Иногда применительно к автомобилям всплывают вопросы из математики и физики. В частности, одним из таких вопросов является угловая скорость. Она имеет отношение как к работе механизмов, так и к прохождению поворотов. Разберёмся же, как определить эту величину, в чём она измеряется и какими формулами тут нужно пользоваться.
Как определить угловую скорость: что это за величина?
С физико-математической точки зрения эту величину можно определить следующим образом: это данные, которые показывают, как быстро некая точка осуществляет оборот вокруг центра окружности, по которой она движется.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Эта, казалось бы, чисто теоретическая величина, имеет немалое практическое значение при эксплуатации автомобиля. Вот лишь несколько примеров:
- Необходимо правильно соотносить движения, с которыми вращаются колёса при повороте. Угловая скорость колеса автомобиля, движущегося по внутренней части траектории, должна быть меньше, чем у внешнего.
- Требуется рассчитывать, насколько быстро в автомобиле вращается коленвал.
- Наконец, сама машина, проходя поворот, тоже имеет определённую величину параметров движения – и от них на практике зависит устойчивость автомобиля на трассе и вероятность опрокидывания.
Формула времени, за которое вращается точка по окружности заданного радиуса
Для того, чтобы рассчитывать угловую скорость, используется следующая формула:
ω = ∆φ /∆t
- ω (читается «омега») – собственно вычисляемая величина.
- ∆φ (читается «дельта фи») – угол поворота, разница между угловым положением точки в первый и последний момент времени измерения.
- ∆t
(читается «дельта тэ») – время, за которое произошло это самое смещение. Точнее, поскольку «дельта», это означает разницу между значениями времени в момент, когда было начато измерение и когда закончено.
Приведённая выше формула угловой скорости применяется лишь в общих случаях. Там же, где речь идёт о равномерно вращающихся объектах или о связи между движением точки на поверхности детали, радиусом и временем поворота, требуется использовать другие соотношения и методы. В частности, тут уже будет необходима формула частоты вращения.
Угловая скорость измеряется в самых разных единицах. В теории часто используется рад/с (радиан в секунду) или градус в секунду. Однако эта величина мало что означает на практике и использоваться может разве что в конструкторской работе. На практике же её больше измеряют в оборотах за секунду (или минуту, если речь идёт о медленных процессах). В этом плане она близка к частоте вращения.
Угол поворота и период обращения
Гораздо более часто, чем угол поворота, используется частота вращения, которая показывает, сколько оборотов делает объект за заданный период времени. Дело в том, что радиан, используемый для расчётов – это угол в окружности, когда длина дуги равна радиусу. Соответственно в целой окружности находится 2 π радианов. Число же π – иррациональное, и его нельзя свести ни к десятичной, ни к простой дроби. Поэтому в том случае, если происходит равномерное вращение, проще считать его в частоте. Она измеряется в об/мин – оборотах в минуту.
Если же дело касается не длительного промежутка времени, а лишь того, за который происходит один оборот, то здесь используется понятие периода обращения. Она показывает, как быстро совершается одно круговое движение. Единицей измерения здесь будет выступать секунда.
Связь угловой скорости и частоты вращения либо периода обращения показывает следующая формулы:
ω = 2 π / T = 2 π *f,
- ω – угловая скорость в рад/с;
- T – период обращения;
- f – частота вращения.
Получить любую из этих трёх величин из другой можно с помощью правила пропорций, не забыв при этом перевести размерности в один формат (в минуты либо секунды)
Чему равна угловая скорость в конкретных случаях?
Приведём пример расчёта на основе приведённых выше формул. Допустим, имеется автомобиль. При движении на 100 км/ч его колесо, как показывает практика, делает в среднем 600 оборотов за минуту (f = 600 об/мин). Рассчитаем угловую скорость.
Для начала переведем об/мин в об/с. Для этого разделим 600 на 60 (число секунд в минуте) и получим 10 об/с. Попутно мы получили и период обращения: эта величина является обратной по отношению к частоте и при измерении в секундах 0,1 с.
Поскольку точно выразить π десятичными дробями невозможно, результат примерно равен будет 62,83 рад/с.
Связь угловой и линейной скоростей
На практике часто приходится проверять не только ту скорость, с какой изменяется угловое положение у вращающейся точки, но и скорость её самой применительно к линейному движению. В приведённом выше примере были сделаны расчёты для колеса – но колесо движется по дороге и либо вращается под действием скорости автомобиля, либо само ему эту скорость обеспечивает. Значит, каждая точка на поверхности колеса помимо угловой будет иметь и линейную скорость.
Рассчитать её проще всего через радиус. Поскольку скорость зависит от времени (которым будет период обращения) и пройденного расстояния (которым является длина окружности), то, учитывая приведённые выше формулы, угловая и линейная скорость будут соотноситься так:
- V – линейная скорость;
- R – радиус.
Из формулы очевидно, что чем больше радиус, тем выше и значение такой скорости. Применительно к колесу с самой большой скоростью будет двигаться точка на внешней поверхности протектора (R максимален), но вот точно в центре ступицы линейная скорость будет равна нулю.
Ускорение, момент и связь их с массой
Помимо приведённых выше величин, с вращением связано ещё несколько моментов. Учитывая же, сколько в автомобиле крутящихся деталей разного веса, их практическое значение нельзя не учесть.
Равномерное вращение – это важная вещь. Вот только нет ни одной детали, которая бы всё время крутилась равномерно. Число оборотов любого крутящегося узла, от коленвала до колеса, всегда в конечном итоге растёт, а затем падает. И та величина, которая показывает, насколько выросли обороты, называется угловым ускорением. Поскольку она производная от угловой скорости, измеряется она в радианах на секунду в квадрате (как линейное ускорение – в метрах на секунду в квадрате).
С движением и её изменением во времени связан и другой аспект – момент импульса. Если до этого момента мы могли рассматривать только чисто математические особенности движения, то здесь уже нужно учитывать то, что каждая деталь имеет массу, которая распределена вокруг оси. Он определяется соотношением начального положения точки с учётом направления движения – и импульса, то есть произведения массы на скорость. Зная момент импульса, возникающий при вращении, можно определить, какая нагрузка будет приходиться на каждую деталь при её взаимодействии с другой
Шарнир как пример передачи импульса
Характерным примером того, как применяются все перечисленные выше данные, является шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) . Эта деталь используется прежде всего на переднеприводных автомобилях, где важно не только обеспечить разный темп вращения колёс при повороте – но и при этом их управляемость и передачу на них импульса от работы двигателя.
ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО
Конструкция этого узла как раз и предназначена для того, чтобы:
- уравнивать между собой, как быстро вращаются колёса;
- обеспечивать вращение в момент поворота;
- гарантировать независимость задней подвеске.
В результате все формулы, приведённые выше, учитываются в работе ШРУС.
Если техническая документация к двигателю утеряна, а надписи на корпусе стерлись или не читаемы, возникает вопрос: как определить мощность электродвигателя без бирки? Существуют несколько методов, о которых мы вам расскажем, и вам останется выбрать из них наиболее удобный в вашем случае.
Практические измерения
Самый доступный способ – проверка показаний бытового счетчика электроэнергии. Сначала следует отключить абсолютно все бытовые приборы и выключить свет во всех помещениях, поскольку даже горящая лампочка на 40Вт будет искажать показания. Проследите, чтобы счетчик не крутился или индикатор не мигал (в зависимости от его модели). Вам повезло, если у вас счетчик «Меркурий» - он показывает величину нагрузки в кВт, поэтому от вас потребуется только включить двигатель на 5 минут на полную мощность и проверить показания.
Индукционные счетчики ведут учет в кВт/ч. Запишите показания до включения мотора, дайте ему поработать ровно 10 минут (лучше воспользоваться секундомером). Снимите новые показания счетчика и путем вычитания узнайте разницу. Умножьте эту цифру на 6. Полученный результат отображает мощность двигателя в кВт.
Если двигатель маломощный, вычислить параметры будет несколько сложнее. Выясните, сколько оборотов (или импульсов) равно 1кВт/ч – информацию вы найдете на счетчике. Допустим, это 1600 оборотов (или вспышек индикатора). Если при работающем двигателе счетчик делает 20 оборотов в минуту, умножьте эту цифру на 60 (количество минут в часу). Получается 1200 оборотов в час. Разделите 1600 на 1200 (1.3) – это и есть мощность двигателя. Результат тем точнее, чем дольше вы измеряете показания, но небольшая погрешность все равно присутствует.
Определение по таблицам
Как узнать мощность электродвигателя по диаметру вала и другим показателям? В интернете нетрудно найти технические таблицы, с помощью которых можно узнать тип мотора и, соответственно, его мощность. Вам потребуется снять следующие параметры:
- диаметр вала;
- частота его вращения или число полюсов;
- крепежные размеры;
- диаметр фланца (если двигатель фланцевый);
- высота до центра вала;
- длина мотора (без выступающей части вала);
- расстояние до оси.
Вычисление по количеству оборотов в минуту
Определите визуально количество обмоток статора. Используйте тестер или миллиамперметр для того чтобы узнать число полюсов – при этом не требуется разбирать мотор. Подключите прибор к одной из обмоток и равномерно вращайте вал. Количество отклонений стрелки – это число полюсов. Учтите, что частота вращения вала при данном методе вычисления несколько ниже полученного результата.
Определение по габаритам
Еще один способ – проведение замеров и вычислений. Многие из тех, кто интересуется, как узнать мощность трехфазного двигателя, предпочитают именно его. Вам понадобятся следующие данные:
- Диаметр сердечника в сантиметрах (D). Он измеряется по внутренней части статора. Также необходима длина сердечника с учетом отверстий вентиляции.
- Частота валового вращения (n) и частота сети (f).
Через них вычислите показатель полюсного деления. D умножьте на n и на число Пи – назовем это показание А. 120 умножьте на f – это В. Разделите А на В.
Определение по мощности, выдаваемой двигателем
Здесь опять придется вооружиться калькулятором. Узнайте:
- число оборотов вала в секунду (А);
- показатель тяглового усилия мотора (В);
- радиус вала (С) – это можно сделать с помощью штангенциркуля.
Определение мощности электродвигателя в Вт осуществляется по следующей формуле: Ах6.28хВхС.
Для чего необходимо знать мощность двигателя
Из всех технических характеристик электродвигателя (КПД, номинальный рабочий ток, частота вращения и т.д.) самая значимая – мощность. Зная главные данные, вы сможете:
- Подобрать подходящие по номиналам тепловое реле и автомат.
- Определить пропускную способность и сечение электрических кабелей для подключения агрегата.
- Эксплуатировать двигатель согласно его параметрам, не допуская перегрузок.
Мы описали, как замерить мощность электродвигателя разными способами. Используйте тот, который в вашем случае будет оптимальным. Применяя любой из методов, вы подберете агрегат, который будет лучшим образом отвечать вашим требованиям. Но самый эффективный вариант, экономящий ваше время и избавляющий вас от необходимости искать информацию и проводить замеры и расчеты – это сохранить технический паспорт в надежном месте и следить за тем, чтобы шильдик с данными не потерялся.
Частота вращения вала (скорость) асинхронного двигателя (АД) напрямую связана с количеством полюсов обмотки. Количество полюсов указывается в серии не только отечественных электродвигателей, но довольно часто и в импортных двигателях. Например, АИР112М6 или W22 160M2P количество полюсов, соответственно шесть или два. Это характерно и для крановых двигателей МТН112-6 - шестиполюсной, МТН225М8 - восьмиполюсной.
Соотношение полюсов и оборотов вращения вала двигателя очень просто. Каждому числу полюсов соответствует определенная частота вращения вала АД. Если в обозначении асинхронного двигателя два полюса (2Р), то его номинальная частота вращения вала три тысячи оборотов в минуту (3000 об/мин). Если у двигателя четыре полюса (4Р), то номинальная скорость вращения выходного вала полторы тысячи оборотов в минуту (1500 об/мин). Если у асинхронного двигателя шесть полюсов (6Р), то частота вращения вала тысяча оборотов в минуту (1000 об/мин). Если у двигателя восемь полюсов (8Р), то скорость вращения вала семьсот пятьдесят оборотов в минуту (750 об/мин). У двенадцати полюсного двигателя (12Р) скорость на валу пятьсот оборотов в минуту (500 об/мин).
Кроме того, даже у многоскоростных асинхронных двигателей количество полюсов также есть в марке и оно также соотноситься с частотой вращения вала. Вообще электродвигатели могут иметь одну, две, три или четыре скорости вращения вала.
Двухскоростные двигатели могут иметь следующие соотношения количества полюсов и частот вращения вала:
- четыре и два полюса (4/2) соответствуют номинальной частоте вращения вала полторы и три тысячи оборотов в минуту (1500/3000);
- шесть и четыре полюса (6/4) соответствуют скорости вращения вала на тысячу и полторы тысячи оборотов в минуту (1000/1500);
- двенадцать и шесть полюсов (12/6) - скорости вращения вала на пятьсот и тысячи оборотам в минуту (500/1000);
- восемь и четыре полюса (8/4) - номинальной частоте семьсот пятьдесят на полторы тысячи оборотов в минуту (750/1500);
- восемь и шесть полюсов (8/6) - номинально дают семьсот пятьдесят и тысячу оборотов в минуту (750/1000).
Трехскоростные двигатели имеют следующие соотношения количества полюсов и частот вращения вала:
- шесть, четыре и два полюса (6/4/2) соответствуют тысячи, полутора и трем тысячам оборотов в минуту (1000/1500/3000);
- восемь, четыре и два полюса (8/4/2) дают семьсот пятьдесят, полторы тысячи и три тысячи оборотов в минуту (750/1500/3000);
- восемь, шесть и четыре полюса (8/6/4) соответствуют семистам пятидесяти, тысячи и полутора тысячам оборотов в минуту на выходном валу (750/1000/1500).
Четырехскоростные двигатели бывают двенадцать на восемь на шесть и четыре полюса (12/8/6/4) то есть частоты вращения вала при этом пятьсот, семьсот пятьдесят, тысяча и полторы тысячи оборотов в минуту (500/750/1000/1500).
Зная привязку частоты вращения вала к числу полюсов даже по марке совсем нетрудно определить частоту вращения выходного вала эл двигателя.
Причем, у импортных электродвигателей полюса обозначаются точно также, обозначение об/мин = rpm.
Смотрите также
.
- При поступлении в ремонт электродвигателя с отсутствующей табличкой, приходиться определять мощность и обороты по статорной обмотке. В первую очередь нужно определить обороты электродвигателя. Самый простой способ для определения оборотов в однослойной обмотке это посчитать количество катушек (катушечных групп).
| Количество катушек (катушечных групп) в обмотке шт. | Частота вращения об/мин.
При частоте питающей сети f=50Гц. |
||
| Трёхфазные | Однофазные
в рабочей обмотке |
||
| Односл. | Двухсл. | ||
| 6 | 6 | 2 | 3000 |
| 6 | 12 | 4 | 1500 |
| 9 | 18 | 6 | 1000 |
| 12 | 24 | 8 | 750 |
| 15 | 30 | 10 | 600 |
| 18 | 36 | 12 | 500 |
| 21 | 42 | 14 | 428 |
| 24 | 48 | 16 | 375 |
| 27 | 54 | 18 | 333 |
| 30 | 60 | 20 | 300 |
| 36 | 72 | 24 | 250 |
- По таблице у однослойных обмоток на 3000 и 1500 об/мин. одинаковое количество катушек по 6, визуально отличить их можно по шагу. Если от одной стороны катушки к другой стороне провести линию, и линия будет проходить через центр статора, то это обмотка 3000 об/мин. рисунок №1. У электродвигателей на 1500 оборотов шаг меньше.
| 2p | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 |
| об/ мин f=50Гц | 3000 | 1500 | 1000 | 750 | 600 | 500 |
| 2p | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 |
| об/ мин f=50Гц | 428 | 375 | 333 | 300 | 272 | 250 |
| 2p | 26 | 28 | 30 | 32 | 34 | 36 |
| об/ мин f=50Гц | 230 | 214 | 200 | 187,5 | 176,4 | 166,6 |
| 2p | 38 | 40 | 42 | 44 | 46 | 48 |
| об/ мин f=50Гц | 157,8 | 150 | 142,8 | 136,3 | 130,4 | 125 |
Как определить мощность асинхронного электродвигателя.
- Для определения мощности электродвигателя нужно измерить высоту оси вращения вала электродвигателя, наружный и внутренний диаметр сердечника, а так же длину сердечника двигателя и сравнить его с размерами электродвигателей единой серии 4А, АИР, А, АО...
- Увязка номинальных мощностей с установочными размерами асинхронных электродвигателей серии 4А:
Все электродвигатели имеют основные характеристики:
- Потребляемая мощность
- Максимальный КПД
- Номинальная частота вращения вала
- Номинальный момент
Также они имеют механическую характеристику – зависимость момента от оборотов. Определить количество оборотов электродвигателя можно по катушкам обмотки статора. Для этого в статоре надо найти катушку, которая лучше всего просматривается. Если вычислить расстояние, занимаемое катушкой по кольцу железа статора, можно точно определить, сколько оборотов имеет данная асинхронная модель.
Асинхронные устройства разделяются по количеству оборотов мотора на: 1000 об/мин, 1500 об/мин и 3000 об/мин.
Если расстояние составляет половину кольца железа статора, то это агрегат с 3000 об/мин. Если это составляет 1/3 кольца железа, то он имеет 1500 об/мин. Если же расстояние, занимаемое катушкой, составляет 1/4 кольца железа, то данный прибор имеет 1000 об/мин.
Модели с количеством 1000 об/мин применяют на таком оборудовании, где нет необходимости в высокой скорости вращения вала ротора. Например, на лебедках, кранах, транспортерах и т.д.
Электродвигатели с оборотами 1500 и 3000 об/мин применяют на металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станках, компрессорах, холодильниках и т.д.
Мощность их может колебаться в пределах от 0,12 до 200 кВт, что напрямую зависит от размера и назначения оборудования.
Электронные регуляторы в зависимости от типа двигателя, классифицируются:
- Для коллекторных моделей
- Для безколлекторных бездатчиковых
- Для безколлекторных с датчиками Холла.
Также все регуляторы оборотов электродвигателя различаются в зависимости от максимального рабочего тока, напряжения батареи, работы с аккумуляторами различного типа.
Регуляторы, предназначенные для безколлекторных устройств, не только управляют мощностью, но и определяют положение ротора в каждый момент времени для того, чтобы правильно задать фазы трех питающих напряжений, необходимых для работы мотора.
Регуляторы для коллекторных моторов могут быть подсоединены к нескольким моторам, параллельно или последовательно с условием, что суммарный ток не превышает максимальный ток, рассчитанный на данный регулятор.
Регуляторы, предназначенные для электрических двигателей водоплавных судов, оснащены дополнительной защитой от влаги и имеют жидкостное охлаждение.
Регуляторы, применяемые в автомобилях, оборудованы радиатором воздушного охлаждения и реверсом направления вращения.
Некоторые модели регуляторов имеют на корпусе кнопки для изменения параметров, другие настаиваются с помощью аппаратуры.
Основные настраиваемые функции регуляторов:
- Гувернер – режим регулирования не мощности, а оборотов. При изменении нагрузок, контроллер добавляет или уменьшает мощность.
- Режим старта – быстрый, плавный, жесткий.
- Для устройства с редукторами или тяжелыми лопастями – режим, замедляющий набор оборотов при его старте.
- Настройка времени набора оборотов от ноля до максимума – т.е. ускорение или задержание.
- Настройка режима газа – зависимость оборотов мотора от ручки газа. Может быть оснащена автокалибровкой.
- Функция тормоз – включение/выключение режима торможения. В некоторых контроллерах есть функция регулировки усилия торможения от 0 до 100%.
- Функция реверс – включение и выключение режима реверса.
- Настройка ограничения тока — устанавливает максимальную силу тока, при превышении которой, агрегат отключается автоматически.
- Функция напряжение выключение мотора – устанавливает минимальное напряжение аккумуляторной батареи. В целях защиты батареи от глубокого разряда, отключает ее от двигателя.
- Функция тип выключения мотора – мягкое или жесткое выключение при срабатывании защиты.
- Настройка частоты импульсов позволяет улучшить линейность регулирования частоты вращения. Применяется в основном для 3-4-витковых низкоиндуктивных моторов.
- Функция опережение – устанавливает угол опережения коммутации обмоток.
Как уменьшить обороты или как увеличить обороты электродвигателя? Для этого нужно произвести изменение напряжения на обмотках статора. Зависимость напряжения от частоты вращения близка к линейной.
Для изменения числа оборотов коллекторного устройства с независимым возбуждением нужно поменять напряжение на обмотках ротора, при этом не меняя напряжение на обмотке статора.
Для регулирования частоты вращения с последовательным возбуждением, питающегося от сети переменного тока, применяют тиристорный регулятор.