Вопрос

Почему электродвигатели мгновенно развивают максимальный крутящий момент, в отличие от бензиновых двигателей

На другом форуме кто-то спросил, почему у электромобилей нет коробки передач.



Ответ прост: электромобили развивают максимальный крутящий момент при любых оборотах, в то время как бензиновому двигателю нужно набрать определённую скорость, чтобы достичь аналогичных показателей мощности и крутящего момента.



Может ли кто-нибудь объяснить, почему так происходит?



Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/25944/why-do-electric-motors-produce-peak-torque-instantly-vs-gasoline-engines

7 Комментариев

  1. Основная причина, по которой ДВС не обеспечивает мгновенный высокий крутящий момент (мощность), заключается в том, что для перехода в диапазон высокой мощности требуется время на переключение нескольких передач вниз. Электродвигатели часто работают почти на полную мощность как на низких, так и на высоких оборотах. То есть при половине максимальных оборотов они могут создавать в два раза больший крутящий момент по сравнению с крутящим моментом при максимальных оборотах, и в этом случае максимальная мощность создаётся как при половине, так и при полных оборотах. Лишь немногие двигатели внутреннего сгорания могут выдавать максимальную мощность во всем диапазоне оборотов, как это делают электродвигатели, хотя при современном электронном управлении турбонаддувом/наддувом можно приблизиться к этому показателю за пределами диапазона высоких оборотов холостого хода.


  1. Чтобы дополнить ответ @Autistic...



    Для электромобиля не нужна трансмиссия (при условии, что скорость и характеристики двигателя соответствуют назначению. В тех случаях, когда это не так, электродвигатели часто подключают к редуктору, чтобы (как правило) снизить выходную скорость двигателя до приемлемого уровня), поскольку электродвигатель развивает максимальный крутящий момент при 0 оборотах в минуту.



    Электродвигатель — это, по сути, короткое замыкание: он представляет собой просто длинный кусок провода, намотанный на катушку. Единственное, что не даёт двигателю сработать на автоматический выключатель или перегореть предохранителю, — это противо-ЭДС (электромагнитная сила), которая возникает при вращении двигателя. В результате, когда двигатель останавливается (или когда что-то пытается замедлить его работу, например, когда автомобиль поднимается в гору), возникает большой пусковой ток. Этот переменный ток в обмотках двигателя создаёт магнитное поле, а переменное магнитное поле генерирует противо-ЭДС, которая препятствует прохождению тока через двигатель. Таким образом, по мере увеличения скорости двигателя ток (и крутящий момент) уменьшаются, пока не достигается равновесие.



    Но с двигателем внутреннего сгорания дело обстоит иначе: они должны вращаться, чтобы вообще создавать крутящий момент, и, как правило (всегда?) имеют относительно узкий диапазон оборотов, при которых они развивают максимальный крутящий момент. Трансмиссия позволяет согласовать скорость автомобиля с диапазоном оборотов, при которых двигатель развивает максимальный крутящий момент.


  1. Крутящий момент почти во всех электрических машинах зависит от силы тока. В машинах с постоянными магнитами крутящий момент примерно пропорционален силе тока, а в машинах с последовательным возбуждением крутящий момент примерно пропорционален силе тока в квадрате. Так что если вы сможете быстро увеличить силу тока, что проще всего сделать на холостом ходу, то вы «сгорите».


  1. Вы начинаете с разговора о крутящем моменте, затем переходите к «диапазону высокой мощности», что относится к лошадиным силам... между крутящим моментом и мощностью есть взаимосвязь, но это не одно и то же. На самом деле то, что вы говорите, не имеет особого смысла.
  1. Существует множество факторов, влияющих на максимальный крутящий момент при определённых оборотах. Диаметр цилиндра, ход поршня, количество цилиндров, степень сжатия, количество клапанов, размер клапанов, высота и продолжительность подъёма кулачка, размеры и длина каналов, ограничения на впуске и выпуске
  1. Хорошая мысль, было бы полезно объяснить, почему бензиновые двигатели создают крутящий момент на определённых оборотах
  1. @Anarach это требует довольно подробного объяснения, но вкратце можно сказать, что двигателям внутреннего сгорания, в отличие от электродвигателей, для создания крутящего момента требуется воздух. Крутящий момент зависит от того, насколько хорошо всасывается воздух, то есть от объёмного КПД. Объёмный КПД зависит от частоты вращения двигателя, поэтому такой двигатель создаёт максимальный крутящий момент при определённой частоте вращения.
Вы уже ответили на этот вопрос