У цій статті спробую відповісти на питання чому багато виробників електродвигунів для яхт пишуть: цей 3 кВт електричний мотор еквівалентний за потужністю 10 к.с. бензиновий. Чи це рекламний хід чи правда щось нове?

Якщо не хочете читати далі, то ось швидка відповідь: ні, кінські сили електродвигуна точно дорівнюють кінським силам ДВС .

Далі для тих, хто хоче розібратися.

Є корисний нюанс, який виробники ДВЗ не використовують у своїх двигунах або використовують слабо. Цей нюанс - ефективність гвинта . Рівність кінських сил на гвинті ще означає рівну ефективність всієї рухової системи.

Найбільш ефективний гвинт великого діаметру і малого кроку, що повільно обертається. Різниця в ефективності між маленьким гвинтом, що швидко обертається, і великим повільнообертовим може бути дворазовою і більше (якщо ми говоримо про водовипромінюючі швидкості, а не гліссування).

З ряду причин виробники ДВЗ ставлять невеликий гвинт для універсальності. Наприклад у ПЛМ обороти гвинта доходять до 2000 за хвилину, а для швидкостей з якими може рухатися корпус яхти, що водовипромінює, бажано мати достатню тягу при оборотах до 600-700 за хвилину. ПЛМ на 600-700 оборотах за хвилину матиме дуже слабку тягу через малу гребну площу лопатей. Що стосується стаціонарних ДВС, виробник також намагається не ставити великий гвинт, щоб сильно не гальмувати човен коли він йде під вітрилом. Все це веде до втрат в ефективнийсти роботи всієї рухової системи. Саме цим фактом користуються виробники електричних двигунів для яхт, вказуючи що їх свідомо слабкіший двигун тягне так само як потужніший ДВЗ. Для електродвигунів намагаються ставити великі ефективні гвинти, якщо мова про стаціонарному - або складний гвинт щоб зменшити гальмівну силу гвинта, або простий, але двигун з функцією регенерації енергії при ході під вітрилами.

Для підвищення рушійної сили електрорухової установки найкраще збільшувати діаметр гвинта, трохи гірше – збільшити крок і зовсім погано – збільшити оберти. При цьому треба враховувати що гвинт, що повільно обертається, з великою тягнучою силою вимагає від двигуна більший крутний момент (за моїми даними дволопатевий 240мм складаний гвинт з кроком 7" на обертах 700 в хвилину вимагає на валу крутний момент 27 Нм), так що вам доведеться або зробити достатню редукцю від мотора на гребний вал, або поставити мотор з великим моментом, що крутить. Тут треба розуміти, що швидкий мотор з редукцією важитиме менше, ніж повільний мотор з великим крутним моментом і без редукції.

Ідея переробки ДВС ПЛМ на електро ущербна спочатку, т.к. потрібні йому гвинти неефективні із заводу.

Декілька корисних формул :

1) Pm = M * n / 9.5492 [Вт]

де Pm - механічна потужність у Вт,

M - крутний момент двигуна в ньютонометрах,

n - кількість обертів двигуна за хвилину,

9,5492 - коефіцієнт переведення оборотів за хвилину - у радіани за секунду, що визначається за "Таблицею переведення одиниць вимірювання кутової швидкості".

Наприклад отримаємо момент, що крутить, при 1000 оборотах і 5 кВт:

M = Pm/n*9.5492=5000 Вт/1000*9.5492=48 Нм (округлено)

2) Pe = Pm * η [Вт]

де Pe - електрична потужність у Вт,

Pm - механічна потужність у Вт,

η - загальний ККД двигуна та його контролера.

Зазвичай у щіткових (колекторних) електродвигунів (як у електронавантажувачах) ККД у районі 0,8. У безколекторних двигунів (у них електронний колектор) ККД близько 0,9.

ККД електродвигуна падає в основному коли з нього намагаються знімати крутний момент більший, ніж той, на який він розрахований. Тобто. велика потужність на оборотах набагато менших ніж обороти холостого ходу електродвигуна.

3) Pe = U * I [Вт]

где де Pe - електрична потужність у Вт,

U - батарейна напруга,

I - батарейний струм А.

Безколекторні електродвигуни мають таке поняття як фазний струм і фазну напругу. Зазвичай такі мотори трифазні, а контролер двигуна виконує функцію електричного колетора, перемикаючи фази для того щоб створювати рушійну силу і крутити ротор двигуна. Фазний струм може бути більшим або дорівнює батарейному, а фазна напруга менше або дорівнює батарейному. Контролер виконує функцію перетворювача (як DC-DC або трансформатор) для того, щоб при розкручуванні двигуна дати більший струм і меншу напругу, що дозволить отриматикрутий момент при розгоні. Коли мотор виходить на обороти холостого ходу, фазний струм дорівнює батарейному струму, а фазна напруга дорівнює батарейному напрузі.