Коэффициент полезного действия (КПД): формула и примеры расчета

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%.

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.

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.

Исход:

• 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 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

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

Эффективность цикла Карно η = Театр — Кулер / Театр 100% η — КПД % Театр — температура нагревателя Дж Деревянный холодильник — температура холодильника 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:
$m = 150 space кг$
$h_1 = 0,15 пробел м$
$h_2 = 0,8 пробел м$
$F = 320 пробел H$
$g = 9,8 frac{N}{kg}$

$эта — ?$

Покажите решение и ответ

Скрывать

Решение:

Запишем формулу для нахождения КПД:
$eta = frac{A_p}{A_z} cdot 100%$.

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 $h_1$:
$A_p = Ph_1 = gmh_1 = 9,8 frac{N}{kg} cdot 150 space кг cdot 0,15 space m = 220,5 space J$.

Затем:
$eta = frac{220,5space J}{256 space J} cdot 100% приблизительно 0,86 cdot 100% = 80%$.

Ответ: $эта = 80%$.

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.

Определение 1

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.

Формула 1

Математически КПД определяется следующим образом:

н (КПД) = А/Q

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

Формула 2

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.

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.

Читайте также: Полярность светодиода: где плюс и минус на светодиоде (анод и катод)

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.

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.

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.

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:

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:

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.

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.

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

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.

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.

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.

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.