Чтобы что-то сделать, необходимо затратить определенное количество энергии. Чтобы ехать на велосипеде, вы тратите мышечную энергию, крутя педали. Для движения автомобиля используется энергия сжигаемого топлива (бензина, нефти или газа).
Что такое коэффициент полезного действия (КПД) и как рассчитать его по формуле
Слово «полезный» в физике — это результат после сопротивления. Типичным примером является сопротивление металла в станке. В случае с кранами это масса объекта. Например, эффективность традиционных ламп накаливания составляет менее 5%, в то время как эффективность светодиодов гораздо выше. Это связано с тем, что большая часть потребляемой энергии расходуется на производство тепла, а не света.
То же самое относится и к электронике, и этот фактор необходимо учитывать при проектировании плат и электрических схем. Здесь важно учитывать проводимость металла и использовать материалы с низким сопротивлением. В этой статье описаны ключевые аспекты эффективности, способы ее расчета, ее влияние и основные возможности для повышения эффективности.
Что такое КПД
Коэффициент эффективности (степень эффективности) — это отношение эффективной энергии Wp Wp/W — общее количество энергии W, полученное системой (двигателем или двигателями) в виде проекта.В реальных системах это всегда имеет место, поскольку потери энергии из-за трения и других неравновесных процессов неизбежны. Исходя из второго принципа термодинамики тепловых двигателей, наилучший КПД (отношение количества Wp, затраченного в цикле, и количества тепла Q, подведенного в этом цикле) имеют нагреватель T1 и охладитель T2, равный = Wp/Q = (T1- T2 / T1 (теорема Карно).
В электродвигателях степень эффективности — это отношение механического КПД к количеству электроэнергии, поставляемой источником питания. В электрических трансформаторах степень эффективности — это отношение электромагнитной энергии вторичной обмотки к энергии первичной обмотки. Понятие эффективности является универсальным и может быть применено к различным системам, таким как генераторы, различные типы двигателей, полупроводниковые устройства и биологические объекты, и поэтому может быть использовано для сравнительной оценки эффективности различных процессов.
Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей
Электродвигатели имеют высокие коэффициенты полезного действия, но они все еще далеки от идеальных показателей, к которым продолжают стремиться производители. Причина этого в том, что во время работы энергоблока один вид энергии преобразуется в другой вид энергии, выделяется тепло и неизбежны потери. Распространение тепловой энергии может быть зарегистрировано в различных компонентах двигателей всех типов. Потери мощности в электродвигателях являются результатом местных потерь в обмотках, стальных компонентах и во время механической работы. Имеется небольшой, но существенный вклад в виде дополнительных потерь.
Магнитные потери.
Магнитные потери возникают в магнитном поле якоря двигателя при перемагничивании. Их величина складывается из суммы потерь на вихревые токи и потерь на перемагничивание и является функцией частоты намагничивания, магнитной индукции арматуры и зубцов арматуры. Толщина используемого металлического листа и качество изоляции также играют важную роль.
Механические и электрические потери
Подобно магнитным потерям, механические потери в электродвигателях постоянны. Они включают в себя потери на трение в подшипниках, потери на трение щеток и потери на вентиляцию двигателя. Минимизация механических потерь возможна благодаря использованию современных материалов с улучшенными с годами характеристиками. Электрические потери, с другой стороны, непостоянны и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. В основном они вызваны нагревом кисти, контактом кисти.
Броня и полевые потери снижают эффективность. Механические и электрические потери являются основными факторами, способствующими изменению характеристик двигателя.
Дополнительные потери.
Потери мощности в двигателях складываются из потерь из-за балансирных соединений и потерь из-за неравномерной индукции арматуры при высоких нагрузках. Потери на токовых и полюсных зажимах вносят свой вклад в общие дополнительные потери. Поскольку точно определить все эти величины сложно, обычно считается, что их сумма составляет от 0,5 до 1%. Эти данные используются для расчета общих потерь, чтобы определить эффективность двигателя.
Эффективность и ее зависимость от нагрузки
КПД электродвигателя — это отношение эффективной мощности силового агрегата к потребляемой мощности. Для двигателей мощностью до 100 кВт эти значения составляют от 0,75 до 0,9. Для более мощных двигателей КПД значительно выше: от 0,9 до 0,97. Определив общие потери мощности электродвигателя, можно с достаточной точностью рассчитать КПД любого силового агрегата. Этот метод определения производительности называется косвенным и может применяться к машинам различной мощности.
Инженер по специальности «Вычислительная техника и программное обеспечение автоматизированных систем», МИФИ, 2005-2010 гг.
Чтобы что-то сделать, необходимо затратить определенное количество энергии. Чтобы ехать на велосипеде, вы тратите мышечную энергию, крутя педали. Для движения автомобиля используется энергия сжигаемого топлива (бензина, нефти или газа).
Определение и расшифровка КПД
Аббревиатура для этого термина — «норма прибыли». Это толкование может быть не совсем ясным даже в первый раз. Это фактор производительности системы или отдельного органа, часто механизма. Эффективность — это мера выработки или преобразования энергии.
Этот фактор можно применить практически ко всему, что нас окружает, и даже больше. В конце концов, мы постоянно выполняем полезную работу, но как часто и сколько — это другой вопрос, поэтому используется термин «эффективность».
Важно отметить, что этот коэффициент является неограниченной величиной, обычно это математическое значение, например, 0 и 1, или часто процент.
В физике этот коэффициент обозначается буквой Ƞ, или Eta, как его обычно называют.
Полезная работа
При использовании механизма или устройства вы обязаны выполнять работу. Как правило, это всегда больше, чем требуется для выполнения каждого задания. Исходя из этих данных, можно выделить два типа работы. Это обозначается буквой А и полезной работой с маленькой буквы (AZ) и полезной работой с буквой Р (AP). Например, возьмем следующий случай. Есть задача поднять камень на определенную высоту и с определенной массой. В этом случае проект описывает только преодоление силы тяжести, которая действует на груз.
Помимо тяжести валуна, важно учитывать тяжесть детали, если она используется для подъема устройства. И помимо всего этого, важно помнить, что хотя мы берем власть и побеждаем, мы всегда проигрываем поездку. Все это приводит к выводу, что в любом случае более полезным является проект AZ> AP, поскольку задача состоит в том, чтобы максимально уменьшить эту разницу и тем самым улучшить производительность. или наши устройства.
Полезная работа — это часть затрат, сделанных при использовании механизма. Производительность — это натуральная величина того, насколько полезен полезный проект по сравнению с проектом в целом.
- Входной проект AZ всегда больше, чем выходной проект AP.
- Чем выше отношение полезности к расходам, тем выше коэффициент, и наоборот.
- ПД умножается на массу за счет силы тяжести и увеличения высоты.
Физическая формула КПД
Существуют определенные типы факторов эффективности, которые необходимо найти. Он заключается в следующем. В физике, чтобы найти коэффициент полезного действия, количество энергии нужно разделить на работу, выполненную системой. Другими словами, степень производительности является причиной энергии, затраченной на работу. Отсюда следует простой вывод: если система или организм работает лучше и эффективнее, то для выполнения работы требуется меньше энергии.
Сам тип выглядит коротким и очень простым ƞ равен A/Q. То есть, ƞ = a/q. В этом коротком типе элементы, которые необходимо рассчитать, являются твердыми. Таким образом, в данном случае используется энергия, потребленная системой во время работы, а большая буква Q — это энергия, использованная A или использованная снова.
В идеале коэффициент производительности равен единице. Однако, как это обычно бывает, она меньше. Это объясняется физикой и, конечно же, законом сохранения энергии.
Все дело в том, что закон сохранения энергии означает, что он не может заработать больше, чем получает. И даже не способствует, потому что энергия постоянно расходуется. Кроме того, работа связана с потерями. В случае с двигателями, например, потери заключаются в обильном нагреве.
Максимальные коэффициенты характерны для круглых машин. Они работают при определенных температурах в радиаторах (T1) и холодильниках (T2). Измерение производится по типу: h = (t1-t2)/t1. Экзотермическая мощность используется для определения производительности котлов, работающих на ископаемом топливе.
Мощность разных устройств
По статистике, до 25% энергии теряется во время работы устройства. При работе двигателя внутреннего сгорания происходит частичное сгорание топлива. Небольшой процент улетучивается через выхлопную трубу. Когда бензиновый двигатель закипает, компоненты, входящие в его состав, нагреваются. Теряется до 35% общей мощности.
Трение возникает при движении механизмов. Для уменьшения этого используется смазка. Но это не может полностью устранить явление, поэтому расходуется до 20% энергии. Пример автомобиля: Если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, то 2 литра расходуются, а остальные 8 литров теряются.
Если сравнить КПД бензинового и дизельного двигателей, то полезный КПД первого составляет 25%, а второго — 40%. Аппараты похожи друг на друга, но имеют разные типы смешивания:
Асинхронные механизмы
Термин асинхронный интерпретируется как несовпадение по времени. Этот термин используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и могут преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Преимущества устройств :
- Простая конструкция,
- 低価格、
- 信頼性、
- низкие эксплуатационные расходы.
Для расчета КПД используется уравнение h = P2/P1. Общие потери энергии в обмотках двигателя используются для расчета P1 и P2. В большинстве подразделений этот показатель составляет 80-90%. Для быстрого расчета можно воспользоваться онлайн-источником или персональным калькулятором. Для проверки потенциальной эффективности двигателя внешнего сгорания, работающего на различных источниках тепла, используется силовая установка Стирлинга. Он имеет форму теплового двигателя с рабочей жидкостью в виде жидкости или газа. Вещество движется в замкнутом объеме.
Принцип его работы основан на постепенном нагревании и охлаждении объекта за счет извлечения энергии из давления. Подобный механизм используется в косметических приборах и в современной подводной лодке. Его функциональность наблюдается при любых температурах. Она не требует дополнительной пусковой системы. КПД может быть увеличен до 70%, в отличие от стандартного двигателя.
Значения показателя
В 1824 году инженер Карно определил КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для интерпретации концепции была создана специальная машина со следующей формулой: h=(T1 — T2)/T1. Для расчета максимального значения применяется уравнение КПД max = (T1 — T2)/T1x100%. В двух примерах T1 обозначает температуру нагрева, а T2 — температуру охлаждения.
На практике для достижения коэффициента 100% температура радиатора должна быть приравнена к нулю. Такой эффект невозможен, так как Т1 выше температуры воздуха. Процесс повышения эффективности энергоснабжения или электростанции считается важным техническим вопросом. Теоретически, проблема решается за счет снижения трения в компонентах двигателя и уменьшения тепловых потерь. В дизельном двигателе это достигается за счет турбонаддува. В этом случае эффективность повышается до 50%.
Мощность типичного двигателя может быть увеличена следующими способами:
- подключение многоцилиндрового агрегата к системе,
- использование специального топлива
- замену определенных компонентов,
- перенос места сгорания бензина.
Эффективность зависит от типа и конструкции двигателя. Современные ученые утверждают, что будущее за электрическими двигателями. На практике работа, выполняемая каждым устройством, превышает полезную работу, поскольку определенная ее часть выполняется при трении. При использовании подвижного шкива совершается дополнительная работа: шкив с канатом поднимается и преодолеваются силы трения на шкиве.
