KOEFICIJENT EFIKASNOSTI (COP) je karakteristika učinkovitosti sustava (uređaja, stroja) u odnosu na pretvorbu energije; određuje se omjerom iskorištene korisne energije (pretvorene u rad u cikličkom procesu) prema ukupnoj količini energije prenesenoj u sustav.

Koeficijent korisna radnja

(efficiency), karakteristika učinkovitosti sustava (uređaja, stroja) u odnosu na pretvorbu ili prijenos energije; određuje se omjerom iskorištene korisne energije i ukupne količine energije koju sustav prima; obično se označava sa h = Wpol/Wcym.

Kod elektromotora učinkovitost je omjer obavljenog (korisnog) mehaničkog rada i električne energije primljene iz izvora; u toplinskim strojevima ≈ omjer korisnog mehaničkog rada i utrošene količine topline; u električnim transformatorima ≈ omjer elektromagnetske energije primljene u sekundarnom namotu i energije koju troši primarni namot. Za izračun učinkovitosti različiti tipovi energija i mehanički rad izražavaju se u istim jedinicama na temelju mehaničkog ekvivalenta topline i drugih sličnih omjera. Zbog svoje općenitosti, pojam učinkovitosti omogućuje usporedbu i procjenu s jedinstvenog gledišta tako različitih sustava kao što su nuklearni reaktori, električni generatori i motori, termoelektrane, poluvodički uređaji, biološki objekti itd.

Zbog neizbježnih gubitaka energije uslijed trenja, zagrijavanja okolnih tijela itd., učinkovitost je uvijek manja od jedinice. Prema tome, učinkovitost se izražava u udjelima utrošene energije, tj. u obliku pravilan razlomak ili kao postotak, i bezdimenzionalna je veličina. Učinkovitost termoelektrana doseže 35≈40%, motora s unutarnjim izgaranjem ≈ 40≈50%, dinama i generatora velike snage ≈95%, transformatora ≈98%. Učinkovitost procesa fotosinteze obično je 6≈8%, u kloreli doseže 20≈25%. Za toplinske strojeve, zbog drugog zakona termodinamike, učinkovitost ima gornju granicu određenu značajkama termodinamičkog ciklusa (kružnog procesa) koji radna tvar obavlja. Najveću učinkovitost ima Carnotov ciklus.

Razlikuje se učinkovitost pojedinog elementa (stupnja) stroja ili uređaja i učinkovitost koja karakterizira cijeli lanac energetskih transformacija u sustavu. Učinkovitost prve vrste, u skladu s prirodom pretvorbe energije, može biti mehanička, toplinska itd. Druga vrsta uključuje opću, ekonomsku, tehničku i druge vrste učinkovitosti. Ukupna učinkovitost sustava jednaka je umnošku parcijalnih učinkovitosti, odnosno učinkovitosti koraka.

U tehničkoj literaturi se učinkovitost ponekad određuje tako da može biti veća od jedinice. Slična situacija nastaje ako je učinkovitost određena omjerom Wpol/Wcont, gdje je Wcont ≈ iskorištena energija, dobivena na "izlazu" sustava, Wcont ≈ ne sva energija koja ulazi u sustav, već samo onaj njezin dio, za koje se prave stvarni troškovi. Na primjer, tijekom rada poluvodičkih termoelektričnih grijača (dizalica topline), potrošnja električne energije manja je od količine topline koju oslobađa termoelement. Višak energije se crpi iz okoliš. U ovom slučaju, iako je stvarna učinkovitost postrojenja manja od jedinice, razmatrana učinkovitost h = Wpol/Wzap može biti veća od jedinice.

Lit .: Artobolevsky I. I., Teorija mehanizama i strojeva, 2. izdanje, M.≈ L., 1952; Opća toplinska tehnika, ur. S. Ya. Kornitsky i Ya. M. Rubinshtein, 2. izd., M.≈ L., 1952.; Opća elektrotehnika, M.≈ L., 1951; Vukalovich M. P., Novikov I. I., Tehnička termodinamika, 4. izdanje, M., 1968.

Wikipedia

Učinkovitost

Učinkovitost (učinkovitost) - karakteristika učinkovitosti sustava u odnosu na pretvorbu ili prijenos energije. Određuje se omjerom iskorištene korisne energije prema ukupnoj količini energije koju sustav prima; obično se označava s η. Učinkovitost je bezdimenzijska veličina i često se mjeri u postocima.

U stvarnosti, rad koji se obavlja uz pomoć bilo kojeg uređaja uvijek je korisniji rad, budući da se dio rada obavlja protiv sila trenja koje djeluju unutar mehanizma i pri pomicanju njegovih pojedinih dijelova. Dakle, koristeći pomični blok, oni obavljaju dodatni rad, podižući sam blok i uže, svladavajući sile trenja u bloku.

Uvodimo sljedeću oznaku: koristan rad označavamo s $A_p$, a potpuni rad s $A_(poln)$. Pritom imamo:

Definicija

Koeficijent učinkovitosti (COP) naziva omjer korisnog rada prema punom. Učinkovitost označavamo slovom $\eta $, zatim:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \lijevo(2\desno).\]

Najčešće se učinkovitost izražava kao postotak, a njegova definicija je formula:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \lijevo(2\desno).\]

Prilikom stvaranja mehanizama nastoje povećati njihovu učinkovitost, ali mehanizmi s učinkovitošću jednakom jedan (pa čak i više od jedan) ne postoje.

Dakle, faktor učinkovitosti je fizička količina, koji pokazuje udio korisnog rada u ukupnom proizvedenom radu. Pomoću učinkovitosti ocjenjuje se učinkovitost uređaja (mehanizma, sustava) koji pretvara ili prenosi energiju koja obavlja rad.

Da bi se povećala učinkovitost mehanizama, može se pokušati smanjiti trenje u njihovim osima, njihovoj masi. Ako se trenje može zanemariti, masa mehanizma je znatno manja od mase, na primjer, tereta koji mehanizam podiže, tada je učinkovitost nešto manja od jedinice. Tada je obavljeni rad približno jednak korisnom radu:

Zlatno pravilo mehanike

Mora se zapamtiti da se dobitak u radu ne može postići pomoću jednostavnog mehanizma.

Izrazimo svaki od radova u formuli (3) kao umnožak odgovarajuće sile s putem prijeđenim pod utjecajem te sile, a zatim transformiramo formulu (3) u oblik:

Izraz (4) pokazuje da pomoću jednostavnog mehanizma dobivamo na snazi ​​onoliko koliko gubimo na putu. Ovaj zakon se naziva "zlatno pravilo" mehanike. Ovo je pravilo u staroj Grčkoj formulirao Heron iz Aleksandrije.

Ovo pravilo ne uzima u obzir rad za svladavanje sila trenja, stoga je okvirno.

Učinkovitost u prijenosu snage

Faktor učinkovitosti može se definirati kao omjer korisnog rada i energije utrošene na njegovu provedbu ($Q$):

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \lijevo(5\desno).\]

Za izračun učinkovitosti toplinskog stroja koristi se sljedeća formula:

\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\lijevo(6\desno),\]

gdje je $Q_n$ količina topline primljena od grijača; $Q_(ch)$ - količina topline prenesena u hladnjak.

Učinkovitost idealnog toplinskog stroja koji radi prema Carnotovom ciklusu je:

\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\lijevo(7\desno),\]

gdje je $T_n$ - temperatura grijača; $T_(ch)$ - temperatura hladnjaka.

Primjeri zadataka za učinkovitost

Primjer 1

Vježbajte. Motor dizalice ima snagu $N$. Za vremenski interval jednak $\Delta t$ podigao je teret mase $m$ na visinu $h$. Kolika je učinkovitost dizalice?\textit()

Riješenje. Korisni rad u razmatranom zadatku jednak je radu podizanja tijela na visinu $h$ tereta mase $m$, to je rad svladavanja sile teže. Jednako je:

Ukupan rad koji se izvrši pri dizanju tereta može se pronaći pomoću definicije snage:

Upotrijebimo definiciju faktora učinkovitosti da ga pronađemo:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\lijevo(1,3\desno).\]

Transformiramo formulu (1.3) pomoću izraza (1.1) i (1.2):

\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]

Odgovor.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$

Primjer 2

Vježbajte. Idealan plin izvršava Carnotov ciklus, dok je učinkovitost ciklusa jednaka $\eta $. Koliki je rad u ciklusu kompresije plina pri konstantnoj temperaturi? Rad koji izvrši plin tijekom širenja je $A_0$

Riješenje. Učinkovitost ciklusa definirana je kao:

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\lijevo(2,1\desno).\]

Razmotrite Carnotov ciklus, odredite u kojim procesima se dovodi toplina (to će biti $Q$).

Budući da se Carnotov ciklus sastoji od dvije izoterme i dvije adijabate, odmah možemo reći da u adijabatskim procesima (procesi 2-3 i 4-1) nema prijenosa topline. U izotermnom procesu 1-2 toplina se dovodi (Sl.1 $Q_1$), u izotermnom procesu 3-4 toplina se odvodi ($Q_2$). Ispada da je u izrazu (2.1) $Q=Q_1$. Znamo da količina topline (prvi zakon termodinamike) koja se dovodi u sustav tijekom izotermnog procesa u potpunosti odlazi na obavljanje rada plina, što znači:

Plin obavlja koristan rad, koji je jednak:

Količina topline koja se odvodi u izotermnom procesu 3-4 jednaka je radu kompresije (rad je negativan) (budući da je T=const, onda je $Q_2=-A_(34)$). Kao rezultat imamo:

Transformiramo formulu (2.1) uzimajući u obzir rezultate (2.2) - (2.4):

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\do A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\do A_(34)=( \eta -1)A_(12)\lijevo(2,4\desno).\]

Budući da prema uvjetu $A_(12)=A_0,\ $konačno dobivamo:

Odgovor.$A_(34)=\lijevo(\eta -1\desno)A_0$

Koncept učinkovitosti (COP) može se primijeniti na široku paletu vrsta uređaja i mehanizama, čiji se rad temelji na korištenju bilo kojih resursa. Dakle, ako energiju korištenu za rad sustava smatramo takvim resursom, tada rezultat toga treba smatrati količinom korisnog rada obavljenog na toj energiji.

Općenito, formula učinkovitosti može se napisati na sljedeći način: n = A*100%/Q. U ovoj formuli simbol n koristi se kao oznaka za učinkovitost, simbol A predstavlja količinu obavljenog rada, a Q je količina utrošene energije. Pritom treba naglasiti da je mjerna jedinica učinkovitosti postotak. Teoretski, maksimalna vrijednost ovog koeficijenta je 100%, ali u praksi je gotovo nemoguće postići takav pokazatelj, budući da su u radu svakog mehanizma prisutni određeni gubici energije.

Učinkovitost motora

Motor s unutarnjim izgaranjem (ICE), koji je jedna od ključnih komponenti mehanizma modernog automobila, također je varijanta sustava koji se temelji na korištenju resursa - benzina ili dizelskog goriva. Stoga je za njega moguće izračunati vrijednost učinkovitosti.

Unatoč svim tehničkim naprecima u automobilskoj industriji, standardna učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem ostaje prilično niska: ovisno o tehnologiji korištenoj u dizajnu motora, može biti od 25% do 60%. To je zbog činjenice da je rad takvog motora povezan sa značajnim gubicima energije.

Tako se najveći gubici u učinkovitosti motora s unutarnjim izgaranjem događaju u radu rashladnog sustava koji uzima i do 40% energije koju motor generiše. Značajan dio energije - do 25% - gubi se u procesu uklanjanja ispušnih plinova, odnosno jednostavno se odnosi u atmosferu. Konačno, oko 10% energije koju generira motor odlazi na prevladavanje trenja između različitih dijelova motora s unutarnjim izgaranjem.

Stoga tehnolozi i inženjeri zaposleni u automobilskoj industriji ulažu značajne napore u poboljšanje učinkovitosti motora smanjenjem gubitaka u svim navedenim stavkama. Stoga je glavni smjer razvoja dizajna usmjeren na smanjenje gubitaka povezanih s radom rashladnog sustava povezan s pokušajima smanjenja veličine površina kroz koje dolazi do prijenosa topline. Smanjenje gubitaka u procesu izmjene plinova provodi se uglavnom korištenjem sustava turbo punjenja, a smanjenje gubitaka povezanih s trenjem provodi se korištenjem više tehnoloških i moderni materijali prilikom projektiranja motora. Prema stručnjacima, korištenje ovih i drugih tehnologija može podići učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem na razinu od 80% i više.

Proračun stupnja djelovanja strojne jedinice

Strojna jedinica - Skup mehanizama motora, prijenosnih mehanizama i mehanizama radnog stroja.

Razmotrimo odvojeno uspostavljeno gibanje. Za svaki puni ciklus ovog kretanja, prirast kinetičke energije je nula:

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Mehanička učinkovitost (učinkovitost) je omjer apsolutne vrijednosti rada sila proizvodnog otpora prema radu svih pogonskih sila za ciklus ravnomjernog gibanja. Prema tome, formula se može napisati:

K.P.D. određuje se formulom: η=Ap. kvragu (2)

Gdje je: Aps - rad proizvodnih snaga;

Pakao je rad pokretačkih snaga.

Omjer rada AT neproizvodnih otpora prema radu pogonskih sila obično se označava s Ψ i naziva se koeficijent mehaničkih gubitaka. Prema tome, formula se može napisati na sljedeći način:

η \u003d AT / AD \u003d 1 - Ψ (3)

Što su neproduktivni otpori u mehanizmu rada manji, to je manji njegov koeficijent gubitaka i mehanizam je energetski savršeniji.

Iz jednadžbe proizlazi: budući da ni u jednom mehanizmu rad AT nije proizvodna sila otpora, sile trenja (trenje smrzavanja, trenje klizanja, suho, polusuho, tekuće, polutekuće), praktički ne mogu biti jednake nuli, tada učinkovitost ne može biti jednaka nuli.

Iz formule (2) slijedi da učinkovitost može biti jednaka nuli ako

To znači da je učinkovitost jednaka nuli ako je rad pogonskih sila jednak radu svih sila neproizvodnih otpora koji su prisutni u mehanizmu. U ovom slučaju kretanje je moguće, ali bez ikakvog rada. Ovo kretanje mehanizma naziva se prazno kretanje.

Učinkovitost ne može biti manja od nule, jer je za to potrebno da omjer rada AT / IM bude veći od jedan:

AT/BP >1 ili AT > BP

Iz ovih nejednakosti proizlazi da ako mehanizam koji zadovoljava zadani uvjet miruje, tada ne može doći do stvarnog kretanja.Ova pojava se naziva Mehanizam za samokočenje. Ako je mehanizam u pokretu. Tada će pod utjecajem neproduktivnih sila otpora postupno usporavati svoj napredak sve dok se ne zaustavi (uspori). Posljedično, dobivanje negativne vrijednosti učinkovitosti u teorijskim proračunima znak je samokočenja mehanizma ili nemogućnosti kretanja u zadanom smjeru.

Dakle, učinkovitost mehanizma može varirati unutar:

0 ≤η< 1 (4)

Iz formule (2) slijedi da učinkovitost Ψ varira unutar: 0 ≤η< 1

Odnos strojeva u strojnoj jedinici.

Svaki stroj je kompleks mehanizama povezanih na određeni način, a neki složeni se mogu podijeliti na jednostavnije, a zatim imaju mogućnost izračunavanja K.P.D. jednostavnim mehanizmima ili raspolaganjem određenim vrijednostima K.P.D. jednostavnih mehanizama, možete pronaći kompletan K.P.D. strojevi, sastavljeni od jednostavnih elemenata u bilo kojoj njihovoj kombinaciji.

Svi mogući slučajevi prijenosa gibanja i sile mogu se podijeliti na slučajeve: serijski, paralelni i mješoviti spoj.

Pri izračunu K.P.D. veze, uzet ćemo agregat koji se sastoji od četiri mehanizma od kojih: N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0,9

Prihvaćamo pogonsku silu (BP) = 1,0

Razmotrite K.P.D. serijska veza.

Prvi mehanizam pokreću pokretačke sile koje obavljaju posao pakla. Budući da je koristan rad svakog prethodnog mehanizma, utrošen na proizvodne otpore, rad pogonskih snaga za svaki sljedeći, onda je K.P.D. η prvog mehanizma je:

Drugo - η \u003d A2 / A1

Treće - η \u003d A3 / A2

Četvrto - η \u003d A4 / A3

Ukupna učinkovitost η1n=An/Ad

Vrijednost ovog faktora učinkovitosti može se dobiti množenjem svih pojedinačnih faktora učinkovitosti η1, η2, η3, η4. Imamo

η=η1*η2*η3*η4=(A1/AD)*(A2/A1)*(A3/A2)*(A4/A3)=An/AD (5)

Dakle, ukupna mehanička učinkovitost serijske veze mehanizama jednaka je umnošku mehaničke učinkovitosti pojedinačnih mehanizama koji čine jedan zajednički sustav.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ap. S.

Razmotrite K.P.D. paralelna veza.

Kod paralelnog spajanja mehanizama mogu postojati dva slučaja: iz jednog izvora pokretačke sile snaga se prenosi na više potrošača, više izvora paralelno napaja jednog potrošača. Ali razmotrit ćemo prvu opciju.

Uz ovu vezu: Ap. s.=A1+A2+A3+A4

Ako K.P.D. svaki mehanizam ima isto tada i snaga će biti raspodijeljena jednako na svaki mehanizam: ∑KI=1 tada ⇒ K1=K2=K3=K4=0.25.

Tada je: η=∑Ki*ηi (6)

η =4(0,25*0,90)=0,90

Dakle, ukupni K.P.D. paralelna veza kao zbroj umnožaka svakog pojedinog odsječka jediničnog lanca.

Razmotrite učinkovitost miješanog spoja.

U ovom slučaju postoji i serijska i paralelna veza mehanizama.

U ovom slučaju snaga Ad se prenosi na dva mehanizma (1.3), a s njih na ostale (2.4)

Budući da je η1*η2=A2 i η3*η4=A4, a K1=K2=0,5

Zbroj A2 i A4 jednak je Ap. S. tada se iz formule (1) može pronaći K.P.D. sustava

η=K1*η1*η2+K2*η3*η4 (7)

η=0,5*0,9*0,9+0,5*0,9*0,9=0,405+0,405=0,81

Dakle, ukupni K.P.D. mješovita veza jednaka je zbroju umnožaka mehaničkih koeficijenata spojenih u seriju pomnoženih s dijelom pogonske sile.

Načini poboljšanja učinkovitosti

Sada su glavni napori inženjera usmjereni na povećanje učinkovitosti motora smanjenjem trenja njihovih dijelova, gubitaka goriva zbog nepotpunog izgaranja itd. Stvarne mogućnosti za povećanje učinkovitosti ovdje su još uvijek velike, radnje su jednake: stvarna vrijednost učinkovitosti zbog raznih vrsta gubitaka energije približno je jednaka 40%. Maksimalnu učinkovitost - oko 44% - imaju motori s unutarnjim izgaranjem. Učinkovitost bilo kojeg toplinskog stroja ne može prijeći najveću moguću vrijednost od 40-44%.

Zaključak: kada se razmatra svaki spoj mehanizama zasebno, možemo reći da je najveća učinkovitost paralelnog spoja jednaka η=0,9. Stoga, u agregatima, trebali biste pokušati koristiti paralelnu vezu ili što je moguće bliže njoj.

Izračun učinkovitosti - 4.0 od 5 na temelju 3 glasa

Ovaj će se članak usredotočiti na poznati, ali mnogi ne razumiju pojam koeficijent učinkovitosti (COP). Što je? Hajdemo shvatiti. Koeficijent učinka, u daljnjem tekstu (COP) - karakteristika učinkovitosti sustava bilo kojeg uređaja, u odnosu na pretvorbu ili prijenos energije. Određuje se omjerom iskorištene korisne energije i ukupne količine energije koju sustav prima. Je li obično označeno? ("ovo"). ? = Wpol/Wcym. Učinkovitost je bezdimenzijska veličina i često se mjeri u postocima. Matematički, definicija učinkovitosti može se napisati kao: n \u003d (A: Q) x100%, gdje je A koristan rad, a Q utrošeni rad. Na temelju zakona o održanju energije, učinkovitost je uvijek manja od jedinice ili jednaka njoj, odnosno nemoguće je dobiti više korisnog rada od utrošene energije! Gledajući različite stranice, često se iznenadim kako radio amateri izvještavaju, ili bolje rečeno, hvale svoje dizajne, za visoku učinkovitost, a da nemaju pojma o čemu se radi! Radi jasnoće, koristeći primjer, razmotrit ćemo pojednostavljeni krug pretvarača i naučiti kako pronaći učinkovitost uređaja. Pojednostavljeni dijagram prikazan je na slici 1

Pretpostavimo da smo kao osnovu uzeli pojačani DC / DC pretvarač napona (u daljnjem tekstu PN), od unipolarnog do povećanog unipolarnog. Uključimo PA1 ampermetar u prekid strujnog kruga, a paralelno s ulazom snage PN voltmetar RA2, čija su očitanja potrebna za izračunavanje potrošnje energije (P1) uređaja i opterećenja zajedno iz izvora napajanja. Na PN izlaz uključujemo i ampermetar RAZ i voltmetar RA4, koji su potrebni za izračunavanje snage koju troši trošilo (P2) od PN do prekida napajanja opterećenja. Dakle, sve je spremno za izračun učinkovitosti, pa počnimo. Uključujemo naš uređaj, mjerimo očitanja instrumenata i izračunavamo snage P1 i P2. Stoga je P1=I1 x U1, i P2=I2 x U2. Sada izračunavamo učinkovitost pomoću formule: Učinkovitost (%) = P2: P1 x100. Sada ste naučili o stvarnoj učinkovitosti vašeg uređaja. Pomoću slične formule možete izračunati PN i s dvopolarnim izlazom prema formuli: Učinkovitost (%) \u003d (P2 + P3): P1 x100, kao i pretvarač snižavanja. Treba napomenuti da vrijednost (P1) također uključuje potrošnju struje, na primjer: PWM kontroler i (ili) upravljački program za upravljanje tranzistorima s efektom polja i drugim strukturnim elementima.

Za referencu: proizvođači pojačala za automobile često navode da je izlazna snaga pojačala mnogo veća nego u stvarnosti! No, možete saznati približnu stvarnu snagu auto pojačala pomoću jednostavne formule. Recimo, na auto pojačalu u strujnom krugu + 12 V postoji osigurač od 50 A. Izračunamo, P \u003d 12 V x 50 A, ukupno dobivamo potrošnju energije od 600 vata. Čak iu visokokvalitetnim i skupim modelima, učinkovitost cijelog uređaja vjerojatno neće premašiti 95%. Uostalom, dio učinkovitosti se raspršuje u obliku topline na snažnim tranzistorima, namotima transformatora, ispravljačima. Dakle, vratimo se na izračun, dobivamo 600 W: 100% x92 = 570 W. Stoga, bez obzira na 1000 W ili čak 800 W, kako proizvođači pišu, ovo auto pojačalo neće izdati! Nadam se da će vam ovaj članak pomoći da shvatite takvu relativnu vrijednost kao što je učinkovitost! Sretno svima u razvoju i ponavljanju dizajna. Imao si inverter sa sobom.