Как найти эффективную мощность двигателя формула

Работа и мощность двигателей: среднее индикаторное давление

В процессе расширения, под воздействием расширяющихся газов, поршень перемещается и тепловая (внутренняя) энергия газов преобразуется в механическую работу. Величина этой работы за один цикл определяется произведением силы давления газов на перемещение поршня, равного его ходу. Однако сила давления газов на поршень непостоянна и уменьшается в период перемещения поршня. В процессе сжатия воздуха в цилиндре перемещение поршня связано с затратой механической работы. Величина этой работы равна произведению силы давления воздуха и перемещения поршня. Причем эта сила также непостоянна и увеличивается по мере приближения поршня к мертвой точке.

Полезная механическая работа равна разности работ расширения и сжатия. Эта работа, полученная внутри цилиндра двигателя за один цикл, называется индикаторной работой Ai. При определении Аi используют индикаторную диаграмму, показывающую в масштабе величину давления в цилиндре при любом положении поршня; диаграмму снимают с помощью индикатора давления.

На рис. 15 представлена индикаторная диаграмма двухтактного двигателя. Заштрихованная площадь диаграмммы (в масштабе) как раз и равна индикаторной работе. Индикаторную работу можно определить следующим образом: сначала при помощи планиметра найти площадь диаграммы F мм2 И измерить длину диаграммы l мм; разделив F на l, получим среднюю высоту h мм; площадь прямоугольника высотой h равна площади диаграммы. Так как площади равны, то и величины работ равны. Разделив высоту h на масштаб пружины индикатора m мм2/бар, получим среднее давление на цикл.

Среднее давление в цилиндре за цикл называется средним индикаторным давлением Pi бар (10 5 H/m2):

При подсчете Pi четырехтактного двигателя следовало бы учитывать отрицательную площадь диаграммы, ограниченную кривыми процессов впуска и выпуска (рис. 16). Практически эта отрицательная работа, связанная с насосными потерями, не учитывается, так как величина ее очень мала. У четырехтактного двигателя рабочий цикл совершается за два оборота коленчатого вала и среднее индикаторное давление Рi за цикл будет в два раза меньше, чем у подобного ему двухтактного двигателя. Однако для возможности сравнения четырехтактных и двухтактных двигателей при определении Рi четырехтактного двигателя процессами впуска и выпуска пренебрегают. При расчете мощности это обстоятельство учитывается введением в знаменатель формулы коэффициента тактности z = 2. Для двухтактного двигателя z = 1.

Итак, мощность цилиндра двигателя (кВт)

При условии равенства среднего индикаторного давления всех цилиндров мощность двигателя равна (i – число цилиндров)

и обозначив неизменную для конкретно рассматриваемого двигателя величину:

представим мощность выражением

Среднее индикаторное давление и средняя скорость поршня это основные характеристики двигателя. Среднее индикаторное давление является показателем тепловой напряженности двигателя. Средняя скорость поршня характеризует его динамическую напряженность и является основным показателем моторесурса.

Среднее индикаторное давление составляет у дизелей (бар):

Средняя скорость поршня у мощных малооборотных дизелей достигает:Сm = 5÷6,8 м/с.

Средняя скорость поршня у среднеоборотных Сm = 8÷10 м/с.

Эффективная мощность двигателя, т.е. мощность, передаваемая потребителю, меньше индикаторной на величину механических потерь, при передаче мощности от цилиндра к фланцу коленчатого вала. Эти потери учитываются механическим коэффициентом полезного действия ɳ м:

Произведение Pi ɳ м = Ре носит название среднего эффективного давления. Учитывая это, эффективную мощность (кВт) двигателя можно выразить формулой:

Источник

Индикаторная и эффективная мощность двигателя

Мощность, соответствующая индикаторной работе цикла, называется индикаторной мощностью. Мощность двигателя равна сумме мощностей всех цилиндров. Если принять, что во всех цилиндрах — одинаковое среднее индикаторное давление, то индикаторная мощность двигателя простого действия, равная индикаторной работе в 1 сек., может быть найдена по формуле:

Если давление дано в мегапаскалях (P_miМПа), то формулу можно записать в виде:

В практике эксплуатации современного морского флота, в отчетной документации по сей день широко используется внесистемная единица измерения мощности – лошадиная сила (1 л.с.=75 кгм).

Для перевода лошадиных сил в киловатты (в международную систему единиц) необходимо иметь в виду, что 1 л.с. = 0,736 кВт.

В практике часто используется другая разновидность этой формулы:

В практике эксплуатации мощность определяется порознь для каждого цилиндра путем нахождения p_mi по индикаторным диаграммам. Диаграммы снимаются с каждого цилиндра на установившемся режиме работы двигателя. Полная мощность двигателя рассчитывается суммирование

Эффективная мощность двигателя N_e соответствует эффективной работе в единицу времени на фланце отбора мощности. Это есть полезная мощность, отдаваемая потребителю. Эффективная мощность меньше индикаторной на величину мощности механических потерь двигателя N_м:

По аналогии с зависимостью (2) можно записать:

Среднее эффективное давление меньше среднего индикаторного давления на величину p_м:

Величина P_м — некоторое условное давление, постоянное на протяжении всего рабочего хода поршня, идущие на покрытие механических потерь двигателя.

Как следует из формулы (1), основными факторами, определяющими мощность двигателя, являются:

Наиболее существенное влияние на Ni оказывает диаметр D, входящий в формулу (1) в квадрате. В судовых малооборотных дизелях этот параметр достиг величины D = 0.960+1.080 мм. Увеличение диаметра цилиндра вызывает увеличение веса двигателя, его габаритов, из-за чего растут силы инерции, давление на подшипники коленчатого вала, ухудшаются условия охлаждения цилиндров (из-за увеличения толщины материала поршня, втулки, крышки) и смазки цилиндропоршневой группы. Дальнейшее увеличение диаметра требует решения проблем прочности, теплоотвода и смазки.

Ход поршня и частота вращения связаны с выбранным для двигателя диаметром цилиндра. Так, у малооборотных двигателей долгие годы наблюдалось соотношение S = (1,7 ÷ 2,0)D, а n определялось при заданных размерах D и S допустимым уровнем центробежных сил и средними скоростями движения поршня, равными Cm = 6,5 ÷ 7,0 м/сек. В 80-е годы наметилась тенденция создания дизелей с S/D > 2 и с пониженной частотой вращения при повышенной до 8,0-8,5 м/сек средней скорости поршня. Примером могут служить длинноходовые модели фирмы Бурмейстер и Вайн: в одном из двигателей S70 МС при D = 400+650 мм, S = 2800 мм, S/D = 1,0+1,2, n = 350+750 об /_мин, средняя скорость движения поршня равна Cm = 8,5 м /_сек.

У среднеоборотных дизелей диаметры цилиндров достигли значений D = 400 ÷ 650 мм, отношение S/D = 1,0+1,2, n = 350 ÷ 750 об /_мин при Cm = 7+10 м /_сек.

Индикаторная мощность увеличивается пропорционально числу цилиндров. Максимальное число цилиндров у рядных двигателей достигает i = 10÷12, у V-образных — 20÷24. Увеличение числа цилиндров ограничивается длиной двигателя и технологическими трудностями изготовления достаточно жесткого коленчатого вала.

При прочих равных условиях, мощность 2-тактного дизеля (m = 1) в 2 раза больше, чем 4-тактного (m = 2). В действительности при m = 1 часть хода поршня теряется на продувку цилиндра, за счет чего снижается коэффициент η_н, отнесенный ко всему ходу. При этих условиях Ni_m=1 = (1,75÷1,85) Ni_m=2.

Постоянное возрастание индикаторной мощности у современных двигателей обеспечивается увеличением среднего индикаторного давления P_mi путем форсирования дизелей наддувом и сжиганием большего количества топлива в том же объеме цилиндра. Максимальная цилиндровая мощность у современных малооборотных дизелей достигает Ne_ц = 5 000 ÷ 7 760 элс, у среднеоборотных — 1 500÷1 800 элс в цилиндре.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Источник

Крутящий момент и мощность двигателя. Что важнее Пару слов про обороты. Простыми словами формулы и видео

3. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

Внешняя характеристика двигателя представляет собой зависимость эф­фективной мощности Ne, крутящего момента МК и других показателей работы двигателя от частоты вращения коленчатого вала при полностью открытой дроссельной заслонке у бензинового двигателя или при максимальной (уста­новленной заводом-изготовителем) цикловой подаче топлива у дизеля.

Для построения внешней характеристики двигателя может быть использо­вано какое-либо из известных эмпирических выражений, например, уже упо­минавшаяся ранее формула Лейдермана

Максимальная мощность двигателя Nmax была ранее рассчитана. Задаваясь несколькими произвольными значениями частоты вращения n, можно рассчи­тать значение эффективной мощности двигателя при этих различных значениях частоты вращения, т.е. получить несколько точек характеристики. Рекоменду­ется при расчёте и построении внешней скоростной характеристики (а также и при выполнении в дальнейшем тягового расчёта) выбирать значения частоты вращения коленчатого вала двигателя не менее чем в восьми точках.

Среди этих точек обязательно должны присутствовать:

nmin — минимальная устойчивая частота вращения, которую можно принять равной 800…1000 об/мин для бензиновых двигателей и 600… 800 об/мин для дизелей;

nN — номинальная частота вращения, соответствующая максимальной мощности двигателя;

nv — частота вращения, соответствующая максимальной скорости ав­томобиля. Для дизелей nv= nN. Для бензиновых двигателей nv=kvnN;

Остальные точки выбираются произвольно так, чтобы все принятые при расчёте значения n были примерно равномерно распределены в интервале

Приведённые выше значения коэффициентов a, b и c, входящих в формулу Лейдермана, не являются обязательными. Эти значения дают достаточно хоро­шее совпадение формы расчётной внешней скоростной характеристики с экс­периментальной для многих существующих двигателей, но не для всех.

В общем случае значения коэффициентов a, b и c зависят от соотношения частоты вращения при максимальной мощности (номинальной) и частоты вра­щения при максимальном крутящем моменте, т. е. от величины kM=nM/nN.

Зная величину kM, значения коэффициентов, входящих в формулу Лейдер­мана, можно рассчитать, используя следующие выражения:

— для бензиновых двигателей

Формула Лейдермана является не единственным аппроксимирующим по­линомом, применяемым для расчётного построения внешней скоростной харак­теристики.

Рис. 2.1 Скоростная характеристика двигателя.

Иногда для лучшего приближения к экспериментальным характери­стикам используются аппроксимирующие полиномы и более высоких степеней. Коэффициенты таких полиномов должны быть, вообще говоря, свои для каж­дого двигателя.

По рассчитанным значениям мощности в каждой точке характеристики определяется крутящий момент двигателя

где МК — крутящий момент двигателя, Нм; Ne — эффективная мощность двигателя, кВт; n — частота вращения, об/мин.

Результаты расчёта рекомендуется свести в таблицу (табл. 2.2).

Крутящий момент двигателя

Стоит понимать, что мощность мотора – это энергия, которая вырабатывается двигателем. И именно эта энергия преобразуется в крутящий момент на выходном (коленчатом) валу двигателя, далее момент изменяется в трансмиссии (при помощи нужных передаточных чисел шестерен) и после передается на привода, или ведущие мосты и после на колеса.

Тронуться и поехать, вы сможете даже на маломощном двигателе (причем для этого нам не нужно много мощности), здесь работают передаточные числа, которые точно подобраны в трансмиссии вашего авто.

НО мы же не хотим ездить со скоростью 20 – 40 км/ч, нам нужно ускорение, быстрое передвижение. А для этого просто необходим достаточный крутящий момент при всех диапазонах скоростей. Это достигается – достаточной мощностью двигателя и подбором шестерен в трансмиссии и приводах, мостах (если есть).

Если вывести определение:

Крутящий момент – это сила, которая умножена на плечо ее приложения, которую может предоставить мотор машине для преодоления тех или иных сопротивлений движению. Измерения производят в ньютонах, а рычаг измеряется в метрах.

Если разобрать, просто «на пальцах формулу», то 1 Н·м – это сила с которой 0,1 кг, давят на конец рычага (это поршень) длиной в 1 метр. Как становится понятно, в двигателе роль рычага выполняет кривошип коленчатого вала, через который и производится крутящий момент. Понятно, что кривошип, длинной не 1 метр, но момент вычисляется из приложенных характеристик.

Именно от этого показателя и зависит время достижения силовым агрегатом максимальной мощности, а значит и динамики разгона авто.

Если образно утрировать — то момент, собирает все лошадиные силы в «кулак» который и раскручивает мотор, и чем больше этот кулак, тем быстрее раскручивается мотор и ускоряется автомобиль.

Как узнать выходную мощность

Двигатели как предполагается, выполняют какую-то работу, и два важных значения, которые определяют, насколько он мощный. Это скорость и сила поворота двигателя. Выходная механическая мощность двигателя может быть рассчитана по следующей формуле:

где Pout — выходная мощность, измеренная в ваттах (Вт);

τ — момент силы, измеренный в метрах Ньютона (N • м);

ω — угловая скорость, измеренная в радианах в секунду (рад / с).

Легко рассчитать угловую скорость, если вы знаете скорость вращения двигателя в об / мин:

где ω — угловая скорость (рад / с);

об / мин — скорость вращения в оборотах в минуту;

П — математическая константа (3.14);

60 — количество секунд в минуте.

Если двигатель имеет 100% КПД, вся электрическая энергия преобразуется в механическую энергию. Однако таких двигателей не существует. Даже прецизионные малые промышленные двигатели, имеют максимальную эффективность 50—60%.

Измерение момент силы двигателя является сложной задачей. Для этого требуется специальное дорогостоящее оборудование. Но это возможно сделать и самому обладая специальной информацией и формулами.

Формула — мощность

Формула мощности диэлектрических потерь в таком виде определяет количество энергии, рассеиваемой в диэлектрике за единицу времени. Согласно ( 2 — 5) мощность диэлектрических потерь прямо пропорциональна частоте.

Формула мощности диэлектрических потерь в таком виде определяет количество энергии, рассеиваемой в диэлектрике за единицу времени

Тангенс угла диэлектрических потерь имеет очень важное значение как электрическая характеристика диэлектрика. Согласно ( 2 — 5) мощность диэлектрических потерь прямо пропорциональна частоте

В диапазоне частот, в котором произведение tg б — С растет с ростом частоты, рост диэлектрических потерь будет происходить быстрее, чем рост частоты; в диапазоне частот, в котором произведение tg 6 — С уменьшается с ростом частоты, величина диэлектрических потерь может увеличиваться с ростом частоты более медленно.

Все формулы мощностей для такой цени остаются теми же, что и для цепи с активным сопротивлением и индуктивностью.

Из формулы мощности подъемника видно, что по мере увеличения веса груза можно увеличивать скорость подъема крюка при одной и той же мощности подъемника.

Осе формулы мощностей для такой цепи остаются теми же, что и для цепи с активным сопротивлением и индуктивностью.

Из формул мощностей следует, что сильнее будет нагреваться диэлектрик с большим фактором потерь, так как напряженности поля и частота в обеих формулах одинаковы.

В формулу мощности турбины входит величина VK. При VK 0 ( колесо стоит) мощность равна нулю; при VKVO ( колесо вращается со скоростью УО) мощность также равна нулю. В этом случае силовое действие струи на колесо отсутствует. Значит при всех промежуточных значениях ик мощность не равна нулю, а при каком-то ее значении колесо турбины получит максимальную мощность.

Использовать непосредственно объемную формулу мощности для вычисления U здесь нельзя: надо знать удельную работу К, но для ее выбора по таблицам нужно заранее знать подачу на резец их, которая вычисляется через скорость подачи U, еще не известную.

Следовательно, формула мощности нуждается в поправочном множителе и притом меньшем единицы. Этот поправочный множитель учитывает фазовый сдвиг.

Следовательно, формула мощности нуждается в поправочном множителе и притом меньшем единицы. Этот поправочный множитель учитывает величину фазового сдвига.

Следовательно, формула мощности нуждается в поправочном множителе и притом меньшем единицы. Этот поправочный множитель учитывает величину фазового сдвига.

Других слагаемых формула мощности не имеет, так как приложенное напряжение синусоидально.

Как видим, формулы мощности получились одинаковыми как для соединения звездой, так и для соединения треугольником.

Режимы работы электродвигателей

Нагрузка на электродвигатель определяется режимом его работы. Она может оставаться неизменной или изменяться в зависимости от условий эксплуатации. При выборе двигателя обязательно учитывается характер и значение предполагаемой нагрузки. С учетом этого фактора выполняется расчет мощности электродвигателя.

Режимы, в которых работают электродвигатели:

Эффективная мощность двигателя

Полезная мощность, передаваемая двигателем потребителю, именуемая эффективной мощностью Nе, меньше, чем Ni, на величину механических потерь.

Эти потери обусловлены тре­нием поршня и подшипников, затратой работы на насосы — топлив­ный, продувочный, водяной и пр. Известно, что механические потери учитываются механическим к. п. д., т. е.

Средние значения механического к. п. д. у различных двигателей колеблются в пределах 0,7—0,9.

Если мощность, соответствующую механическим потерям, обозначить через Nr, то

Разделим все части этой формулы на коэффициент К. Для четырехтактного двигателя К =Vhni /900, для двухтактного К = Vhni /450.

Из формул (II, 24) и (II, 25) видно, что член Ni /K представляет

собой среднее индикаторное давление pi.По аналогии с этим член

Ne / K называют средним эффективным давлением ре.

Физический смысл его таков: это та часть среднего индикаторного давления, которая пропорциональна работе, отдаваемой двигателем потребителю.

Член Nr / K = рr соответствует той части среднего индикаторного

давления, которая пропорциональна работе, затраченной на механи­ческие потери.

Величины ре и рr имеют большое значение при расчете и сравне­нии показателей различных типов двигателей.

Из формул (II, 24), (II, 25), (II, 28) и (II, 30) следует: для четырехтактных двигателей

В современных четырехтактных дизелях без наддува в среднем 5

При наддуве ре может быть значительно поднято — до 15 кГ/см2 и выше.

Формула расчета для вентиляторов

Вентиляторы широко применяются в самых разных областях. Устройства общего назначения работают на чистом воздухе, при температуре ниже 80 0. Воздух с более высокой температурой перемещается с помощью специальных термостойких вентиляторов. Если приходится работать в агрессивной или взрывоопасной среде, в этих случаях используются модели антикоррозийных и взрывобезопасных устройств.

В соответствии с принципом действия, вентиляторные установки могут быть центробежными или радиальными и осевыми. В зависимости от конструкции, они развивают давление от 1000 до 15000 Па. Поэтому мощность, потребная для привода вентилятора, рассчитывается в соответствии с давлением, которое необходимо создать.

С этой целью используется формула: Nв=Hв·Qв/1000·кпд, в которой Nв – мощность, потребная для привода (кВт), Hв – давление, создаваемое вентилятором (Па), Qв – перемещаемый объем воздуха (м 3 /с), кпд – коэффициент полезного действия.

Данная формула позволяет рассчитывать мощность электродвигателей под центробежные и осевые вентиляторы. Для центробежных конструкций КПД составляет 0,4-0,7, а для осевых – 0,5-0,85. Другие расчетные характеристики имеются в специальных каталогах для всех типов электродвигателей.

Запас мощности не должен быть слишком большим. Если он будет слишком большой, КПД привода заметно снизится. Кроме того, в двигателях переменного тока может снизиться коэффициент мощности.

Расчет мощности электродвигателя

Преобразование электрической энергии в кинетическую осуществляется при помощи различных типов электродвигателей. Данные устройства нашли широкое применение в современном производстве и в быту. Чаще всего электродвигатели выполняют функцию электроприводов машин и механизмов, применяются для обеспечения работы насосного оборудования, вентиляционных систем и многих других агрегатов и устройств. В связи с таким широким применением, особую актуальность приобретает расчет мощности электродвигателя. Для этих целей разработано много различных методов, позволяющих выполнить расчеты, применительно к конкретным условиям эксплуатации.

44. Работа и мощность при поступательном движении

Работа постоянной силы P на прямолинейном участке пути s, пройденном точкой приложения силы, определяется по формуле
(1) A = Ps cos α,
где α – угол между направлением действия силы и направлением перемещения.

При α = 90°
cos α = cos 90° = 0 и A = 0,
т. е. работа силы, действующей перпендикулярно к направлению перемещения, равна нулю.

Если направление действия силы совпадает с направлением перемещения, то α = 0, поэтому cos α = cos 0 = 1 и формула (1) упрощается:
(1′) A = Ps.

На точку или на тело обычно действует не одна сила, а несколько, поэтому при решении задач целесообразно использовать теорему о работе равнодействующей системы сил (Е. М. Никитин, § 83):
(2) A_R = ∑ A_i,
т. е. работа равнодействующей какой-либо системы сил на некотором пути равна алгебраической сумме работ всех сил этой системы на том же пути.

В частном случае, когда система сил уравновешена (тело движется равномерно и прямолинейно), равнодействующая системы сил равна нулю и, следовательно, A_R=0. Поэтому при равномерном и прямолинейном движении точки или тела уравнение (2) принимает вид
(2′) ∑ A_i = 0,
т. е. алгебраическая сумма работ уравновешенной системы сил на некотором пути равна нулю.

При этом силы, работа которых положительна, называются движущими, а силы, работа которых отрицательна, называются силами сопротивления. Например, при движении тела вниз – сила тяжести – движущая сила и ее работа положительна, а при движении тела вверх его сила тяжести является силой сопротивления и работа силы тяжести при этом отрицательна.

При решении задач в случаях, когда неизвестна сила Р, работу которой нужно определить, можно рекомендовать два приема (метода).

1. При помощи сил, заданных в условии задачи, определить силу P, а затем по формуле (1) или (1′) вычислить ее работу.

2. Не определяя непосредственно силы P, определить A_p – работу требуемой силы при помощи формул (2) и (2′), выражающих теорему о работе равнодействующей.

Мощность, развиваемая при работе постоянной силы, определяется по формуле
(3) N = A/t или N = (Ps cos α)/t.

Если при определении работы силы Р скорость движения точки v=s/t остается постоянной, то
(3′) N = Pv cos α.

Если же скорость движения точки изменяется, то s/t = v_ср – средняя скорость и тогда формула (2′) выпажает среднюю мощность
N_ср = Pv_ср cos α.

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) при совершении работы можно определить как отношение работ
(4) η = A_пол/A,
где A_пол – полезная работа; A – вся произведенная работа, или как отношение соответствующих мощностей:
(4′) η = N_пол/N.

Единицей работы в СИ служит 1 джоуль (Дж) = 1 Н * 1 м.

Единицей мощности в СИ служит 1 ватт (Вт) = 1 Дж / 1 сек.

Популярной внесистемной единицей мощности является лошадиная сила (л. с.):
1000 Вт = 1,36 л. с. или 1 л. с. = 736 Вт.

Для перехода между ваттами и лошадиными силами следует пользоваться формулами
N (кВт) = 1,36 N (л. с.)
N (л. с.) = 0,736 N (кВт).

Задача 221. Какую работу производит человек, передвигая по горизонтальному полу на расстояние 4 м горизонтально направленным усилием ящик массой 50 кг? Коэффициент…

Задача 222. На тело M массой m=40 кг, могущее перемещаться вдоль вертикального направляющего бруска, действует некоторая сила P, постоянно направленная под…

Задача 223. Какой мощности электродвигатель необходимо поставить на лебедку, чтобы она могла поднимать клеть со строительными материалами общей массой m=1200…

Задача 224. Какую работу необходимо произвести, чтобы равномерно передвинуть в горизонтальном направлении на расстояние s клинчатый ползун 1 вдоль направляющих…

Задача 225. Тело М весом G=50 кГ равномерно перемещается вверх по наклонной плоскости, длина которой l=4 м и угол подъема α=20° (рис. 255,…

Задача 227. Тело М весом G=50 кГ равномерно перемещается вверх по наклонной плоскости l=4 м и с углом подъема α=20°. Определить работу, произведенную…

Задача 229. Определить работу, которую необходимо произвести, чтобы перекатить каток массой 50 кг на расстояние 4 м по горизонтальной негладкой поверхности…

Ранние разработки

В 1821 году, после открытия феномена связи электричества и магнетизма, датским химиком Эрстедом, теоремы Ампера и закона Био — Савара, английский физик Майкл Фарадей построил два аппарата, которые он назвал «электромагнитное вращение»: непрерывное круговое движение магнитной силы вокруг провода — это фактическая демонстрация первого электродвигателя.

В 1822 году Питер Барлоу построил то, что можно считать первым электродвигателем в истории: «колесо Барлоу». Это устройство представляет собой простой металлический диск, нарезанный звездой, и концы которого погружаются в чашку, содержащую ртуть, обеспечивающая текущий поток. Однако он создает только силу, способную ее поворачивать, не допуская ее практического применения.

Первый экспериментально используемый коммутатор был изобретен в 1832 году Уильямом Стерджоном. Первый двигатель постоянного тока, изготовленный с целью продажи, был изобретен Томасом Давенпортом в 1834 году и запатентован в 1837 году. Эти двигатели не испытали никакого промышленного развития из-за высокой стоимости батарей в то время.

Электродвигатель с DC

Коммутируемый аппарат постоянного тока имеет набор вращающихся обмоток, намотанных на якорь, установленный на вращающемся валу. На валу также имеется коммутатор, долговременный поворотный электрический выключатель, который периодически меняет поток тока в обмотках ротора при вращении вала. Таким образом, каждый мостовой мотор постоянного тока имеет переменный ток, проходящий через вращающиеся обмотки. Ток протекает через одну или несколько пар щеток, которые несут на коммутаторе; щеточки соединяют внешний источник электроэнергии с вращающейся арматурой.

Вращающаяся арматура состоит из одной или нескольких катушек проволоки, намотанной вокруг ламинированного ферромагнитного сердечника. Ток от щетки протекает через коммутатор и одну обмотку якоря, делая его временным магнитом (электромагнитом). Магнитное поле, создаваемое якорем, взаимодействует со стационарным магнитным полем, создаваемым либо PM, либо другой обмоткой (полевой катушкой), как часть каркаса двигателя.

Сила между двумя магнитными полями имеет тенденцию вращать вал двигателя. Коммутатор переключает питание на катушки при повороте ротора, удерживая магнитные полюса, от когда-либо полностью совпадающего с магнитными полюсами поля статора, так что ротор никогда не останавливается (как стрелка компаса), а скорее вращается пока есть питание.

Хотя большинство коммутаторов являются цилиндрическими, некоторые из них представляют собой плоские диски, состоящие из нескольких сегментов (как правило, не менее трех), установленных на изоляторе.

Большие щетки желательны для большей площади контакта щетки, для максимизации мощности двигателя, но небольшие щеточки желательны для малой массы, чтобы максимизировать скорость, с которой двигатель может работать, без чрезмерного отскока и искрения щеток. Более жесткие пружины для щеток также могут использоваться для создания щеток заданной массы на более высокой скорости, но за счет больших потерь из-за трения и износа ускоренной щетки и коммутатора. Поэтому конструкция электродвигателя постоянного тока влечет за собой компромисс между выходной мощностью, скоростью и эффективностью/износом.

Конструкция двигателей с DC:

Существует четыре основных типов электродвигателей постоянного тока:

Кинетическая и потенциальная энергии

Кинетическая
энергия
механической системы — энергия
механического движения этой системы.

Используя
второй закон Ньютона(F=mdV/dt)
и ряд др-х преобразований получаем

(5)
— кинетическая энергия тела массой m,
движущееся со скоростью v.

Кинетическая
энергия зависит только от массы и
скорости тела.

В
разных инерциальных системах отсчета,
движущихся друг относительно друга,
скорость тела, а следовательно, и его
кинетическая энергия будут неодинаковы.
Т. о., кинетическая энергия зависит от
выбора системы отсчета.

Потенциальная
энергия
— механическая энергия системы тел,
определяемая их вза­имным расположением
и характером сил взаимодействия между
ними.

В
сл-е взаимодействия тел осуществл-х
посредством силовых полей(поля упругих,
гравитационных сил), работа, совершаемая
действующими силами при перемещении
тела, не зависит от траектории этого
перемещения, а зависит только от
начального и конечного положений тела.
Такие поля называются потенциальными,
а силы, действующие в них, — консервативными.
Если же работа, совершаемая силой,
зависит от траектории перемещения тела
из одной точки в другую, то такая сила
называется диссипативной(сила
трения). Тело, находясь в потенциальном
поле сил, обладает потенциальной энергией
П. Работа консервативных сил при
элементарном(бесконечно малом) изменении
кон­фигурации системы равна приращению
потенциальной энергии, взятому со знаком
минус: dA=
— dП
(6)

Работа
dA
— скалярное произведение силы F
на перемещение dr
и выражение (6) можно записать:
Fdr=
-dП
(7)

При
расчётах потенциальную энер­гию тела
в каком-то определенном положении
считают равной нулю(выбирают нулевой
уровень отсчета), а энергию тела в других
положениях отсчитывают от­носительно
нулевого уровня.

Конкретный
вид функции П зависит от характера
силового поля. Например, потенциальная
энергия тела массой т,
поднятого на высоту h
над поверхностью Земли, равна (8)

где
высота h
отсчитывается от нулевого уровня, для
которого П=0.

Т.
к. начало отсчета выбирается произвольно,
то потенциальная энергия может иметь
отрицательное значение(кинетическая
энергия всегда положительна!).
Если принять за нуль потенциальную
энергию тела, лежащего на поверхности
Земли, то потенциальная энергия тела,
находящегося на дне шахты(глубина h‘
),
П= —mgh‘.

Потенциальная
энергия системы является функцией
состояния системы. Она зависит только
от конфигурации системы и ее положения
по отношению к внешним телам.

Полная
механическая энергия системы
равна сумме кинетической и потенциальной
энергий:
E=T+П.

Источник