Физика электродвигателей, механика. Хочу понять разницу между маленьким и большим электрическим мотор-колесом прямого привода касательно КПД и потребляемой мощности.
Представим ситуацию:
на идеальном сухом асфальтированном покрытии стоит 2 единицы электрического двухколёсного транспорта. (электросамокаты, к примеру) Они имеют одинаковый вес, геометрическую форму, пятно контакта покрышек с асфальтом и давление в покрышках. Разница заключается только в том, что один электросамокат снабжён электромотором, номиналом в 5kw, а другой электромотором номиналом в 500w. (со всеми вытекающими)
Напряжение питания электродвигателей - одинаковое, ёмкость и BMS питающих аккумуляторов - одинаковые, контроллеры - одинаковые.
Вопрос №1: какое из транспортных средств потребит больше энергии для разгона до 25км/ч? Насколько? Почему?
Вопрос №2: какое из транспортных средств потребит больше энергии за отрезок пути, скажем в 5 км, поддерживая одинаковую скорость, без учёта разгона. Насколько? Почему?

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

Чтобы ответить на ваши вопросы, давайте разберёмся в принципах работы электродвигателей и их характеристиках.

При разгоне до 25 км/ч, несмотря на разницу в мощности (5 кВт против 500 Вт), оба транспортных средства будут потреблять примерно одинаковое количество энергии, поскольку разгон требует определённого объёма работы, необходимо преодолеть инерцию массы самоката и водителя.

Энергия, необходимая для разгона до скорости ( v ), может быть выражена через кинетическую энергию:

[
E_{kin} = \frac{1}{2} m v^2
]

где:

Энергия для разгона будет одинаковой для обоих самокатов, если масса и скорость одинаковы.

Однако стоит отметить, что 5-кВт мотор сможет разогнать самокат быстрее, чем 500-ваттный. Если рассматривать только время разгона, 5-кВт мотор сделает это быстрее, что может привести к большему пиковому потреблению энергии за короткий промежуток времени. Тем не менее, средняя энергия, необходимая для разгона, будет одинаковой.

При движении с постоянной скоростью (25 км/ч) результаты будут зависеть от КПД и величины нагрузок на мотор.

Мощность: Мотор на 5 кВт будет иметь возможность работать на более высоком КПД, особенно при больших нагрузках. Меньший мотор может работать ближе к пределу своих возможностей, что может привести к большему нагреву и, как следствие, к ухудшению КПД.

Сопротивление: Без учёта потерь на трение и воздух, оба транспортных средства будут иметь одинаковое потребление энергии. Однако, увеличенная мощность 5 кВт мотора может иметь больше возможностей для поддержания скорости, несмотря на изменения в условиях (например, подъемы, ветер и т.д.), что в конечном итоге может привести к тому, что он будет работать более эффективно.

На практике, более мощный мотор (5 кВт) может потреблять меньше энергии на постоянной скорости по сравнению с 500-ваттным мотором. Это связано с тем, что 500-ваттный мотор, работая на максимальной мощности, может иметь низкий КПД и более высокие потери, связанные с перегревом и неэффективностью.

Для разгона до 25 км/ч: оба самоката потребят примерно одинаковое количество энергии, но 5 кВт мотор сделает это быстрее.

На пути в 5 км при постоянной скорости: 5 кВт мотор, вероятно, будет более эффективным и потребит меньше энергии, чем 500-ваттный. Однако точную разницу в потреблении сложно оценить без конкретных данных о КПД обоих моторов, условиях движения и других факторах.