Cuplul unui motor electric

Salut,

Ma framanta si pe mine o intrebare de ceva vreme, de cand, intamplator, a trebuit sa am tangenta cu tot felul de scule electrice...

Este vorba despre cuplul motor.

Observ cu uimire printre caracteristice masinilor de gaurit cu acumulator (de exemplu) ca sunt capabile de cupluri maxime chiar si de 40, 50, 60 Nm in treapta corespunzatoare (este vorba de cele mai performante modele din gamele profesionale ale celor mai importanti producatori). Nu este vorba de masinile de insurubat cu impact.

Intrebarea mea este urmatoarea: acel cuplu este unul si acelasi lucru cu acel cuplu pe care il dezvolta si motoarele cu combustie al autoturismelor ?

Spre exemplu: un Logan cu motor de 1.4 si 75CP are un cuplu de 112Nm.

Multumesc !

Da, este aceeași mărime fizică mecanică: Cuplul motor.
Ceea ce le diferențiază (masini de gaurit cu acumulator - autoturisme) este Puterea mecanică (care depinde și de viteza de rotație... ):

Quote

Sursa: Cuplu motor - Putere motor:explicatii, cum, ce ....

rsumy

Edited by mister_rf, 01 June 2011 - 17:04.
Evita citarea inutila a textului anterior!!!

Mie-mi place la motoarele electrice ca acest cuplu este dezvoltat de la zero turatii. De ex la masinile hybrid, cuplul de 400Nm e de la 0 la 4000rpm sa zicem.
Conteaza si puterea, de ex la motociclete de 1000cmc puterea este foarte mare (peste 100cp) dar cuplul este sub 100Nm de fapt normal pentru aceasta cilindree. La benzinare aspirate de regula valoarea cuplului e a zecea parte din valoarea cilindreei.

rsumy, multumesc pentru link-ul indicat, am citit tot ce am gasit acolo...

Am gasit si un exemplu acolo cu acei doi oameni care ridica o greutate de 75kg la o inaltime de 1m.
Sa inteleg ca cel care ridica de mai multe ori greutatea in aceeasi unitate de timp se considera ca dezvolta acelasi cuplu ca si celalalt, insa dezvolta o putere mai mare ?

Daca este asa, atunci raportand la exemplul meu, inseamna ca un motor electric care dezvolta un cuplu maxim de 112 Nm, dar la o putere infinit mai mica ar pune in miscare acel Logan insa nu i-ar conferi acceasi viteza maxima si aceeasi acceleratie ?


Acum, as vrea sa mai intreb cum anume am putea stabili ce motoare electrice ar conferi aceleasi performante autoturismelor ca si atunci cand au motoarele lor (cele cu ardere interna, din fabrica) ?

De exemplu am vazut odata pe Discovery cum un Range Rover echipat cu un motor electric de 30CP a surclasat atat la capitolul viteza maxima cat si acceleratie un frate echipat cu un V8 de 186 CP. Asadar nu este nevoie de putere echivalenta pentru a obtine aceeasi viteza maxima si acceasi acceleratie...

Edited by Protopopeus, 01 June 2011 - 17:35.

Da... nu trebuie cine știe ce calcule, e oarecum clar că cel care "muncește" mai mult în același interval de timp, are o putere mai mare... :).

rsumy

Edited by rsumy, 01 June 2011 - 17:27.

Nu, nu este acelasi lucru.

La automobile este specificat cuplul motor, o informatie grosiera, care pt. o imagine cu adevarat relevanta, trebuie supusa unui calcul prin care cuplul este amplificat de intreg raportul compus de demultiplicare a turatiei, de la motor la roata, tinand cont inclusiv de diametrul exterior al pneurilor.

Cuplul la roti ajunge semnificativ mai mare.

De ex., la un automobil cu motor de 5500 RPM (cuplul maxim pe la ~ 4000 RPM) si cu roti cu janta de 14 toli  si pneuri de ~3 toli, (20 toli total) cuplul la roti poate sa fie la 40 km/h de ~ 10 X mai mare decat cuplul motor, (ar fi fost de ~ 13 x daca cuplul motor era maxim la turatia maxima, dar nu este...) iar la 160 Km/h poate sa fie de ~ 2,5 x mai mare decat cuplul motor (de unde si nerecomandarea de a face depasiri cu automobile care au un raport putere/greutate (incarcata) in CP/Kg mai mic de minim 1/10 - cam minimul absolut de sportivitate, pt. ca acceleratia este extrem de slaba)
1CP =~ 0,746 KW ( 1CP electric)  sau 0,73549875 KW...(1CP metric)

La bormasinile cu acumulator se specifica cuplul final, adica cel de pe mandrina sau capul de strangere.

Sunt modele care au de la 0,5 Nm si chiar mai putin in cazuri speciale, pana la ~80Nm la modelele cele mai puternice (fara strangere in socuri cinetice/impulsuri), evident pe turatia mica (~ 350 RPM) si la modele foarte grele, 2,4-2,8 Kg, care sunt complet nerecomandabile pt. altceva decat pt. lucrari de forta, ca de ex. gauriri/frezari/carotari de calibru foarte mare - 25-60mm si peste.
In general se prefera modelele usoare, de maxim 1,5 Kg, care sunt mult mai ergonomice.
Cele care trec de 1,5 Kg, stau in general nefolosite, cu exceptia cazului in care sunt singurele disponibile pt. job....
La 1,5 Kg se gasesc modele care ajung la 30 Nm, si chiar peste la modelele cu acc cu Litiu., poate chiar 45 Nm si peste.
Exista si modele de pana la 1 Kg maxim, care sunt capabile de 30 Nm.

Cele cu strangere in impulsuri (in socuri cinetice), sunt cu totul altceva, si acolo se poate ajunge chiar si la modele capabile de mii de Nm.

Edited by loock, 01 June 2011 - 17:41.

si un biciclist dezvolta un cuplu considerabil, de multe ori mai mare decat un logan ca tot se da ca exemplu dar ceea ce nu vrea lumea sa intelega este ca acel cuplu nu are absolut nici o valoare fara a se specifica turatia.

pe scurt,
800N, greutatea unui barbat cu o masa de aprox 80 de kg care pedaleaza in picioare deci se lasa cu toata greutatea pe pedala, inmultita cu bratul fortei adica pedala de 0.25m da 200Nm la axul pedalelor care este similar cu axul unui motor. mai departe foaia, lantul si pinioanele corespund transmisiei unei masini.

teoretic si practic daca la arborele de intrare in cutia de viteze s-ar monta pedale, un om ar misca o masina fara probleme. nu zic ar pune-o in miscare in orice treapa (trebuie calculat) dar intr-a 3a ar pleca sigur de pe loc. dupa ce ar pleca de pe loc ar putea sa pedaleze linistit in orice treapta. viteza ar fi totusi exagerat de mica.

Edited by undercoverbrother, 01 June 2011 - 17:42.

Am postat si mai sus, insa doresc sa fie citit si catre cei care au postat cat timp scriam eu...



Daca este asa, atunci raportand la exemplul meu, inseamna ca un motor electric care dezvolta un cuplu maxim de 112 Nm, dar la o putere infinit mai mica ar pune in miscare acel Logan insa nu i-ar conferi acceasi viteza maxima si aceeasi acceleratie ?


Acum, as vrea sa mai intreb cum anume am putea stabili ce motoare electrice ar conferi aceleasi performante autoturismelor ca si atunci cand au motoarele lor (cele cu ardere interna, din fabrica) ?

De exemplu am vazut odata pe Discovery cum un Range Rover echipat cu un motor electric de 30CP a surclasat atat la capitolul viteza maxima cat si acceleratie un frate echipat cu un V8 de 186 CP. Asadar nu este nevoie de putere echivalenta pentru a obtine aceeasi viteza maxima si acceasi acceleratie...
Probabil acel motor de 30CP montat pe o masina sport usoara ar i-ar fi conferit performante demne de Tesla Roadster, care insa are un motor de vreo 276CP

Edited by Protopopeus, 01 June 2011 - 17:43.

Protopopeus, on 1st June 2011, 18:42, said:

acceleratie nu dar putere da. de fapt un mare DA.

rangeul ala cu motor de 30 de cai nu prea ar depasi 100 la ora. asta daca ar atinge acea viteza, lucru de care ma indoiesc.

Edited by undercoverbrother, 01 June 2011 - 17:44.

undercoverbrother, on 1st June 2011, 18:44, said:

Cum adica acceleratie nu dar putere DA ? Adica pentru acceleratie nu este nevoie de putere ci doar pentru viteza ?

Nu-mi mai aduc bine aminte dar acel Range a atins vreo 130 si ceva, pe o distanta de 400 sau 600m, nici asta nu mai retin...

Am explicat mai sus, si este simplu de inteles.

Turatia motorului (la care este utilizat el) se demultiplica pana la roata prin intermediul unor angrenaje si cutii de viteza, apoi se tine cont de diametrul exterior al rotilor.

Afirmatia ca la motoare electrice nu este necesara cutia de viteze este o aberatie, deoarece franarea aerodinamica creste exponential in functie de patratul vitezei pe de o parte, apoi acceleratia iar are nevoie de cuplu marit MUUUUULT prin demultiplicarea turatiei.
Daca nu are cutie de viteze, fie viteza maxima este foarte limitata, fie randamentul este foarte slab - probabil exact acolo unde automobilul este utilizat in primul rand -la viteze medii...

Iar cuplul motorului electric se poate controla, insa electronica necesara are preturi complet prohibiltive pt. puterile cerute la un automobil.
Si asa costa f. mult invertoarele de putere si variatorul de frecventa care controleaza turatia.
Daca pe langa cele doua se mai adauga si control de putere pt. curent sau tensiune, orice echipament care ar face asta fiabil si cu un randament decent, ar arunca preturile de multe ori peste cel al unei cutii de viteza.
Cel mai simplu si mai ieftin ar fi cu un transformator cu priza multipla in secundar.
Dar un transformator pt. sute de KWh este foarte mare si foarte greu - masa mare = inertie mare....
Altfel, cu potentiometru rezistor sau cu IGBT-uri in montaj simplu, randamentul este sub 50 % numai din pierderile din electronica, plus restul...

Edited by loock, 01 June 2011 - 18:04.

Protopopeus, on 1st June 2011, 18:48, said:

cauta definitia puterii si a lucrului mecanic si vei intelege.
acceleratia poate diferi destul de mult la 2 motoare cu aceeasi putere maxima dar viteza maxima niciodata. daca difera v max inseaman ca unul dintre motoare este cuplat la o transmisie care nu este optimizata pentru viteza maxima.

ca o regula, daca viteza maxima pe care o atinge o masina nu este fix la turatia de putere maxima, indiferent ca motorul se tureaza peste turatia de putere maxima sau se opreste sub turatia de putere maxima, acea masina nu-si atinge adevarata viteza maxima. la multe masini, mai ales de mic litraj, in treata a4a masina depaseste turatia de putere maxima iar in treapta a5a nu reuseste sa ajunga la turatia de putere maxima. toate acele masini puteau avea o viteza maxima mai mare dar ar fi avut fie treapta a4a prea lunga fie treapta a5a prea scurta fata de cum sunt acum, ambele situatii avand dezavantaje mai mari decat situatia de care ziceam si anume ca masina, loganul de exemplu, in loc sa prinda 170, prinde doar 165.

Edited by undercoverbrother, 01 June 2011 - 18:31.

protopopeus draga , daca ai terminat liceul , inseamna ca ai fost degeaba la orele fizica . Lucrul mecanic , puterea si cuplul nu masoara acelasi lucru. Intelegerea acestor aspecte diferite e greu de realizat pe un forum si e mai usor de obtinut folosind carti de fizica sau netul unde vei gasi formule si poze dragute cu cai sau oameni care scot apa din fantana la care poti privi cu orele. Totusi pentru elucidarea ta o sa-ti dau niste exemple simple , sa zicem ca un om scoate apa dintr-o fantana de adancime h cu o galeata care are masa m. Ca sa scoata o galeata va depune un lucru mecanic W=mgh . Nu conteaza daca o scoate in 1 secunda sau in 1 ora , lucrul mecanic e acelasi. Puterea inseamna lucru mecanic pe timp deci cate galeti scoate pe unitatea de timp P=W/t , deci un om puternic va scoate mai multe galeti in acelasi interval ca unul slab. Cuplul este asa mai empiric o masura a fortei de rotatie   tau = r x F si nu implica neaparat realizarea de lucru mecanic , ca in situatia stangerii unei piulite de ex. Dar putem totusi lega cuplul de lucrul mecanic daca se efectueaza rotatie , W=cuplul x nr radiani pe care s-a efectuat rotatia , si evident si de putere P=cuplu x nr radiani / secunda , din acest motiv daca stim cuplul dezvoltat la roata si nr rpm putem afla ce putere dezvolta o masina la o anumita viteza daca stim si diametrul rotii ( smecheri constructorii astia cum ne zapacesc , nu? ).
Cum se face totusi ca o masina electrica cu un motor de 30kW poate bate o masina cu ardere interna de 100kW? Pe drum drept nu poate pentru ca , pe masura ce creste viteza , creste necesarul de putere pentru a invinge rezistenta aerului. Pe un drum cu multe curbe insa poate fiind o chestie legata de cuplu si rpm pe care ar trebui deja sa o intelegi si singur.

Edited by chilly willy, 01 June 2011 - 18:58.

chilly willy, fizica pe care am facut-o eu se rezuma la 2 ani, intr-a 7-a si a 8-a. Apoi am urmat un liceu cu profil uman si N-AM MAI FACUT FIZICA.

In nici un caz nu ma voi apuca prin urmare sa caut carti de fizica pentru a-mi satisface niste intrebari minore...

Tot ceea ce mi-ai explicat am inteles deja.

In ceea ce priveste acel concurs, tocmai in linie dreapta acel Range electric l-a invins fara drept de apel pe cel cu motor cu ardere interna.

inca ai probleme cu intelegerea , dar sa zicem asa , un tractor cu motor de 65CP (genul de tractoare mici) poate fi depasit ca viteza si acceleratie de o dacie sa zicem?
masa si puterea sunt comparabile

Edited by chilly willy, 01 June 2011 - 19:14.

Un Range Rover clasic avea raport de demultiplicare 3,32 in treapta intai, si 3,54 cu reductorul final de teren.
Posibil ca modelele noi sa difere, insa poti considera ca un cuplu final mai mare de 3,5 X cuplul motor, probabil ca nu o sa vezi, mai ales la puterea maxima, care se atinge la turatia maxima, unde cuplul motor este mai mic...

Daca varianta motorizata electric are o masa comparabila dar  un motor de 6 X mai putin puternic, insa  are si un reductor nesimtit cu raport de demultiplicare de 25 sau mai mare, atunci probabil ca o sa accelereze mai repede in primii metrii, pana pe la 8-10 Km/h, dupa care modelul mai puternic o sa-l spulbere.
La 185 CP chiar si un Range Rover care are masa f mare, o sa ajunga la 40 Km/h imediat, inainte sa te dumiresti prea bine ce vrea sa faca cel de 30 CP...

Avantajul electricelor este altul, tot legat de cuplu, si anume ca randamentul lor final este la viteze medii de multe ori mai mare.
In timp ce varianta pe combustibil variaza puterea odata cu turatia doar de cateva ori, deci si consumul de combustibil scade doar de cateva ori, varianta electrica, deoarece are cuplu bun de la 0, isi permite sa varieze turatia intr-o plaja mult mai mare, motiv pt. care la mersul prin oras o sa consume mult mai putin - din cauza asta nici nu se resimte diferenta de capacitate a acumulatorilor actuali, chiar in masura catastrofala in care sunt ei de slabi la acest capitol fata de energia stocata in combustibil.

Edited by loock, 01 June 2011 - 20:07.

mai e și impulsul (energia cinetică) care este egală cu masa  x viteza la pătrat, care ne arată că pt. o viteză dublă imprimată e nevoie de o energie de 4 ori mai mare, deci peste o anumită viteză ai nevoie de putere tot mai mare pt. a accelera în continuare.

chilly willy, on 1st June 2011, 20:11, said:

Salut, nu inteleg deloc intrebarea...

Te rog sa o reformulezi ca sa pot intelege pentru ca ma gandesc ca daca spun: evident, orice fel de Dacie, chiar si una 1300 depaseste si cel mai performant New Holland de dimensiuni mici cu puterea de 70 - 80 CP, nu doar 65, in primul rand la capitolul viteza, ar fi prea simplu.

loock, on 1st June 2011, 21:03, said:

Treaba cu puterea care face diferenta in ceea ce priveste acceleratia si viteza unei masini am inteles-o, dar totusi nu inteleg cum masinarii cu motor electric reusesc sa fie comparabile ca performante cu masinarii cu motor clasic de multe ori mai puternic n-o inteleg.

Observ ca mai multe persoane sunt convinse ca in exemplul meu acel Range electric nu are nici o sansa in fata celui clasic, decat in prima instanta.

loock, nu pot sa-ti dau prea multe amanunte despre acele Range-uri, insa modelul electric era ceva mai vechi, decapotat si in mod sigur era ceva mai usor dar te rog sa intelegi in ciuda matematicii ca Range-ul electric era teribil de feroce si nu cel clasic, in orice caz a depasit clar modelul clasic la acceleratie, viteza maxima in linie dreapta si chiar si pe circuit intr-o mica cursa. Avea cutie de viteze dar nu stiu nimic despre valoarea de demultiplicarea a rapoartelor, stiu doar ca la un moment dat s-au blocat niste trepte inferioare si a fost nevoit sa urce o rampa foarte grea dupa parerea celor de acolo intr-o treapta superioara, ceea ce s-a intamplat destul de usor si tot cu acelasi caracter feroce.

Oricum acesta nu e singurul exemplu.

Am mai vazut  si o competitie intre doua motociclete enduro, una electrica cu un motor de 5KW si una clasica, spuneau ei ca ar fi un model multiplu campion in competitiile de enduro (nu-i stiu puterea dar probabil este undeva aproape de 10x mai mare).
Povestea a fost aproape acceasi: la acceleratie si viteza maxima a castigat la mustata modelul clasic (cu vreo 2 secunde) iar pe circuit s-a impus modelul electric in mod clar.