Как рассчитать мощность двигателя у мотоцикла

Как рассчитать потребляемую мощность двигателя

В этой статье мы разберем, что такое мощность трехфазного асинхронного двигателя и как ее рассчитать.

Понятие мощности электродвигателя

Мощность – пожалуй, самый важный параметр при выборе электродвигателя. Традиционно она указывается в киловаттах (кВт), у импортных моделей – в киловаттах и лошадиных силах (л.с., HP, Horse Power). Для справки: 1 л.с. приблизительно равна 0,75 кВт.

На шильдике двигателя указана номинальная полезная (отдаваемая механическая) мощность . Это та мощность, которую двигатель может отдавать механической нагрузке с заявленными параметрами без перегрева. В формулах номинальная механическая мощность обозначается через Р2.

Электрическая (потребляемая) мощность двигателя Р1 всегда больше отдаваемой Р2, поскольку в любом устройстве преобразования энергии существуют потери. Основные потери в электродвигателе – механические, обусловленные трением. Как известно из курса физики, потери в любом устройстве определяются через КПД (ƞ), который всегда менее 100%. В данном случае справедлива формула:

КПД в двигателях зависит от номинальной мощности – у маломощных моделей он может быть менее 0,75, у мощных превышает 0,95. Приведенная формула справедлива для активной потребляемой мощности. Но, поскольку электродвигатель является активно-реактивной нагрузкой, для расчета полной потребляемой мощности S (с учетом реактивной составляющей) нужно учитывать реактивные потери. Реактивная составляющая выражается через коэффициент мощности (cosϕ). С её учетом формула номинальной мощности двигателя выглядит так:

Мощность и нагрев двигателя

Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°С и ограничена предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом в двигателе с точки зрения перегрева является изоляция, мощность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°С при температуре окружающей среды 40°С.

В документации на электродвигатели приводятся данные, из которых видно, что номинальная мощность двигателя падает при повышении температуры окружающей среды. С другой стороны, при должном охлаждении двигатели могут длительное время работать на мощности выше номинала.

Мы рассмотрели потребляемую и отдаваемую мощности, но следует сказать, что реальная рабочая потребляемая мощность P (мощность на валу двигателя в данный момент) всегда должна быть меньше номинальной:

Это необходимо для предотвращения перегрева двигателя и наличия запаса по перегрузке. Кратковременные перегрузки допустимы, но они ограничены прежде всего нагревом двигателя. Защиту двигателя по перегрузке также желательно устанавливать не по номинальному току (который прямо пропорционален мощности), а исходя из реального рабочего тока.

Современные производители в основном выпускают двигатели из ряда номиналов: 1,5, 2,2, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22 кВт и т.д.

Расчет мощности двигателя на основе измерений

На практике мощность двигателя можно рассчитать, прежде всего, исходя из рабочего тока. Ток измеряется токовыми клещами в максимальном рабочем режиме, когда рабочая мощность приближается к номинальной. При этом температура корпуса двигателя может превышать 100 °С, в зависимости от класса нагревостойкости изоляции.

Измеренный ток подставляем в формулу для расчета реальной механической мощности на валу:

Р = 1,73 · U · I · cosϕ · ƞ , где

  • U – напряжение питания (380 или 220 В, в зависимости от схемы подключения – «звезда» или «треугольник»),
  • I – измеренный ток,
  • cosϕ и ƞ – коэффициент мощности и КПД, значения которых можно принять равными 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью более 15 кВт.

Если нужно найти номинальную мощность двигателя, то полученный результат округляем в бОльшую сторону до ближайшего значения из ряда номиналов.

Если необходимо рассчитать потребляемую активную мощность , используем следующую формулу:

Именно активную мощность измеряют счетчики электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной (и полной мощности S) применяют дополнительное оборудование. При данном способе можно не использовать приведенную формулу, а поступить проще – если двигатель подключен в «звезду», измеренное значение тока умножаем на 2 и получаем приблизительную мощность в кВт.

Читайте также:  Сколько ресурс двигателя акцента

Расчет мощности при помощи счетчика электроэнергии

Этот способ прост и не требует дополнительных инструментов и знаний. Достаточно подключить двигатель через счетчик (трехфазный узел учета) и узнать разницу показаний за строго определенное время. Например, при работе двигателя в течении часа разница показаний счетчика будет численно равна активной мощности двигателя (Р1). Но чтобы получить номинальную мощность Р2, нужно воспользоваться приведенной выше формулой.

Источник

Калькулятор мощности и динамики разгона [ v 2.2 ]

Масса автомобиля кг.

Время разгона без учета сцепления с дорогой сек.

Мощность двигателя л.с.

Привод:***
передний
задний.

Коэффициент сцепления резины с дорогой Примечание: выбрать из таблицы (столбец замедление) или рассчитать здесь.

Величина потерь в трансмиссии %. (3% — МКПП и РКПП, 5% — АКПП, Моно-привод — 2%, Полный привод — 5%. В сумме: от 6% до 10% )

Время переключения передач сек.(МКПП — 0.5 с., АКПП — 0,3 с., РКПП — 0,1 с., DSG/PDK 0,0 c.)

Средняя мощность на преодоление сопротивления воздуха л.с.**

Разгон от 0 до км/ч

Результат:

Сравнительная таблица с техническими данными:

Марка Модель Год Начала Выпуска Масса, кг. Мощ-ть, лс. КПП и привод. 0-100 км/ч, с. (офиц.) Примечания.
BMW M5 2013 1945 560 РКПП, задний 4,3 Для разгона до 100 км/ч требуется 3 передачи, необходимо увеличивать время на переключение передач.
Видео
BMW 1M 2011 1495 340 МКПП, задний 4,9 Фактическая мощность двигателя 360-380 л.с. в стоке
BMW M3 2000 1570 343 МКПП, задний 5,2
BMW M3 2013 1520 431 РКПП, задний 4,1
Porsche Cayenne Turbo S 2013 2170 550 АКПП, полный 4,5
Corvette ZR1 2008 1508 647 МКПП, задний 3,4 Разгоняется до 110 км/ч на 1 передаче.
По расчетам, для разгона за 3,4 сек. требуется не более 350 л.с. на колесах. При идеальном сцеплении с дорогой, на гоночных сликах должен разгоняться за 2,1 сек. !
Porsche 911 Turbo S 2014 1605 560 DSG, полный 3,1
Nissan GT-R 2012 1750 550 РКПП, полный 2,7 Хаха, Nissan, спасибо класным ребятам из отдела маркетинга за такой впечатляющий разгон! Законы физики? Не, не слышали.
Реальный результат 3,3-3,5 сек.
Видео

Примечания:

Зависимость мощность теряющейся на сопростивление воздуху в зависимости от скорости легкового автомобиля. Плотность воздуха принята при температуре 20 градусов, площадь автомобиля 2,65 м2 (легковой), коэффициент лобового сопротивления 0,28.

* На одно переключение (с 1 на 2 передачу) тратится: у АКПП: 0,3 сек., у МКПП в среднем 0.5 сек. У некоторых автомобилей, например BMW M5 F10 2012, для достижения 100 км/ч требуется еще одно переключение на 3 передачу. В очень редких случаях, например Corvette ZR-1, разгон до 100 км/ч возможен без переключений, на 1 передаче. В случае с роботизированными коробками с двумя сцеплениями (PDK, DSG) переключения происходят без прекращения передачи крутящего момента.

** на 100 км/ч у легковых автомобилей потери от сопротивления воздуху около 13 л.с. , среднее значение при разгона от 0 до 100 км/ч — 5 л.с., для внедорожников средние потери — 10 л.с. Сопротивление воздуху растет нелинейно. На скорости 200 км/ч потери уже порядка 100 л.с.

На полном приводе ускорение, на гражданской резине, достигает 1g, а на заднем только 0,8g. По личным замерам — задняя ось загружается на 75% при разгоне. [Источник: motrolix.com ]

*** Итоговое ускорение не может превышать коэффициент сцепления колес с дорогой. В свою очередь, коэффициент сцепления необходимо корректировать, учитывая привод автомобиля и загрузку ведущих колес. При использовании полного привода итоговый коэффициент равен коэффициенту трения резины. При использовании заднего или переднего привода итоговый коэффициент сокращается на 25 или 50%, в зависимости от того, какой вес приходится на ведущие колеса.

Александр Панкратов

Про бензин. [ Обновлена х1 ]
Обзор шин Cooper ZEON 2XS. Жизнь после Michelin Pilot Sport PS2.
Про фильтры нулевого сопротивления и нейтрализаторы.

Костя

Привет. Огромное спасибо за калькулятор!

Использовал твои расчеты при создании своей игрушки.
Но в переработанном виде.
Самым главным новшеством является расчет потерь мощности на преодоление воздуха.
http://test2.u40260.netangels.ru/game

Александр Панкратов

Заценил игрушку — очень прикольно!
Правда с произвольными машинами выиграть ни разу не получилось 🙂

Рад, что расчеты пригодились.

Костя

Да там дело привычки. Все равно игру еще балансировать и балансировать.

Костя

Ваш калькулятор полное ГОВНО.
Нет учета типа двигателя, или вы хотите сказать, что дизельный мотор с такими же лошадями будет также разгоняться как и бензиновый.

admin

Небольшая погрешность будет, но вернее выбирать между атмосферными и надувными двигателями (у последних диапазон оборотов с максимальным моментом гораздо шире), а не бензиновыми или дизельными.

Однако, учитывая, что сейчас большая часть автомобилей оснащается 6-9 ступенчатыми АКПП И РКПП, настроенными на поддержание оборотов в диапазоне максимальной мощности, и меняющими передачи практически без разрыва мощности — обьективной разницы не будет вообще.

Точнее разница в разгоне есть всегда, даже у одного и того же автомобиля, но это уже погрешность измерений, которую предсказать невозможно.

Если вас интересует, отличаются ли с точки зрения эксплуатационных характеристик, современные бензиновые или дизельные двигатели можете ознакомится со следующей ссылкой: http://www.tech-drive.ru/?p=628

Костя

Ого, кто-то с моим именем пишет гадости. Если что, это не я про говно писал. 😀

Сергей

Отличный калькулятор,и на стенд ехать не надо.Рассчитывал Октавию 1.8Т 2001г.вып.,так вот,при весе 1250кг и мощности 150л.с — показал ровно 8.4сек до сотни,что в точности соответствует паспортным данным.
Изначально планировалось узнать насколько увеличилась мощность после тюнинга имея при этом данные о весе а также замеренное время разгона до 100.
Сейчас разгон до сотни составляет 6сек,а значит мощность равна 220 л.с.
Респект и уважение автору.

Михаил

У меня тоже всё совпало с фактическими характеристиками. Мицубиси Галант 2.0/АТ 136 л.с., разгон до 100 за 10,6 сек. — youtube.com/watch?v=t-EP0fOYpto
Если автору интересно, есть видео с разгонами до 100 и других «мицубисей» за последние 100 лет 🙂
https://www.youtube.com/watch?v=9_m0-iKtoPI

Андрей

Автор, у вас ошибка в калькуляторе. Мощность вы считаете в киловатах, а выводите как лошадиные силы. Надо добавить конвертацию перед выводом.

Александр Панкратов

Большое спасибо за сообщение об ошибке! Но просто исправить ошибку не получится, надо править и коэффициенты потерь мощности и распределения массы. Сейчас показатели очень хорошо совпадают с наблюдениями. Видимо, я компенсировал баг коэффициентами 🙂

Александр Панкратов

Обновил расчет и коэффициенты.

Алик Кила

Что стало с калькулятором в версии 2,2? Раньше по-моему считал корректнее, не для всех машин конечно, для атмосферных как правило показывал быстрее порой чем паспортные и фактические данные.
На примере моей машины показывал например более менее правдивую картину, да и вообще как правило для турбовых было более менее правдиво.
Итак, имеем Субару Легаси 2,0 турбо, полный привод, автомат, 260 л.с. масса авто по тех.данным 1460 кг. Вводим массу(1460кг), мощность(260л.с.), потери в трансмиссии(10%), время переключения (0,6сек, так как до сотки 2 переключения) и получаем 7,22сек 0-100! Но это в идеальном варианте, вводим фактическую массу с водителем 1600 кг., остальное не меняем — получаем 7,86сек 0-100! По факту тачка едет быстрее даже без лаунча, порядка 7,5 сек., с двух педалей — 6,5-6,6 сек. По холоду получалось и того быстрее, лучшее 6,1 сек 0-100!

Александр Панкратов

В комментариях выше видно, что в феврале 2020 пользователь нашел ошибку в расчетах. После устранения пришлось менять коэффицинты, время переключения и тд… что бы вернуть цифры к правдоподобным.

Посмотрел видео, типа этого: https://www.youtube.com/watch?v=E2YZc7wTBZg
Разгон 0-100 занял 7.13 сек, с одним переключением с первой на вторую. Массу водителя добавлять не надо, она включается в снаряженную массу.

Вижу, что есть отклонения +-5%, но пока не понятно, что еще поправить, что бы было точнее…

Алик Кила

Видео с Аутбэком не отражает динамику Легаси. Аутбэк с мотором 3,6 атмо, и вариатор у него (имитирует переключения)
Про массу понятно, но то что написано в тех данных порой расходится с реальностью. Понимаю, что очень трудно рассчитать калькулятором разгон авто, потому как очень много факторов влияет на это, все машины едут по разному. В целом для каких-то авто наверное примерно правду и считает, для каких-то показывает даже хуже паспорта, при этом машины могут выезжать из него.
Для турбо возможно на цифры калькулятора можно смотреть предполагая, что он считает без «лаунча», потому что такое учесть невозможно.
Вот мои видео разгона:
https://www.youtube.com/watch?v=qJOnPNMRkUc — с лаунча один из лучших.
https://www.youtube.com/watch?v=r-MFkfVBLvU — стабильный с лаунча (+-0,04сек)
Данные авто в первом сообщениии.

Александр Панкратов

Спасибо за видео. Калькулятор считает исходя из принципа, что мотор всегда находится в диапазоне оптимальной мощности (тот самый launch control). В реальной жизни цифры должны быть хуже.

Я подозреваю, что производители могут просто занижать мощность некоторых автомобилей. Такое в прошлом часто встречалось.

Так же смотрел данные по динамометрическим испытаниям и там вообще писали, что нельзя сравнивать лошадинные силы полученные на разных стендах. Можно сравнивать только прогоны на одном стенде, что бы выяснить относительное изменение мощности.

А перевод колесных сил в моторные на стендах делается просто умножением на коэффициент потерь, но эти коэффицинты могут составлять до 30%, что мне кажется полным бредом. 30% это, обычно, более 100 квт. Куда уходит такой огромный обьем энергии? Если бы он нагревал трансмиссию, то она бы просто расплавилась.

Возможно надо складывать потери из двух компонент: постоянной и переменной. Но где взять объективные цифры — непонятно.

Sadikzhan

Раньше калкулятор разгона с погрешностями +-0.05

0.1с показала (в моих условиях) !
Шас уже целый 1.2

1.6 секунд врет хот как напишеш! К автору совет : лучше 2.1 версию опять залейте пожалуста или надо польностью исправить корректность расчеты ! В инете самый чёткий разгон калкулятор от tech-drive был реально , а шас он тоже врет больше других . Пожалуста исправте автор .

Александр Панкратов

Спасибо, за ваш отзыв!

Я посмотрю, как еще можно улучшить текущие расчеты. В старом калькуляторе была очень серьезная ошибка, более 30% (перевод из киловатт в лс. отсутствовал). Она была замаскирована параметрами, которые я подбирал под фактические данные о мощности и динамике разгона. Значит я постараюсь уточнить эти параметры (время переключения передач и потери в трансмиссии).

Алик Кила

Снова поигрался калькулятором на примере нескольких авто, замеры которых видел по приборам Racelogic, Speedlog, DragOn. На этот раз взял атмосферные авто.
Итак: Субару Легаси 2.0R, 180 л.с., полный привод, автомат, масса 1380 кг, вводим все данные, получаем — 9,43 сек 0-100. В целом близко, такие машины едут быстрее 10 сек как раз, 9,6-9,9!
Субару Легаси 2.5i, 177 л.с., полный привод, автомат, масса 1420 кг, вводим все данные, получаем — 9,86 сек 0-100. Снова калькулятор не ошибся, такие едут тоже как правила около 10 сек.
Субару Легаси 3.0R, 250 л.с., полный привод, автомат, масса 1470 кг, вводим все данные, получаем — 7,24 сек 0-100. «Трешки» едут в районе 7,4-7,6 сек. В общем калькулятор и тут неплохо посчитал.
Далее: Тойота МаркХ (120) 2,5л, 215 л.с., задний привод, автомат, масса 1510 кг, вводим данные, получаем — 8,39 сек 0-100. Видел замеры, едут 8-8,5 сек такие. Расчет верный выходит.
Тойота МаркХ (130) 2,5л, 203 л.с., задний привод, автомат, масса 1510 кг, вводим данные, получаем — 8,88 сек 0-100. Видел замер, машина ехала 8,9 еск.
Тойота МаркХ (120) 3,0л, 256 л.с., задний привод, автомат, масса 1520 кг, вводим данные, получаем — 7,11 сек 0-100. «Трешки» и едут в районе 7 сек.

Для турбо машин полноприводных почему то калькулятор считает более медленный разгон как правило, иногда попадает, но современные авто с турбиной, быстрее и порой значительно, чем по расчету!

Источник

Adblock
detector