A Nyomaték, Fordulatszám és Csúszás Jelleggörbéinek Jelentősége a Villamos Motorokban

Mi a kapcsolat a motor nyomatéka és sebessége között? Először is meg kell értenünk, hogy mi a motor kimeneti névleges fordulatszáma és a motor kimeneti nyomatéka, amelyek szorosan kapcsolódnak egymáshoz. A motor nyomatékteljesítménye a motor fordulatszámához és teljesítményéhez kapcsolódik.

Alapfogalmak: Nyomaték, Teljesítmény és Fordulatszám

A névleges fordulatszám a motor sebessége névleges teljesítmény mellett. Ez azt jelenti, hogy a motor fordulatszáma teljes terhelés esetén, így teljes terhelési sebességnek is nevezik. Ezt az "N" szimbólum jelöli, és az egység "forradalom / perc".

A motor nyomatéka a motor kimeneti nyomatéka, más néven motornyomaték, és a motor kimeneti teljesítménye, az általánosan használt egység N * m (N * m). A forgatónyomaték egy fizikai mennyiség, amely a motor vonóerejét jelzi. A nyomaték mértékegysége a newtonméter (Nm).

A fizikában a nyomaték definíciója az az erő, amely egy forgáspontra hat egy kar segítségével. A nyomaték képlete, az emelőkar törvénye a következő: nyomaték = erő (N) x kar (m). A newton (vagy font) a ható erőt, míg a méter (vagy láb) a kar hosszát jelöli. A forgatónyomaték másik elnevezése, amely talán világosabban kifejezi a jelentését, a rotációs erő. Ahogy azt a neve is sugallja, a rotációs erő vagy nyomaték biztosítja, hogy egy tárgy forogjon. Azt az erőt jelöli tehát, amely a jármű hajtótengelyére hat, amikor az forog. Az erő (N) ezzel szemben lineárisan gyorsítja az tárgyakat.

A fizikai képlet a következő: teljesítmény = erő x sebesség. A teljesítmény számszerű értékét kilowattban (kW) vagy (a korábban használt mértékegységben kifejezve) lóerőben (LE) adják meg. Egy watt (W) egy newtonmétert jelent másodpercenként, míg 1 lóerő az az erő, amely ahhoz szükséges, hogy 33 000 fontot pontosan egy lábnyira emeljünk fel egy perc alatt.

Renault ablaktörlő relé hibái

A nyomaték, teljesítmény és fordulatszám közötti alapvető kapcsolatot a következő képletek írják le:

• P = T * ω (teljesítmény = nyomaték * szögsebesség)
• T = 9550P / n (ahol T - nyomaték [N.M], 9550 - állandó, P - motorteljesítmény [kW], N - kimeneti sebesség [RPM])

Egyenáramú Motorok Jelleggörbéi

Az egyenáramú motor fordulatszáma és nyomatéka közötti kapcsolatot görbe formában fejezi ki. Amikor a tápfeszültség rögzítve van, az egyenáramú motor jellemzői egyenes vonallá válnak, amely balról jobbra ereszkedik le. A vonal bal felső sarka a szögsebesség terhelés nélkül, a jobb alsó sarok pedig a nyomaték indításkor. Ezen túlmenően, amikor a tápfeszültség növekszik, a vezeték a jobb felső sarokval párhuzamosan mozog, és amikor a feszültség csökken, a bal alsó részével párhuzamosan mozog. Az egyenáramú motorban láthatjuk, hogy a nyomaték az árammal egyenárammal egy időben növekszik. És ezúttal tudhatjuk, hogy a sebesség jellege a feszültség növelése után emelkedik. Ez egy nagyon hasznos tulajdonság az ellenőrzéshez. Egy másik tulajdonság, amelyet meg kell jegyezni, hogy az egyenáramú motor a T = KT reláció alapján az árammal arányos nyomatékot termel, még akkor is, ha a sebesség nulla.

Az Aszinkron Motorok Működési Elve és Jellemzői

Az aszinkron gép más néven indukciós motor a legáltalánosabban használt, legegyszerűbb szerkezetű villamos forgógép, egy forgó és egy álló részből tevődik össze. Az indukciós motort az olasz Galileo Ferraris professzor találta fel 1885-ben. Gyakorlatban az egyik legelterjedtebb villamos gép.

Az aszinkron gép állórészén általában többfázisú tekercselés található, amely forgó mágneses mezőt hoz létre. A forgó mágneses tér erővonalai metszik a forgórész tekercselését, és abban feszültséget indukálnak. Mivel a tekercselés zárt vagy rövidrezárt áramkört alkot, az abban indukálódott feszültség hatására a körben áram folyik. Lenz-törvénye értelmében az így indukált áram akadályozni igyekszik az őt létrehozó indukáló folyamatot, ezért a forgórész elfordul, így igyekezvén megakadályozni az erővonalmetszést és vele az indukciót. Természetesen a forgórész soha nem érheti el az állórész forgó mágneses mezőjének értékét, mivel akkor megszűnne az erővonalmetszés. A tengelyre ható terhelőnyomaték következtében a villanymotor fordulatszáma csökken az üresjárásához képest. Ezáltal az állórész forgó mágneses tere nagyobb sebességgel változik a forgórész tekercseihez képest, így abban nagyobb feszültség indukálódik. A nagyobb feszültség megnöveli a forgórész I2 áramerősségét, ami megnöveli a villanymotor nyomatékát. A változás addig tart, amíg a gép nyomatéka egyensúlyba kerül a terheléssel. A forgórész áramának változása - a transzformátorhoz hasonlóan - az állórész áramfelvételének megváltozását okozza, összhangban az energia-megmaradás elvével. Csökkenő terhelés esetén a folyamat ellentétesen változik.

Az Aszinkron Motorok Nyomaték-Fordulatszám Jelleggörbéje

Az aszinkron motorok működését legjobban a nyomaték-fordulatszám jelleggörbéjük írja le. Ez a görbe több kulcsfontosságú pontot is tartalmaz:

Használt Suzuki Wagon R+ tapasztalatok

• Indítónyomaték (Mi): A névleges nyomaték körüli, vagy annál kisebb. Ennek oka, hogy álló helyzetben a forgórész erősen induktív jellegű, a forgórész fázistényezője kicsi és emiatt a nyomaték is kicsi. Ha a villanymotor zárt forgórésszel, álló helyzetben csatlakozik a hálózatra, rövidzárási üzemállapotról beszélünk. Ekkor a gép áramkörileg úgy viselkedik, mint egy rövidre zárt transzformátor. A rövidzárási áramfelvétel a névlegesnek mintegy 4-8-szorosa.
• Billenőnyomaték (Mb): A villanymotor gyorsulása közben a nyomatéka a billenőnyomatékig nő. A nyomaték azért növekszik, mert a fordulatszám növekedésével csökken a szlip, így csökken a forgórész f2 frekvenciája. A csökkenő frekvencián kisebb lesz a forgórész induktív ellenállása, ezáltal növekszik a cosφ2 fázistényező. A nagyobb fázistényező növekvő nyomatékot eredményez. A billenőnyomatékhoz tartozó szlip kb. 15-20%, tehát ekkor az nb fordulatszám a szinkronértéknek kb.
• Névleges nyomaték (Mn): A billenőnyomaték utáni gyorsulás folyamán a nyomaték meredeken csökken. A csökkenés oka: a fázistényező már csak keveset növekszik, de a forgórész árama tovább csökken, mivel az indukált feszültség a szlip csökkenése miatt egyre kisebb lesz. A névleges nyomaték ennek a meredek szakasznak kb. a közepén található.

Ha a gép üresjárásban van, akkor felgyorsul az n1 szinkronfordulatszám közvetlen közelébe. A nyomatéki görbe a szinkronfordulatszámnál metszi a vízszintes tengelyt. A stabil motoros üzemet az üresjárási pont és a billenőnyomaték között lehet megvalósítani. Ha a terhelés meghaladja a billenőnyomatékot, akkor a villanymotor hirtelen megáll, a névlegest többszörösen meghaladó hálózati áramfelvétel kíséretében. A billenőnyomatékig az áram majdnem állandó marad, ezt követően viszont hirtelen lecsökken.

Aszinkron Motorok Jellemző Paraméterei

Veszteségek a Villamos Motorokban

A villamos gépek működése során különböző veszteségek keletkeznek, amelyek csökkentik a hatásfokot és hővé alakulnak:

• Vasveszteség: A vastestben hővé alakuló teljesítmény. A gyakorlatban az állórész és forgórész vasveszteséget külön szokás kezelni. Tipikus esetben mind a forgórész, mind az állórész lemezelt, az örvényáramú veszteségek csökkentése érdekében.
• Rézveszteség: A tekercselés anyagától függetlenül rézveszteségnek hívjuk a villamos gép tekercseléseiben (A kalickás forgórészű gépeknél a kalicka is tekercselésnek számít) hővé alakuló teljesítményt. A forgórész tekercsvesztesége a háromfázisú tekercset, ill.
• Súrlódási veszteség: A csapágyakban, illetve az egyéb súrlódó elemekben (csúszógyűrű) hővé alakuló teljesítmény.

Aszinkron Motorok Indítása és Fordulatszám-Szabályozása

A hálózatra kapcsoláskor lökésszerű mechanikai és villamos igénybevételek lépnek fel, ami mechanikai lengéseket okozhat. Az indítási jellemzők javítása és a fordulatszám szabályozása érdekében számos módszer létezik:

Indítási Módszerek

• Y/Δ indítás: Ennél a módszernél alapfeltétel, hogy a motor üzemszerűen Δ kapcsolásban üzemeljen. A módszer az indítási áramlökést és az indítónyomatékot is a gyök-harmadára csökkenti, ezért csak olyan esetekben használható, amikor nincs szükség nagy indítónyomatékra. Ellenben - és ez indokolja a használatát - az indítási árama a harmadára csökken. Az alacsony fordulaton Δ és magas fordulaton YY kapcsolású motor alkalmas a különböző üzemmódokban közel állandó nyomatékot leadni, valamit alkalmas Y/Δ indításra, amennyiben az ehhez szükséges tekercsvégek ki vannak vezetve.
• Fázishasítás elektronikus kapcsolókkal: Elektronikus kapcsolókkal (pl. triak) fázishasítás segítségével kis veszteséggel lehet csökkenteni a motorra jutó feszültséget, és ezzel az indítási áramot. Folyamatos vezérléssel el lehet érni az üzemi feszültséget, aminek elérésekor az elektronika kiiktatható egy relével.
• Forgórész kialakításával: A kalickás forgórészű aszinkron gépek fordulatszám-nyomaték jelleggörbéjét a kalicka alakjának megfelelő megválasztásával lehet kialakítani. A mélyhornyú, illetve kétkalickás forgórész kialakítás kifejezetten a kalickás forgórészű motorok indítási jellemzőinek (indítási áramlökés, indítónyomaték) javítására lettek kifejlesztve. A módszer gyakorlatilag veszteségmentes módon biztosítja a kedvező fordulatszám-nyomaték jelleggörbét. A kalicka rúdjai "mélyek" (sugár irányban elnyújtottak). Az aszinkron gép jellegzetességei miatt nagy szlip esetén (indítási üzemállapot) a kalickának a forgórész felületéhez közeli részei vesznek csak részt a folyamatban, a szlip csökkenésével a kalickarudak keresztmetszetének egyre nagyobb része vesz részt a folyamatban. A forgórészen két kalickát alakítanak ki. Egyet a forgórész felületéhez közel vékonyabb, nagyobb ellenállású anyagból (általában alumínium). A serleges forgórész a kalickás forgórész speciális esetének tekinthető, amikor a kalicka egy teljes hengerfelület, amely az állórészen kialakított légrésben forog.
• Csúszógyűrűs motoroknál: Az indítási áramlökés csökkenthető, illetve az indítónyomaték emelhető a forgórészkörbe kötött szabályozó ellenállásokkal. A csúszógyűrűs aszinkron gép forgórészén a tekercselés végpontjai ki vannak vezetve egy egy csúszógyűrűre.

Fordulatszám-Szabályozás

• Frekvenciaváltó (inverter): Költséges, de jó megoldás, a motort inverteren (frekvenciaváltón) keresztül táplálni. A berendezés széles határok közötti fordulatszám-szabályzást tesz lehetővé, számos ellenőrző, és védelmi funkciót tartalmazhatnak beépítve. Ipari buszrendszerekre csatlakoztathatóak, nagyon leegyszerűsítve bonyolult hajtások megvalósítását. A hálózati frekvencia változtatásával a motorok fordulatszáma szabadon változtatható.
• Pólusszám átkapcsolás (Dahlander, Bláthy-Kandó): A Dahlander kapcsolás egy speciális tekercselési mód, amikor az állórészen található tekercselés két félből áll. A kapcsolás (és az ahhoz szükséges tekercselés) többféleképpen megvalósítható. A Bláthy illetve Bláthy-Kandó pólusátkapcsolásnál a pólusszámok a Dahlander kapcsolásnál szabadabban választhatóak meg, azonban a pólusszám átkapcsolás a tápláló fázisok számának váltásával is jár, ezért csak speciális esetekben használható. Ilyen speciális eset volt V50 típusú Kandó féle kísérleti mozdony, ahol a fázisváltó tekercselése lehetővé tette a többféle fázisszámmal történő üzemet. A V40 mozdonyaiban már nem ezt a megoldást használták, mivel a hajtómotorokat gyártó brit Vickers Co.
• Szlip szabályozása: Egyes esetekben a fordulatszám a szlip szabályozásával is megoldható. A szlip szabályozható a tápláló feszültség változtatásával, illetve csúszógyűrűs motor esetén a forgórész áramkörébe iktatott ellenállások értékének változtatásával, azonban állandó üzemre ez a megoldás csak ritkán alkalmas, mivel a szlip növekedésével a forgórészveszteség, így a forgórész melegedése növekszik, illetve a motor hatásfoka romlik.

Az Egyfázisú Aszinkron Motorok Speciális Jellemzői

Ahol nem áll rendelkezésre háromfázisú hálózat, egyfázisú aszinkron gépeket használnak. Az egyfázisú feszültség az egyfázisú tekercseléssel ellátott forgórészben nem keletkezik forgó, hanem csak pulzáló mágneses tér, ezért az ilyen gépeket segédberendezéssel kell indítani. Az állórész tekercselésében folyó egyfázisú váltakozóáram a légrésben lüktető mágnesmezőt létesít. Ez a mágnesmező az időben változni fog, de a helybeli eloszlása változatlan marad. Az ilyen mezőt, amelynél az indukció nagysága az időben szinuszosan változik, térbeli eloszlása azonban változatlan marad, lüktető vagy pulzáló mezőnek nevezik. Bármely pulzáló mező azonban felbontható két, ellentétes irányban n0 fordulatszámú, fél amplitúdójú forgó mezőre.

Az egyfázisú gép állórészén ki van alakítva egy térben eltolt második (segédfázis) tekercselés, amely egy kondenzátoron, vagy induktivitáson ritkán Ohmos ellenálláson keresztül kap táplálást. A két tekercsrendszer magnetomotoros erejének időbeli lefolyása fázisban eltér a főtekercsétől. A két tekercsrendszer magnetomotoros ereje forgómágneses teret létesít, ennek számértéke egy periódus alatt legjobb esetben is legalább két maximumot és két minimumot mutat. Eltekintve a tekercs Ohmos ellenállásától a segédfázis tekercsének árama kondenzátor esetén 90°-kal siet, induktivitás esetén 90°-kal késik a főáramkörhöz képest. A megoldás hasonlít a segédfázisos aszinkron gép működéséhez, azzal a különbséggel, hogy a segédfázis csak az indítás idejére aktív. A segédfázist áramát áramkapcsoló, vagy centrifugál kapcsoló szakítja meg, amikor a motor eléri az üzemi fordulatszámát. Magyarországon elsősorban az induktív fáziseltolásnál használták, elkerülve annak túlmelegedését. Kis teljesítmény esetén az olcsó kivitelezhetőség miatt elterjedt kialakítás.

Hőmérséklet beállítások a Mazda 3-ban

Generátoros Üzem és Egyéb Villamos Gépek

A villamos gép a betáplált villamos energiát forgási energiává alakítja. A villamos gép a betáplált mechanikai energiát villamos energiává alakítja (Például: villamos vontatásnál a lejtmenet). Az aszinkron gép önmagában nem képes sziget üzemű generátorként működni, általában működő villamos hálózatra kapcsolva üzemeltetik. Generátoros üzemben az aktuális fordulatszám nagyobb a szinkron fordulatszámnál, a szlip negatív. A tengely forgása ellentétes az állórészben kialakuló mágneses mező által meghatározott irányhoz képest.

Szerkezetileg hasonlóak a csúszógyűrűs motorhoz, azonban a szinkron fordulatszám elérésekor képesek azt megtartani, és attól kezdve szinkronmotorként működnek. A forgórész gerjesztőáramát az indítás után külön gerjesztőgép szolgáltatja. A szinkron motorhoz képest nagy előny, hogy nincs szükség indítógépre.

Gyakorlati Alkalmazások: Nyomaték és Teljesítmény a Járműtechnikában

A motorok teljesítmény- és nyomatékkövetelményeinek megértése különösen fontos a járműiparban. Michael Griese, a BMW szakértője is mondja: „Az a lényeg, hogy Ön, mint vezető mit vár el a járművétől.” A motorok a nagy teljesítményt vagy nagy nyomatékkal, vagy nagy fordulatszámmal érik el. A nyomaték jelentősége azzal szemléltethető a legjobban, ha tisztázzuk a motorteljesítmény fogalmát. A legjobb, ha a BMW szakértőjének magyarázatához itt is adunk egy kis rövid elméleti áttekintést.

Belső Égésű Motorok Jellemzői

A belső égésű motorok tervezésénél a cél az, hogy azok nagy nyomatékot állítsanak elő még alacsony fordulatszámon is. Ugyanakkor a nyomatéknak a lehető legnagyobb motorfordulatszám-tartományban kell rendelkezésre állnia. A motor nyomatékának és a motor teljesítményének, ezen keresztül az autó mindennapokban mutatott viselkedésének megértéséhez fontos tudni, hogy a belső égésű motorok a maximális nyomatékukat a maximális teljesítménynél alacsonyabb fordulatszámon érik el. Amikor tehát arról beszélünk, hogy már az alacsonyabb fordulatszám-tartományoktól nagy a teljesítmény, akkor ez alatt azt értjük, hogy alacsony fordulatszámokon is nagy nyomaték áll rendelkezésre.

Íme egy példa, amely jól szemlélteti a nyomaték és a motorteljesítmény közötti különbséget. Amikor Ön egy belső égésű motorral hajtott autó vezetőjeként figyeli a műszerfali órákat, láthatja, hogy a motor fordulatszámának (ford./perc) növekedésével egyszer csak elérkezik az a pont, ahol a nyomaték eléri a maximumát. Ugyanakkor a motor teljesítménye a motor fordulatszámának emelkedésével nő. Amint a vezető úgy érzi, hogy a motor teljesítménye a fordulatszám növekedésével csökkenni kezd, akkor egy fokozattal feljebb kapcsol (az automata sebességváltók természetesen maguk is megteszik ezt).

Vezetési élményre lefordítva a nagy nyomaték azt jelenti, hogy a lehető legrövidebb idő telik el a gázpedál lenyomása és a motor reakciója között. Ezzel együtt minden belső égésű motor esetében megfigyelhető egy pillanatnyi késlekedés (jóllehet, gyakran csak egészen kicsi, a motor konstrukciótól függően), mielőtt a nyomaték jelentkezik - ellentétben az elektromos autók motorjával.

Elektromos Autók Motorjának Előnyei

Ezzel el is érkeztünk az elektromos autók motorjához. Mi a nagy előnye az elektromos autóknak? Hát az, hogy már az elindulás pillanatától rendelkezésre áll a teljes nyomatékuk - úgy, hogy semmilyen késlekedés nincs a gázpedál lenyomása és a motor reakciója között. Ezért is olyan nagy élmény az elektromos autók gyorsulása úgy a vezető, mint az utasok számára.

Michael Griese, a BMW szakértője a következőképpen magyarázza el, hogy mitől is olyan különlegesek az elektromos autók. „Az elektromos motor nagy nyomatéka lehetővé teszi, hogy az ilyen erőforrással ellátott járművek hatékonyan és energiatakarékosan közlekedjenek.” Az elektromos motor maximális nyomatéka már igen alacsony fordulatszámon jelentkezik. „Ez pedig közel állandó szinten marad egészen addig, amíg a motor el nem éri a maximális teljesítményét” - magyarázza tovább Griese mérnök. Ettől a ponttól kezdve a nyomaték csökken, a motorteljesítmény pedig állandó marad. A nagy motorteljesítmény révén elérhető lehető legnagyobb sebesség nem elsődleges szempont az elektromos autók esetében.

A gyorsan kifejtett nagy nyomatékból tehát a vezető a nagyfokú biztonság (előzéskor), az intenzívebb vezetési élmény és a hatékonyság formájában merít előnyt. Amint elérjük a maximális nyomatékot, a jármű már gyorsul olyan határozottan. A közhiedelemmel ellentétben, a mindennapokban a nyomaték fontosabb szerepet játszik, mint a (maximális) teljesítmény. Ennek hátterében az áll, hogy az erőforrások - azaz a környezet, az emberek pénztárcája és idegei - kímélése érdekében a mérnökök a már az alacsony fordulatszám-tartományokban jelentkező nagy vonóerő biztosítását tűzik ki célul. A nagy nyomaték hatékony és energiatakarékos vezetést tesz lehetővé.

A trükk az, hogy a rendelkezésre álló finomhangolási lehetőségek széles skáláját az adott modellhez igazítsuk. Egy BMW Z4 esetében például az úttal való közvetlen kapcsolat és a vezetési élmény biztosítása áll a középpontban, míg a BMW 7-es sorozat esetében a kényelem fontosabb. Akkor hát mi a fontosabb? A nagy motorteljesítmény vagy a nagy nyomaték? Minden attól függ, hogy Önnek, mint vezetőnek mire van szüksége. Ha például a magas végsebességet tartja fontosnak, akkor azt egy nagy névleges teljesítményű járműben találja meg.

tags: #csúszás #nyomaték #fordulatszám #jelleggörbe #hatása

• Porsche Boxster üzemanyagszűrő csere útmutató
• Részletes alvázvizsgálat Mazdákhoz
• Autórádió kiszerelési útmutató Fabia
• Bontott Mercedes alkatrészek
• A hengerfej problémák felismerése