Výpočet výkonu motoru: techniky a potřebné vzorce

Někdo musí vypočítat výkon pohonné jednotky, aby mohl vypočítat daň z automobilu. Pro některé je důležité nezávisle vypočítat výkon motoru kompresoru. Je důležité, aby někdo přesně znal sílu stroje, aby jej ověřil od toho, co bylo uvedeno. Obecně jsou výpočet výkonu a výběr motoru dva neoddělitelné procesy.

To nejsou jediné důvody, proč se motoristé snaží nezávisle vypočítat výkon motorů svých automobilů. To je docela obtížné udělat bez přítomnosti nezbytných vzorců pro výpočet. Jsou to ty, které budou uvedeny v tomto článku, aby každý motorista mohl sám spočítat, kolik skutečného výkonu motoru jeho automobilu je.

Úvod

Existují nejméně čtyři běžné způsoby výpočtu výkonu spalovacího motoru. V těchto metodách se používají následující parametry motorové jednotky:

1. Otáčky.
2. Objem.
3. Krouticí moment.
4. Efektivní tlak uvnitř spalovací komory.

Pro výpočet je nutné znát hmotnost automobilu i dobu zrychlení na 100 km / h.

Každý z následujících vzorců výpočtu výkonu motoru má určitou chybu a nemůže poskytnout 100% přesný výsledek. Při analýze přijatých dat se vždy vyplatí zvážit.

Pokud vypočítáte výkon ze všech vzorců, které budou popsány v článku, můžete zjistit průměr skutečného výkonu motoru a nesrovnalost se skutečným výsledkem nebude větší než 10%.

Pokud nezohledníte různé vědecké jemnosti spojené s definicí technických konceptů, můžeme říci, že výkon je energie generovaná pohonnou jednotkou a přeměněná na točivý moment na hřídeli. V tomto případě je výkon konstantní a jeho maximální hodnota je dosažena při určité rychlosti otáčení hřídele (uvedeno v pasových datech).

V moderních spalovacích motorech je maximální výkon dosažen při 5,5-6,6 tisíc otáček za minutu. Je pozorován při nejvyšší průměrné efektivní hodnotě tlaku ve válcích. Velikost tohoto tlaku závisí na následujících parametrech:

• kvalita palivové směsi;
• plnost spalování;
• ztráty paliva.

Výkon, jako fyzická veličina, se měří ve wattech a v automobilovém průmyslu se měří v koňských silách. Výpočty popsané v následujících metodách poskytnou výsledky v kilowattech, poté budou muset být převedeny na koňskou sílu pomocí speciální kalkulačky převodníku.

Výkon přes točivý moment

Jedním ze způsobů výpočtu výkonu je určení závislosti točivého momentu motoru na počtu otáček.

Jakýkoli okamžik ve fyzice je součinem síly na rameni její aplikace. Točivý moment-produkt síly, kterou může motor vyvinout k překonání odporu zatížení, na rameno jeho aplikace. Tento parametr určuje, jak rychle motor dosáhne svého maximálního výkonu.

Točivý moment lze definovat jako poměr součinu pracovního objemu k průměrnému účinnému tlaku ve spalovací komoře k 0,12566 (konstanta):

• M = (V_pracovní * P_efektivní) / 0,12566, kde V_pracovní - pracovní objem motoru [L], P_efektivní - efektivní tlak ve spalovací komoře [bar].

Otáčky motoru charakterizují rychlost otáčení klikového hřídele.

Pomocí hodnot točivého momentu a otáček motoru lze použít následující vzorec pro výpočet výkonu motoru:

• P = (m * n) / 9549, kde M je točivý moment [Nm], n je rychlost otáčení hřídele [ot / min], 9549 je poměr proporcionality.

Vypočítaný výkon se měří v kilowattech. Chcete-li převést vypočítanou hodnotu na koňskou sílu, musíte výsledek vynásobit koeficientem proporcionality 1,36.

Tento způsob výpočtu spočívá v použití pouze dvou elementárních vzorců, proto je považován za jeden z nejjednodušších. Je pravda, že můžete udělat ještě jednodušší a použít online kalkulačku, do které musíte zadat určité údaje o vozidle a jeho pohonné jednotce.

Stojí za zmínku, že tento vzorec pro výpočet výkonu motoru umožňuje vypočítat pouze výkon získaný na výstupu motoru, a nikoli výkon, který skutečně dosáhne kol automobilu. Jaký je rozdíl? Dokud se síla (pokud si ji představíte jako tok) dostane na kola, dojde ke ztrátě v převodovce, například. Vedlejší spotřebitelé, jako je klimatizace nebo generátor, hrají významnou roli. Nelze opomenout ztráty na překonání odporu proti zvedání, válcování a aerodynamický odpor.

Zčásti tato nevýhoda kompenzováno použitím jiných výpočtových vzorců.

Výkon přes objem motoru

Není vždy možné určit točivý moment motoru. Někdy majitelé automobilů vůbec neznají hodnotu tohoto parametru. V tomto případě lze výkon pohonné jednotky zjistit pomocí objemu motoru.

K tomu budete muset vynásobit objem jednotky otáčkami klikového hřídele a průměrným účinným tlakem. Výsledná hodnota musí být vydělena 120:

• P = (V * n * P_efektivní) / 120 kde v je zdvihový objem motoru [cm³], n – rychlost otáčení klikového hřídele [ot / min], P_efektivní - průměrný efektivní tlak [MPa], 120-konstanta, koeficient proporcionality.

Takto se provádí výpočet výkon motoru automobilu pomocí objemu jednotky.

Nejčastěji hodnota P_efektivní u benzínových motorů standardního modelu se pohybuje od 0,82 Mpa do 0,85 Mpa, u nucených motorů - 0,9 MPa a u dieselových jednotek je hodnota tlaku v rozmezí od 0,9 MPa do 2,5 MPa.

Při použití tohoto vzorce pro výpočet skutečného výkonu motoru pro převod KW na L. s., výsledná hodnota musí být vydělena koeficientem rovným 0,735.

Tato metoda výpočtu není ani zdaleka nejobtížnější a vyžaduje minimum času a úsilí.

Pomocí této metody můžete vypočítat výkon motoru čerpadla.

Výkon přes průtok vzduchu

Výkon jednotky lze také určit průtokem vzduchu. Je pravda, že tato metoda výpočtu je k dispozici pouze majitelům automobilů, kteří mají nainstalovaný palubní počítač, který vám umožní zaznamenat průtok vzduchu při 5,5 tisících otáčkách na třetím rychlostním stupni.

Pro získání přibližného výkonu motoru je nutné rozdělit spotřebu získanou za výše uvedených podmínek na tři. Vzorec vypadá takto:

• P = G / 3, Kde g je průtok vzduchu.

Tento výpočet charakterizuje provoz motoru za ideálních podmínek, to znamená bez zohlednění ztrát hnacího ústrojí, spotřebitelů třetích stran a aerodynamického odporu. Skutečný výkon je nižší než vypočítaný na 10 nebo dokonce 20%.

V souladu s tím je hodnota průtoku vzduchu stanovena v laboratorních podmínkách na speciálním stojanu, na kterém je vozidlo instalováno.

Hodnoty palubních senzorů silně závisí na jejich znečištění a na kalibraci.

Výpočet výkonu motoru na základě údajů o průtoku vzduchu proto není zdaleka nejpřesnější a nejúčinnější, ale pro získání přibližných údajů je docela vhodný.

Výkon přes hmotnost automobilu a čas zrychlení na "stovky"

Výpočet s použitím hmotnosti automobilu a jeho rychlosti zrychlení na 100 km / h je jednou z nejjednodušších metod výpočtu skutečného výkonu motoru, protože hmotnost automobilu a deklarovaná doba zrychlení na "stovky" jsou parametry pasu automobilu.

Tato metoda je relevantní pro motory pracující na jakémkoli druhu paliva-benzín, nafta, plyn - protože bere v úvahu pouze dynamiku zrychlení.

Při výpočtu stojí za zvážení hmotnost dopravní prostředek spolu s řidičem. Aby se výsledek výpočtu co nejvíce přiblížil skutečnému, stojí za zvážení také ztráty vynaložené na brzdění, prokluzování a rychlost reakce převodovky. Hraje roli a typ pohonu. Například auta s pohonem předních kol ztratí na začátku asi 0,5 sekundy, pohon zadních kol-od 0,3 sekundy do 0,4 sekundy.

Zbývá najít kalkulačku v síti pro výpočet výkonu automobilu prostřednictvím rychlosti přetaktování, zadat potřebná data a získat odpověď. Nemá smysl citovat matematické výpočty, které kalkulačka produkuje, kvůli jejich složitosti.

Výsledek výpočtu bude jedním z nejpřesnějších, blíže skutečnému.

Tato metoda výpočtu skutečného výkonu stroje je mnohými považována za nejvhodnější, protože majitelé automobilů budou muset vynaložit minimální úsilí-změřit rychlost zrychlení na 100 km/h pro čistotu experimentu a přidat další data do automatické kalkulačky.

Jiné typy motorů

Není tajemstvím, že motory se používají nejen v automobilech, ale také v průmyslu a dokonce i v každodenním životě. Motory různých velikostí najdete v továrnách – pohánějí hřídele-a také v domácích spotřebičích, jako je automatický mlýnek na maso.

Někdy je nutné vypočítat skutečný výkon a takové motory. Jak to udělat, je popsáno níže.

Je třeba okamžitě poznamenat, že výpočet výkonu třífázového motoru lze provést následujícím způsobem:

• P = M_točivý * n, kde M_točivý - točivý moment a n - rychlost otáčení hřídele.

Indukční motor

Asynchronní agregát je zařízení, jehož zvláštností je, že rychlost otáčení magnetického pole generovaného jeho statorem je vždy větší než rychlost jeho rotoru.

Princip činnosti asynchronního stroje je podobný principu činnosti transformátoru. Platí zákony elektromagnetické indukce (časově variabilní tok vinutí v něm indukuje EMF) a ampér (na vodič určité délky, kterým proudí proud umístěný v poli s určitou hodnotou indukce, působí elektromagnetická síla).

Indukční motor se obecně skládá ze statoru, rotoru, hřídele a podpěry. Stator obsahuje následující hlavní složky: vinutí, jádro, pouzdro. Rotor se skládá z jádra a vinutí.

Hlavním úkolem indukčního motoru je přeměna elektrické energie dodávané do vinutí statoru na mechanickou energii, kterou lze vyjmout z rotujícího hřídele.

Výkon indukčního motoru

V technické oblasti vědy existují tři typy energie:

• kompletní (označeno písmenem S);
• aktivní (označeno písmenem P);
• reaktivní (označeno písmenem Q).

Celkový výkon lze reprezentovat jako vektor, který má skutečnou a imaginární část (stojí za to připomenout odvětví matematiky spojené s komplexními čísly).

Skutečná část je aktivní síla, která se vynakládá na užitečnou práci, jako je otáčení hřídele, a také na uvolňování tepla.

Imaginární část je vyjádřena reaktivní silou, která se podílí na vytváření magnetického toku (označeného písmenem F).

Základem je magnetický tok princip práce asynchronní jednotka, synchronní motor, stejnosměrný stroj a transformátor.

Reaktivní výkon se používá k nabíjení kondenzátorů, vytváření magnetického pole kolem tlumivek.

Aktivní výkon se počítá jako součin proudu s napětím účiníku:

• P = I * U * cosφ.

Jalový výkon se počítá jako součin proudu s napětím o faktor výkonu, který je fázově posunut o 90°. Jinak můžete napsat:

• Q = I * U * sinφ.

Hodnota plného výkonu, pokud si pamatujete, že ji lze reprezentovat jako vektor, lze vypočítat Pythagorovou větou jako kořen součtu čtverců aktivního a jalového výkonu:

• S = (P²+Q²)^1/2.

Pokud vypočítáte vzorec celkového výkonu v obecné formě, ukáže se, že s je součin proudu napětí:

• S = I * U.

Účiník cosφ je množství numericky rovné poměru aktivní složky k plnému výkonu. Chcete-li najít sinφ, znát cosφ, musíte vypočítat hodnotu φ ve stupních a najít její sinus.

Toto je standardní výpočet výkonu motoru podle proudu a napětí.

Výpočet výkonu 3fázové asynchronní jednotky

Pro výpočet užitečného výkonu na statorovém vinutí indukčního 3fázového motoru vynásobte fázové napětí fázovým proudem a účiníkem a výslednou hodnotu výkonu vynásobte třemi (podle počtu fází):

• P_stator = 3 * U_F * I_F * cosφ.

Výpočet výkonu el. výkon, který je odstraněn z hřídele motoru, se provádí takto:

• P_koncová = P_stator – P_ztrát.

V indukčním motoru dochází k následujícím ztrátám:

• elektrické ve vinutí statoru;
• v oceli jádra statoru;
• elektrické ve vinutí rotoru;
• mechanické;
• dodatečné.

Pro výpočet výkonu třífázového motoru ve vinutí statoru, které má reaktivní charakter, je nutné přidat tři složky tohoto typu výkonu, a to:

• jalový výkon spotřebovaný k vytvoření rozptylového toku vinutí statoru;
• jalový výkon spotřebovaný k vytvoření rozptylového proudu vinutí rotoru;
• jalový výkon vynaložený na vytvoření hlavního proudu.

Proudový výkon v asynchronním motoru se většinou vynakládá na vytvoření variabilního elektromagnetického pole, ale část energie se vynakládá na vytváření rozptylových toků. Rozptylové toky oslabují hlavní magnetický tok a snižují efektivita práce asynchronní agregát.

Proudový výkon

Výpočet výkonu indukčního motoru lze provést pomocí aktuálních dat. K tomu je třeba provést následující kroky:

1. Napájení motoru.
2. Pomocí ampérmetru změřte proud v každé zatáčce.
3. Vypočítejte průměrnou hodnotu proudu podle výsledků měření provedených ve druhém odstavci.
4. Vynásobte průměr proudu napětím. Získáte sílu.

Výkon lze vždy vypočítat jako součin proudu napětí. Při to je důležité přesně vědět, jaké hodnoty U A I byste měli vzít. V tomto případě je u napájecí napětí, jedná se o konstantní hodnotu a I se může lišit podle toho, na kterém vinutí (stator nebo rotor) se měří proud, takže je nutné zvolit přesně jeho průměrnou hodnotu.

Výkon podle rozměrů

Stator má mnoho různých složek, z nichž jednou je jádro. Pro výpočet výkonu motoru pomocí rozměrů byste měli provést následující kroky:

1. Změřte délku a průměr jádra.
2. Vypočítejte konstantu C, která bude použita při dalším výpočtu. C = (π * D * n) / (120 * f), kde D je průměr jádra, n je rychlost otáčení hřídele, f je frekvence napětí (nejčastěji je to průmyslová frekvence 50 Hz).
3. Vypočítejte výkon P pomocí vzorce P = C * D² * l * n * 10^-6, kde C je vypočtená konstanta, D je průměr jádra, n je rychlost otáčení hřídele, l je délka jádra.

Je lepší provádět všechna měření a výpočty s maximální přesností, aby byl výpočet výkonu motoru elektrického pohonu co nejblíže realitě.

Síla tažné síly

Výkon indukčního motoru lze také určit pomocí hodnoty tažné síly. K tomu budete muset změřit poloměr jádra( čím přesněji, tím lépe), opravit, jakou rychlostí se hřídel jednotky otáčí, a také měřit trakční sílu motoru pomocí dynamometru.

Všechna data musí být nahrazena následujícím vzorcem:

• P = 2 * π * f * n * r, kde F je tažná síla, N je rychlost otáčení hřídele, r je poloměr jádra.

Nuance indukčního motoru

Všechny výše uvedené vzorce, které se používají pro výpočet výkonu třífázového motoru, umožňují učinit důležitý závěr, že motory mohou mít různé rozměry, mají různé otáčky, ale nakonec mají stejný výkon.

To umožňuje konstruktérům vytvářet modely motorů, které lze použít v nejrozmanitější podmínkách.

Stejnosměrný motor

Stejnosměrný motor se nazývá stroj, který převádí elektrický výkon získaný ze stejnosměrného proudu na mechanický. Princip jeho činnosti má málo společného s asynchronním strojem.

Stejnosměrný motor se skládá ze statoru, kotvy a podpěry, jakož i kontaktních kartáčů a kolektoru.

Kolektor-zařízení, které převádí střídavý proud na stejnosměrný proud (a naopak).

Pro výpočet užitečného výkonu takové jednotky, která je vynaložena na provedení jakékoli práce, stačí vynásobit EMF kotvy proudem kotvy:

• P = E_a * I_a.

Jak je vidět, výpočet výkonu stejnosměrného motoru je mnohem jednodušší než výpočty prováděné v indukčním motoru.