Что такое динамический момент двигателя

Типы электродвигателей

Коллекторные электродвигатели

Коллекторная машина — вращающаяся электрическая машина, у которой хотя бы одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, соединена с коллектором . В коллекторном двигателе щеточно-коллекторный узел выполняет функцию датчика положения ротора и переключателя тока в обмотках.

Бесколлекторные электродвигатели

У бесколлекторных электродвигателей могут быть контактные кольца с щетками, таким образом не надо путать бесколлекторные и бесщеточные электродвигатели.

Бесщеточная машина — вращающаяся электрическая машина, в которой все электрические связи обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, осуществляются без скользящих электрических контактов .

Как увеличить усилие, действующее на коленвал

Для увеличения силы и улучшения динамических показателей мотора, автовладельцы выполняют тюнинг установки. Улучшения можно добиться двумя способами.

Модернизация механизма распределения газов

Для облегчения подачи воздушной массы и выпуска выхлопных газов модернизируют газораспределительный механизм и впускной, выпускной тракт:

Устанавливают клапана с увеличенным диаметром тарелок;
Стандартные распределительные валы меняют на изделия с другой фазой;
Устраняют препятствия во впускном и выпускном коллекторе;
Устанавливают турбонаддув.

Увеличение общего объема цилиндров

Увеличить объем можно при помощи увеличения диаметра рабочих цилиндров. Диаметр увеличивают путем расточки. При этом толщина стенки цилиндра уменьшается. Можно установить гильзы необходимого диаметра от другого силового агрегата. Съемные гильзы облегчат капитальный ремонт силовой установки.

Прошивка ЭБУ

Улучшить динамические показатели силовой установки, можно перепрограммировав электронный блок управления. Такой способ позволяет изменить количество рабочей смеси и время воспламенения. Для перепрограммирования необходимо наличие специализированного оборудования.

Программирование электронного блока управления двигателем внутреннего сгорания лучше доверить профессионалам. Неправильная прошивка или нарушение процедуры программирования может привести к некорректной работе мотора или полному выходу из строя ЭБУ.

Из вышеперечисленного следует, что при подборе двигателя внутреннего сгорания необходимо учитывать показатель крутящего момента. Измеряется крутящий момент двигателя в «Н.м». Высокое усилие на маховик силового агрегата свидетельствует о хороших динамических показателях.

Что такое динамическое торможение?

На этом месте может возникнуть закономерный вопрос: зачем что-то придумывать, если можно отключить двигатель от электросети, и он сам остановится? Это бесспорно так, но учитывая высокую частоту вращения и массо-центровочные характеристики, пройдет некоторое время до того момента, когда ротор полностью остановится. Этот период называется свободным выбегом и каждый в детстве его наблюдал, запуская простую юлу. Тем не менее, если работа оборудования предполагает частое использование пускателей, то такой режим приводит к очевидной потере времени.

Для быстрой остановки используются режимы торможения, которые предполагают трансформацию механической (в данном случае – кинетической) энергии искусственным путем. Все выделяют два основных вида торможения, которые подразделяются затем на подвиды:

Механическое. Вал двигателя сообщается физически с тормозными колодками, вследствие чего возникает трение, быстрая остановка и выделение теплоты,
Электрическое. Асинхронный двигатель останавливается за счет преобразования цепи подключения, вследствие чего механическая энергия трансформируется сперва в электрическую. Далее возможны два варианта ее израсходования, зависящие от схемы: либо избыток электричества выбрасывается в резервную цепь сети, либо трансформируется в тепло, за счет нагрева обмоток и сопротивления.

Динамическое торможение асинхронного двигателя относится к электрическому типу, так как в процессе обмотка статора отключается от сети с переменным током (две из трех фаз) и переводится в замкнутую цепь постоянного тока. При этом магнитное поле в статоре преобразуется из вращающегося в неподвижное. В роторе по-прежнему будет наводиться ЭДС, но момент будет направлен в обратную сторону, что приводит к торможению.

Классическая схема, как можно видеть на иллюстрации, предусматривает отключение от сети одной фазы контактором КМ1. При этом две другие фазы за счет контактора КМ2 переключаются в цепь с постоянным током через диодный мост.

Главным преимуществом такого способа торможения является возможность плавно контролировать тормозящий момент (за счет изменения напряжения или сопротивления) и осуществлять точную остановку.

Области применения электродвигателей

Электродвигатели являются крупнейшими потребителями электроэнергии в мире, на них приходится около 45% от всей потребляемой электроэнергии .

При выборе шагового двигателя первой характеристикой, на которую обращают внимание, является его выходной крутящий момент. Сразу как следствие возникает вопрос о скорости работы шагового двигателя, так как этот параметр напрямую связан с моментом

Технически подкованные пользователи следующим этапом принимают во внимание момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя, так как инерционность нагрузки влияет и на требуемый момент, и на точность позиционирования (вернее, на поведение двигателя при разгоне и торможении). Совсем немногие специалисты знают о связи момента инерции с вибрацией двигателя и резонансной частотой двигателя, и принимают во внимание этот аспект. Однако, почти никогда пользователи не учитывают, что инерционная нагрузка в некоторых случаях является причиной выхода из строя шаговых приводов и приводит к непредсказуемым последствиям в результате возникновения больших величин ЭДС.

Давайте вспомним, что такое инерционность нагрузки. Момент инерции — это характеристика объекта, которая препятствует изменению его угловой скорости. В случае разгона двигателя инерционность нагрузки создает дополнительный момент сопротивления, который привод должен преодолеть, и ограничивает максимальные значения скорости и ускорения, при которых шаговый двигатель будет работать. В случае замедления и остановки момент инерции мешает торможению нагрузки.

Еще одна важная особенность работы любого электродвигателя — генерирование обратной электро-движущей силы. Вспомним, что по законам электродинамики на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, которая создает крутящий момент. Верно и обратное — при движении проводника в магнитном поле в нем (проводнике) возникает электрический ток (генерируется ЭДС). Таким образом очевидно, что шаговый двигатель может работать и как генератор . Однако, если работа двигателя в качестве генератора не контролируется, это свойство может приводить к негативным последствиям.

При запитанных фазах и корректной коммутации обмоток драйвером движение вала двигателя контролируется блоком управления. В случае внезапного отключения питания фаз двигателя (например, при срабатывании аварийного датчика или обрыве фазы) во время работы на высокой скорости момент инерции нагрузки вызывает дальнейшее вращение ротора. В этот момент вращающийся ротор работает как генератор, продуцируя некоторое значение обратной ЭДС. Чем выше скорость вращения и чем больше индуктивность фаз двигателя, тем выше это значение. В случае, когда инерционность нагрузки велика, а привод работает на больших скоростях, это значение обратной ЭДС может быть сравнимо или превосходить напряжение, подаваемое на двигатель при коммутации фаз. Это явление зачастую приводит к выходу из строя силовой цепи драйвера управления шаговым двигателем и порче оборудования.

Так как из-за недостаточности исходных данных расчет обратной ЭДС обычно не делается, есть общая рекомендация по выбору шагового двигателя ля работы с инерционной нагрузкой: момент инерции нагрузки должен быть сопоставим с моментом инерции ротора двигателя. Рекомендуемые соотношения моментов инерции — 1:1. 1:10. При больших величинах момента инерции могут возникать и проблемы с позиционированием, ухудшаются динамические характеристики системы, возникает опасность выхода системы из строя под воздействием больших величин обратной ЭДС.

Таким образом, мы хотим напомнить, что важнейшим параметром при подборе шагового двигателя является момент инерции нагрузки по нескольким причинам:

Момент инерции нагрузки, приведенный к валу шагового двигателя, влияет на положение пиков резонанса на кривой зависимости момента от скорости.
Инерционность нагрузки влияет на вибрацию и шум при работе шагового двигателя.
Момент инерции нагрузки участвует в создании момента сопротивления при разгоне привода.
В случае, если инерционность нагрузки слишком большая, может ухудшиться точность позиционирования в результате пропуска двигателем шагов.
При чрезмерно инерционной нагрузке шаговый двигатель не сможет стартовать.
Инерционная нагрузка приводит к возникновению обратной ЭДС, которая может вывести из строя блок управления и сопутствующее оборудование.

Специальные упражнения для совершенствования вращений

Одним из важных направлений в тренировке вращений вне льда является работа над гибкостью.

При этом необходимо сочетать традиционные способы развития пассивной гибкости с помощью различных растягиваний, шпагатов, махов и т. п. с развитием активной гибкости. Например, одной из наиболее сложных поз, особенно для мальчиков, является вращение в ласточке. Для ее совершенствования целесообразно применять утяжелитель, прикрепляемый к стопе свободной ноги. Он позволяет добиваться хорошего эффекта при развитии как пассивной гибкости (выполнение махов назад), так и активной (удержание свободной ноги с грузом в требуемой позе).

Рис. 26. Следы пируэта назад

Этот же способ эффективен и в занятиях вне льда. Лучшим способом совершенствования положения тела во вращении ласточка, на наш взгляд, является разучивание так называемой качающейся ласточки—поочередно на обеих нoгax.

Целесообразно использовать тренажер «Грация» для совершенствования точности позы и чувства равновесия. Для совершенствования общей выносливости фигуриста к вращательным нагрузкам весьма эффективны специальные тренажеры в виде вращающихся платформ с электроприводом и плавной регулировкой скорости вращения в пределах от ноля до 5 и более оборотов в секунду.

В тренировках на льду основное внимание следует уделять поиску оптимального варианта въезда во вращение и оптимального контакта конька со льдом во время вращения. Следует анализировать характер следов на льду, обращая главное внимание на отсутствие скоблений, касания льда зубцами

Хорошим средством совершенствования качества въезда во вращения, повышения стабильности их выполнения являются тренировки с выключением зрения. Надевая специальные непрозрачные очки, фигурист выполняет требуемое вращение. При этом обостряется деятельность двигательного, вестибулярного, тактильного и слухового анализаторов. Опыты показали, что такие упражнения повышают устойчивость навыка, делают выполнение вращений более уверенными, стабильными. Практика показала, что у одних фигуристов принятие требуемой позы происходит с участием зрительного анализатора, выключение зрения у них нарушает точность позы; у других же это происходит практически без участия зрительного анализатора. Сравнение стабильности и качества выполнения вращений показало, что обеспечение позы в основном с помощью двигательного анализатора более совершенно.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

Существует несколько способов, при помощи которых можно добиться увеличения крутящего момента двигателя:

увеличение рабочего объема движка;
величины наддува;
изменения в газодинамике.

Увеличения рабочего объема можно достичь путем замены штатного коленвала на коленчатый вал с большим значением эксцентриситета либо же путем расточки цилиндров, что обеспечит установку поршней большего диаметра.

Замена коленвала — один из способов увеличения крутящего момента

Замена коленвала требует много времени и нервов, так как найти нужный коленвал с большим значением эксцентриситета очень сложно. Их изготавливают под заказ некоторые фирмы, которые также найти нелегко, а стоимость работ очень высока. Проще купить коленчатый вал серийного производства, а поршневую группу и шатуны подбирать уже под него, но это тоже нелегко. Хотя загвоздка в другом. Использование более коротких шатунов предполагает лишние механические потери в работе движка, а также на такие шатуны воздействуют большие нагрузки.

Более выгодно увеличение диаметра цилиндра, так как стенка цилиндра толщиной 7-8 мм допускает расточку на несколько миллиметров, и это не будет влиять на ее прочность.

Увеличение диаметра цилиндров — еще один способ увеличения крутящего момента

А поршни в большинстве случаев можно подобрать серийные. Но не факт, что расточка цилиндров будет стоить намного дешевле замены коленвала. Эти 2 способа следует рассматривать применительно к каждому отдельному движку.

Увеличение крутящего момента при помощи увеличения наддува применительно лишь к турбированным двигателям.

Турбонаддув — удовольствие не для всех

Этот способ не предполагает изменений ни моментной кривой, ни объема, и двигатель трогать не нужно. Изменить величину наддува можно путем поднятия планки стравливания лишнего давления. Это позволит увеличить давление, которое посылает топливо-воздушную смесь в объем цилиндра. Но при этом требуются дополнительные усовершенствования: увеличение объема камеры сгорания, изменение системы охлаждения (установка дополнительного радиатора, воздухозаборников и многого другого).

Изменение в газодинамике предполагает увеличение заряда топливо-воздушной смеси, за счет удаления дефектов серийной сборки. При помощи специального инструмента убрать неровности на впускных и выпускных клапанах, снять острые углы в местах стыковки деталей, произвести замену седел и клапанов, а в камере сгорания устранить зоны, которые не продуваются.

Устранение дефектов серийного производства влечет ха собой изменения в газовой динамике автомобиля, но проводить работы «на глаз» рискованно, нужен точный расчет

Чтобы достичь определенного успеха, необходимо совершить массу математических вычислений, которые связаны с аэродинамическими процессами, проистекающими в движке. А это сделать очень сложно, так как именно по результатам этих вычислений выполняются операции по подрезке, отрезке, зачистке, загибанию и т.д. Если же выполнять это «на глаз», то очень высока вероятность достичь результата, противоположного ожидаемому.

Известны также специальные усилители крутящего момента, способствующие увеличению крутящего момента вала отбора мощности за счет уменьшения его оборотов относительно скорости вращения коленвала. Но во избежание скорейшего износа и поломок коробки, увеличив передаточное число необходимо уменьшать величину максимальных оборотов.

Усилитель крутящего момента

Существуют усилители, которые оснащены валом отбора мощности, коленвалом и механической передачей, которая их соединяет. Но такие усилители не увеличивают крутящий момент, они предназначены для плавного его изменения при постоянных оборотах коленвала.

Число пусков электродвигателя в час

Современные сложные системы управления электродвигателями могут контролировать число пусков в час каждого конкретного насоса и электродвигателя. Необходимость контроля этого параметра состоит в том, что каждый раз, когда осуществляется пуск электродвигателя с последующим ускорением, отмечается высокое потребление пускового тока. Пусковой ток нагревает электродвигатель. Если электродвигатель не остывает, продолжительная нагрузка от пускового тока значительно нагревает обмотки статора электродвигателя, что приводит к выходу из строя электродвигателя или сокращению срока службы изоляции.

Обычно за количество пусков, которое может выполнить электродвигатель в час, отвечает поставщик электродвигателя. Например, Grundfos указывает максимальное число пусков в час в технических данных на насос, так как максимальное количество пусков зависит от момента инерции насоса.

Динамика в мастеринге

Динамический диапазон подсказывает количество обработки сигнала (компрессии и лимитирования) при мастеринге.

Малый динамический диапазон — больше компрессии, больше громкость.

Звуковая волна состоит из пиков и спадов — вершин и впадин. Расстояние между пиками и спадами напрямую зависит от динамики сигнала: чем динамичнее звук, тем больше дистанция между вершинами и впадинами. Такое поведение напрямую влияет на подход к мастерингу, а значит и на само звучание музыки.

Тихий и динамичный мастеринг

Сильная динамика и большое расстояние между пиками и спадами приводит к более явному звучанию транзиентов — начальных импульсов сигнала (кстати, вот здесь мы подробнее рассказываем о транзиентах).

Такие моменты сильно выделяются на общем фоне: транзиенты слышны в мельчайших подробностях и обладают большей детализацией. То же справедливо и для других переходных состояний звука: спадам и хвостам сигналов, моментам тишины и паузам, крещендо и декрещендо (диминуэндо).

Из-за того, что транзиенты и переходные звуки обладают сильной динамикой, слишком активное сжатие и лимитирование приведёт искажениям, клиппингу и пикам при каждом проявлении транзиентов. По этой причине миксы с большим динамическим диапазоном отличает более низкий уровень громкости и малое количество компрессии: трек делают тише, чтобы оставить достаточно места для самых активных элементов.

Тихие динамичные мастер-треки чаще всего встречаются в живых и импровизационных стилях (джазе, блюзе, фанке и фьюжн), а также в классической и академической музыке.

Громкий и компрессированный мастеринг

Громкость часто служит основным элементом привлечения внимания слушателей

Громкая музыка моментально обращает на себя внимание, что особенно ценится в роке и метале, различных -корах, а также некоторых стилях электронной музыки

Для достижения максимально возможной громкости и некоторой агрессии в звуке мастеринг-инженеры уменьшают динамический диапазон трека. Благодаря этому микс звучит более плотно и монолитно, а его громкость может быть практически вплотную приближена к допиковым значениям.

Уменьшение динамического диапазона происходит с помощью компрессоров и лимитеров. Важную роль здесь играет баланс между громкостью и естественностью: чем громче звук, тем более искусственно он звучит после компрессии.

Итоговый уровень громкости напрямую зависит от модели распространения трека: каждая платформа и носитель обладает собственными рекомендациями по общей громкости музыки (да, те же YouTube и SoundCloud по разному сжимают музыку). Выводить громкость вплотную к пиковым отметкам не нужно — сервисы и носители могут уменьшить или увеличить динамический диапазон, что попросту уничтожит микс.

ВОЙНА ГРОМКОСТЕЙ

Разница в требованиях стала одной из причин Войны громкостей, проявившейся в виде бездумного повышения уровня громкости издаваемых релизов в 2000-х годах. Лейблы и издатели негласно соревновались в специальной дисциплине «Кто издаст более громкий релиз?», не обращая внимания на то, как страдает сама музыка.

В Интернете даже запустили базу данных, в которой представлены данные о громкости и динамическом диапазоне десятков тысяч релизов, выпущенных в 2000-е.

Еще примеры

Для большего практического понимания важности крутящего момента приведем несколько примеров на гипотетическом двигателе. Даже без учета максимальной мощности, по графику, отражающему крутящий момент, можно сделать некоторые выводы

Разделим количество оборотов коленчатого вала на три части – это будут низкие обороты, средние и высокие

Даже без учета максимальной мощности, по графику, отражающему крутящий момент, можно сделать некоторые выводы. Разделим количество оборотов коленчатого вала на три части – это будут низкие обороты, средние и высокие.

На графике слева представлен вариант двигателя, который имеет высокий крутящий момент на низких оборотах (что равносильно высокому крутящему моменту на малых скоростях) – с таким двигателем хорошо ездить по бездорожью – он “вытянет” из любой трясины. На графике справа – двигатель, у которого высокий крутящий момент на средних оборотах (средних скоростях) – этот двигатель рассчитан для использования в городе – он позволяет достаточно резво ускоряться от светофора до светофора.

Следующий график характеризует двигатель, который обеспечивает хорошее ускорение даже на высоких скоростях – с таким двигателем комфортно на трассе. Замыкает графики универсальный двигатель – с широкой полкой – такой двигатель и из болота вытянет, и в городе позволяет хорошо ускоряться, и на трассе.

К примеру 4,7-литровый бензиновый двигатель Toyota Land Cruiser 200 развивает максимальную мощность 288 л.с. при 5400 об/мин, а максимальный крутящий момент в 445 Нм при 3400 об/мин. А дизельный 4,5-литровый двигатель, устанавливаемый на это же авто развивает максимальную мощность 286 л.с. при 3600 об/мин, а максимальный крутящий момент – 650 Нм при “полке” в 1600-2800 об/мин.

1,6-литровый двигатель Mitsubishi Lancer X развивает максимальную мощность 117 л.с. при 6100 об/мин, а максимальный крутящий момент в 154 Нм достигается при 4000 об/мин.

2,0-литровый двигатель Honda S2000 обеспечивает максимальную мощность в 240 л.с. при 8300 об/мин, а максимальный крутящий момент в 208 Нм при 7500 об/мин, являясь примером “спортивности”.

Итак, как мы уже видели, связь между мощностью, крутящим моментом и оборотами двигателя – довольно сложная. Суммируя, можно сказать следующее:

крутящий момент отвечает за способность ускоряться и преодолевать препятствия,
мощность ответственна за максимальную скорость автомобиля,
а обороты двигателя все усложняют, так как каждому значению оборотов соответствует свое значение мощности и крутящего момента.

А вцелом все выглядит так:

высокий крутящий момент на низких оборотах дает автомобилю тягу для передвижения по бездорожью (таким распределением сил могут похвастать дизельные двигатели). При этом мощность может стать уже вторичным параметром – вспомним, хотя бы, трактор Т25 с его 25 л.с.;
высокий крутящий момент (а лучше – «полка крутящего момента) на средних и высоких оборотах дает возможность резко ускоряться в городском потоке или на трассе;
высокая мощность двигателя обеспечивает высокую максимальную скорость;
низкий крутящий момент (даже при высокой мощности) не позволит реализовать потенциал двигателя: имея возможность разогнаться до высокой скорости, автомобиль будет достигать этой скорости невероятно долго.

Крутящий момент в легковом и коммерческом транспорте

Интересно знать, что «кривые» ВСХ дизельных двигателей легковых авто
отличаются от грузовиков.

Разница дизельного ДВС легковушки и грузовика
Разница
дизельного ДВС легковушки и грузовика

Как можно увидеть, у
грузового ДВС нет выраженной «полки» момента. Это сделано неспроста. Для таких
авто важен пик тягового усилия, когда ему нужно тронуться с места и набрать
скорость. Дальше этот показатель не так важен – в ход идут лошадиные силы.
Разогнавшись, грузовик лишь поддерживает заданную скорость. «Размазав» полку тягового
усилия как у легкового ДВС, не получится нормально тронуться с места груженым.

От чего зависит крутящий момент двигателя

Показатель является непостоянным. В силовом агрегате автомобильной или самоходной техники он зависит от увеличения или уменьшения усилия воздействующего на коленчатый вал. При воздействии на механизм управления дроссельной заслонкой (при нажатии на газ в кабине транспортного средства) меняется объем рабочей смеси, подаваемой в камеру сгорания.

При увеличении массы рабочей смеси усилие, воздействующее на коленчатый вал, повышается. При уменьшении объема рабочей смеси усилие уменьшается. Таким образом, крутящий момент зависим от усилия, воздействующего на коленчатый вал силовой установки.

Набор оборотов моделью внутреннего сгорания зависит от показателя крутящего момента. Максимальный крутящий момент двигателя, в отличие от мощности, не соответствует максимальным оборотам силовой установки.

При достижении валом определенного числа оборотов свободному вращению препятствуют силы трения, замедленное действие выпуска выхлопных газов, медленная подача рабочей смеси и т.д. При этом сила, воздействующая на вал, снижается. Уменьшение усилия влечет за собой снижение момента.

Некоторых автомобилистов интересует вопрос, на что влияет крутящий момент двигателя? Момент влияет на динамические показатели силовой установки внутреннего сгорания. Чем выше будет вращающий момент, тем быстрее мотор наберёт необходимое количество оборотов.

Усовершенствованная обработка и организация данных

После завершения испытаний оператор может сохранить полученные результаты по каждому электродвигателю в отдельности. Такое разделение позволяет улучшить техническое обслуживание, поскольку оператор получает простой доступ к информации и возможность анализировать данные. Результаты тестирования сохраняются в стандартных форматах реляционных баз данных программы MS Access. Главная консоль печати позволяет быстро подготавливать отчеты.

Программное обеспечение позволяет пользователю создавать базы данных для организации собранной информации в соответствии с заданными спецификациями. Такой подход упрощает передачу данных благодаря комплексной обработке информации.