Правда ли что электрические лошади больше лошадей ДВС?

В этой статье попробую ответить на вопрос почему многие производители электродвигателей для яхт пишут: этот 3 кВт электрический мотор эквивалентен по мощности 10 л.с. бензиновому. Рекламный ли это ход или правда что-то новое?

Если не хотите читать дальше, то вот быстрый ответ: нет, лошадиные силы электродвигателя совершенно точно равны лошадиным силам ДВС.

Дальше для тех кто хочет разобраться.

Есть полезный ньюанс, который производители ДВС не используют в своих двигателях или используют слабо. Этот ньюанс - эффективность винта. Равенство лошадиных сил на винте еще не означает равную эффективность всей двигательной системы. 

Наиболее эффективен медленновращающийся винт большого диаметра и малого шага. Разница в эффективности между маленьким быстровращающимся винтом и большим медленновращающимся может быть двукратной и больше (если мы говорим о водоизмещающих скоростях, а не глиссировании).

По ряду причин производители ДВС ставят небольшой винт в угоду универсальности. Например у ПЛМ обороты винта доходят до 2000 в минуту, а для скоростей с которыми может двигаться корпус водоизмещающей яхты желательно иметь достаточную тягу при оборотах до 600-700 в минуту. ПЛМ на 600-700 оборотах в минуту будет иметь очень слабую тягу из-за малой гребной площади лопастей. Что касается стационарных ДВС, производитель также старается не ставить большой винт чтобы сильно не тормозить лодку когда она идет под парусом. Все это ведет к потерям в эффективности работы всей двигательной системы. Именно этим фактом пользуются производители электрических двигателей для яхт, указывая что их заведомо более слабый двигатель тянет так же как более мощный ДВС. Для электродвигателей стараются ставить большие эффективные винты, если речь о стационарном - то либо складной винт чтоб уменьшить тормозящую силу винта, либо обычный, но двигатель с функцией регенерации энергии при ходе под парусами. 

Для повышения движущей силы электродвигательной установки лучше всего увеличивать диаметр винта, чуть хуже - увеличить шаг и совсем плохо - увеличить обороты. При этом надо учитывать что медленновращающийся винт с большой тянущей силой требует от двигателя больший крутящий момент (по моим данным двухлопастной 240мм складной винт с шагом 7" на оборотах 700 в минуту требует на валу крутящий момент 27 Нм), так что вам придется либо сделать достаточную редукцию от мотора на гребной вал, либо поставить мотор с большим крутящим моментом. Здесь надо понимать, что быстрый мотор с редукцией будет весить меньше, чем медленный мотор с большим крутящим моментом и без редукции.

Идея переделки ДВС ПЛМ на электро ущербна изначально, т.к. подходящие для него винты неэффективны с завода.

Несколько полезных формул:

1) Pm = M*n / 9.5492 [Вт]

где Pm - механическая мощность в Вт, 

M - крутящий момент двигателя в ньютонометрах,

n - количество оборотов двигателя в минуту,

9,5492 — коэффициент перевода оборотов в минуту — в радианы в секунду, определяемый по "Таблице перевода единиц измерения угловой скорости".

Например получим крутящий момент при 1000 оборотах и 5 кВт:

M = Pm / n * 9.5492 = 5000 Вт / 1000 * 9.5492 = 48 Нм (округлено)

2) Pe = Pm * η [Вт]

где Pe - электрическая мощность в Вт,

Pm - механическая мощность в Вт,

η - общий КПД двигателя и его контроллера.

Обычно у щеточных (коллекторных) электродвигателей (как в электропогрузчиках) КПД в районе 0,8. У бесколлекторных двигателей (у них электронный коллектор) КПД около 0,9. 

КПД электродвигателя падает в основном когда с него пытаются снимать крутящий момент больший чем тот на который он рассчитан. Т.е. большая мощность на оборотах много меньших чем обороты холостого хода электродвигателя.

3) Pe = U * I [Вт]

где где Pe - электрическая мощность в Вт,

U - батарейное напряжение в В,

I - батарейный ток в А.

У бесколлекторных электродвигателей есть такое понятие как фазный ток и фазное напряжение. Обычно такие моторы трехфазные, а контроллер мотора выполняет фукнцию электронного коллетора, переключая фазы для того чтоб создавать движущую силу и крутить ротор двигателя. Фазный ток может быть больше или равен батарейному, а фазное напряжение меньше или равно батарейному. Контроллер выполняет функцию преобразователя (как DC-DC или трансформатор) для того чтобы при раскрутке двигателя дать больший ток и меньшее напряжение, что позволит получить больший крутящий момент при разгоне. Когда мотор выходит на обороты холостого хода, фазный ток равен батарейному току, а фазное напряжение равно батарейному напряжению.

Комментарии статьи(0)

Еще нет комментариев. Будьте первым!

Только авторизованные пользователи могут оставлять комментарии Вход