От чего зависит кпд электрической машины
Перейти к содержимому

От чего зависит кпд электрической машины

  • автор:

Коэффициент полезного действия электрической машины: что влияет на его значение?

КПД — коэффициент полезного действия, является одним из важнейших параметров, характеризующих эффективность работы электрической машины. Он показывает, какая часть потребляемой энергии преобразуется в полезную работу. Определяется как отношение полезного выхода к затратам энергии.

От чего зависит КПД электрической машины?

1. Тип машины

Важным фактором, влияющим на КПД, является тип электрической машины. Различают, например, постоянного или переменного тока, синхронные и асинхронные двигатели.

2. Напряжение и ток

Значение напряжения и тока питания также существенно влияют на КПД. При правильном расчете электрических параметров можно достичь оптимальной работы машины.

3. Температура окружающей среды

Высокая температура окружающей среды может привести к перегреву машины и ухудшить ее КПД. Поэтому важно обеспечить достаточную вентиляцию или охлаждение.

4. Использование современных технологий

Применение новейших технологий при проектировании и производстве электрических машин позволяет повысить их эффективность и, как следствие, КПД.

Заключение

Итак, КПД электрической машины зависит от множества параметров, начиная от типа машины и заканчивая условиями эксплуатации. Постоянное совершенствование технологий и учет всех факторов позволяют достичь высокого уровня эффективности работы машин.

Что такое коэффициент полезного действия (КПД) и как рассчитать его по формуле

Что такое коэффициент полезного действия (КПД) и как рассчитать его по формуле

Словом «полезное» в физике является эффект после сопротивления. Ярким примером можно назвать сопротивление металла обрабатывающему станку, для подъемного крана – масса объекта. Например, КПД обычной лампы накапливания не превышает 5%, когда светодиодные имеют гораздо выше. Это происходит потому что большая часть потребляемой энергии уходит на генерирование теплоты, а не света.

Подобное есть и в электронике и этот коэффициент необходимо учитывать при проектировании плат, электросхем. Здесь важно учитывать сопротивление проводимости металла и использовать материалы имеющие меньшее сопротивление. В статье будут рассмотрены основные аспекты КПД, как его рассчитывать, на что он влияет и какие есть основные возможности, чтобы его увеличить.

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия (кпд) – отношение полезно используемой энергии Wп, напр. в виде работы, к общему кол-ву энергии W, получаемой системой (машиной или двигателем), Wп/W. Из-за неизбежных потерь энергии на трение и др. неравновесные процессы для реальных систем всегда. На основании второго начала термодинамики для тепловых машин наибольший кпд (отношение работы Wп, совершаемой за один цикл, к кол-ву подведённой к ней за этот цикл теплоты Q)зависит только от темп-ры нагревателя T1 и холодильника Т2 и равен = Wп/Q= (Т1- T2/T1(Карно теорема).

Как обозначаются конденсаторы на схеме.
Как отличается параллельное и последовательное соединение резисторов.
Масляные трансформаторы – что это такое, устройство и принцип работы.

Для электрич. двигателей кпд равен отношению полезной механич. работы к электрич. энергии, получаемой от источника; в электрич. трансформаторах кпд – отношение эл–магн. энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой в первичной обмотке. Понятие кпд имеет общий характер и применимо к разл. системам: электрич. генераторам, двигателям разного рода, полупроводниковым приборам, биол. объектам, поэтому оно может служить для сравнительной оценки эффективности разнообразных процессов.

Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей

Электрические двигатели имеют высокий коэффициент полезного действия (КПД), но все же он далек от идеальных показателей, к которым продолжают стремиться конструкторы. Все дело в том, что при работе силового агрегата преобразование одного вида энергии в другой проходит с выделение теплоты и неминуемыми потерями. Рассеивание тепловой энергии можно зафиксировать в разных узлах двигателя любого типа. Потери мощности в электродвигателях являются следствием локальных потерь в обмотке, в стальных деталях и при механической работе. Вносят свой вклад, пусть и незначительный, дополнительные потери.

Расчет КПД.

Магнитные потери мощности

При перемагничивании в магнитном поле сердечника якоря электродвигателя происходят магнитные потери. Их величина, состоящая из суммарных потерь вихревых токов и тех, что возникают при перемагничивании, зависят от частоты перемагничивания, значений магнитной индукции спинки и зубцов якоря. Немалую роль играет толщина листов используемой электротехнической стали, качество ее изоляции.

Механические и электрические потери

Механические потери при работе электродвигателя, как и магнитные, относятся к числу постоянных. Они складываются из потерь на трение подшипников, на трение щеток, на вентиляцию двигателя. Минимизировать механические потери позволяет использование современных материалов, эксплуатационные характеристики которых совершенствуются из года в год. В отличие от них электрические потери не являются постоянными и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они возникают вследствие нагрева щеток, щеточного контакта.

[stextbox коэффициент полезного действия (КПД) от потерь в обмотке якоря и цепи возбуждения. Механические и электрические потери вносят основной вклад в изменение эффективности работы двигателя.[/stextbox]

Добавочные потери

Добавочные потери мощности в электродвигателях складываются из потерь, возникающих в уравнительных соединениях, из потерь из-за неравномерной индукции в стали якоря при высокой нагрузке. Вносят свой вклад в общую сумму добавочных потерь вихревые токи, а также потери в полюсных наконечниках. Точно определить все эти значения довольно сложно, поэтому их сумму принимают обычно равной в пределах 0,5-1%. Эти цифры используют при расчете общих потерь для определения КПД электродвигателя.

Будет интересно➡ Магнитная сила Ампера

КПД и его зависимость от нагрузки

Коэффициент полезного действия (КПД) электрического двигателя это отношение полезной мощности силового агрегата к мощности потребляемой. Этот показатель у двигателей, мощностью до 100 кВт находится в пределах от 0,75 до 0,9. для более мощных силовых агрегатов КПД существенно выше: 0,9-0,97. Определив суммарные потери мощности в электродвигателях можно достаточно точно вычислить коэффициент полезного действия любого силового агрегата. Этот метод определения КПД называется косвенным и он может применяться для машин различной мощности.

Комментарий эксперта

Лагутин Виталий Сергеевич

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Задать вопрос

Для маломощных силовых агрегатов часто используют метод непосредственной нагрузки, заключающийся в измерениях потребляемой двигателем мощности. КПД электрического двигателя не является величиной постоянной, своего максимума он достигает при нагрузках около 80% мощности.

Достигает он пикового значения быстро и уверенно, но после своего максимума начинает медленно уменьшаться. Это связывают с возрастанием электрических потерь при нагрузках, более 80% от номинальной мощности. Падение коэффициента полезного действия не велико, что позволяет говорить о высоких показателях эффективности электродвигателей в широком диапазоне мощностей.

В чем измеряется КПД

Коэффициент полезного действия (кпд), характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии; определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно h = Wпол/Wcyм.

В электрических двигателях кпд — отношение совершаемой (полезной) механической работы к электрической энергии, получаемой от источника; в тепловых двигателях — отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты; в электрических трансформаторах — отношение электромагнитной энергии, получаемой во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

Для вычисления кпд разные виды энергии и механическая работа выражаются в одинаковых единицах на основе механического эквивалента теплоты, и др. аналогичных соотношений. В силу своей общности понятие кпд позволяет сравнивать и оценивать с единой точки зрения такие различные системы, как атомные реакторы, электрические генераторы и двигатели, теплоэнергетические установки, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т. д.

Из-за неизбежных потерь энергии на трение, на нагревание окружающих тел и т. п. кпд всегда меньше единицы. Соответственно этому кпд выражается в долях затрачиваемой энергии, т. е. в виде правильной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. Кпд тепловых электростанций достигает 35—40%, двигателей внутреннего сгорания — 40—50%, динамомашин и генераторов большой мощности—95%, трансформаторов—98%.

В чем измеряется КПД.

Кпд процесса фотосинтеза составляет обычно 6—8%, у хлореллы он достигает 20—25%. У тепловых двигателей в силу второго начала термодинамики кпд имеет верхний предел, определяемый особенностями термодинамического цикла (кругового процесса), который совершает рабочее вещество. Наибольшим кпд обладает Карно цикл. Различают кпд отдельного элемента (ступени) машины или устройства и кпд, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе. Кпд первого типа в соответствии с характером преобразования энергии может быть механическим, термическим и т. д. Ко второму типу относятся общий, экономический, технический и др. виды кпд. Общий кпд системы равен произведению частных кпд, или кпд ступеней.

В технической литературе кпд иногда определяют т. о., что он может оказаться больше единицы. Подобная ситуация возникает, если определять кпд отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — используемая энергия, получаемая на «выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та её часть, для получения которой производятся реальные затраты.

Например, при работе полупроводниковых термоэлектрических обогревателей (тепловых насосов) затрата электроэнергии меньше количества теплоты, выделяемой термоэлементом. Избыток энергии черпается из окружающей среды. При этом, хотя истинный кпд установки меньше единицы, рассмотренный кпд h = Wпол/Wзатр может оказаться больше единицы.

Будет интересно➡ Можно ли преодолеть скорость света?

Примеры расчета КПД.

Для чего нужен расчет КПД

Коэффициент полезного действия электрической цепи – это отношение полезного тепла к полному. Для ясности приведем пример. При нахождении КПД двигателя можно определить, оправдывает ли его основная функция работы затраты потребляемого электричества. То есть его расчет даст ясную картину, насколько хорошо устройство преобразовывает получаемую энергию. Обратите внимание! Как правило, коэффициент полезного действия не имеет величины, а представляет собой процентное соотношение либо числовой эквивалент от 0 до 1. КПД находят по общей формуле вычисления, для всех устройств в целом. Но чтобы получить его результат в электрической цепи, вначале потребуется найти силу электричества.

По физике известно, что любой генератор тока имеет свое сопротивление, которое еще принято называть внутренняя мощность. Помимо этого значения, источник электричества также имеет свою силу. Дадим значения каждому элементу цепи: сопротивление – r; сила тока – Е; резистор (внешняя нагрузка) – R. Полная цепь Итак, чтобы найти силу тока, обозначение которого будет – I, и напряжение на резисторе – U, потребуется время – t, с прохождением заряда q = lt. Рассчитать работу источника тока можно по следующей формуле: A = Eq = EIt. В связи с тем, что сила электричества постоянна, работа генератора целиком преобразуется в тепло, выделяемое на R и r. Такое количество можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца: Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.

Формулы расчета КПД.

Затем приравниваются правые части формулы: EIt = I2 (R + r) t. Осуществив сокращение, получается расчет: E = I(R + r). Произведя у формулы перестановку, в итоге получается: I = E R + r. Данное итоговое значение будет являться электрической силой в данном устройстве. Произведя таким образом предварительный расчет, теперь можно определить КПД.

Расчет КПД электрической цепи Мощность, получаемая от источника тока, называется потребляемой, определение ее записывается – P1. Если эта физическая величина переходит от генератора в полную цепь, она считается полезной и записывается – Р2. Чтобы определить КПД цепи, необходимо вспомнить закон сохранения энергии.

В соответствии с ним, мощность приемника Р2 будет всегда меньше потребляемой мощности Р1. Это объясняется тем, что в процессе работы в приемнике всегда происходит неизбежная пустая трата преобразуемой энергии, которая расходуется на нагревание проводов, их оболочки, вихревых токов и т.д. Чтобы найти оценку свойств превращения энергии, необходим КПД, который будет равен отношению мощностей Р2 и Р1.

Что такое коэффициент полезного действия (КПД) и как рассчитать его по формуле

Итак, зная все значения показателей, составляющих электроцепи, находим ее полезную и полную работу: А полезная. = qU = IUt =I2Rt; А полная = qE = IEt = I2(R+r)t. В соответствии этих значений, найдем мощности источника тока: Р2 = А полезная /t = IU = I2 R; P1 = А полная /t = IE = I2 (R + r). Произведя все действия, получаем формулу КПД: n = А полезная / А полная = Р2 / P1 =U / E = R / (R +r). У этой формулы получается, что R выше бесконечности, а n выше 1, но при всем этом ток в цепи остается в низком положении, и его полезная мощность мала.

Каждый желает найти КПД повышенного значения. Для этого необходимо найти условия, при которых P2 будет максимален. Оптимальные значения будут: dP2 / dR = 0. Далее определить КПД можно формулами: P2 = I2 R = (E / R + r)2 R; dP2 / dR = (E2 (R + r)2 — 2 (r + R) E2 R) / (R + r)4 = 0; E2 ((R + r) -2R) = 0. В данном выражении Е и (R + r) не равны 0, следовательно, ему равно выражение в скобках, то есть (r = R). Тогда получается, что мощность имеет максимальное значение, а коэффициент полезного действия = 50 %. Как видно, найти коэффициент полезного действия электрической цепи можно самостоятельно, не прибегая к услугам специалиста. Главное –соблюдать последовательность в расчетах и не выходить за рамки приведенных формул.

Будет интересно➡ Квантовый эффект холла

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу.

Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Часто задаваемые вопросы
Почему коэффициент полезного действия всегда меньше 100%?

КПД 100% означает, что вся энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД всех двигателей всегда меньше 100 процентов.

Как повысить коэффициент полезного действия механизма?

КПД механизмов можно увеличить, снижая трение в подвижных узлах и вес всех составных элементов конструкции. Для этого нужны новые смазочные вещества и лёгкие, но прочные конструкционные материалы.

Чему равен коэффициент полезного действия неподвижного блока?

Например, поднимая груз с помощью подвижного блока, приходится вместе с грузом поднимать и блок, а при этом необходимо совершать «дополнительную» работу. Отношение полезной работы Апол к совершенной Асов, выраженное в процентах, обозначают η и называют коэффициентом полезного действия (КПД): η = Апол/Асов · 100%.

Заключение

Автор статьи

Лагутин Виталий Сергеевич

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Задать вопрос

Коэффициент полезного действия – величина безразмерная, то есть не нужно ставить какую-либо единицу измерения. Но эту величину можно выразить и в процентах. Для этого полученное в результате деления по формуле число необходимо умножить на 100%. В школьном курсе математики рассказывали, что процент – этот одна сотая чего-либо. Умножая на 100 процентов, мы показываем, сколько в числе сотых.

Дополнительную информацию по данной теме можно узнать из файла «Способы определения коэффициента полезного действия». А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

Как найти КПД источника тока?

Это устройство или элемент, в общем понимании – двухполюсник, у которого проходящий через него ток не зависит от величины напряжения на полюсах. Основные характеристики источника тока (ИТ):

  • величина;
  • внутренняя проводимость (импеданс).

Внутреннее сопротивление такого двухполюсника очень мало. У идеального источника (ИИТ) оно приближается к нулю.

Графическое обозначение и вольт-амперная характеристика (ВАХ) ИТ

Генераторы движения электронов могут быть как независимыми, так и зависимыми.

Первые представляют собой идеальный двухполюсник, с двумя зажимами. У них ток, движущийся от одного зажима к другому, не зависит от формы и величины разности потенциалов на зажимах. Его изменения происходят по своим законам.

Второй тип ИТ – идеальный двухполюсник, с двумя зажимами, у которого движение зарядов от одного зажима к другому зависит от формы и величины напряжения на этих зажимах.

Существует управляемый зависимый ИТ. Он представляет собой идеальный двухполюсник, имеющий 2 зажима на входе и 2 зажима на выходе. Его особенность в том, что выходное значение тока на выходе зависит от его величины на входе. В таком ИТ происходит усиление мощности. Изменяя нулевое значение мощности на его входе, управляют величину мощности на выходных зажимах.

Информация. Управление производителем энергии может осуществляться напряжением (ИТУН) или током (ИТУТ). Одни находят применение для полевых триодов и электровакуумных ламп, вторые – для транзисторов биполярного типа.

В реальности генераторы тока имеют определённые ограничения по напряжению. Они далеки от идеальных ИТ и создают движение электричества в таком интервале напряжений, где их верхняя граница зависит от Uпит ИТ. Следовательно, у реального источника тока есть существенные пределы по нагрузке.

Работа электрического тока

Источник питания тока вырабатывает электрическую энергию, которая в дальнейшем может быть преобразована в другие формы, в какие именно, зависит от назначения электрических приборов. Например, в нагревателе электрическая энергия переходит в тепловую, электродвигателе в механическую, а в лампочке в световую.

Работа измеряется в джоулях (Дж). Ещё одна используемая величина — это ватт-сек (Вт*с). Обе этих величины равны. Очень распространена единица измерения киловатт-час (кВт*час), которая равна 3 600 000 джоулей.

Соотношение единиц измерения работы

Если напряжение создаётся разностью потенциалов U и при этом перемещается заряд q, то формула выполненной работы выглядит следующим образом:

Работа электрического тока

Чтобы произвести вычисления, необходимо определить входящие в формулу величины. Обычно разность потенциалов известна. Для определения величины перемещаемого заряда понадобится сила тока. Ее следует умножить на длительность соответствующего промежутка времени:

Формула для вычисления произведенной работы

Воспользовавшись законом Ома можно этому выражению придать другой вид. Как известно, U = I * R. Подставив это выражение в ранее приведённую формулу, получаем:

Формула для вычисления работы с использованием силы тока и сопротивления

Для определения работы можно воспользоваться еще и такой формулой:

Вычисление работы через напряжение и сопротивление

Необходимо учитывать, что рассматривать движение электронов можно как в отдельной схеме, так и во всей цепи, включая батарею питания. Сказанное можно пояснить на следующем примере.

Пусть используется аккумулятор с напряжением, например, 12 В. Он применяется для питания электрической лампочки на протяжении 1 часа. В приводимом примере сила тока составляет 2.3 А. Чтобы узнать, какая работа была произведена в рассматриваемом случае, достаточно воспользоваться формулой, представленной на рисунке выше. Подставив в неё все известные значения и перемножив их, можно увидеть, что искомая величина равна 27.6 Вт*час.

Этот результат можно выразить в джоулях, воспользовавшись формулой для соотношения единиц измерения: 27.6 Вт * час = 27.6 Вт * сек * 3600 = 99360 Вт * сек = 99360 Дж.

Ещё одной важной характеристикой является мощность. Она определяется как работа по перемещению электрических зарядов, которая была выполнена на протяжении единицы времени. Нужно учитывать, что рассматривается не только полная, но и полезная мощность.

Закон Ома для полной электрической цепи

КПД электрической цепи

Формула мощности электрического тока

Выполняя продвижения зарядов через замкнутую цепь, двухполюсник проделывает некоторую работу. Когда генератор двигает заряды по внешнему контуру цепи, то это полезная работа. Когда ИТ продвигает электрические носители по всей цепи, говорят о полной работе.

Внимание! В этой цепочке перемещения зарядов особое значение имеет КПД (коэффициент полезного действия) источника. Он равен соотношению сопротивлений внешней цепи и полному сопротивлению цепи.

Обращая внимание на КПД электроцепи, нужно отметить, что он напрямую зависит от физических величин, определяющих скорость передачи или трансформации электрической энергии. Одной из таких величин является мощность Р (Вт).

P = U * I = U2/R = I2 * R,

  • U – напряжение на нагрузке, В;
  • I – ток, А;
  • R – сопротивление нагрузки, Ом.

Для разных цепей значения напряжения и сила тока различаются, следовательно, производимая ими работа будет разной. Когда предстоит оценить скорость передачи и преобразования электрического тока, то обращают внимание на Р. Она соответствует работе, проделанной за единицу времени:

Читайте также: Производство и использование электрической энергии

  • P – мощность, Вт;
  • A – работа, Дж;
  • ∆t – временной интервал, с.

Исходя из этой формулы, чтобы найти работу А, нужно умножить Р на время:

Чтобы найти КПД (η) электроцепи, нужно найти отношение полезно потраченной энергии к количеству всей энергии, поданной в цепь. Формула для расчёта:

  • А – проделанная потребителем работа, Дж;
  • Q – количество энергии, взятой от источника, Дж.

Важно! КПД не может быть выше единицы. В основном он или равен ей, или меньше её. Этому причина – Закон сохранения энергии. Согласно ему, полезная совершённая работа никогда не превысит затраты энергии, необходимые для её выполнения.

Наглядно это можно объяснить на примере электрической цепи, в которую включен проводник, имеющий определённое сопротивление. При прохождении электричества через цепь часть энергии будет рассеиваться на проводнике, превращаясь в тепло и нагревая его. Потери мощности будут зависеть от величины этого сопротивления.

Как найти КПД источника тока?

КПД электрической цепи

Для чего нужен расчет КПД

Коэффициент полезного действия электрической цепи – это отношение полезного тепла к полному. Для ясности приведем пример. При нахождении КПД двигателя можно определить, оправдывает ли его основная функция работы затраты потребляемого электричества. То есть его расчет даст ясную картину, насколько хорошо устройство преобразовывает получаемую энергию. Обратите внимание! Как правило, коэффициент полезного действия не имеет величины, а представляет собой процентное соотношение либо числовой эквивалент от 0 до 1. КПД находят по общей формуле вычисления, для всех устройств в целом. Но чтобы получить его результат в электрической цепи, вначале потребуется найти силу электричества.

По физике известно, что любой генератор тока имеет свое сопротивление, которое еще принято называть внутренняя мощность. Помимо этого значения, источник электричества также имеет свою силу. Дадим значения каждому элементу цепи: сопротивление – r; сила тока – Е; резистор (внешняя нагрузка) – R. Полная цепь Итак, чтобы найти силу тока, обозначение которого будет – I, и напряжение на резисторе – U, потребуется время – t, с прохождением заряда q = lt. Рассчитать работу источника тока можно по следующей формуле: A = Eq = EIt. В связи с тем, что сила электричества постоянна, работа генератора целиком преобразуется в тепло, выделяемое на R и r. Такое количество можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца: Q = I2 + I2 rt = I2 (R + r) t.

Будет интересно➡ Что такое абсолютная диэлектрическая проницаемость?

Как найти КПД источника тока?

Формулы расчета КПД.

Затем приравниваются правые части формулы: EIt = I2 (R + r) t. Осуществив сокращение, получается расчет: E = I(R + r). Произведя у формулы перестановку, в итоге получается: I = E R + r. Данное итоговое значение будет являться электрической силой в данном устройстве. Произведя таким образом предварительный расчет, теперь можно определить КПД.

Расчет КПД электрической цепи Мощность, получаемая от источника тока, называется потребляемой, определение ее записывается – P1. Если эта физическая величина переходит от генератора в полную цепь, она считается полезной и записывается – Р2. Чтобы определить КПД цепи, необходимо вспомнить закон сохранения энергии.

В соответствии с ним, мощность приемника Р2 будет всегда меньше потребляемой мощности Р1. Это объясняется тем, что в процессе работы в приемнике всегда происходит неизбежная пустая трата преобразуемой энергии, которая расходуется на нагревание проводов, их оболочки, вихревых токов и т.д. Чтобы найти оценку свойств превращения энергии, необходим КПД, который будет равен отношению мощностей Р2 и Р1.

Как найти КПД источника тока?

Итак, зная все значения показателей, составляющих электроцепи, находим ее полезную и полную работу: А полезная. = qU = IUt =I2Rt; А полная = qE = IEt = I2(R+r)t. В соответствии этих значений, найдем мощности источника тока: Р2 = А полезная /t = IU = I2 R; P1 = А полная /t = IE = I2 (R + r). Произведя все действия, получаем формулу КПД: n = А полезная / А полная = Р2 / P1 =U / E = R / (R +r). У этой формулы получается, что R выше бесконечности, а n выше 1, но при всем этом ток в цепи остается в низком положении, и его полезная мощность мала.

Каждый желает найти КПД повышенного значения. Для этого необходимо найти условия, при которых P2 будет максимален. Оптимальные значения будут: dP2 / dR = 0. Далее определить КПД можно формулами: P2 = I2 R = (E / R + r)2 R; dP2 / dR = (E2 (R + r)2 — 2 (r + R) E2 R) / (R + r)4 = 0; E2 ((R + r) -2R) = 0. В данном выражении Е и (R + r) не равны 0, следовательно, ему равно выражение в скобках, то есть (r = R). Тогда получается, что мощность имеет максимальное значение, а коэффициент полезного действия = 50 %. Как видно, найти коэффициент полезного действия электрической цепи можно самостоятельно, не прибегая к услугам специалиста. Главное –соблюдать последовательность в расчетах и не выходить за рамки приведенных формул.

Примеры расчета КПД

Пример 1. Нужно рассчитать коэффициент для классического камина. Дано: удельная теплота сгорания березовых дров – 107Дж/кг, количество дров – 8 кг. После сгорания дров температура в комнате повысилась на 20 градусов. Удельная теплоемкость кубометра воздуха – 1,3 кДж/ кг*град. Общая кубатура комнаты – 75 кубометров.

Чтобы решить задачу, нужно найти частное или отношение двух величин. В числителе будет количество теплоты, которое получил воздух в комнате (1300Дж*75*20=1950 кДж ). В знаменателе – количество теплоты, выделенное дровами при горении (10000000Дж*8 =8*107 кДж). После подсчетов получаем, что энергоэффективность дровяного камина – около 2,5%. Действительно, современная теория об устройстве печей и каминов говорит, что классическая конструкция не является энергоэффективной. Это связано с тем, что труба напрямую выводит горячий воздух в атмосферу.

Для повышения эффективности устраивают дымоход с каналами, где воздух сначала отдает тепло кладке каналов, и лишь потом выходит наружу. Но справедливости ради, нужно отметить, что в процессе горения камина нагревается не только воздух, но и предметы в комнате, а часть тепла выходит наружу через элементы, плохо теплоизолированные – окна, двери и т.д.

Как найти КПД источника тока?

Расчет коэффициента полезного действия.

Пример 2. Автомобиль проделал путь 100 км. Вес машины с пассажирами и багажом – 1400 кг. При этом было затрачено14 литров бензина. Найти: КПД двигателя.

Для решения задачи необходимо отношение работы по перемещению груза к количеству тепла, выделившемуся при сгорании топлива. Количество тепла также измеряется в Джоулях, поэтому не придется приводить к другим единицам. A будет равна произведению силы на путь( A=F*S=m*g*S). Сила равна произведению массы на ускорение свободного падения. Полезная работа = 1400 кг x 9,8м/с2 x 100000м=1,37*108 Дж

Удельная теплота сгорания бензина – 46 МДж/кг=46000 кДж/кг. Восемь литров бензина будем считать примерно равными 8 кг. Тепла выделилось 46*106*14=6.44*108 Дж. В результате получаем η ≈21%.

Часто задаваемые вопросы

Почему коэффициент полезного действия всегда меньше 100%?

КПД 100% означает, что вся энергия, затраченная на получение мощности двигателя, используется им в работе. В природе такого, в принципе, никогда не бывает, и поэтому КПД всех двигателей всегда меньше 100 процентов.

Как повысить коэффициент полезного действия механизма?

КПД механизмов можно увеличить, снижая трение в подвижных узлах и вес всех составных элементов конструкции. Для этого нужны новые смазочные вещества и лёгкие, но прочные конструкционные материалы.

Чему равен коэффициент полезного действия неподвижного блока?

Например, поднимая груз с помощью подвижного блока, приходится вместе с грузом поднимать и блок, а при этом необходимо совершать «дополнительную» работу. Отношение полезной работы Апол к совершенной Асов, выраженное в процентах, обозначают η и называют коэффициентом полезного действия (КПД): η = Апол/Асов · 100%.

Что такое КПД ИТ

Мощность электрического тока

Когда речь идёт о кпд источника тока, также рассматривают полезную и полную работу, совершаемую двухполюсником. Перемещая электроны во внешней цепи, он выполняет полезную работу, двигая их по всей цепи, включая и свою внутреннюю, он производит полную работу.

В виде формул это выглядит так:

  • А полезн. = q*U = I*U*t = I2*R*t;
  • А полн. = q*ε = I* ε*t = I2*(R+r)*t.
  • q – количество энергии, Дж;
  • U – напряжение, В;
  • ε – ЭДС, В;
  • I – ток, А;
  • R – сопротивление нагрузки, Ом;
  • r – импеданс источника, Ом;
  • t – время, за которое совершается работа, с.

С учётом этого можно выразить мощности двухполюсника:

  • Р полезн. = А полезн./t = I*U = I2*R;
  • P полн. = А полн./t = I*ε = I2*(R+r).

Формула кпд источников тока имеет вид:

η = Р полезн./P полн.= U/ε = R/ R+r.

Как найти КПД источника тока?

КПД, которым обладает источник тока

При совершении работы электрическим током происходят преобразования энергии. Полная работа, совершаемая источником, идет на энергопреобразования во всем электрическом контуре, а полезная – только в присоединенной к ИП цепи.

Количественная оценка КПД источника тока производится по самому значимому показателю, определяющему скорость совершения работы,–мощности:

Будет интересно➡ Применение действия силы Ампера в технике

Далеко не вся выходная мощность ИП используется энергопотребителем. Соотношение потребленной энергии и выданной источником представляет собой формулу коэффициента полезного действия:

η = полезная мощность/выходная мощность = Pпол./Рвых.

Важно! Так как Pпол. практически в любом случае меньше, чем Рвых, η не может быть больше 1.

Расчет КПД источника тока

Расчет КПД источника тока

Эту формулу можно преобразовать, подставляя выражения для мощностей:

  1. Выходная мощность источника:

Рвых. = I x E = I² x (R + r) x t;

  1. Потребленная энергия:

Рпол. = I x U = I² x R x t;

η = Рпол./Рвых. = (I² x R x t)/( I² x (R + r) x t) = R/(R + r).

То есть у источника тока КПД определяется соотношением сопротивлений: внутреннего и нагрузочного.

Часто показателем КПД оперируют в процентах. Тогда формула примет вид:

Из полученного выражения видно, что при соблюдении условия согласования (R = r) коэффициент η = (R/2 x R) х 100% = 50%. Когда передаваемая энергия наиболее эффективна, КПД самого ИП оказывается равным всего 50%.

Пользуясь этим коэффициентом, оценивают эффективность различных ИП и потребителей электроэнергии.

Примеры значений КПД:

  • газовая турбина – 40%;
  • солнечная батарея – 15-20%;
  • литий-ионный аккумулятор – 89-90%;
  • электронагреватель – приближается к 100%;
  • лампа накаливания – 5-10%;
  • светодиодная лампа – 5-50%;
  • холодильные установки – 20-50%.

Показатели полезной мощности рассчитываются для разных потребителей в зависимости от вида совершаемой работы.

Иногда возникает необходимость оценить, насколько эффективно может работать источник тока. Для этого нужно знать коэффициент полезного действия источника тока. Он равен соотношению полезной и всей сделанной работы. Обычно его выражают в процентах.

Формула коэффициента полезного действия

Полезной считается работа, связанная с перемещением электрического заряда в цепи. Чтобы вычислить ее, необходимо знать напряжение между клеммами батареи, силу тока и время, в течение которого происходил процесс.

Вся сделанная работа, обеспечивающая перемещение зарядов, включает в себя и ту, которая выполняется в цепи, и внутри источника. Определение полной работы источника осуществляется по формуле, аналогичной той, что используется для нахождения полезной работы электротока. Разница заключается в следующем:

  • Вместо разности потенциалов рассматривается ЭДС.
  • В новой формуле рассматривается сумма, которая состоит из сопротивления внешней цепи, а также внутреннего сопротивления источника.

Приведённые выше формулы будут выглядеть так.

Формулы для определения-полезной и полной работы

Чтобы найти КПД источника тока, надо эти выражения подставить в формулу для определения коэффициента:

Определение коэффициента полезного действия

В приведённой формуле применены обозначения:

  • С левой стороны стоит КПД.
  • После первого знака равенства записано отношение полезной и полной работы по перемещению электрических зарядов.
  • После второго знака равенства присутствует отношение разности потенциалов на клеммах источника и электродвижущей силы.
  • С правой стороны в формуле представлено частное от деления сопротивления внешней цепи и полного сопротивления.

Такая формула позволяет легко определить величину, которую называют коэффициентом полезного действия источника постоянного тока. При расчёте КПД также можно рассматривать не соотношение работ по перемещению зарядов, а соотношение мощностей.

Формулы связывающие между собой различные характеристики электрического тока

На этом изображении используются следующие обозначения:

  • Во внутреннем круге указаны обозначения определяемого параметра.
  • В секторах перечислены формулы, с помощью которых это можно сделать.

Рассматриваются следующие величины:

  • V — напряжение.
  • P — мощность.
  • I — сила тока.
  • R — сопротивление.

Исследование мощности и КПД генератора тока

Максимальная полезная Pmax и максимальный КПДmax – несовместимые понятия. Нельзя добиться максимального КПД источника при максимальной мощности. Это обусловлено тем, что Р, отдаваемая двухполюсником, достигнет своего максимального значения только при условии согласования сопротивления нагрузки и внутреннего импеданса ИТ:

В этом случае КПД источника будет:

η = R/ R+r = r/ r+r = 1/2, что составляет всего 50%.

Для согласования двухполюсника и нагрузки применяют электронные схемы или согласующие блоки, для того чтобы добиться максимального отбора мощности от источника.

Прямой и косвенный методы определения коэффициента полезного действия

Прямой метод определения к. п. д. по экспериментальным значениям P1 и P2 согласно формуле (1) может дать существенную неточность, поскольку, во-первых, P1 и P2 являются близкими по значению и, во-вторых, их экспериментальное определение связано с погрешностями. Наибольшие трудности и погрешности вызывает измерение механической мощности.

Если, например, истинные значения мощности P1 = 1000 кВт и P2 = 950 кВт могут быть определены с точностью 2%, то вместо истинного значения к. п. д.

η = 950/1000 = 0,95

Поэтому ГОСТ 25941-83, «Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия», предписывает для машин с η% ≥ 85% косвенный метод определения к. п. д., при котором по экспериментальным данным определяется сумма потерь pΣ.

Подставив в формулу (1) P2 = P1 — pΣ, получим

Применив здесь подстановку P1 = P2 + pΣ, получим другой вид формулы:

Так как более удобно и точно можно измерять электрические мощности (для двигателей P1 и для генераторов P2), то для двигателей более подходящей является формула (3) и для генераторов формула (4). Методы экспериментального определения отдельных потерь и суммы потерь pΣ описываются в стандартах на электрические машины и в руководствах по испытанию и исследованию электрических машин. Если даже pΣ определяется со значительно меньшей точностью, чем P1 или P2, при использовании вместо выражения (1) формул (3) и (4) получаются все же значительно более точные результаты.

Взаимосвязь полезной мощности и КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) – величина безразмерная, численно выражается в процентах. КПД обозначают буквой η.

Формула имеет вид:

  • А – полезная работа (энергия);
  • Q – затраченная энергия.

По мере увеличения КПД в различных двигателях допустимо выстроить следующую линейку:

  • электродвигатель – до 98%;
  • ДВС – до 40%;
  • паровая турбина – до 30%.

Что касается мощности, КПД равен отношению полезной мощности к полной мощности, которую выдает источник. В любом случае η ≤ 1.

Важно! КПД и Pпол не одно и то же. В разных рабочих процессах добиваются максимума или одного, или другого

Получение максимальной энергии на выходе ИП

К сведению. Чтобы увеличить КПД подъёмных кранов, нагнетательных насосов или двигателей самолётов, нужно уменьшить силы трения механизмов или сопротивления воздуха. Этого достигают применением разнообразных смазок, установкой подшипников повышенного класса (заменив скольжение качением), изменением геометрии крыла и т.д.

Максимальная энергия или мощность на выходе ИП может быть достигнута при согласовании сопротивления нагрузки Rн и внутреннего сопротивления R0 ИП. Это значит, что Rн = R0. В этом случае КПД равен 50%. Это вполне приемлемо для малоточных цепей и радиотехнических устройств.

Однако этот вариант не подходит для электрических установок. Чтобы впустую не тратились большие мощности, режим эксплуатации генераторов, выпрямителей, трансформировав и электродвигателей таков, что к.п.д. приближается к 95% и выше.

Как найти КПД источника тока?

График зависимости Рпол и η от тока в цепи

Достижение максимального КПД

Формула КПД источника тока имеет вид:

η = Pн/Pобщ = R/Rн+r,

Читайте также: Эволюция систем управления пылесосов LG (часть 1)

  • Pн – мощность нагрузки;
  • Pобщ – общая мощность;
  • R – полное сопротивление цепи;
  • Rн – сопротивление нагрузки;
  • r – внутреннее сопротивление ИТ.

Будет интересно➡ С какой скоростью перемещается электрический ток по проводам?

Как видно из графика, изображённого на рис. выше, мощность Pн с уменьшением тока в цепи стремится к нулю. КПД, в свою очередь, достигнет максимального значения, когда цепь будет разомкнута, и ток равен нулю, при коротком замыкании в цепи станет равным нулю.

Если обратиться к элементарному тепловому двигателю, состоящему из поршня и цилиндра, то у него степень сжатия равна степени расширения. Повышение КПД такого мотора возможно в случае:

  • изначально высоких параметров: давления и температуры рабочего тела перед началом расширения;
  • приближения их значений к параметрам окружающей среды по окончании расширения.

Достижение ηmax доступно лишь при наиболее эффективном изменении давления рабочего компонента во вращательное движение вала.

К сведению. Термический коэффициент полезного действия повышается с повышением доли теплоты, подаваемой к рабочему телу, которая преобразуется в работу. Подаваемая теплота делится на два вида энергии: внутренняя в виде температуры и энергия давления.

Механическую работу, по сути, совершает только второй вид энергии. Это порождает целый ряд минусов тормозящих процесс повышения КПД:

  • некоторая часть давления уходит на внешнюю среду;
  • достижение максимального коэффициента полезного действия невозможно без увеличения процента использования энергии давления для преобразования в работу;
  • нельзя поднять КПД тепловых двигателей, не изменяя S поверхности приложения давления, и без удаления этой поверхности от точки вращения;
  • использование только газообразного рабочего тела не способствует повышению η тепловых двигателей.

Для достижения высокого коэффициента полезного действия теплового двигателя нужно определяться с рядом решений. Этому способствуют следующие модели устройства:

  • ввести в цикл расширения ещё одно рабочее тело с другими физическими свойствами;
  • наиболее полно перед расширением использовать оба вида энергии рабочего тела;
  • осуществлять генерацию добавочного рабочего тела прямо при расширении газообразного.

Информация. Все доработки двигателей внутреннего сгорания в виде: нагнетателя турбонадува, организации многократного или распределённого впрыска, а также повышения влажности воздуха, доведения топлива при впрыске до состояния пара, не дали ощутимых результатов резкого повышения КПД.

Как найти КПД источника тока?

КПД двигателя внутреннего сгорания

От чего зависит эффективность

Как было выяснено ранее, коэффициент полезного действия будет тем выше, чем меньше внутреннее сопротивление источника. При этом также нужно учитывать следующее:

  • Если сопротивление источника велико, то по цепи будет проходить небольшой ток. В результате её полезная работа станет меньше.
  • При относительно большом сопротивлении основная часть энергии будет потрачена на работу источника, что может вызвать его перегрев.

Принято считать, что оптимальным будет примерное равенство внутреннего сопротивления источника и сопротивления внешней цепи.

Важно понимать, что при работе электрических приборов эффективность можно рассматривать с различных точек зрения. Каждый электрический прибор предназначен для выполнения определённых функций, и вывод зависит от того, как он их выполняет.

Для примера можно рассмотреть лампочку накаливания. В ней электрическая энергия расходуется не только на обычное освещение, но и на такое, которое происходит в диапазонах, не воспринимаемых человеческим глазом. Последнее представляет собой непроизводительную трату энергии в рабочем режиме. Таким образом, КПД может быть вычислен в зависимости от того, что именно необходимо оценить.

Хотя при рассмотрении эффективности работы источника тока речь идёт об относительно высоком коэффициенте полезного действия, на выполнение полезных функций лампочки тратится не более 5% энергетических затрат. Однако следует заметить, что анализ КПД источника в таких случаях является существенной частью расчётов по определению эффективности работы конкретного электрического устройства.

Также нужно учитывать, что при высоком коэффициенте полезного действия, согласно приведённым здесь формулам, внутреннее сопротивление источника тока должно иметь минимальную величину. Но в результате будет получена большая сила тока, которая спровоцирует преобразование части электрической энергии в тепловую. А это, в свою очередь, уменьшит величину работы по перемещению электрических зарядов.

Зависимость мощности от сопротивления

Таким образом, можно отметить одну особенность коэффициента полезного действия источника тока при перемещении электрических зарядов. Это важно для понимания того, что такое КПД. Его наибольшее значение не приводит к получению максимальной полезной мощности. Получается, что если добиваться максимальной мощности во внешней цепи, то получим КПД работы всего 50%, то есть половина затраченной мощности источника расходуется бесполезно — переходит в тепло, нагревая источник тока. Источник тока может работать с максимальной мощностью только при условии, что его внутреннее сопротивление имеет примерно такое же значение, что и сопротивление нагрузки.

Мощность ИТ и внутреннее сопротивление

Можно собрать последовательную схему, в которую войдут гальванический двухполюсник и сопротивление нагрузки. Двухполюсник, имеющий внутренний импеданс r и ЭДС – Е, отдаёт на внешнюю нагрузку R ток I. Задача цепи – питание электричеством активной нагрузки, выполняющей полезную работу. В качестве нагрузки может быть применена лампочка или обогреватель.

Как найти КПД источника тока?

Простая схема для исследования зависимости Рполезн. от R

Рассматривая эту цепь, можно определиться с зависимостью полезной мощности от величины сопротивления. Для начала находят R-эквивалентное всей цепи.

Оно выглядит так:

Читайте также: Что такое изолированная нейтраль и где она используется

Движение электричества в цепи находится по формуле:

В таком случае Р ЭДС на выходе составит Рвых. = E*I = E²/(R + r).

Далее можно найти Р, рассеиваемую при нагреве генератора из-за внутреннего сопротивления:

Pr = I² * r = E² * r/(R + r)².

На следующем этапе определяются с мощностью, отбираемой нагрузкой:

PR = I² * R = E² * R/(R + r)².

Общая Р на выходе двухполюсника будет равна сумме:

Это значит, что потери энергии изначально происходят при рассеивании на импедансе (внутреннем сопротивлении) двухполюсника.

Далее, чтобы увидеть, при какой величине нагрузки достигается максимальная величина полезной мощности Рполезн., строят график.

При его рассмотрении видно, что самое большое значение мощности – в точке, где R и r сравнялись. Это точка согласования сопротивлений генератора и нагрузки.

Внимание! Когда R > r, то ток, возникающий в цепи, мал для передачи энергии нагрузке с достаточной скоростью. При R < r значительная доля энергии превращается в тепло в самом двухполюснике.

Наиболее наглядный пример согласования можно увидеть в радиотехнике при согласовании выходного сопротивления УНЧ (усилителя низкой частоты) и звуковых динамиков. На выходе усилителя сопротивление находится в пределах от 4 до 8 Ом, в то время как Rвх динамика составляет 8 Ом. Устройство позволяет подключить к своему выходному каскаду, как один динамик на 8 Ом, так и параллельно два по 4 Ома. И в том, и в другом случае УНЧ будет работать в заданном режиме, без потерь мощности.

В процессе разработок тех или иных реальных источников тока пользуются представлением его в виде эквивалентного блока. В его состав входят два компонента, с которыми ведётся работа: это идеальный источник и его импеданс.

Коэффициент полезного действия (КПД): формула и примеры расчета

Электрика

Автор kartanxc_vsetehp На чтение 23 мин Просмотров 100 Опубликовано 01.12.2022

Что такое КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) — отношение полезной энергии Wp, например в виде работы, к общему количеству энергии W, полученной системой (машиной или двигателем), Wp/W. За счет неизбежных потерь энергии на трение и другие неравновесные процессы для реальных систем всегда. На основании второго закона термодинамики для тепловых машин наибольший КПД (отношение между работой Wp, совершаемой за один цикл, и количеством подведенного к нему за этот цикл теплоты Q) зависит только от температуры нагревателя Т1 и холодильника T2 и равен = Wp / Q = (T1-T2/T1(теорема Карно).

Как обозначаются конденсаторы на схеме? Подробнее В чем разница между параллельным и последовательным соединением резисторов. Читать далее Масляные трансформаторы — какие они, устройство и принцип работы читать далее

Для электродвигателя КПД равен отношению полезной механической работы к электрической энергии, полученной от источника; в трансформаторах электрического КПД — отношение энергии е-маг, поступившей во вторичную обмотку, к энергии, затраченной в первичной обмотке. Понятие КПД носит общий характер и применяется к декомпрессионным системам: электрогенераторам, двигателям различного типа, полупроводниковым приборам, биообъектам, так что может служить для сравнительной оценки эффективности различных процессов.

КПД при передаче энергии

Коэффициент эффективности можно определить как отношение между полезной работой и действиями, затраченными на выполнение ($q $).

Для расчета степени производительности тепловой машины применяют следующие виды

где $q_n$ — количество теплоты, полученное от нагревателя; $q_$ — количество теплоты, переданное теплоносителю.

Степень производительности идеальной тепловой машины, работающей по циклу Карно, равна

где $t_n$ — температура нагревателя — $t_$ — температура холодильника.

Наука и техника никогда не стояли на месте. Постоянно изобретаются методы снижения теплопотерь, уменьшения трения между деталями машин и повышения энергоэффективности.

Неподвижный блок.

Важным видом рычага является блок — колесо, закрепленное в обойме с канавкой, через которую пропущена веревка. В большинстве задач веревка рассматривается как невесомая нерастяжимая нить.

На рис. 2 показан неподвижный блок, т.е блок с фиксированной осью вращения (которая проходит перпендикулярно плоскости рисунка через точку

Подвижный блок.

На рис. 4 показан подъемный механизм, представляющий собой комбинацию подвижного блока с неподвижным. К подвижному блоку подвешивается груз, а над неподвижным блоком дополнительно набрасывается трос, что позволяет тянуть трос вниз для подъема груза вверх.

От чего зависит величина КПД

Эта величина зависит от того, насколько полная совершенная работа может быть преобразована в полезную работу. В первую очередь это зависит от устройства самого механизма или машины. Инженеры всего мира борются за повышение эффективности машин. Например, для электромобилей коэффициент очень высок — более 90%.

максимальное значение

Но двигатель внутреннего сгорания в силу своей конструкции не может иметь η близкое к 100 процентам. Ведь энергия топлива не действует непосредственно на вращающиеся колеса. Энергия распределяется в каждом звене передачи. Слишком много передаточных звеньев, и часть выхлопных газов все еще уходит в выхлопную трубу.

Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей

Электродвигатели имеют высокий коэффициент полезного действия (КПД), но все же это далеко не идеальные показатели, к которым продолжают стремиться конструкторы. Дело в том, что при работе силового агрегата происходит преобразование одного вида энергии в другой с выделением тепла и неизбежными потерями. Рассеивание тепловой энергии может быть зафиксировано в разных частях двигателя любого типа. Потеря мощности в электродвигателях происходит в результате местных потерь в обмотке, в стальных деталях и при механической работе. Вносят, пусть и незначительно, дополнительные потери.

Расчет эффективности.

Расчет эффективности.

Магнитные потери мощности

При перемагничивании в магнитном поле сердечника якоря двигателя возникают магнитные потери. Их величина, состоящая из суммарных потерь вихревых токов и возникающих при перемагничивании, зависит от частоты перемагничивания, значений магнитной индукции тыла и якоря. Немалую роль играет толщина используемых листов электротехнической стали, качество изоляции.

Механические и электрические потери

Механические потери при работе электродвигателя, как и магнитные, относятся к числу постоянных. Они состоят из потерь на трение в подшипниках, трение щеток и вентиляцию двигателя. Минимизировать механические потери можно за счет использования современных материалов, эксплуатационные свойства которых улучшаются из года в год. Напротив, электрические потери не являются постоянными и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они возникают из-за нагревания кистей, щеточного контакта.

Коэффициент полезного действия (КПД) падает от потерь в обмотке якоря и цепи возбуждения. Механические и электрические потери составляют основной вклад в изменение КПД двигателя.

Добавочные потери

Дополнительные потери мощности в электродвигателях складываются из потерь, возникающих в уравнительных соединениях, из-за потерь на неравномерность индукции в стали якоря при большой нагрузке. Вносят вклад в общую сумму дополнительных потерь вихревые токи, а также потери в полюсных наконечниках. Точно определить все эти величины достаточно сложно, поэтому их сумма обычно равна в пределах 0,5-1%. Эти числа используются при расчете полных потерь для определения КПД электродвигателя.

КПД и его зависимость от нагрузки

Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя – это отношение полезной мощности силового агрегата к потребляемой мощности. Этот показатель для двигателей мощностью до 100 кВт находится в пределах от 0,75 до 0,9, для более мощных силовых агрегатов КПД существенно выше: 0,9-0,97. Определив суммарные потери мощности в электродвигателях, можно точно рассчитать КПД любого силового агрегата. Такой метод определения КПД называется косвенным и может применяться для машин разной мощности.

Асинхронные механизмы

расшифровка понятия «асинхронность» — несовпадение во времени. Эта концепция используется во многих современных электрических машинах, способных преобразовывать эквивалентную энергию в механическую. Преимущества устройства:

  • простое производство;
  • низкая цена;
  • надежный;
  • низкие эксплуатационные расходы.

Для расчета КПД используется уравнение η = P2/P1. Для расчета P1 и P2 используются данные о суммарных потерях энергии в обмотках двигателя. У большинства устройств показатель находится в пределах 80-90%. Для быстрого расчета воспользуйтесь интернет-ресурсом или персональным калькулятором. Для проверки возможного КПД двигателя внешнего сгорания, работающего от разных источников тепла, используется силовая установка Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости или газа. Вещество движется в замкнутом объеме.

Принцип работы основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счет извлечения энергии из давления. Подобный механизм используется на косметическом приборе и современной подводной лодке. Работоспособность наблюдается при любой температуре. Для запуска не требуется дополнительная система. Эффективность может быть увеличена до 70% по сравнению со стандартным двигателем.

Полезная работа

При использовании любых механизмов или приспособлений мы обязательно выполним эту работу. Обычно это больше, чем нам нужно для выполнения задачи. На основании этих фактов различают два вида труда: этот используемый, который обозначается с большой буквы, А с маленькой ы (Аз), и полезный — А с буквой р (Ап). Например, возьмем такой случай: у нас есть задача поднять булыжник определенной массы на определенную высоту. В этом случае работа характеризует только преодоление силы тяжести, которая в свою очередь действует на груз.

В случае, когда для подъема используется приспособление, помимо силы тяжести булыжника важно учитывать еще и силу тяжести частей этого приспособления. И помимо всего этого важно помнить, что когда мы выигрываем в силе, мы всегда будем проигрывать в дороге. Все эти факты приводят к выводу, что используемая работа в любом случае будет более полезной, Аз > Ар, вопрос в том, насколько она больше, ведь можно минимизировать эту разницу и таким образом повысить КПД нашего или нашего агрегата.

Полезная работа — это часть используемой работы, которую мы совершаем, используя механизм. А эффективность — это просто физическая величина, показывающая, какая часть полезной работы приходится на всю затраченную работу.

  • Используемая работа Аз всегда полезнее Ап.
  • Чем больше отношение полезного к используемому, тем выше это отношение, и наоборот.
  • An находится путем умножения массы на ускорение свободного падения на высоту подъема.

Как рассчитать эффективность

Как можно увеличить КПД

Современная наука постоянно ищет пути повышения эффективности двигателей и отдельных механизмов, внедряя новые технические решения и технологические новшества.

Чем выше КПД, тем экономичнее будет двигатель, тем больше энергоресурсов можно будет сэкономить.

Тепловой двигатель

Из формулы (2) следует, что есть два пути повышения КПД: а) увеличить температуру нагревателя; б) снизить температуру в холодильнике. Оба пути бесперспективны.

Нагреватель нельзя нагревать бесконечно, так как любой материал имеет предел термостойкости. Холодильник почти всегда является окружающей средой, и введение в систему дополнительного теплообменника (например, баллона с жидким азотом) нецелесообразно: это резко увеличит вес, габариты и стоимость двигателя.

Определено, что свойства рабочей жидкости не влияют на КПД. Что осталось?

И есть еще много практических способов, таких как снижение трения в механических устройствах, минимизация теплопотерь за счет достижения наиболее полного сгорания топлива, выполнение обтекаемых форм для уменьшения лобового сравнения (воздух или вода) и т д

Учитывая, что сегодня в механике хорошим показателем считается КПД 30-40%, исследователям и практикам есть с чем работать.

Идеальная тепловая машина: цикл Карно

Пофантазируем еще немного: что это такое — идеальная тепловая машина. Кажется, это тот самый, где КПД 100%.

На самом деле понятие «идеальной тепловой машины» уже существует. Это тепловая машина, где в качестве рабочего тела взят идеальный газ. Такая тепловая машина работает по циклу Карно. Зависимость давления от объема в этом цикле выглядит следующим образом

тепловой двигатель по циклу Карно

А эффективность цикла Карно можно найти через температуры нагревателя и холодильника.

η = Театр — Кулер / Театр 100%

Театр — температура нагревателя Дж

Примеры задач

Задача №1

Рычагом поднимается груз массой $150 space кг$. Груз был поднят на высоту $h_1 = 0,15 space m$ за счет приложения к длинному плечу рычага усилия $320 space N$. При этом точка приложения этой силы уменьшилась на $h_2 =0,8 space m$. Рассчитайте КПД рычага.

Данный:
$m = 150 space кг$
$h_1 = 0,15 пробел м$
$h_2 = 0,8 пробел м$
$F = 320 пробел H$
$g = 9,8 frac$

Покажите решение и ответ

Запишем формулу для нахождения КПД:
$eta = frac cdot 100%$.

Суммарная (используемая) работа будет определяться приложенной силой:
$A_3 = Fh_2 = 320 space N cdot 0.8 space m = 256 space J$.

Полезная работа будет определяться работой по подъему груза массой $P = gm$ на высоту $h_1$:
$A_p = Ph_1 = gmh_1 = 9,8 frac cdot 150 space кг cdot 0,15 space m = 220,5 space J$.

Затем:
$eta = frac cdot 100% приблизительно 0,86 cdot 100% = 80%$.

Трактовка понятия в физике

Электродвигатель, как и другие механизмы, служит для выполнения определенной работы, которую принято называть полезной. При выполнении плановой деятельности рабочий агрегат потребляет энергию, эффективность которой определяется КПД.

Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы преобразования, а также передачи энергии. Это могут быть различные станки и другие устройства.

Эффективностью считается отношение используемой полезной энергии к количеству энергии, полученной системой.

Математически КПД определяется следующим образом:

где A — полезная работа (энергия), Q — затраченная энергия.

Когда эффективность должна быть выражена в процентах, используется следующая формула:

н (КПД) = Ар/Аз * 100%,

где Ap (полезная работа) делится на Az (использованная работа) и умножается на 100%.

В этом случае нет смысла умножать на 100%, так как 100%=1. По этой причине второй вариант формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина выражается в разных единицах, независимо от формул, в которых она участвует).

В чем измеряется КПД

Коэффициент полезного действия (КПД), характеристика эффективности системы (устройства, машины) по отношению к преобразованию или передаче энергии; определяется отношением используемой полезной энергии к общему количеству энергии, полученной системой; обычно обозначается через h = Wpol/Wcym.

В электродвигателях КПД — это отношение (полезной) механической работы, выполненной к электрической энергии, полученной от источника; в тепловых машинах — отношение полезной механической работы к количеству использованной теплоты; в электрических трансформаторах отношение электромагнитной энергии, полученной во вторичной обмотке, к энергии, потребляемой первичной обмоткой.

Узнайте больше о том, как генерируется статическое электричество.

Для расчета КПД различные виды энергии и механической работы выражаются в одних и тех же единицах на основе механического эквивалента тепла и других подобных условий. Благодаря своей общности понятие КПД позволяет сравнивать и оценивать с единых позиций такие разнородные системы, как ядерные реакторы, электрические генераторы и двигатели, тепловые электростанции, полупроводниковые приборы, биологические объекты и т д

Из-за неизбежных потерь энергии на трение, нагрев окружающих тел и т п. КПД всегда меньше единицы. Следовательно, КПД выражается в долях затрачиваемой энергии, т е в собственной дроби или в процентах, и является безразмерной величиной. КПД тепловых электростанций достигает 35-40%, двигателей внутреннего сгорания — 40-50%, мощных динамо-машин и генераторов — 95%, трансформаторов — 98%.

Как измерить эффективность.

Как измерить эффективность.

КПД процесса фотосинтеза обычно составляет 6-8%, у хлореллы достигает 20-25%. Для тепловых машин в силу второго закона термодинамики КПД имеет верхний предел, определяемый свойствами термодинамического цикла (кругового процесса), совершаемого рабочим телом. Цикл Карно имеет самый высокий КПД. Различают КПД отдельного элемента (ступени) в машине или агрегате и КПД, характеризующий всю цепь преобразований энергии в системе.

КПД первого типа по характеру преобразования энергии может быть механическим, тепловым и др. ко второму типу относятся общий, экономический, технический и другие виды КПД. Общий КПД системы равен произведению частных КПД или КПД ступеней.

В литературе эффективность иногда определяют так, что она может быть больше единицы. Аналогичная ситуация возникает, если определить КПД отношением Wпол/Wзар, где Wпол – использованная энергия, полученная на «выходе» системы, Wзар – не вся энергия, поступающая в систему, а только та ее часть , что делается реальными затратами.

Например, при работе термоэлектрических полупроводников (тепловых насосов) потребление электроэнергии меньше количества тепла, выделяемого термопарой. Избыток энергии получают из окружающей среды. В этом случае, хотя истинный КПД объекта меньше единицы, рассматриваемый КПД h = Wpol/Wzap может быть больше единицы.

Примеры расчета эффективности.

Примеры расчета эффективности.

Определение и расшифровка КПД

Аббревиатура от «коэффициент эффективности». Но даже такое толкование может быть не столь однозначным, как кажется на первый взгляд. Он описывает работоспособность системы или отдельного органа, а чаще машины. Производительность характеризуется производством или преобразованием энергии.

Этот фактор касается практически всего, что нас окружает. В конце концов, мы всегда делаем полезную работу, но насколько часто и насколько она важна — это другой вопрос, поэтому используется термин «эффективность».

Важно отметить, что этот коэффициент является неограниченным значением, обычно это математическое значение, такое как 0 и 1, или часто процент.

В физике этот коэффициент обозначается буквой Ƞ, или, как его обычно называют, Эта.

Что означает коэффициент продуктивности?

Как обозначается

В русских учебниках он обозначается двояко. Либо так пишется — эффективность, либо обозначается греческой буквой η. Эти обозначения эквивалентны.

Решение примеров

Упражнение 1. Поезд со скоростью 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Необходимо рассчитать тягу силовых агрегатов. Решение: Чтобы найти мощность, используйте формулу N=F x v. Переводя скорость в единицы СИ, мы получаем 15 м/с. Путем подстановки данных в уравнение F определяется как 48 кН.

Задача 2. Масса автомобиля соответствует 2200 кг. Автомобиль, поднимаясь по уклону 0,018, проезжает расстояние 100 м. Скорость развивает до 32,4 км/ч, а коэффициент трения равен 0,04. Необходимо определить среднюю мощность автомобиля во время движения. Решение: рассчитывается средняя скорость — v/2. Для определения тяговой силы двигателя составляется чертеж, на котором изображены силы, действующие на машину:

  • степень тяжести — мг;
  • опорная реакция — Н;
  • трение — Фтр;
  • тяга — Ф.

Второй закон Ньютона

Первое значение рассчитывается по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если мы заменим последнее значение и используем cos, мы получим средний эффект. Так как ускорение считается величиной постоянной и равной 9,8 м/с2, то v= 9 м/с. Подставляя данные в первую формулу, получается: N = 9,5 кБт.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверять соответствие единиц измерения, приведенных в условиях, международным стандартам. Если они разные, то нужно перевести данные с учетом СИ.

КПД механизма — по какой формуле вычисляют

Они придумали ряд механизмов, с помощью которых можно поднимать тяжелые грузы на определенную высоту. Так были изобретены ворота, чтобы поднимать ведро воды из колодца, изобретен домкрат, чтобы поднимать машину. С помощью лебедки и наклонной плоскости египтяне строили свои грандиозные пирамиды.

Используя эти устройства, человек редко вспоминает об их эффективности. В качестве примера рассмотрим этот показатель для наклонной плоскости.

Груз

Принцип расчета КПД остается неизменным: нужно найти соотношение между полезной работой и всей затраченной энергией. То есть снова используем общую формулу (1), предварительно сделав соответствующие преобразования.

Предположим, что тело массы m необходимо поднять (точнее толкнуть или вытащить) на высоту h. При постоянной скорости подъема полезная работа будет равна произведению силы тяжести (мг) на высоту (h).

Используемая работа определяется произвольной силой толкания или тяги F длины наклонной плоскости L. Отметим, что сила толкания (тяги) идет на преодоление силы трения Fтр.

Таким образом, КПД такого простого механизма можно рассчитать по формуле:

Сила трения

Простой анализ показывает, что эффективность наклонной плоскости обратно пропорциональна силе трения и длине рампы. Последний, в свою очередь, зависит от угла наклона: чем он больше, тем короче скат.

Наклонная плоскость.

Как известно, тяжелую бочку легче катить по наклонным мосткам, чем поднимать вертикально. Мосты, таким образом, являются механизмом, дающим силу.

Мощность разных устройств

По статистике при работе устройства теряется до 25% энергии. При работе двигателя внутреннего сгорания топливо частично сгорает. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый двигатель нагревает себя и свои компоненты. Потери составляют до 35% от общей мощности.

При движении механизмов возникает трение. Для его ослабления используется смазка. Но полностью устранить явление не в состоянии, поэтому расходуется до 20% энергии. Пример автомобиля: если расход 10 литров топлива на 100 км, то на движение уйдет 2 литра, а остальные 8 литров — это потери.

Если сравнивать КПД бензиновых и дизельных двигателей, то полезная мощность первого механизма составляет 25 %, а второго — 40 %. Агрегаты похожи друг на друга, но имеют разные типы смешивания:

Коэффициент полезного действия (КПД) - формулы и расчеты

Поршни бензинового двигателя работают при высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое может быть преобразовано в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.В схеме дизеля топливо воспламеняется в процессе сжатия. Исходя из этого фактора, можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом двигатель более экологичен и меньше по размерам, чем первый аналог. Если проверить КПД при малой работе и большой громкости, то результат превысит 50%.

Применение в разных сферах физики

Примечательно, что эффективность не существует как нейтральное понятие, у каждого процесса есть своя эффективность, это не сила трения, она не может существовать одна.

Рассмотрим некоторые примеры процессов с наличием эффективности.

Возьмем, к примеру, электродвигатель. Задача электродвигателя заключается в преобразовании электрической энергии в механическую. В этом случае коэффициентом будет КПД двигателя по отношению к преобразованию электроэнергии в механическую энергию. Для этого случая тоже есть формула, и она выглядит так: Ƞ=P2/P1. Здесь P1 — мощность в общем случае, а P2 — полезная мощность, вырабатываемая самим двигателем.

Несложно догадаться, что структура формулы коэффициента всегда сохраняется, в ней меняются только те данные, которые необходимо заменить. Они зависят от конкретного случая, если это двигатель, как в случае выше, то надо оперировать расходом, если рабочий, то исходная формула будет другая.

Какова эффективность

Теперь мы знаем определение КПД и имеем представление об этом физическом понятии, а также о его отдельных элементах и ​​нюансах. Физика — одна из величайших наук, но ее можно разобрать на мелкие кусочки, чтобы понять. Сегодня мы исследовали одну из таких частей.

Как устроен тепловой двигатель

Тепловая машина состоит из трех основных частей

В основе двигателя лежит процесс циркуляции.

Циклический процесс

Подогреватель, например, сжигает топливную смесь, которая выделяет большое количество тепла и передает его рабочему органу.

Рабочее тело, например пар, газ или жидкость, при нагревании расширяется и действует. Турбина вращается или поршень движется.

Охладитель необходим для возврата рабочей жидкости в исходное состояние. Он поглощает часть энергии рабочего органа. Это обеспечивает рециркуляцию и поддерживает работу двигателя отопления.

Идеальный тепловой двигатель Карно

Модель двигателя Карно была разработана французским физиком К. Карно.

Рабочей частью двигателя Карно является поршень в цилиндре, заполненном газом. Машина Карно идеальна и возможна только теоретически. В этом случае силы трения и тепловые потери между поршнем и цилиндром считаются равными нулю.

Механическая работа максимальна, когда рабочее тело совершает цикл, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. При изотермическом расширении газ совершает работу за счет внутренней энергии нагревателя. В адиабатическом процессе это происходит за счет внутренней энергии расширяющегося газа. В этом цикле нет теплообмена без совершения работы, так как нет контакта между предметами разной температуры. Этот цикл известен как цикл Карно.

Адиабатические процессы — это термодинамические процессы, протекающие без передачи тепла в окружающую среду (Q = 0).

Изотермические процессы – это термодинамические процессы, протекающие при постоянной температуре. Внутренняя энергия идеального газа зависит только от температуры, поэтому количество переданного газу тепла Q полностью передается проекту А (Q = А).

Двигатель Карно работает следующим образом.

  1. Цилиндр соприкасается с горячим резервуаром, и газ расширяется при постоянной температуре. На этом этапе газ получает тепло от горячего резервуара.
  2. Цилиндр окружен теплоизоляцией, благодаря которой сохраняется доступное газу количество теплоты. Газ продолжает расширяться до тех пор, пока его температура не упадет до температуры холодного теплового резервуара.
  3. На третьем этапе снимается теплоизоляция. Газ в баллоне, соприкасающийся с холодным резервуаром, сжимается, отдавая при этом часть тепла холодному резервуару.
  4. Когда сжатие достигает определенного значения, цилиндр снова окружается теплоизоляцией. Газ сжимается за счет подъема поршня до тех пор, пока его температура не сравняется с температурой горячего резервуара. После этого теплоизоляция снимается и цикл снова повторяется с первой фазы.

Чем больше разница температур между нагревателем и охладителем, тем выше КПД двигателя Карно.

Символ, обозначающий КПД

Символ — греческая буква эта η. Но чаще все же используют термин эффективность.

Единицы измерения

КПД является безразмерной величиной, т.е указывать какую-либо единицу измерения не нужно. Но это значение также может быть выражено в процентах. Для этого число, полученное в результате деления по формуле, нужно умножить на 100%. В школьном курсе математики говорили, что один процент — это одна сотая часть чего-то. Если мы умножим на 100 процентов, мы покажем, сколько в сотых долях.

Значения показателя

Инженер Карно определил эффективность

В 1824 году инженер Карно определил КПД идеального двигателя при коэффициенте 100%. Для интерпретации концепции была изготовлена ​​специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — T2)/T1. Для расчета максимального показателя используется уравнение эффективности max=(T1-T2)/T1x100%. В двух примерах Т1 указывает температуру нагревателя, а Т2 указывает температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента необходимо будет выровнять температуру кулера до нуля. Такое явление невозможно, так как Т1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника питания или энергоблока считается важной технической задачей. Теоретически задача решается уменьшением трения элементов двигателя и снижением тепловых потерь. В дизельном двигателе это достигается за счет турбонаддува. В этом случае КПД увеличивается до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • использование специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перемещение места сгорания бензина.

Способы найти значение, проверить результат

КПД зависит от типа и конструкции двигателя. Современные ученые говорят, что будущее за электродвигателями. На практике работа, совершаемая единицей, превышает полезную работу, так как определенная ее часть совершается против трения. При использовании подвижного блока выполняется дополнительная работа: блок с канатом поднимается, силы трения в блоке преодолеваются.

Для чего нужен расчет КПД

КПД электрической цепи – это отношение полезного тепла к общему. Для ясности возьмем пример. Когда вы найдете КПД двигателя, вы сможете определить, оправдывает ли основная функция стоимость потребляемой электроэнергии. То есть расчет даст четкое представление о том, насколько хорошо прибор преобразует полученную энергию.

Примечание! КПД обычно не имеет значения, а представляет собой процент или числовой эквивалент от 0 до 1. КПД находится по общей расчетной формуле, для всех агрегатов в целом. Но чтобы получить результат в электрической цепи, нужно сначала найти силу электричества.

Из физики известно, что каждый генератор тока имеет свое сопротивление, которое также называют внутренней силой. Помимо этого значения, источник электроэнергии также имеет свою мощность. Присвоим значения каждому элементу цепи: сопротивление — r; сила тока — Е; сопротивления (внешней нагрузки) — R.

Полная цепь Итак, чтобы найти силу тока, обозначение которой будет — I, и напряжение на сопротивлении — U, потребуется время — t, при прохождении заряда q = lt . Работу источника тока можно рассчитать по следующей формуле: A = Eq = EIt. В связи с тем, что сила электричества постоянна, работа генератора полностью преобразуется в теплоту, выделяемую R и r. Такое количество можно рассчитать по закону Джоуля-Ленца: Q = I2 + I2 rt = I2 (R+r)т.

Формулы расчета эффективности.

Формулы расчета эффективности.

Затем приравниваются правильные части формулы: EIt = I2(R+r)t.После выполнения приведения получается расчет: E=I(R+r). После перестановки формулы получается: I = ER + r Это конечное значение и будет электрической мощностью в этой единице. Произведя таким образом предварительный расчет, теперь можно определить КПД.

Расчет КПД электрической цепи Ток, полученный от источника питания, называют потребляемым, его определение записывают — Р1. Если эта физическая величина поступает от генератора на всю схему, она считается полезной и записывается — Р2. Для определения КПД цепи необходимо помнить о законе сохранения энергии.

В соответствии с ним мощность приемника Р2 всегда будет меньше потребляемой мощности Р1. Это связано с тем, что в процессе работы в приемнике всегда происходит неизбежная трата преобразованной энергии, которая расходуется на нагрев проводов, их оболочек, вихревые токи и т д.

Что такое коэффициент полезного действия (КПД) и как он рассчитывается по формуле

Итак, когда мы знаем все значения индикаторов, составляющих электрическую цепь, мы находим ее полезной и полной работы: A полезной. = qU = IUt = I2Rt; И всего = qE = IEt = I2(R+r)t. В соответствии с этими значениями находим мощность источника тока: P2 = A полезная / t = IU = I2 R; P1 = A в комплекте / t = IE = I2 (R + r). После выполнения всех действий получаем формулу эффективности: n = Один полезный / Один полный = P2 / P1 = U / E = R / (R + r). Эта формула приводит к тому, что R больше бесконечности, а n больше 1, но при этом ток в цепи остается малым и полезная мощность ее невелика.

Каждый хочет найти эффективность повышенной стоимости. Для этого необходимо найти условия, при которых Р2 будет максимальным. Оптимальными значениями будут: dP2/dR=0. При этом КПД можно определить по формулам: P2=I2R=(E/R+r)2R; dP2/dR = (E2 (R + r)2 — 2 (r + R) E2R) / (R + r)4 = 0; E2((R+r)-2R)=0. В этом выражении E и (R+r) не равны 0, поэтому оно равно выражению в скобках, то есть (r=R). Тогда получается, что эффект имеет максимальное значение, а КПД = 50%. Как видите, найти КПД электрической цепи можно самостоятельно, не прибегая к услугам специалиста. Самое главное – соблюдать порядок расчетов и не выходить за рамки приведенных формул.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *