חישוב כוח המנוע: שיטות ונוסחאות נחוצות

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-15 17:24

מישהו צריך לחשב את ההספק של היחידה המנועית כדי לחשב את מס הרכב. לחלק חשוב לחשב באופן עצמאי את הספק של מנוע המדחס. חשוב שמישהו יידע בדיוק את כוחה של המכונה כדי להשוות אותה לזו שהוצהרה. באופן כללי, חישוב הספק ובחירת מנוע הם שני תהליכים בלתי נפרדים.

אלו הן הסיבות היחידות מדוע נהגים מנסים לחשב באופן עצמאי את הספק המנועים של המכוניות שלהם. זה די קשה לעשות בלי הנוסחאות הדרושות לחישוב. הם יינתנו במאמר זה כדי שכל נהג יוכל לחשב לעצמו כמה כוח המנוע האמיתי של המכונית שלו.

מבוא

ישנן לפחות ארבע דרכים נפוצות לחישוב הספק של מנוע בעירה פנימית. בשיטות אלה נעשה שימוש בפרמטרים הבאים של יחידת ההנעה:

1. Turnovers.
2. Volume.
3. סובברגע.
4. לחץ אפקטיבי בתוך תא הבעירה.

לחישובים, אתה צריך לדעת את משקל המכונית, כמו גם את זמן התאוצה ל-100 קמ ש.

לכל אחת מהנוסחאות הבאות לחישוב כוח המנוע יש שגיאה כלשהי ואינה יכולה לתת תוצאה מדויקת של 100%. יש לקחת זאת תמיד בחשבון בעת ניתוח הנתונים שהתקבלו.

אם מחשבים את ההספק באמצעות כל הנוסחאות שיתוארו במאמר, תוכלו לגלות את הערך הממוצע של ההספק האמיתי של המנוע, והפער עם התוצאה בפועל תהיה לא יותר מ-10 %.

אם לא ניקח בחשבון את הדקויות המדעיות השונות הקשורות להגדרת מושגים טכניים, אז נוכל לומר שהכוח הוא האנרגיה שנוצרת מיחידת ההנעה ומומרת למומנט על הציר. יחד עם זאת, הספק הוא ערך משתנה, והערך המרבי שלו מושג במהירות סיבוב ציר מסוימת (מצוין בנתוני הדרכון).

במנועי בעירה פנימית מודרניים מגיעים להספק המרבי ב-5, 5-6, 6 אלף סיבובים לדקה. הוא נצפה בערך האפקטיבי הממוצע הגבוה ביותר של לחץ בגלילים. הערך של לחץ זה תלוי בפרמטרים הבאים:

• איכות תערובת הדלק;
• שלמות בעירה;
• הפסד דלק.

הספק, ככמות פיזית, נמדד בוואט, בעוד שבתעשיית הרכב הוא נמדד בכוח סוס. החישובים המתוארים בשיטות שלהלן יתנו תוצאות בקילו-וואט, ואז יהיה צורך להמיר אותן לכוחות סוס באמצעותמחשבון-ממיר מיוחד.

Power Through Torque

דרך אחת לחישוב ההספק היא לקבוע את התלות של מומנט המנוע במספר הסיבובים.

כל רגע בפיזיקה הוא תוצר של כוח על כתף היישום שלו. מומנט הוא תוצר של הכוח שהמנוע יכול לפתח כדי להתגבר על התנגדות העומס, על ידי כתף היישום שלו. פרמטר זה הוא שקובע באיזו מהירות המנוע מגיע להספק המרבי שלו.

ניתן להגדיר מומנט כיחס בין התוצר של נפח העבודה והלחץ האפקטיבי הממוצע בתא הבעירה ל-0.12566 (קבוע):

• M=(V_working P_effective)/0, 12566, כאשר V_{working– נפח מנוע [l], P}effective _{– לחץ יעיל בתא הבעירה [בר].}

מהירות המנוע מאפיינת את מהירות הסיבוב של גל הארכובה.

באמצעות מומנט מנוע וערכי סל ד, ניתן להשתמש בנוסחה הבאה לחישוב כוח המנוע:

P=(Mn)/9549, כאשר M הוא מומנט [Nm], n הוא מהירות הציר [rpm], 9549 הוא גורם מידתיות

הספק מחושב נמדד בקילו-וואט. כדי להמיר את הערך המחושב לכוחות סוס, עליך להכפיל את התוצאה בגורם מידתיות של 1, 36.

שיטת חישוב זו מורכבת משימוש רק בשתי נוסחאות יסוד, ולכן היא נחשבת לאחת הפשוטות ביותר. נכון, אתה יכול לעשות יותרקל יותר והשתמש במחשבון המקוון, שבו עליך להזין נתונים מסוימים על המכונית ויחידת המנוע שלה.

כדאי לציין שנוסחה זו לחישוב כוח המנוע מאפשרת לחשב רק את ההספק שמתקבל בהספק המנוע, ולא את זה שמגיע בפועל לגלגלי המכונית. מה ההבדל? כל עוד הכוח (אם חושבים על זה כזרימה) מגיע לגלגלים, הוא חווה הפסדים בתיק ההעברה, למשל. גם צרכנים משניים כמו מזגן או גנרטור משחקים תפקיד משמעותי. אי אפשר שלא להזכיר את ההפסדים כדי להתגבר על ההתנגדות להרמה, גלגול, כמו גם התנגדות אווירודינמית.

חיסרון זה מקוזז בחלקו על ידי שימוש בנוסחאות חישוב אחרות.

כוח באמצעות מנוע

לא תמיד ניתן לקבוע את מומנט המנוע. לפעמים בעלי רכב אפילו לא יודעים את הערך של פרמטר זה. במקרה זה, ניתן למצוא את הכוח של יחידת ההנעה באמצעות עוצמת הקול של המנוע.

כדי לעשות זאת, עליך להכפיל את נפח היחידה במהירות גל הארכובה, כמו גם בלחץ האפקטיבי הממוצע. יש לחלק את הערך המתקבל ב-120:

• P=(VnP_efficient)/120 כאשר V הוא נפח המנוע [cm³], n הוא מהירות סיבוב גל ארכובה [rpm], P_{effective – לחץ אפקטיבי ממוצע [MPA], 120 – קבוע, גורם מידתיות.}

כך מחושב כוח המנוע של מכוניתבאמצעות נפח היחידה.

לרוב, הערך של P_{effective במנועי בנזין מדגם סטנדרטי משתנה בין 0.82 MPa ל-0.85 MPa, במנועים מאולצים - 0.9 MPa, וביחידות דיזל ערך הלחץ הוא בין 0.9 MPa ל-2.5 MPa.}

כאשר משתמשים בנוסחה זו לחישוב ההספק האמיתי של המנוע, כדי להמיר קילוואט ל-hp. s., יש צורך לחלק את הערך המתקבל בגורם השווה ל-0, 735.

שיטת החישוב הזו גם רחוקה מלהיות המסובכת ביותר ולוקחת מינימום של זמן ומאמץ.

באמצעות שיטה זו, אתה יכול לחשב את ההספק של מנוע המשאבה.

כוח באמצעות זרימת אוויר

ניתן לקבוע את עוצמת היחידה גם לפי זרימת האוויר. נכון, שיטת חישוב זו זמינה רק לאותם בעלי רכבים שמותקן בהם מחשב מותקן המאפשר לרשום צריכת אוויר ב-5.5 אלף סיבובים בהילוך שלישי.

כדי לקבל את ההספק המשוער של המנוע, יש צורך לחלק את הצריכה המתקבלת בתנאים לעיל בשלוש. הנוסחה נראית כך:

P=G/3, כאשר G הוא קצב זרימת האוויר

חישוב זה מאפיין את פעולת המנוע בתנאים אידיאליים, כלומר מבלי לקחת בחשבון הפסדי העברה, צרכני צד שלישי וגרר אווירודינמי. ההספק האמיתי נמוך ב-10 או אפילו ב-20% מהכוח המחושב.

בהתאם לכך, כמות זרימת האוויר נקבעת במעבדה על מעמד מיוחד עליו מותקנת המכונית.

קריאת חיישנים על הסיפון תלויה מאוד בזיהום שלהםומכיול.

לכן, חישוב הספק המנוע על סמך נתוני צריכת אוויר רחוק מלהיות המדויק והיעיל ביותר, אך הוא מתאים למדי לקבלת נתונים משוערים.

כוח דרך מסת המכונית וזמן האצה ל"מאות"

חישוב באמצעות משקל המכונית ומהירות התאוצה שלה ל-100 קמ"ש היא אחת השיטות הפשוטות ביותר לחישוב ההספק האמיתי של המנוע, מכיוון שמשקל המכונית וזמן התאוצה המוצהר ל"מאות " הם הפרמטרים של הדרכון של המכונית.

שיטה זו רלוונטית למנועים הפועלים על כל סוג של דלק - בנזין, דיזל, גז - כי היא לוקחת בחשבון רק את הדינמיקה של התאוצה.

בעת החישוב יש צורך לקחת בחשבון את משקל הרכב יחד עם הנהג. כמו כן, על מנת להביא את תוצאת החישוב קרוב ככל האפשר למציאותית, כדאי לקחת בחשבון את ההפסדים שהושקעו בבלימה, החלקה, כמו גם את מהירות התגובה של תיבת ההילוכים. גם סוג הכונן משחק תפקיד. לדוגמה, מכוניות הנעה קדמית מאבדות כ-0.5 שניות בהנעה, מכוניות הנעה אחוריות מ-0.3 שניות ל-0.4 שניות.

נותר למצוא מחשבון ברשת כדי לחשב את הספק של מכונית באמצעות מהירות התאוצה, להזין את הנתונים הדרושים ולקבל תשובה. זה לא הגיוני לתת את החישובים המתמטיים שהמחשבון עושה, בגלל המורכבות שלהם.

תוצאת החישוב תהיה אחת המדויקות ביותר, קרובה לאמיתית.

שיטה זו לחישוב הכוח האמיתי של מכונית נחשבת בעיני רבים לנוחה ביותר, מכיוון שבעלי רכב יצטרכו לעשות מינימום מאמץ - למדוד את מהירות התאוצה ל100 קמ ש והזן נתונים נוספים למחשבון האוטומטי.

סוגי מנועים אחרים

זה לא סוד שמנועים משמשים לא רק במכוניות, אלא גם בתעשייה ואפילו בחיי היומיום. ניתן למצוא מנועים בגדלים שונים במפעלים - פירי הנעה - ובמכשירי חשמל ביתיים כמו מטחנות בשר אוטומטיות.

לפעמים אתה צריך לחשב את ההספק האמיתי של מנועים כאלה. כיצד לעשות זאת מתואר להלן.

כדאי לציין מיד שחישוב ההספק של מנוע תלת פאזי יכול להתבצע באופן הבא:

• P=M_torquen, כאשר M_{torque הוא מומנט ו-n הוא מהירות הציר.}

מנוע אינדוקציה

יחידה אסינכרונית היא מכשיר, שהמיוחד בו הוא שתדירות הסיבוב של השדה המגנטי שנוצר מהסטטור שלו תמיד גדולה יותר מתדירות הסיבוב של הרוטור שלו.

עקרון הפעולה של מכונה אסינכרונית דומה לעקרון הפעולה של שנאי. חוקי האינדוקציה האלקטרומגנטית מיושמים (הצמדת השטף המשתנה בזמן של הפיתול משרה בו EMF) ואמפר (כוח אלקטרומגנטי פועל על מוליך באורך מסוים, שדרכו זורם זרם בשדה בעל ערך מסוים של אינדוקציה).

מנוע אינדוקציה מורכב בדרך כלל מסטאטור, רוטור, ציר ותמיכה. הסטטור כולל את המרכיבים העיקריים הבאים: סלילה, ליבה, דיור. הרוטור מורכב מליבה ומתפתל.

המשימה העיקרית של מנוע אינדוקציה היא להפוךאנרגיה חשמלית, המסופקת לליפוף הסטטור, לאנרגיה מכנית, אותה ניתן להסיר מפיר מסתובב.

הספק מנוע אסינכרוני

בתחום הטכני של המדע, ישנם שלושה סוגים של כוח:

• מלא (מסומן באות S);
• פעיל (מסומן באות P);
• reactive (מסומן באות Q).

הספק הכולל יכול להיות מיוצג כווקטור שיש לו חלק ממשי וחלק דמיוני (כדאי לזכור את הקטע של המתמטיקה הקשור למספרים מרוכבים).

החלק האמיתי הוא הכוח הפעיל שמושקע בביצוע עבודה שימושית כמו סיבוב הפיר, כמו גם יצירת חום.

החלק הדמיוני מתבטא בכוח התגובה שלוקח חלק ביצירת השטף המגנטי (מסומן באות F).

זה השטף המגנטי שעומד בבסיס עקרון הפעולה של יחידה אסינכרונית, מנוע סינכרוני, מכונת DC ושנאי.

הספק תגובתי משמש לטעינת קבלים, יצירת שדה מגנטי סביב משנקים.

הספק פעיל מחושב כמכפלה של זרם ומתח ומקדם הספק:

P=IUcosφ

הספק תגובתי מחושב כמכפלה של זרם ומתח ומקדם הספק 90° מחוץ לפאזה. אחרת, אתה יכול לכתוב:

Q=IUsinφ

הערך של הספק הכולל, אם אתה זוכר שניתן לייצג אותו כווקטור,ניתן לחשב באמצעות משפט פיתגורס כסכום השורש של ריבועי הכוח הפעיל והתגובתי:

S=(P²+Q²)^1/2.

אם מחשבים את נוסחת ההספק הכולל בצורה כללית, מתברר ש-S הוא מכפלה של זרם ומתח:

S=IU

גורם כוח cosφ הוא ערך השווה מספרית ליחס בין הרכיב הפעיל להספק הנראה. כדי למצוא sinφ, בידיעת cosφ, עליך לחשב את הערך של φ במעלות ולמצוא את הסינוס שלו.

זהו חישוב כוח מנוע סטנדרטי המבוסס על זרם ומתח.

חישוב ההספק של יחידה אסינכרונית תלת פאזית

כדי לחשב את ההספק השימושי בפיתול הסטטור של מנוע אסינכרוני תלת פאזי, הכפל את מתח הפאזה בזרם הפאזה ובגורם ההספק, והכפיל את ערך ההספק המתקבל בשלוש (במספר הפאזות):

• P_stator=3U_fI_fcosφ.

חישוב כוח el. של מנוע פעיל, כלומר הכוח המוסר מציר המנוע, מופק באופן הבא:

• P_output=P_stator – P_loss.

ההפסדים הבאים מתרחשים במנוע אינדוקציה:

• חשמלי בפיתול הסטטור;
• בפלדת ליבת סטטור;
• חשמלי בפיתול הרוטור;
• מכני;
• Additional.

לחשב את ההספק של מנוע תלת פאזי בפיתול סטטור עם תגובתיתו, יש צורך להוסיף את שלושת המרכיבים של סוג זה של כוח, כלומר:

• הספק תגובתי נצרך כדי ליצור את שטף הדליפה של פיתול הסטטור;
• הספק תגובתי נצרך כדי ליצור את שטף הדליפה של פיתול הרוטור;
• כוח תגובתי המשמש ליצירת הזרם הראשי.

הספק תגובתי במנוע אסינכרוני מושקע בעיקר ביצירת שדה אלקטרומגנטי לסירוגין, אך חלק מהכוח מושקע ביצירת שטפים תועים. שטפים תועים מחלישים את השטף המגנטי הראשי ומפחיתים את היעילות של היחידה האסינכרונית.

כוח נוכחי

חישוב של כוח מנוע אינדוקציה יכול להתבצע באמצעות נתונים נוכחיים. כדי לעשות זאת, בצע את השלבים הבאים:

1. הפעל את המנוע.
2. באמצעות מד זרם, למדוד את הזרם בכל סיבוב.
3. חשב את הערך הנוכחי הממוצע על סמך תוצאות המדידות שנלקחו בפסקה השנייה.
4. כפל את הזרם הממוצע במתח. קבל כוח.

הספק תמיד יכול להיות מחושב כמכפלה של זרם ומתח. במקרה זה, חשוב לדעת אילו ערכים של U ושלי יש לקחת. במקרה זה, U הוא מתח האספקה, זהו ערך קבוע, ואני יכול לשנות בהתאם לאיזו פיתול (סטטור או רוטור) הזרם נמדד, ולכן יש צורך לבחור את הערך הממוצע שלו.

כוח לפי מידה

לסטטור יש רכיבים רבים ושונים, שאחד מהם הוא הליבה. כדי לחשב כוח מנוע עםבאמצעות מידות, בצע את הפעולות הבאות:

1. מדוד את האורך והקוטר של הליבה.
2. חשב את הקבוע C, שישמש בחישובים נוספים. C=(πDn)/(120f)
3. חשב את החזקה P באמצעות הנוסחה P=CD²ln10^{-6, כאשר C הוא ה- קבוע מחושב, D הוא קוטר הליבה, n הוא מהירות הסיבוב של הציר, l הוא אורך הליבה.}

עדיף לבצע את כל המדידות והחישובים בדיוק מירבי כדי שחישוב הספק של מנוע ההנעה החשמלית יהיה כמה שיותר קרוב למציאות.

כוח משיכה

ניתן לקבוע את ההספק של מנוע אסינכרוני גם באמצעות הערך של כוח המתיחה. לשם כך תצטרכו למדוד את רדיוס הליבה (כמה שיותר מדויק, יותר טוב), לתקן את המהירות בה מסתובב הציר של היחידה וגם למדוד את כוח המתיחה של המנוע באמצעות דינמומטר.

יש להחליף את כל הנתונים בנוסחה הבאה:

P=2πFnr, כאשר F הוא כוח המתיחה, n הוא מהירות סיבוב הציר, r הוא רדיוס הליבה

ניואנס של מנוע האינדוקציה

כל הנוסחאות לעיל, המשמשות לחישוב הספק של מנוע תלת פאזי, מאפשרות לנו להסיק מסקנה חשובה שמנועים יכולים להיות בגדלים שונים, בעלי מהירויות שונות, אך בסופו של דבר בעלי אותו הספק.

זה מאפשרמעצבים ליצור דגמים של מנועים שניתן להשתמש בהם במגוון רחב של תנאים.

DC motor

מנוע DC הוא מכונה הממירה כוח חשמלי המתקבל מזרם ישר לכוח מכני. לעיקרון הפעולה שלו אין קשר קטן למכונה אסינכרונית.

מנוע DC מורכב מסטטור, אבזור ותמיכה, כמו גם מברשות מגע ומקומוטטור.

Collector - מכשיר הממיר זרם חילופין לזרם ישר (ולהיפך).

כדי לחשב את ההספק השימושי של יחידה כזו, המושקעת בביצוע כל עבודה, מספיק להכפיל את EMF האבזור בזרם האבזור:

• P=E_aI_a.

כפי שאתה יכול לראות, חישוב ההספק של מנוע DC הוא הרבה יותר פשוט מהחישובים שנעשו במנוע אסינכרוני.