Пч — разгон и торможение. процессы и параметры

Что такое «масса»?

Для интерсующихся приведу физико-математическое доказательство и вначале кратко расскажу о понятии «масса». Массы в природе две: инертная и гравитационная. Есть, правда, еще и третий вариант – Фелипе Масса, пилот Формулы 1, уже который год выступающий за Ferrari, но сейчас не об этом 🙂


Инертная масса

Инертная масса mи – масса, которая «отвечает» за сопротивление движению тела. Чем тяжелее тело, тем сложнее привести в его движение или остановить, если оно движется.

В механике об этом говорит 2-й закон Ньютона:

a = F/mи

то есть ускорение (замедление) тела пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально инертной массе тела. Или в более привычной формулировке этот закон выглядит как

F = mи a

Инертная масса осложняет торможение

Это как раз то, о чем думает большинство водителей: чем тяжелее машина, тем сложнее ее остановить (а также и разогнать) и, якобы, тем длиннее тормозной путь. Остановить машину действительно сложнее, не спорю, но тормозной путь есть возможность сохранить — для этого нужно лишь затратить больше энергии. В этом нам поможет второе понятие массы.

Гравитационная масса

Гравитационная масса mг – масса, которая «отвечает» за взаимное притяжение тел, в частности, за притяжение тел к Земле. Чем тяжелее тело, тем больше сила тяготения и тем сильнее тело давит на опору (пол, дорогу и т.д.).

А об этом в механике говорит закон всемирного тяготения Ньютона:

F = G mг1 mг2/r2

Или, по-русски, сила притяжения двух тел пропорциональна массам (гравитационным) этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эта формула упрощается для тела в поле тяготения Земли:

F = mг g

где mг – гравитационная масса тела, а g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2

Гравитационная масса помогает торможению

Применительно к разговору о тормозном пути это означает, что чем тяжелее машина, тем сильнее она давит на колеса, тем лучше прижимает их к дороге и тем лучше сцепление шин с дорогой. Ведь, согласно закону Кулона, сила сила трения покоя (в нашем случае — сила сцепления шин с дорогой, она же – «держак» на гоночном жаргоне) пропорциональна весу тела N:

Fтр = k N = k mг g

где mг – гравитационная масса машины, k – коэффициент сцепления шин с дорогой, g – ускорение свободного падения.

Тогда, чем больше масса автомобиля, тем выше сила сцепления шин с дорогой и тем сложнее тормозам заблокировать колеса и пустить машину в «юз» (ну или включить АБС, если она есть).

Однако главное при торможении — шины

Выходит, и Жигули, и Ferrari затормозят с примерно одинаковым тормозным путем, если тормоза у всех исправны, а на колеса установлены одни и те же шины. Возможна разница за счет разного времени срабатывания тормозной системы, а также за счет разных алгоритмов торможения водителя и АБС. Но эта разница будет куда меньше по сравнению с тем, когда одни и те же Жигули (или Ferrari) будут тормозить сначала на Michelin, а потом на отечественной Каме. Так что главное при торможении — шины!

Выше я уже написал, что в случае торможения на грани скольжения шин под k понимается коэффициент сцепления, а в случае торможения юзом при заблокированных колесах k — коэффициент скольжения шин по дороге. Известно, что трение скольжения всегда меньше трения покоя (сцепления), примерно на 10-15%. Соответственно, машина, тормозящая юзом, как правило, проходит на 10-15% больший путь до полной остановки по сравнению с машиной, тормозящей на грани скольжения. АБС не допускает блокировки колес, поэтому машины с АБС при нажатии тормоза «в пол» тормозят всегда на грани скольжения. А машины без АБС при торможении «в пол» сразу же уходят в юз. Хотя, при должном навыке водитель и без АБС может правильно дозировать усилие на педали и тормозить на грани скольжения. Например, машины в Формуле 1 не оснащены АБС, и пилоты тормозят на грани скольжения, а уход в юз считается ошибкой. Из написанного следует, что при одних и тех же шинах машина с АБС будет тормозить короче, чем машина без АБС юзом, но это справедливо только для гладких и твердых дорог. На рыхлых и неровных покрытиях машины с АБС проигрывают в тормозном пути машинам без АБС.

Динамическое торможение асинхронного двигателя

Динамическое торможение АД (торможение постоянным током) осуществляется путем подключения к двум любым обмоткам статора источника постоянного тока. При этом с помощью группы контактов К1 асинхронный двигатель сначала отключают от питания трехфазным переменным током, и только после этого, замыкают группу контактов К2 и подают постоянный ток. Величину постоянного тока регулируют сопротивлением rт (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема динамического торможения асинхронного двигателя


Само динамическое торможение асинхронного двигателя сопровождается следующими процессами и изменениями:

При отключении переменного тока, вращающееся магнитное поле перестает существовать. Далее подключают источник постоянного тока, который создает постоянное магнитное поле. Ротор по инерции продолжает крутиться теперь уже в постоянном магнитном поле, в обмотке ротора наводится ЭДС, ее частота прямо пропорциональна скорости вращения вала. Появление тока в обмотке ротора вызвано наличием вышеупомянутой ЭДС. Ток создает магнитный поток, который неподвижнен относительно статора. Взаимодействие результирующего магнитного поля АД и тока ротора создает тормозной момент. При этом асинхронный двигатель становится генератором; преобразовует кинетическую энергию вращающегося вала в электрическую, которая на обмотке ротора рассеивается в виде тепловой энергии. При переходе в режим динамического торможения частота и угловая скорость равны: f=0 w=0. Кривая динамического торможения должна проходить через начало координат и торможение происходит до полной остановки (рисунок 2).

Эффективность динамического торможения зависит от параметров:

— Величина постоянного тока, который протекает по статорной обмотке двигателя (чем больше ток, тем больше тормозной эффект);

— Величина сопротивления, введенного в цепь ротора. Эффективность торможения повышается путем комбинирования динамического торможения и торможения с введением сопротивлений в обмотку ротора (рисунок 2):

Рисунок 2 – Механическая характеристика динамического торможения асинхронного двигателя

Чем больше сопротивление введено в цепь ротора, тем выше эффективность торможения, то есть на кривой а1 изображена самая быстрая остановка двигателя при наибольшем сопротивлении — R1>R2>R3.

— Схема соединения обмоток статора.

Величина магнитодвижущей силы (F) напрямую связана с понятием эффективность торможения, чем больше значение силы – тем эффективней происходит торможение,

F=I·W.

На рисунках, которые изображены ниже, стрелками показаны направления протекания постоянного тока по обмоткам, IW– ампер витки (так как количество витков в обмотках одинаково, то зависит значение только от величины тока). Векторные диаграммы иллюстрируют направления магнитодвижущих сил (F), сложив по правилам суммирования векторы, мы получим результирующий вектор, который обозначен жирной стрелкой.

Обмотка статора может быть соединена:

а) Схема соединения обмотки статора в звезду:

б) Схема соединения статорной обмотки в треугольник:

в) Соединение обмотки статора в звезду с закороченными двумя фазами:

г) Подключение звезда с разорванным нулем:


д) Подключение треугольник с закороченными фазами:

Схемы соединения а) и б) имеют наибольшее распространение, потому что не требуют переключения при торможении самих обмоток.

Необходимо подметить, что напряжение (U) источника постоянного тока должно быть малой величиной, потому что сопротивление обмотки статора мало. Ток выбирается из условия необходимого начального тормозного момента, обычно выбирают ~2Mном.

Преимущества режима динамического торможения:

— Относительная простота осуществления способа;

— Возможность торможения до полной остановки вала ротора;

— Высокая эффективность торможения, особенно при использовании комбинированного метода.

Основным недостатком является необходимость наличия источника постоянного тока.

Расчет величины тормозного сопротивления:

RT = 2·rф.ст + rт,

rт=RT — 2rф.ст,

где RT — полное сопротивление цепи источника постоянного тока,

rф.ст — сопротивление фазы статора.

Вышеприведенные формулы являются частным случаем (для понимания отношений величин сопротивления), когда постоянный ток протекает только по двум обмоткам статора, если же ток будет протекать по трем обмоткам, то коэффициент (количество фаз) перед сопротивлением фазы статора нужно соответственно изменить.

Советую вам прочесть статью про торможение противовключением, в которой подробно расписан данный вид остановки двигателя.

Недостаточно прав для комментирования

Параметры преобразователя частоты, влияющие на разгон

Понятно, что двигатель не может разогнаться до нужной скорости мгновенно, ему нужно время. Это время зависит, кроме требований технологического процесса, от механических характеристик системы – например, от номинального момента двигателя и момента инерции системы.

При разгоне увеличивается выходная частота и напряжение на двигателе. При этом соответственно увеличивается и выходной ток, который также зависит от скорости разгона и момента нагрузки на двигателе (инерционности системы). ПЧ контролирует ток, не позволяя ему выйти за заданные пределы. Контроль состоит в том, чтобы защитить механический привод, двигатель и сам ПЧ от перегрева и повреждения.

Ограничение тока определяется и устанавливается в следующих параметрах:

Токоограничение при разгоне. Представляет собой некоторый уровень, после которого выходная частота перестает увеличиваться. Частота будет увеличиваться вновь лишь после того, как ток не снизится. Таким образом, время разгона может значительно увеличиться. Обычно значение номинального тока ПЧ принимается за 100%, а параметр токоограничения при разгоне может быть установлен от 20% до 250%.

Если эта функция отключена, или ее значение установлено слишком большим, то существует другая защита – Защита от превышения момента на валу двигателя. Она срабатывает тогда, когда выходной ток будет превышать уровень ограничения перегрузки в течение определенного времени. Обычно этот вид защиты называется OL2 и не зависит от частоты.

Электронное тепловое реле защиты двигателя (OL1). Данный параметр определяет время интегрирования выходного тока ПЧ. Он учитывает режим охлаждения, выходную частоту (скорость вращения) и номинальный ток двигателя.

От чего зависит тормозной путь

Рассматриваемый показатель не является постоянной величиной и может варьировать по ряду причин. Все факторы, влияющие на путь торможения, можно разделить на две большие группы: зависящие от водителя и независящие от водителя. К числу причин, не зависящих от человека за рулем, относят:

Несложно догадаться, что в дождь, снег или гололед расстояние, которое потребуется для остановки автомобиля, будет большим, чем на сухом асфальте. Торможение окажется длительным и при движении по гладкому асфальту, в который не была добавлена каменная крошка. Здесь колесам не за что зацепиться, в отличие от шершавых покрытий.

Факторы, зависящие от водителя или владельца авто:

  • состояние тормозов;
  • устройство системы;
  • наличие ABS;
  • вид покрышек;
  • загруженность ТС;
  • скорость движения.

Тот факт, что длина тормозного пути автомобиля напрямую зависит от исправности системы торможения, не требует доказательств. Машина с неработающим тормозным контуром или изношенными колодками никогда не сможет остановиться также быстро, как исправное ТС.

От устройства тормозных агрегатов зависит многое. Современные машины, оснащенные задними дисковыми тормозами и системами помощи при торможении, имеют гораздо лучшее сцепление с дорогой и короткий отрезок торможения.

В свою очередь, наличие EBD с ABS не всегда способствует сокращению расстояния, необходимого для остановки. На сухом твердом покрытии, где блокировка колес наступает только при очень интенсивном торможении, система действительно сокращает тормозной путь. Однако на голом льду «умный» электронный помощник начинает сбрасывать тормозное усилие даже при легком нажатии на педаль тормоза. При этом авто сохраняет управляемость, однако путь его торможения значительно увеличивается.

От чего зависит скорость замедления? Разумеется, от вида покрышек. Так, на голом, пусть и промороженном асфальте, а также в снежной каше, лучше всего тормозят т. н. «липучки» — зимние покрышки, не оснащенные шипами. В свою очередь, в гололед и на заснеженных дорогах наиболее эффективной является ошипованная «резина». » alt=»»> Немаловажным фактором, влияющим на величину остановочного отрезка, является скорость и загруженность машины.

Понятно, что легковесный автомобиль при скорости 60 км/ч остановится быстрее, чем грузовик, загруженный под завязку и движущийся со скоростью 80-100 км/ч. Последнему не позволит быстро остановиться слишком высокая для него скорость и инерция.

Тормозная сила — поезд

Примерные пределы колебания коэффициента трения колодки о колесо фк и коэффициента сцепления колеса с рельсом if.  

Тормозная сила поезда от прижатия тормозных колодок к бандажам определяется количеством тормозных колодок в нем.  

Удельное основное сопротивление движению поездов ш0.  

Тормозная сила поезда Вт в кгс определяется как сумма расчетных сил нажатий тормозных колодок К.  

Расчет тормозной силы поезда по данному способу удобно производить, если все вагоны в составе имеют одинаковую силу нажатия па тормозные колодки. Обычно нажатия тормозных колодок на оси подвижного состава значительно отличаются друг от друга. Поэтому тормозную силу рассчитывают по так называемому методу приведения. В этом случае коэффициент трения определяют при одном условно выбранном нажатии К 2 7 тс для чугунных колодок и / С 1 6 тс для композиционных.  

Определение тормозных сил поезда с использованием действительных коэффициентов трения по формулам ( 5) — ( 7) связано со значительным объемом расчетов, так как в зависимости от загруженности вагона и режима торможения ( порожний, груженый) изменяется и сила нажатия колодок на колеса, а следовательно, приходится многократно вычислять и коэффициент трения.  

При определении тормозной силы поезда по формуле ( 139) возникают дополнительные трудности, если в поезде имеются вагоны с разным нажатием колодок на бандажи. Так как фк зависит от / С, то при расчете тормозной силы поезда приходится подсчитывать фк для каждой колодки или группы колодок с одинаковым К и произведения фк К складывать.  

При расчете тормозной силы поездов, обращающихся на подъездных и соединительных путях промышленных предприятий, коэффициенты трения колодки о колесо определяют по Правилам тяговых расчетов для поездной работы МПС.  

В таких задачах тормозная сила поезда является величиной искомой, а начальная скорость торможения и тормозной путь — величины заданные.  

Наибольшее значение суммы тормозных сил называют тормозной силой поезда. Торможение можно осуществлять прижатием тормозных колодок к колесам ( механическое торможение) ( рис. 104, а), а в электровозах и электрическим способом — отключением электродвигателей от сети и превращением их в генераторы, которые приводятся в действие силой движущегося поезда. Одновременное включение колодочного тормоза и электрического торможения не повышает тормозную силу поезда, так как тормозная сила в них реализуется через силу сцепления колес с рельсами.  

Исходными данными для расчета колодочных тормозов электровоза являются тормозная сила поезда Вк и усилие на гайке винта, развиваемое рабочим в ручном тормозе, или сила, развиваемая на штоке поршня тормозного цилиндра в пневматических или гидравлических тормозах.  

Опробование автотормозов на станции не дает реального представления о тормозной силе поезда. Поэтому во время следования по перегону на первом прямом участке или спуске, а также в местах, установленных приказом начальника дороги, производят опробование тормозов на эффективность. После ощутимого тормозного эффекта и снижения скорости движения на 10 км / ч ъ тече ние 40 — 50 сек производят отпуск.  

Схемы тормозов.  

При юзе тормоза перестают быть управляемыми и ими невозможно регулировать тормозную силу поезда. Кроме того, скольжение колес приводит к местному износу бандажей, а также к уменьшению тормозной силы, так как коэффициент трения скольжения при движении меньше, чем при относительном покое.  

Сумму тормозных сил всех колесных пар поезда, оборудованных тормозами, называют тормозной силой поезда.  

Как рассчитать расстояние тормозного пути автомобиля.

Как быстро автомобиль ускоряется, наверное, знает большинство автовладельцев. Даже если вы не замеряли динамику разгона своей машины, вы наверняка смотрели заводские технические характеристики вашего авто, где обычно автопроизводитель указывает минимально возможное время разгона с 0-100 км/час. Но теперь вопрос: сколько времени нужно, чтобы остановить вашу машину? Вы знаете это? Уверены, что нет. Но, оказывается, рассчитать расстояние тормозного пути можно достаточно легко с помощью простой формулы. Мы расскажем вам, как это делается. 

Нет такой вещи во Вселенной или материи, которая может мгновенно остановиться. Также и любой автомобиль, когда вы нажимаете педаль тормоза, не сразу может остановиться. Дело в том, что для того чтобы автомобиль или любой объект в нашем мире остановился, необходимо, чтобы он потерял энергию, которая его движет. В результате у любого автомобиля есть тормозной путь, который он проезжает с момента нажатия педали тормоза до момента полной остановки. Это и есть тормозное расстояние машины.

Но на самом деле тормозной путь любого авто зависит не только от его характеристик и тормозной системы, но и от реакции водителя при нажатии педали тормоза. Ведь для того чтобы принять решение о необходимости торможения и нажать педаль тормоза, требуется время, которое хоть и минимально, но достаточно, чтобы машина успела проехать немаленький путь

Особенно это важно при большой скорости движения, где за какие-то доли секунды автомобиль проезжает приличное расстояние. Итак, в итоге, чтобы рассчитать реальную длину тормозного пути, нужно учитывать не только время и расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия водителем педали тормоза до момента остановки машины, но и время, необходимое для принятия решения о торможении

Дело в том, что при принятии решения о торможении мы тратим драгоценные секунды. Вот пример:

Время отклика: Прежде чем водитель нажмет педаль тормоза, он должен оценить дорожную ситуацию и определить, необходимо ли торможение. Также нужно понять, какое необходимо торможение – полная остановка автомобиля или простое снижение скорости. Обычно, согласно многочисленным исследованиям, большинству водителей для этого требуется около 0,1 секунды. 

Время, необходимое для нажатия педали тормоза: После того, как водитель понял, что должен тормозить, необходимо еще примерно 0,8 секунды, для того чтобы переместить ногу с педали газа на педаль тормоза и нажать ее. 

Кроме того, даже при нажатии педали тормоза есть еще небольшая потеря времени, связанная с тем, что при нажатии педали тормоза автомобиль, как правило, не начинает резко тормозить. А для того чтобы машина реально начала резко снижать скорость, надо усилить давление на педаль тормоза (пороговое время, необходимое для требуемого тормозного давления в тормозной системе). Также у всех автомобилей разное время отклика на нажатую педаль тормоза. Здесь все, конечно, зависит от конструкции тормозной системы и наличия различной электроники, контролирующей тормоза автомобиля.

Вы не поверите, но для того чтобы машина реально начала тормозить после нажатия педали тормоза, необходима еще почти 1 секунда времени. Вы представляете, как это много при движении на большой скорости? За эту лишнюю секунду вы можете проехать очень большой путь. 

Замедление при торможении автомобиля

Роль различных сил при замедлении автомобиля в процессе торможения неодинакова. В табл. 2.1 приведены значения сил сопротивления при экстренном торможении на примере грузового автомобиля ГАЗ-3307 в зависимости от начальной скорости.

Таблица 2.1

Значения некоторых сил сопротивления при экстренном торможении грузового автомобиля ГАЗ-3307 общей массой 8,5 тонн

При скорости движения автомобиля до 30 м/с (100 км/ч) сопротивление воздуха — не более 4 % всех сопротивлений (у легкового автомобиля оно не превышает 7 %). Влияние сопротивления воздуха на торможение автопоезда еще менее значительно. Поэтому при определении замедлений автомобиля и пути торможения сопротивлением воздуха пренебрегают. С учетом вышеуказанного получим уравнение замедления:

Jз=[(цх+ш)/двр]g (2.6)

Так как коэффициент цх обычно значительно больше коэффициента ш, то при торможении автомобиля на грани блокировки, когда усилие прижатия тормозных колодок одинаково, что дальнейшее увеличение этого усилия приведет к блокировке колес, величиной ш можно пренебречь.

Jз=(цх/двр)g

При торможении с отключенным двигателем коэффициент вращающихся масс можно принять равным единице (от 1,02 до 1,04).

Какой способ торможения лучше использовать

Каким способом лучше останавливать авто – используя торможение двигателем или тормозную систему? В обычном повседневном управлении машиной следует комбинировать оба метода. Торможение с использованием только штатной системы во многих случаях является опасным и считается неграмотным с точки зрения качества управления автомобилем. Комбинированный метод торможения включает снижение скорости путем нажатия на педаль тормоза, не выключая передачу. Именно такой способ является самым эффективным и безопасным.

Применение техники снижения скорости двигателем и торможение, при котором отрабатывает система АБС, обеспечивают различную интенсивность замедления и поэтому приводят к разным результатам.

Экстренное снижение скорости с АБС происходит на пределе допустимого сцепления колесных шин с дорожным покрытием. Такой режим торможения позволяет максимально быстро остановить авто и сократить тормозной путь.

Резкое торможение двигателем осуществить достаточно сложно, поэтому при таком способе тормозной путь будет максимальным. Мы не будем рассматривать случай остановки машины за счет падения сил инерции на нейтральной передаче (выбег автомобиля).

Таким образом, вопрос, «как осуществлять торможение – двигателем или с применением тормозной системы» приобретает следующую формулировку «как лучше останавливать авто – резко или плавно?».

Дать однозначный ответ невозможно. К примеру, возьмем ситуацию, когда машина движется по сколькой городской дороге, а впереди на расстоянии около 0,5 км загорается красный свет светофора, поэтому водитель решает снизить скорость. Если нажать на тормоз так, что срабатывает АБС, то автомобиль остановится быстро, но не в том месте, где это необходимо. При движении со скоростью 60 км/час на заснеженной дороге тормозной путь машины на зимней резине составит примерно 70 метров.

В описанном здесь примере более рациональным будет применение техники торможения двигателем. Водитель может просто бросить газ, и авто начнет плавно терять скорость на фоне снижения количества оборотов мотора. Таким образом, автомобиль будет приближаться к светофору с минимальной скоростью, и в нужном месте его можно будет остановить легким нажатием на педаль тормоза. Если же инерции автомобиля будет недостаточно, чтобы докатиться до светофора, то водитель может дозированно нажимать на акселератор, и, наоборот, если расстояние недостаточно для остановки, можно плавно нажимать на тормоз, немного усиливая торможение.

Теперь возьмем другую ситуацию. К примеру, на дорогу внезапно выбегает пешеход, или при подъезде к закрытому повороту на обычной скорости водитель видит машину с включенной «аварийкой». В таких случаях надо понимать, что торможение двигателем не позволит избежать столкновения, единственный выход – резко жать на тормоз. И под аккомпанемент трещащей АБС надеяться, что оставшегося места будет достаточно для остановки.

Как мы видим, для различных дорожных ситуаций используются разные варианты торможения:

  • если есть достаточно места для остановки, следует использовать технику торможения двигателем;
  • если интенсивность торможения мотором будет недостаточной, следует комбинировать этот прием с использованием метода остановки штатной системой торможения;
  • если вы сомневаетесь, что автомобилю хватит места для остановки, стоит с самого начала применить комбинированное торможение (нажать на педаль тормоза при включенной передаче);
  • если места для остановки критически мало, нужно резко тормозить с использованием АБС (до упора выжимаем сцепление и тормоз).

Остановка машины с АБС допускает выключение сцепления, так как при резком торможении мотор уже не будет влиять на интенсивность снижения скорости, но при включенной передаче он может заглохнуть. Именно поэтому автопроизводители и инструкторы по вождению рекомендуют выжимать сцепление при экстренном торможении.


С этим читают