|
Но это всё теория. Практика натыкается на целую кучу проблем.
Во первых, двигатель нужно на чём то закрепить. Решается эта проблема с помощью штатных мест крепления двигателя, полосок стальной ленты, обрезков ДВП и мебельной фурнитуры. Понадобится ещё простейший инструмент и руки, растущие не из нижнего бюста.
Во вторых, нужно изготовить тормозную катушку, чтобы она закрепилась на валу двигателя без перекоса и биения. Желательно, чтобы её диаметр был целым числом. Без токарных работ тут не обойтись. Придётся идти к соседу токарю и рассказывать, что от него требуется. Без бутылки подмазки он с вами и разговаривать не будет. А если учесть, что с первого раза диаметр катушки можно не угадать – не хватит предела измерения динамометра или замеры будут смещены в начало или конец диаграмм, то портить отношения с соседом токарем не советую – он вам ещё пригодится. Я угадал середину диаграммы со второго раза. Диаметр второй катушки оказался 50 мм.
В третьих, надо запастись мерительным инструментом. Понадобятся два кухонных безмена на роль динамометров. Перед применением их надо проверить – легко ли перемещается шток и соответствует ли нолю положение без нагрузки. Тормозную ленту можно склеить клеем «Мастер» из полоски наждачки на тканой основе. Размер зерна при этом роли не играет.
Напряжение можно замерять любым тестером или мультиметром, способным уловить десятые доли вольта.
Скорость вращения вала замеряется тахометром. Вопрос, где его взять? Вещь очень дефицитная и дорогая. Оказалось, его роль с более высокой точностью выполняет велокомпьютер! Чтобы он успевал считать обороты вала двигателя, пришлось устанавливать понижающий редуктор. Для этого использовалась двухскоростная ручная дрель с передаточным числом 6,275. Шпиндель дрели соединяется с тормозной катушкой шарнирной муфтой, собранной из двух ключей от детских пружинных игрушек. Дрель крепится максимально соосно валу двигателя. Вместо приводной рукоятки закрепляется сектор с магнитом, а в поле его работы датчик велокомпьютера. Сам велокомпьютер можно закрепить в любом удобном месте. Остаётся запрограммировать компьютер. Это задача на смекалку для второклассника. Велокомп считает обороты колеса и через введенную длину окружности колеса, пересчитывает обороты в скорость. Нужно, с учётом передаточного числа дрели, ввести такую длину окружности, чтобы комп показывал не скорость, а обороты в минуту. В моём случае эта длина окружности равна 1046мм. При этом 1 км/ч равняется 100 об/мин. Ни один из универсальных механических тахометров с такой точностью не считает.
Остаётся найти, чем замерять силу тока. Дело в том, что ток полного торможения около 100 ампер. Ни один тестер или мультиметр такой ток не меряют. Нужен амперметр с выносным шунтом и калиброванными проводами подключения к шунту. Для меня такой прибор оказался недоступнее тахометра! Если шунтированного амперметра нет, почему бы не зашунтировать мультиметр, замеряющий ток в 10 ампер? Как показала практика, рассчитывать сопротивление шунта и подгонять его мультиметром – дело дохлое, не получается. Самый простой способ оказался такой: Берём двухнитевую автомобильную лампу от фары. Припаиваем к ней два провода так, чтобы нити соединились параллельно и при подсоединении к батарее горели обе. Мультиметром замеряем потребляемый лампой ток. В моём случае он оказался 6,5 ампера. Если учесть, что обещанный ток испытуемого двигателя равен 30 амперам, то для подсоединения его к батарее понадобится провод сечением минимум 2,5 миллиметра квадратных. Ищем метров десять любого медного провода в два раза большего сечения. Этот провод и выполнит роль шунта. Остаётся его откалибровать. Делается это так: Подсоединяем автомобильную лампу к батарее через этот провод. Мультиметр ставим на измерение десятиамперного тока. Один щуп мультиметра крепим в начало шунта, а вторым щупом ищем на шунте то место, где мультиметр покажет ток в десять раз меньше, чем показывал на лампочке без шунта. В этом месте шунта делаем крепление для щупа мультиметра. Вот и всё. Стоамперный амперметр у нас готов и работает! У него, правда, есть серьёзный недостаток – слишком большое сопротивление. Но ведь на электровелосипеде у нас двигатель на переднем колесе, батарея на заднем, а между ними двухпроводная проводка и возможно регулятор хода. Если общий КПД этой проводки окажется меньше, чем у состряпанного шунта, то мы только выиграем!
Остаётся весь испытательный стенд собрать воедино. Получится примерно следующее:
[только для пользователей сайта]
На стенде у меня роль шунта выполняет катушка толстого провода от сгоревшего сварочного трансформатора. А старый тестер, рядом с мультиметром, меряет напряжение. Можно обойтись и одним мультиметром, но слишком долго его переподключать, можно забыть выставить предел измерений и спалить прибор. К тому же через мультиметр проходит одна десятая часть замеряемого тока. Отключение мультиметра для замера напряжения повлечёт погрешность в измеряемом напряжении – оно будет больше. Напоминаю, что тестер, замеряющий напряжение, подключен параллельно двигателю, а не батарее! На минусовой клемме нет зажима, как и нет выключателя стенда. Подключение производится прижимом провода к клемме батареи. Всё готово. Можно снимать характеристики. Как это делается, я уже описывал выше, в теоретической части. На практике может оказаться не всё так гладко, как в теории. Тормозную катушку я переделывал два раза, конструкцию стенда тоже два, использовал четыре типа тахометров, остановился только на третьем варианте шунта, непоправимо сломал один динамометр и снял в общей сложности около двух десятков характеристик с одного двигателя. Когда все неполадки и неудобства были устранены, когда точки замеров стали ложиться почти по плавным кривым линиям графиков, я снял последнюю – контрольную характеристику и взял её за основу.
Для удобства записи и обработки показаний, при снятии характеристики, воспользуемся таблицей:
[только для пользователей сайта]
Первое, что может смутить скептиков, это разные показания динамометров перед стартом. Дело в том, что найти динамометр, который не врёт очень трудно. Можно конечно самому его оттарировать, но это придётся делать после каждого его срабатывания до упора. Я поступил проще – подобрал два динамометра, у которых погрешности компенсируют одна другую.
Почему в некоторых позициях таблицы стоят ноли, я думаю, объяснять не стоит.
Из всех позиций, восьмая не снимается, а вычисляется. Делается это так: Разность показаний одного динамометра, складывается с разностью показаний другого. Полученная сумма умножается на радиус тормозной катушки. Получается крутящий момент.
По данным таблицы строим первые три графика – зависимость напряжения, силы тока и крутящего момента от оборотов вала двигателя. Выглядит всё это примерно вот так:
[только для пользователей сайта]
Зависимость напряжения от оборотов, это плавная кривая с односторонним изгибом. Чем больше сопротивление общей цепи, тем кривая круче в начале. На максимальных оборотах кривая близка к горизонтальной прямой. Может возникнуть ситуация, когда при замере напряжения холостого хода, оно окажется больше, чем напряжение батареи без нагрузки. Виновата в этом обратная ЭДС самоиндукции двигателя. Чтобы избежать ошибки в построении графика, следует замерить напряжение батареи под небольшой активной нагрузкой и взять его за основу.
Зависимость силы тока от оборотов, это тоже кривая с односторонним изгибом. Чем больше сопротивление общей цепи, тем меньше наклон кривой и тем меньше её изгиб.
Зависимость крутящего момента от оборотов, это кривая с двусторонним изгибом. Чем оборотистее двигатель, тем менее заметен обратный изгиб на максимальных оборотах.
При прочерчивании графиков, полученныё при замерах координаты точек, служат ориентирами для лекальных кривых. Нужно добиться такого положения лекальных кривых, чтобы они проходили через максимальное количество координатных точек. Точки, которые не вписываются в лекальную кривую и создают слишком сильный её изгиб, лучше игнорировать или снять дополнительные данные для этой области графика. Если приглядеться к построенному графику, то можно заметить, что точка силы тока для 2660 оборотов и крутящий момент при 2070 оборотах в кривые не вписываются и при построении графиков эти точки проигнорированы. Таким способом проводится графическая «рихтовка» данных для построения следующих графиков.
Чтобы построить графики зависимости КПД, электрической и механической мощностей от оборотов двигателя, снимем с построенных графиков «отрихтованные» значения силы тока, напряжения и крутящего момента для целых значений чисел оборотов. Для дальнейшей обработки полученных данных воспользуемся таблицей:
[только для пользователей сайта]
Первая строка таблицы, это целые числа оборотов вала двигателя. Следующие три строки, это сила тока, напряжение и крутящий момент, соответствующие этим оборотам. Сняты они с ранее построенного графика. Следующие три строки, это расчётные данные. Получены они следующим образом:
Рэ – электрическая мощность в ваттах. Получена перемножением силы тока на напряжение для данного числа оборотов двигателя. Короче вторая строка, умноженная на третью.
Рм – механическая мощность в ваттах. Получена умножением момента на число оборотов и делённое на переходной коэффициент, равный 97,4. Или первая строка умножается на четвёртую и делится на 97,4.
КПД – коэффициент полезного действия электродвигателя. Он показывает процентное содержание механической мощности в электрической. Как он считается, думаю, объяснять не надо. Почему среди данных попадаются нулевые значения, наверное, тоже догадались.
По полученным данным остаётся построить последний график. Это зависимость КПД, электрической и механической мощностей от оборотов двигателя. Выглядит он так:
[только для пользователей сайта]
Линия Рэ – электрическая мощность, близка к прямой, или имеет слабо выраженный односторонний изгиб в любую сторону.
Линия Рм – механическая мощность, кривая с односторонним изгибом. Начинается в начале координат и заканчивается на линии оборотов. Чем ближе этот график подходит к графику электрической мощности, тем выше КПД для данных оборотов двигателя.
Линия КПД – коэффициент полезного действия мотора, обычно имеет горб максимума недалеко от горба максимальной механической мощности. Диапазон оборотов от максимальной мощности до максимального КПД, наиболее благоприятен и выгоден для работы мотора. В нашем случае это от 2000 до 2500 оборотов в минуту. За рабочую точку мотора лучше брать обороты при максимальном КПД – при этом будет небольшой запас по мощности. В нашем случае при 2500 оборотах, двигатель развивает 118 ватт механической мощности и 180 ватт электрической.
На сколько теория расходится с практикой, покажет только практика. А то, что производители написали, это их дело. Может у них другой блок питания был, другие приборы. Другие условия. Не все же научными опытами на кухонной табуретке занимаются.
|
|
0 |
