Мощность и крутящий момент – что это такое простыми словами

В Интернете куча статей, посвященных объяснению того, что такое мощность и крутящий момент автомобильного мотора. Зачем нам тогда писать еще одну? А дело в том, что имеющиеся очень сложные и непонятные. Формулы, расчеты, заумные слова – если подзабыл курс физики со школы, то понять все очень непросто. Поэтому мы решили осветить очень популярную тему и как говорится «на пальцах» рассказать, что и как. Сразу предупредим, определенное упрощение и аналогии, которые мы используем для наглядности, не являются строго научными, а призваны именно продемонстрировать понятия.

Автомобиль и лошадь

Предыстория

Любой мотор начинается с показателя его мощности – во всех рекламных проспектах и документах указана она, с нее же рассчитывается налог и коэффициент ОСАГО. Показатели крутящего момента же можно встретить только в специализированных справочниках, ими интересуется куда как меньшее количество человек. Но это не значит, что мощность важнее, просто так повелось – все считать в л. с.

Кстати, сама «лошадиная сила» это условное понятие, ее вычисляли как количество работы, которое нужно произвести, чтобы поднять 75 кг на 1 метр, способности лошадей тут ни причем. Более того, если загнать реальное животное на динамометрический стенд, то результат у среднестатистической лошади будет около 15 л.с., правда, пока она не устанет, потом ее «мощность» падает. Интересно также, что тип подсчета л.с. в разных странах отличается. В России, чтобы высчитать л.с., нужно мощность мотора в киловаттах умножить на 1,36, а, например, в Англии на 1,34.

На фото — показатели мощности двигателя V10 5.2 FSI

По-хорошему, мощность давно пора считать в киловаттах, как это и должно быть с точки зрения физики, но привычка и маркетинг непобедимы. Как рассказывать покупателям, что твой мотор в 100 кВт это лучше чем 120 л.с. у конкурентов, никто же не поймет. С крутящим моментом проще. Он никогда не был маркетинговым, поэтому всегда измерялся физическими величинами, а именно ньютоны умножить на метры.

1 КВТ — 1,36 л.с.

Определения

Давайте опишем интересующие нас понятия. Сначала скучные физические определения. Мощность – величина, характеризующая мгновенную скорость передачи энергии от одной физической системы к другой. Крутящий момент –величина, характеризующая действие силы на механический объект, которое может вызвать его вращательное движение.

Теперь рассказываем своими словами. Крутящий момент – то, с какой «силой» мотор может вращать колеса, мощность – как быстро он это может делать. «Силу» мы берем в кавычки, потому что используем как бытовое слово, а не как физический термин. Несмотря на то, что мы максимально упростили, все равно как-то не очень понятно, поэтому теперь прокомментируем, что все это значит для реальных водителей.

Крутящий момент

Когда мы жмем на газ чтобы тронуться, двигатель прикладывает «силу», чтобы преодолеть факторы, которые делают машину неподвижной, например, трение, гравитацию, сопротивление ветра и так далее. Для поддержания движения нужна «сила», для набора скорости тоже, да, в общем, для всего нужна, автомобиль же не в космосе, где можно дать импульс и потом лететь пока не затормозишь. Крутящий момент как раз и показывает как много этой условной «силы» двигатель может дать. Чем больше «силы», тем более тяжелые грузы машина может сдвинуть с места, лучше разгоняться, на более крутые горки заезжать, не вязнуть в сыпучих грунтах и так далее. Тут работает простой принцип «чем больше, тем лучше», но говорить об абсолютной цифре в отрыве от транспортного средства нет смысла – чтобы поднять на высокую гору легкий мопед и 20-тонную фуру нужны совершенно разные усилия.

На фото — Jaguar F-Type

Понятие «мощность» на этом плане немного теряется, ведь мы уже сказали, что «силу» мотора определяет крутящий момент, а что еще нужно? А еще нужна динамика, для реальной эксплуатации это, пожалуй, самый важный фактор. Когда мы представляем характеристики машины, то не думаем может ли она разогнаться до определенной скорости (хватит ли у нее для этого «силы»), а думаем сколько времени она тратит на разгон. Чем быстрее – тем комфортнее и безопаснее ездить. Но «крутящий момент» ничего не говорит про время, понятие времени есть только у «мощности».

Мощность мотора

Если очень грубо, то крутящий момент показывает насколько автомобиль может разогнаться, а мощность – как быстро это делает. Для характеристики максимального разгона на пределе, а именно это обычно интересует покупателей, понятие «мощность» оказывается предпочтительнее.

Братья навек

При этом противопоставлять «мощность» и «крутящий момент», что, мол, каждое отвечает за что-то одно неправильно, это мы просто сильно упростили – на самом деле оба понятия работают в паре, а сама мощность в киловаттах – это показатель крутящего момента, умноженный на количество оборотов и разделенный на 9549 (не спрашивайте почему именно это число, просто так считается). Распределение крутящего момента по оборотам – это особенность характеристик мотора, а вот мощность всегда зависит от оборотов. Неудивительно, что любое транспортное средство быстрее всего разгонится если крутить мотор до отсечки, ведь разгон – это мощность, а она живет именно на максимальных оборотах.

Инфографика — kolesa. ru

Но мы не на гоночной трассе, не ездим постоянно с педалью газа в полу. На комфортную езду в повседневном режиме на низких оборотах уже оказывает влияние показатель крутящего момента, ведь чем он выше, тем больше мощность на данных оборотах. Поэтому спор какой из показателей главнее непродуктивен: и «мощность», и «крутящий момент» важны для мотора, они показывают возможности двигателя в разных ситуациях, и оба пригождаются. Тем более, что отделить один показатель от другого весьма проблематично.

Но можно сравнивать показатели разных моторов. Если у двух двигателей одинаковый крутящий момент, но у первого выше мощность, то он гораздо предпочтительнее. В обратной ситуации тоже самое: если мощность одинаковая, но у второго момент выше, то берем второй. Чисто теоретически возможна ситуация, когда у первого мотора будет выше мощность, а у второго – крутящий момент (хотя на практике это очень редкая ситуация), тогда выбирать нужно исходя из задач. Для гоночных треков мотор, у которого больше мощность, для размеренной повседневной езды – мотор с большим крутящим моментом.

Автор — Александр Нечаев.

мощность или крутящий момент? — Электродвигатели Электромомент

Многие считают, что самая важная характеристика любого электродвигателя — это мощность. Про такой важный параметр, как «крутящий момент», не все слышали и не все понимают его важность для тяговых электроприводов.

График зависимости мощности (P) и крутящего момента (M) от оборотов (n), где: Мном — номинальный крутящий момент (в режиме S1), Н·м; Ммакс — максимальный крутящий момент (в режиме S2), Н·м; Pном – номинальная мощность (в режиме S1), кВт; Pмакс – максимальная мощность (в режиме S2), кВт; N – номинальные обороты, об/мин

Из графика зависимости мощности синхронного электродвигателя от оборотов видно, что его мощность не является постоянной величиной, но в рабочем диапазоне оборотов линейно растёт по мере увеличения оборотов. Для точного определения мощности (P) электродвигателя в качестве его технической характеристики выбирается оптимальная точка на графике, которая определяет номинальную мощность (Pном) на номинальных оборотах (N).

Увеличивая номинальные обороты синхронного электродвигателя, можно пропорционально увеличивать его номинальную мощность, что, в свою очередь, приводит и к росту удельной мощности.

В погоне за мощностью

Большинство проектировщиков и изготовителей электрических машин стараются достичь высокой мощности путём увеличения номинальных оборотов до нескольких тысяч или даже десятков тысяч оборотов в минуту. Однако, по мере увеличения оборотов электрической машины лавинообразно нарастают сразу несколько неприятных проблем: начиная с механической балансировки ротора и заканчивая высокочастотными потерями в статоре. Основные высокочастотные проблемы — это так называемый «скин-эффект» в обмотках, вихревые токи Фуко в сердечнике и быстродействие силовых ключей частотных преобразователей. Преодоление этих проблем приводит к существенному увеличению стоимости электродвигателя.

Вращающая сила

Для тяговых электроприводов необходимо, в первую очередь, обеспечить требуемую вращающую силу, которую называют также «моментом силы» или «крутящим моментом» (М). В таких системах вращающая сила должна достигать максимальных значений, начиная со старта.

В отличие от асинхронных, именно у синхронных электродвигателей номинальный и максимальный крутящие моменты остаются постоянными во всём рабочем диапазоне оборотов. Постоянный номинальный крутящий момент — одно из важнейших преимуществ синхронных электродвигателей и обеспечивается даже на минимальной мощности. На графике соответствующие крутящие моменты обозначены «Mном» и «Ммакс».

К сожалению, в реальных условиях увеличение номинальных оборотов электродвигателя приводит к уменьшению удельного крутящего момента (M). Если хочется получить минимальные масса-габариты электродвигателя, то придётся выбирать между концепциями высокой удельной мощности за счёт высоких оборотов и высоким удельным крутящим моментом на малых или сверх-малых оборотах.

Преобразование мощности в крутящий момент

Перед создателем любого тягового электропривода с применением высокооборотного электродвигателя возникает необходимость преобразования мощности в крутящий момент, сопровождающийся переходом от высоких оборотов к низким. Такое преобразование осуществляется с помощью механического редуктора.

Однако, применение редуктора приводит к неизбежному увеличению сложности, масса-габаритов и стоимости электропривода на фоне снижения КПД, надёжности и рабочего ресурса. Если речь идёт о сервоприводе, то любой механический редуктор, кроме всего прочего, снижает точность позиционирования.

Избавляемся от редуктора!

Применение тяговых синхронных электродвигателей с высоким удельным крутящим моментом позволяет существенно снизить коэффициент редукции или полностью отказаться от механического редуктора, обеспечив переход на прямой привод со всеми вытекающими отсюда преимуществами.

Удельный крутящий момент синхронных электродвигателей серий EM и iEM в 5-10 раз выше, чем у аналогичных по мощности асинхронных и коллекторных электродвигателей! Столь высокий крутящий момент электродвигателей EM/iEM позволяет либо существенно снизить коэффициент редукции, либо полностью отказаться от механического редуктора!

Благодаря запатентованным технологиям, синхронные электродвигатели серий EM/iEM в 2-5 раз компактнее и легче других синхронных (в том числе, «вентильных») и коллекторных электродвигателей с таким же крутящим моментом!

Режим постоянной мощности

На графике зависимости мощности и крутящего момента от оборотов видно, что при превышении номинальных оборотов (N) синхронного электродвигателя его крутящий момент (M) начинает снижаться. Также падает и КПД. Это происходит потому, что практически любая электрическая машина обратима, и может одновременно работать как электродвигатель и как электрогенератор. При превышении номинальных оборотов, вырабатываемое электродвигателем напряжение начинает «бороться» с питающим напряжением от частотного преобразователя. Чем больше увеличиваются обороты относительно номинальных, тем сильнее электродвигатель влияет на источник питания, снижая КПД и крутящий момент электропривода.

На практике превышение оборотов на 20-30% относительно номинальных далеко не всегда рассматриваются как нежелательный или запрещённый диапазон для синхронного электропривода. Например, в электротранспорте диапазон оборотов, превышающий номинальные, часто используется для кратковременного достижения максимальной скорости, когда фактор экономичности временно отходит на задний план. При этом, современные частотные преобразователи хорошо умеют справляться с такой ситуацией, и автоматически переходят в режим обеспечения «постоянной мощности«.

Таким образом, оптимальный выбор номинальных оборотов (N), а также допустимость и степень их превышения для конкретного синхронного электропривода — это продуманное решение разработчика электропривода, основывающееся на конкретных приоритетах.

В чем разница между скоростью и крутящим моментом?

Роторный двигатель предназначен для обеспечения желаемой выходной скорости вращения при преодолении различных вращательных нагрузок, противодействующих этому выходному вращению (крутящий момент). Скорость и крутящий момент напрямую связаны и являются двумя основными факторами производительности при правильном выборе двигателя для конкретного применения или использования. Чтобы узнать, как выбрать двигатель, подходящий для вашего применения, в первую очередь необходимо понять взаимосвязь между скоростью, крутящим моментом и выходной мощностью двигателя.

Скорость по отношению к крутящему моменту

Выходная мощность двигателя устанавливает границы скорости и крутящего момента двигателя на основе уравнения:
Мощность (P) = скорость (n) x крутящий момент (M)

• • Мощность: Механическая выходная мощность двигателя определяется как произведение выходной скорости на выходной крутящий момент и обычно измеряется в ваттах (Вт) или лошадиных силах (л. с.).
  • Скорость: Скорость двигателя определяется как скорость вращения двигателя. Скорость электродвигателя измеряется в оборотах в минуту или об/мин.
  • Крутящий момент: Выходной крутящий момент двигателя — это сила вращения, которую развивает двигатель. Крутящий момент небольшого электродвигателя обычно измеряется либо в дюйм-фунтах (дюйм-фунтах), ньютон-метрах (Н-м), либо в других единицах измерения, преобразованных напрямую.

Поскольку номинальная выходная мощность двигателя является фиксированной величиной, скорость и крутящий момент обратно пропорциональны. По мере увеличения выходной скорости доступный выходной крутящий момент пропорционально уменьшается. По мере увеличения выходного крутящего момента выходная скорость пропорционально уменьшается. Это соотношение мощности, скорости и крутящего момента обычно иллюстрируется кривой производительности двигателя, которая часто включает потребление тока двигателя (в амперах) и КПД двигателя (в %).

Соображения по скорости и крутящему моменту при выборе электродвигателя

Ключом к выбору правильного двигателя для конкретной функции является, прежде всего, понимание требований приложения. Поскольку большинство приложений двигателей являются динамическими, а это означает, что требования к крутящему моменту и скорости изменяются в рамках приложения, очень важно определить различные рабочие точки в приложении. Знание или расчет требований к скорости и крутящему моменту в каждой рабочей точке приложения позволит определить общие требования к скорости и крутящему моменту для соответствующего двигателя. Выбор двигателя можно проверить, нанеся различные рабочие точки на кривую характеристик выбранного двигателя, чтобы убедиться, что каждая точка зависимости скорости от крутящего момента попадает в соответствующую зону кривой (непрерывные или прерывистые зоны).

Во многих случаях требования к применению требуют выбора стандартного двигателя значительно большего размера, чтобы обеспечить охват всех рабочих точек. Применение двигателей, которые слишком велики для приложения, приводит к ненужным затратам, а также к увеличению и утяжелению конструкции всего продукта. К счастью, поставщики нестандартных двигателей могут разрабатывать двигатели с оптимизированными характеристиками для точного соответствия требованиям применения. Это делается путем изменения электромагнитных характеристик двигателя путем изменения либо размера провода, либо количества витков провода в обмотке, либо того и другого. Большее количество витков проволоки меньшего размера обеспечивает больший крутящий момент и меньшую скорость, тогда как меньшее количество витков проволоки большего диаметра обеспечивает более высокую скорость, но меньший крутящий момент. В некоторых приложениях добавление редуктора к выходной мощности двигателя обеспечивает идеальное соотношение скорости и крутящего момента, сводя к минимуму стоимость и размеры всего решения.

Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта. Мы предполагаем, что вы согласны с этим, но вы можете отказаться, если хотите. Настройки cookieACCEPT

Крутящий момент и скорость: в чем разница?

22 ноября 2021 г.

Крутящий момент и скорость: в чем разница? | Телефонная компания

Крутящий момент в зависимости от скорости

Когда вы покупаете новый двигатель или большой набор коммерческих двигателей, необходимо учитывать определенные факторы. Вы должны учитывать такие вещи, как производители, ассортимент и инструменты автоматизации. Вы также должны учитывать такие факторы, как крутящий момент двигателя, сопротивление, крутящий момент, крутящий момент в футах, выходной крутящий момент, требования к крутящему моменту и т. д. 

Одним из наиболее важных факторов, которые следует учитывать при покупке двигателя, является соотношение мощности и крутящего момента, а также взаимосвязь между ними.

В чем разница между скоростью и крутящим моментом?

Прежде чем покупать новый двигатель, вам необходимо изучить разницу между скоростью и крутящим моментом. Многие думают, что крутящий момент электродвигателя связан со скоростью, но это не совсем так.

Чтобы развеять это распространенное заблуждение, вам нужно понять, что крутящий момент и скорость индивидуальны. Крутящий момент относится к вращательной силе электродвигателя, а скорость относится к скорости, с которой двигатель может вращаться.

Это означает, что крутящий момент связан с силой вращения, а скорость связана со скоростью вращения, которую можно рассчитать, исследуя число оборотов в минуту или число оборотов в минуту.

Что лучше: крутящий момент или скорость

Что лучше: больший крутящий момент или большая скорость? Хотя скорость определяет максимальную скорость электродвигателя, больший крутящий момент может помочь вам достичь максимальной скорости за меньшее время. Чтобы определить, лучше ли иметь больший крутящий момент или большую мощность, вам нужно будет подумать о требованиях вашего приложения.

Для приложения, требующего исключительно высоких скоростей, вам нужно сосредоточиться на поиске двигателя с большой мощностью. Если сила вращения является более важным фактором с точки зрения вашего применения, вам понадобится двигатель с большим крутящим моментом.

Как рассчитать крутящий момент скорости?

Когда речь идет о зависимости крутящего момента от скорости, полезно знать формулу. Формула, которая используется для определения выходной мощности двигателя, включая скорость и крутящий момент: мощность (P) = скорость (n) x крутящий момент (M). Крутящий момент электродвигателя обычно рассчитывается в дюйм-фунтах (дюйм-фунтах), ньютон-метрах (Н-м).

Чем больше крутящий момент, тем выше скорость?

Наличие большего крутящего момента не означает большей скорости. Скорость рассчитывается по-другому и фокусируется на оборотах в минуту. Тем не менее, крутящий момент может повлиять на время, необходимое для достижения максимальной скорости.

Крутящий момент — это скорость или мощность?

Важно понимать, что крутящий момент — это не скорость, он относится к мощности вашего двигателя с точки зрения силы вращения.