Pomiar rzeczywistej mocy silnika elektrycznego na stanowisku testowym
Moc podawana na specyfikacji silnika lub hulajnogi rzadko odpowiada rzeczywistej mocy, którą można uzyskać. Może to być moc maksymalna, osiągana przez krótkie okresy, moc elektryczna, a nie mechaniczna, lub wartość podana w celach marketingowych. Jedynym sposobem, aby dowiedzieć się, jaką moc ma silnik, jest jej zmierzenie. Właśnie do tego służy stanowisko pomiarowe, które wykorzystujemy do optymalizacji naszych układów napędowych.
Najważniejsze
- Moc mechaniczna jest obliczana na podstawie momentu obrotowego i prędkości obrotowej, mierzone jednocześnie.
- Moc elektryczna jest obliczana na podstawie napięcia i prądu akumulatora.
- Zależność między tymi wartościami określa wydajność łańcucha napędowego i sterownika.
- Pomiar ma sens tylko w kontekście czasu trwania: moc utrzymywana przez minutę nie jest taka sama jak moc utrzymywana przez pięć sekund.
Co mierzy stanowisko pomiarowe?
Hamownia silnikowa obraca silnik pod obciążeniem, które można regulować, przy użyciu hamulca lub drugiego silnika, który stanowi opór, i stale mierzy:
- moment obrotowy, przy czym czujnik jest umieszczony pomiędzy silnikiem a obciążeniem;
- prędkość obrotowa, z wykorzystaniem czujnika prędkości;
- **napięcie i prąd** na wejściu kontrolera, po stronie akumulatora;
- **Temperatury** silnika i kontrolera.
Obliczanie mocy
Moc mechaniczna jest wynikiem iloczynu momentu obrotowego i prędkości obrotowej, wyrażonej w radianach na sekundę. W praktyce: moc w watach = moment obrotowy w niutonometrach × prędkość w obrotach na minutę × 2π ÷ 60. Silnik, który generuje moment obrotowy 10 N·m przy 3000 obrotach na minutę, rozwija zatem około 3140 W.
Moc elektryczna jest wynikiem napięcia pomnożonego przez prąd baterii. Jest ona zawsze większa niż moc mechaniczna: różnica ta przekształca się w ciepło w silniku i kontrolerze. Stosunek między tymi wartościami to sprawność układu. Nasz przewodnik na temat nagrzewania się silnika szczegółowo opisuje, skąd pochodzą te straty.
Krzywe do zbadania
- Krzywa momentu obrotowego w zależności od prędkości: płaska do pewnej prędkości, a następnie malejąca, gdy napięcie baterii przestaje wystarczać. Redukcja strumienia magnetycznego pozwala przesunąć tę granicę.
- Krzywa mocy, która z tego wynika.
- Wykres wydajności, który pokazuje, w jakich zakresach momentu obrotowego i prędkości silnik pracuje najlepiej.
- Czas rozgrzewania, który określa, jak długo można utrzymać określoną moc.
Moc maksymalna i moc ciągła
Silnik może dostarczyć dużą moc przez kilka sekund, ale następnie musi zmniejszyć wydajność, aby nie uległ przegrzaniu. Rzetelna specyfikacja powinna podawać obie wartości, wraz z ich czasem trwania. Na stanowisku testowym mierzy się moc maksymalną, a następnie utrzymuje się stałe obciążenie, aż do ustabilizowania się temperatury, aby określić moc ciągłą.
Dlaczego testy na stanowisku testowym pozwalają zaoszczędzić czas?
Na stanowisku testowym warunki są odtwarzalne: taki sam ładunek, taka sama temperatura początkowa, takie same ustawienia. Można na nim regulować kontroler, porównywać dwa silniki, sprawdzać wykrywanie parametrów silnika lub szukać przyczyny szarpnięć, bez ryzyka uszkodzenia urządzenia lub narażania użytkownika. Zobacz nasz przewodnik na temat wykrywania silnika.
Oto, czym zajmuje się firma Rage:
Przeprowadzamy testy naszych układów napędowych w warunkach laboratoryjnych oraz na torze, rejestrując dane. Dla producentów, szkół lub laboratoriów, nasze dział projektowy oferuje takie testy oraz dostarcza kontrolery i system telemetrii do stanowiska testowego. Zapraszamy również do zapoznania się z naszą stroną poświęconą szkołom inżynierskim i badaniom.
Wskazówka dla warsztatu.
Porównując dwa silniki, zawsze należy zapytać, co oznacza podana wartość mocy: czy odnosi się do mocy mechanicznej, czy elektrycznej, czy jest to moc maksymalna, czy ciągła, przy jakim napięciu i przez jaki czas. Bez tych informacji, porównanie dwóch wartości mocy jest bezcelowe.
Dla ogólnej metody realizacji projektu, zapraszamy do zapoznania się z naszym przewodnikiem "Jak elektryfikować urządzenia elektryczne – od czego zacząć".
Często zadawane pytania
Czy można zmierzyć moc hulajnogi elektrycznej bez użycia testera obciążeniowego?
Można oszacować moc elektryczną na podstawie napięcia i prądu wyświetlanych przez kontroler, lub moc dostarczaną do koła, mierząc przyspieszenie. Te oszacowania są mniej precyzyjne niż pomiary wykonane w warunkach laboratoryjnych.
Dlaczego zmierzona moc jest niższa niż podana w specyfikacji?
Często wynika to z faktu, że podawana wartość to moc maksymalna, lub moc elektryczna, która uwzględnia straty. Bateria naładowana w połowie również dostarcza mniej mocy niż bateria w pełni naładowana.
Co to jest wydajność silnika?
To jest stosunek między mocą mechaniczną, którą silnik przekazuje, a mocą elektryczną, którą pobiera. Reszta energii zamieniana jest na ciepło w silniku i kontrolerze.
Czy moglibyście przetestować silnik dla nas?
W przypadku projektu realizowanego w ramach pracy zawodowej lub szkolnej, tak: prosimy o przedstawienie projektu naszemu działowi technicznemu.