подбирать её следует индивидуально.

Итог. Многие автомобилисты не знают, но обороты двигателя и скорость при неправильном соотношении могут нанести сильный вред силовому агрегату. Чтобы добиться снижения нагрузки на двигатель и сокращения расхода топлива, необходимо обратить внимание на такое понятие как крейсерская скорость.

Какие обороты двигателя нужно держать при езде, чтобы продлить срок его службы

В этой статье поговорим об оборотах двигателя при езде на обычных легковых автомобилях. О грузовиках, мотоциклах, спорткарах здесь речи не идет.

тахометр и спидометр на панели приборов авто

Оптимальными для двигателя всегда считались обороты максимального крутящего момента. И многие руководства рекомендовали водителям поддерживать именно эту частоту вращения. Утверждение справедливое, однако не следует выполнять его педантично. Почему – разберемся далее.

Режим холостого хода

У автомобильных моторов обороты холостого хода – самые низкие. Это уменьшает расход топлива, масла, уменьшает шумность и износ. Насколько же можно опускать частоту вращения коленчатого вала?

Первым ограничением являются условия смазки. Для этого масляный насос должен вращаться с нужной частотой, обеспечивая давление в системе. Необходимо также поддерживать достаточную скорость поворота коленчатого вала относительно вкладышей. Эти условия обеспечивают надежный масляный клин. Занижать частоту вращения ради экономии топлива нецелесообразно. Это приводит к ухудшению смазки, повышению вибрации. Иногда приходится прибавлять холостые, если горит, промаргивает индикаторная лампочка давления масла. Конечно, это временная мера. Низкое давление масла — нехороший симптом. Необходимо срочно исправлять причину. Холостой ход может вдруг стать нестабильным. Мотор троит, появляется вибрация. Хороший водитель скажет, что нужно проверить свечи, а может, засорился карбюратор. Все так, но на каких частотах эксплуатируется машина?

Низкая скорость вращения коленвала

Низкие обороты мотора — в первую очередь выбор тех, кто экономит топливо, а на агрегатах уже имеющих ощутимый расход масла, еще и смазку. Кроме того, эти водители считают, что и износ двигателя будет меньше, если его детали будут проходить меньше циклов с чем нельзя не согласиться. Например, диафрагменный топливный насос. Конечно его диафрагма разорвется раньше, если обороты ДВС будут высокими. Повлияет не только количество ходов, но и собственно скорость.

Правоту такой теории подтверждает и организация работы агрегатов с автоматической трансмиссией. При равномерном движении по прямой, она поддерживает частоту намного ниже максимального крутящего момента. Разумно предположить, что конструкторы знают на каких оборотах лучше ездить.

Пример с насосом показателен и справедлив практически для всех деталей.

Однако, есть и недостатки езды на низких оборотах:

  1. Давление масла ниже, в то время, как нагрузка выше.
  2. Интенсивность продувки цилиндров снижена.
  3. Вследствие повышенной нагрузки, в камеры сгорания подается более богатая смесь.

таблица оптимальных оборотов двигателя

Стремясь снизить скорость вращения коленчатого вала, нужно всегда помнить о нагрузке.

  • повышение последней, при снижении качества смазки, приводит к износу шеек коленчатого вала, шатунных и коренных подшипников, поршней;
  • недостаточная продувка цилиндра — одна из причин повышенного образования нагара, закоксовки мотора. Это приводит к потере подвижности поршневых колец, нагар на свечных электродах ухудшает воспламенение, уменьшает тягу и экономичность;
  • покрытые нагаром клапаны газораспределения и свечи создают условия для калильного зажигания;
  • двигатель, работающий на большой нагрузке при малой частоте, более склонен к детонации.

Ориентируясь на низкую частоту вращения, следует выбирать соответствующую модификацию свечей зажигания.

А если двигатель вдруг забарахлил на холостых, попробуйте для начала проехаться с хорошей нагрузкой, хорошенько раскрутив мотор.

Высокая частота вращения коленвала

повышенные обороты мотора на тахометре

Движение на высоких оборотах интенсифицирует все рабочие процессы, помогает избавиться от нагара, а также конденсата в картере ДВС. Залегшим ранее поршневым кольцам удается сбросить с себя вредоносные сажевые отложения. Они вновь обретают подвижность.

Раскоксовка мотора влечет за собой:

  1. Уменьшение расхода масла за счет очистки и подвижности маслосъемных колец.
  2. Лучшую теплоотдачу вследствие плотного контакта верхнего компрессионного кольца со стенкой цилиндра.
  3. Повышение компрессии — увеличение мощности.
  4. Стабильность работы на всех режимах.

Стремление к постоянному поддержанию высоких оборотов, это перерасход топлива, возможно масла и снижение ресурса мотора. В этом режиме мотор работает не оптимально. У него другая задача — выдать максимальную мощность. Это нужно, например на обгоне. Примером неоптимальной работы может служить поршневые кольца, которые не успевают чутко следовать за неровностями цилиндра, отрываются от его стенки, чем допускают прорыв газов в картер и перерасход масла.

Максимальные обороты двигателя оптимальными назвать никак нельзя, однако, как следует из вышеизложенного, периодическая работа ДВС в этом режиме полезна, а иногда необходима.

Есть еще один важный момент. Стенка цилиндра не изнашивается в верхнем своем поясе, поскольку первое компрессионное кольцо туда не доходит. Образуется ступенька. Уровень подъема кольца зависит от скорости поршня и степени износа деталей. Если мотор всегда работает на низах, кольцо не поднимается максимально. Ступень, в этом случае, находится относительно низко. Но вот, машина меняет хозяина, а тот крутит мотор до отсечки. Поршень, вместе с кольцом, поднимается чуть выше из-за перекладки деталей в зазорах сопряжений. Этого достаточно для того, чтобы кольцо ударило бы в верхний пояс и сломалось. Такая беда случается чаще, когда в поношенные цилиндры устанавливают новые кольца.

Если периодически использовать мотор в режиме высокой частоты, граница выработки располагается выше, а переход от рабочей зоны к верхнему поясу получается более плавный.

Где искать золотую середину

При движении в установившемся режиме, по прямой, а также плавном разгоне наиболее правильным было бы считать сектор от минимально допустимой по нагрузке частоте вращения, до максимального крутящего момента. При его достижении следует переключаться на высшую передачу. Но из этой зоны следует периодически выходить, по причинам, которые были изложены выше. Также всегда нужно иметь в виду нагрузку. Если все места в салоне заняты, и заполнен багажник, нужно раскручивать двигатель сильнее. То же самое при движении в гору. А вот переключиться с первой на вторую можно и пораньше. Там нагрузка небольшая. При интенсивном разгоне стрелка тахометра тоже заходит за границу максимального крутящего момента.

Моторы бывают разные

Все двигатели отличаются своими характеристиками и конструктивными особенностями. Одни оборотистые — их максимум крутящего момента превышает 4000 об./мин., а другие рассчитаны на хорошую тягу на низах. Технические характеристики автомобиля необходимо изучить и ориентироваться именно на них.

Коренным образом отличаются бензиновые и дизельные двигатели. Максимальной тяги современные дизели легковых автомобилей достигают уже при 2000 об/мин., а то и раньше, а отсечка топлива установлена уже на 4000 и даже 3750 об/мин. Дизелям тоже нужно раскручивать коленвал. Хоть у них нет системы зажигания, и подача воздуха всегда максимальная, но образование сажи происходит интенсивнее. Режим высокой нагрузки очищает сажевый фильтр. Но длительная эксплуатация с предельной частотой вращения противопоказана.

Знание теории работы двигателя и опыт вождения позволяют чувствовать машину, интуитивно безошибочно выбирать рабочие обороты двигателя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *