گشتاور الکتروموتور چیست؟محاسبه+مزایا و معایب

ردیف	پارامتر	نشانه	واحد	تعریف	دلیل اهمیت
1	گشتاور (Torque)	T	Nm (نیوتن‌متر)	نیروی چرخشی که موتور جهت حرکت دادن بار، تولید می‌کند.	توانایی موتور در حمل بار، میزان سرعت و راه‌اندازی، به این مفهوم وابسته است.
2	گشتاور نامی (Rated Torque)	𝑇_𝑁		حداکثر گشتاوری که موتور می‌تواند به طور مداوم تولید کند.	برای انتخاب موتوری با عمر مفید بیشتر، باید گشتاور نامی بیشتر از نیاز بار باشد.
3	گشتاور شکست (Breakdown Torque)	𝑇_𝑚𝑎𝑥		حداکثر گشتاوری که موتور پیش از توقف ناگهانی تولید می‌کند.	نشان دهنده میزان حداکثر پایداری موتور
4	گشتاور راه اندازی	𝑇_𝑆𝑇		میزان گشتاور مورد نیاز برای شروع حرکت بار	در مواردی که اصطکاک یا اینرسی پیش از حرکت اول زیاد است، مثل نوارهای نقاله، این پارامتر اهمیت می‌یابد.

الکتروموتور چیست؟

در صنعت، الکتروموتور وظیفۀ تامین گشتاور را به عهده دارد. در الکتروموتور، بین جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی تعامل برقرار می شود و همین تعامل، گشتاور را تولید می‌کند. روی برخی الکتروموتورها، میزان گشتاور با واحد نیوتن‌متر و روی برخی دیگر، با پوند فوت تعیین شده‌است.

نقش گشتاور در الکتروموتور

گشتاور نقشی حیاتی در حرکت چرخشی ماشین‌ها و تجهیزات مکانیکی برعهده دارد. در ابتدای حرکت، گشتاور بالاست، سپس کمی افت پیدا می‌کند، دوباره افزایش می‌یابد و در نهایت هم وقتی موتور به حداکثر سرعت خود رسید، گشتاور روی مقدار معینی ثابت باقی می‌ماند. این مقدار ثابت، همان گشتاوری است که روی دیتا شیت یا پلاک موتور درج شده‌است.

عملکرد گشتاور در به حرکت در آوردن خودرو

در موتور خودرو وقتی سوخت با هوا ترکیب شد، داخل سیلندر مشتعل می شود. به این ترتیب، انرژی قابل توجهی تولید خواهدکرد که با واسطه‌گری پیستون به میل لنگ انتقال یافته و با تولید گشتاور، میل لنگ را می‌چرخاند. پیستون با این نیرو به سمت پایین حرکت می‌کند و میل لنگ را حول محور مرکزی می‌چرخاند. در ادامه با حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر، گشتاوری تولید می‌شود که حرکت خطی میل لنگ را به دورانی تبدیل کند و انتقال قدرت در خودرو صورت گیرد. نکته جالب در عملکرد گشتاور این است که، در شروع حرکت یا در سربالایی‌ها، گشتاور بیشتر، قدرت حرکت بیشتری نیز برای اتومبیل به همراه دارد.

محصولات مرتبط: موتور گیربکس حلزونی

نحوه محاسبه گشتاور موتورهای احتراقی

اگر امکان استفاده از دینامومتر وجود نداشته باشد، می‌توانیم با فرمول زیر برای محاسبۀ گشتاور الکتروموتور احتراقی اقدام کنیم:

فرمول 1

T=P⁄ω

دراین فرمول، T نشانگر گشتاور است که با یکاهای نیوتن‌متر یا پوندفوت نشان داده می‌شود. P هم معرف توان براساس وات یا اسب بخار می باشد؛ در واقع، می‌توان گفت P همان توان سرعت انجام کار یا انتقال دادن انرژی است.  ω هم معرف سرعت زاویه‌ای موتور است؛ یا به زبان ساده، این عدد، سرعت چرخش شیء در دورۀ زمانی معینی را نشان می‌دهد که معمولاً برحسب رادیان بر ثانیه یا دور در دقیقه خواهد بود. برای محاسبۀ ω همچنین می‌توان از این فرمول کمک گرفت:

فرمول 2

ω=(2π*n)⁄T

که در این فرمول، n برحسب دور در دقیقه و T دوره زمانی است.

لازم به ذکر است بر اساس فرمول محاسبۀ گشتاور موتور احتراقی، گشتاور با سرعت رابطۀ عکس خواهدداشت. یعنی هر چه دور موتور کمتر باشد، گشتاور بیشتر خواهد بود و موتور با گشتاور بالاتر، شافت قطورتری هم نیاز خواهدداشت.

محصولات مرتبط: گیربکس خورشیدی

مزایای گشتاور الکتروموتور

گشتاور الکتروموتور بیشتر روی شتاب و کارایی تأثیر دارد. از جمله مزایای گشتاور الکتروموتور زیاد، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• شتاب سریع‌تر: هر چه گشتاور بیشتر باشد، موتور با سرعت بیشتری به دور مفید خود می‌رسد و شتاب اولیه بیشتر خواهدبود.
•  مصرف انرژی کمتر: وقتی موتور به کار بیش از حد برای رسیدن به گشتاور مناسب احتیاج نداشته باشد، انرژی کمتری هم مصرف می‌کند.
• کارایی بهینۀ قطعات: اگر موتور گشتاور مناسبی داشته‌باشد، آسیب کمتری به قطعات می‌رسد و عملکرد خوبی هم از خود نشان خواهندداد.
• رانندگی آسان‌تر: قطعاً رانندگی در ترافیک و سربالایی با گشتاور درست، راحت‌تر است.

هر موتوری به صورت استاندارد، برای تولید گشتاور خاصی طراحی شده‌است. هرچند در محاسبات تئوری، بالارفتن ولتاژ یا توان، گشتاور را افزایش می‌دهد، اما باید در نظر داشت که، توان بیش از حد، به موتور آسیب می‌رساند. راه تئوری دوم، افزایش جریان است؛ اما جریان بیش از حد هم با تولید گرمای زیاد، برای سیم پیچی مشکل ایجاد می‌کند. پس برای استفاده بهینه از موتور، باید به اندازۀ گشتاور تعریف شده، از آن کار کشید.

معایب گشتاور الکتروموتور

همین طور که گشتاور درست و بالا، مزایای حائز اهمیتی در بر دارد، گشتاور نادرست یا بیش از حد کم هم، معایبی دارد. از جمله:

• آسیب به قطعات: تلاش بیش از حد موتور برای رسیدن به گشتاور مناسب، فرسودگی و خرابی قطعات را به همراه خواهدداشت.
• مصرف انرژی زیاد: موتور در گشتاور کم، برای رسیدن به دور موتور خوب، باید انرژی زیادی صرف کند.
• عملکرد ضعیف تجهیزات: با این تقلا، قطعات هم نمی‌توانند عملکرد خوبی ارائه کنند.

محصولات مرتبط: گیربکس هلیکال

محاسبه توان از روی گشتاور الکتروموتور

همانطور که در فرمول گشتاور دیدید، گشتاور و توان با هم در ارتباطند، پس برای محاسبه توان نیز می‌توان از گشتاور کمک گرفت و فرمول سادۀ آن به شرح زیر است:

فرمول 3

P=T*ω

در این فرمول، T همان گشتاور و ω سرعت زاویه‌ای است. وقتی این دو عدد در هم ضرب می‌شوند، توان مکانیکی براساس وات را تحویل می‌دهند.

برای محاسبۀ توان الکتروموتور خودروهای برقی برحسب کیلووات هم، از دور موتور بر دقیقه و گشتاور برحسب نیوتن طبق فرمول زیر استفاده می‌شود:

فرمول 4

P=(T*S)⁄9.5488

در فرمول بالا، P: نشانگر توان است و با واحد کیلووات (kW) نمایش داده می‌شود. در واقع، P مساوی با گشتاور (T) ضرب در، سرعت (S) براساس دور بر دقیقه (RPM)، تقسیم بر عدد ثابت 9.5488 خواهدبود.

محصولات مرتبط: گیربکس ایلماز

مقایسه گشتاور در موتورها

عواملی که روی گشتاور تأثیر می‌گذارند متعددند. مواردی مثل قطر پیستون، طول محور میل لنگ، سوخت با اکتان بالا، تعداد سیلندرها و نوع آرایش سیلندرها برخی از آنها هستند.

مسلماً خودروهای سنگین و باری، به گشتاور بیشتری احتیاج دارند. از آنجایی که موتورهای دیزلی، نسبت تراکم بالاتری در ترکیب سوخت و هوا دارند و بازوی میل لنگ شان طول بیشتری دارد، پس توان تولید گشتاور بیشتری نیز دارند؛ اما به همین نسبت، زمان بیشتری هم برای یک دور چرخش حول محور مرکزی نیاز خواهندداشت. در واقع موتور دیزلی به سرعت موتور بنزینی نمی‌چرخد؛ اما در دورهای پایین‌تر، نیروی بیشتری تولید می‌کند تا شتاب اولیه بیشتری داشته‌باشد و باربر بهتری، به خصوص در شیب‌های تیز، باشد. به همین ترتیب هم، موتورهای مسابقه ای، طول میل لنگ کوتاه تری دارند و با دور موتور بیشتر، شتاب بیشتری ایجاد می‌کنند.

نتیجه‌گیری

وجود گشتاور به عنوان نیروی چرخشی عامل حرکت یا چرخش بار، برای یک موتور بسیار ضروری است. به عبارت دیگر، برای خارج کردن دستگاه از وضعیت سکون و غلبه بر اصطکاک یا اینرسی، موتور باید به میزان کافی گشتاور داشته‌باشد.

از آنجا که انتخاب موتوری که گشتاور مناسبی داشته‌باشد، از استهلاک موتور جلوگیری کرده، بهره‌وری را افزایش داده و عمر مفید سیستم را نیز بیشتر خواهدکرد، درک مفاهیم مرتبط با گشتاور، روش‌های محاسبه گشتاور الکتروموتور و نکات فنی مرتبط با آن، ضروری بوده و امکان بهینه‌سازی سیستم الکترومکانیکی، افزایش راندمان و کارایی موتور را فراهم خواهدکرد.