COEFFICIENT OF EFFICIENCY(COP)는 에너지 변환과 관련된 시스템(장치, 기계)의 효율성 특성입니다. 시스템에 전달된 총 에너지 양에 대한 사용된 유용한 에너지(순환 과정에서 일로 전환됨)의 비율에 의해 결정됩니다.

계수 유용한 조치

(효율), 에너지의 변환 또는 전달과 관련하여 시스템(장치, 기계)의 효율성 특성; 시스템이 받는 총 에너지 양에 대한 사용된 유용한 에너지의 비율에 의해 결정됩니다. 일반적으로 h = Wpol/Wcym으로 표시됩니다.

전기 모터에서 효율성은 수행된(유용한) 기계적 작업 대 소스에서 받은 전기 에너지의 비율입니다. 열 기관에서 ≈ 소비된 열량에 대한 유용한 기계적 작업의 비율; 변압기에서 ≈ 1차 권선에서 소비되는 에너지에 대한 2차 권선에서 수신된 전자기 에너지의 비율. 효율성을 계산하려면 다른 유형에너지 및 기계적 일은 열의 기계적 등가 및 기타 유사한 비율에 따라 동일한 단위로 표시됩니다. 효율성의 개념은 일반적이기 때문에 원자로, 발전기 및 엔진, 화력 발전소, 반도체 장치, 생물학적 개체 등과 같은 다양한 시스템을 통일된 관점에서 비교하고 평가할 수 있습니다.

마찰, 주변 물체의 가열 등으로 인한 불가피한 에너지 손실로 인해 효율은 항상 1보다 작습니다. 따라서 효율성은 소비된 에너지의 분수로 표현됩니다. 적절한 분수또는 백분율로 표시되며 무차원 수량입니다. 화력 발전소의 효율은 35≈40%, 내연 기관 ≈ 40≈50%, 고출력 발전기 및 발전기 ≈95%, 변압기 ≈98%에 이릅니다. 광합성 과정의 효율은 일반적으로 6≈8%이고 클로렐라에서는 20≈25%에 이릅니다. 열기관의 경우 열역학 제2법칙으로 인해 효율은 작동 물질이 수행하는 열역학적 순환(원형 과정)의 특성에 의해 결정되는 상한선이 있습니다. Carnot 사이클이 가장 높은 효율을 보입니다.

기계 또는 장치의 개별 요소(단계)의 효율성과 시스템의 전체 에너지 변환 체인을 특징짓는 효율성 사이에는 구별이 있습니다. 첫 번째 유형의 효율성은 에너지 변환의 특성에 따라 기계적, 열적 등이 될 수 있습니다. 두 번째 유형에는 일반, 경제, 기술 및 기타 유형의 효율성이 포함됩니다. 시스템의 전체 효율성은 부분 효율성의 곱 또는 단계의 효율성과 같습니다.

기술 문헌에서 효율성은 때때로 1보다 클 수 있도록 결정됩니다. Wpol/Wcont 비율로 효율성을 결정하면 유사한 상황이 발생합니다. 여기서 Wcont ≈ 사용된 에너지는 시스템의 "출력"에서 획득되고 Wcont ≈는 시스템에 들어가는 모든 에너지가 아니라 시스템의 일부만, 실제 비용이 발생합니다. 예를 들어, 반도체 열전 히터(히트 펌프)의 작동 중 전기 소비는 열전 소자에서 방출되는 열의 양보다 적습니다. 초과 에너지는 환경. 이 경우 플랜트의 실제 효율은 1보다 작지만 고려되는 효율 h = Wpol/Wzap은 1보다 클 수 있습니다.

직역: Artobolevsky I. I., 메커니즘 및 기계 이론, 2nd ed., M.≈ L., 1952; 일반 열 공학, ed. S. Ya. Kornitsky 및 Ya. M. Rubinshtein, 2판, M.≈ L., 1952; 일반 전기 공학, M.≈ L., 1951; Vukalovich M. P., Novikov I. I., 기술 열역학, 4판, M., 1968

위키피디아

능률

능률 (능률) - 에너지의 변환 또는 전달과 관련된 시스템 효율성의 특성. 시스템이 받는 총 에너지 양에 대한 사용된 유용한 에너지의 비율에 의해 결정됩니다. 일반적으로 η로 표시됩니다. 효율성은 차원이 없는 양이며 종종 백분율로 측정됩니다.

실제로 모든 장치의 도움으로 수행되는 작업은 항상 더 유용한 작업입니다. 작업의 일부는 메커니즘 내부와 개별 부품을 이동할 때 작용하는 마찰력에 대해 수행되기 때문입니다. 따라서 이동식 블록을 사용하여 추가 작업을 수행하여 블록 자체와 로프를 들어 올리고 블록의 마찰력을 극복합니다.

다음 표기법을 소개합니다. 유용한 작업은 $A_p$로 표시하고 완료 작업은 $A_(poln)$로 표시합니다. 그렇게 함으로써 우리는:

정의

성능 계수(COP)전체 작업에 대한 유용한 작업의 비율이라고 합니다. 효율성을 $\eta $로 표시하면 다음과 같습니다.

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \left(2\right).\]

대부분의 경우 효율성은 백분율로 표시되며 그 정의는 다음 공식입니다.

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

메커니즘을 만들 때 효율성을 높이려고 노력하지만 효율성이 1개(심지어 둘 이상)인 메커니즘은 존재하지 않습니다.

따라서 효율성 계수는 물리량, 이는 생산된 모든 작업에서 유용한 작업이 차지하는 비율을 나타냅니다. 효율성의 도움으로 작업을 수행하는 에너지를 변환하거나 전달하는 장치(메커니즘, 시스템)의 효율성이 평가됩니다.

메커니즘의 효율성을 높이려면 축의 마찰, 즉 질량을 줄이려고 할 수 있습니다. 마찰을 무시할 수 있는 경우 메커니즘의 질량은 예를 들어 메커니즘이 들어 올리는 하중의 질량보다 훨씬 작으며 효율성은 1보다 약간 적습니다. 그런 다음 완료된 작업은 유용한 작업과 거의 같습니다.

역학의 황금률

일에서 얻는 이득은 단순한 메커니즘으로 얻을 수 없다는 것을 기억해야 합니다.

이 힘의 영향으로 이동한 경로에 의해 해당 힘의 곱으로 식 (3)의 각 작업을 표현한 다음 식 (3)을 다음과 같은 형식으로 변환합니다.

식 (4)는 간단한 메커니즘을 사용하여 도중에 잃은 만큼 힘을 얻는다는 것을 보여줍니다. 이 법칙을 역학의 "황금률"이라고 합니다. 이 규칙은 알렉산드리아의 헤론에 의해 고대 그리스에서 공식화되었습니다.

이 규칙은 마찰력을 극복하기 위한 작업을 고려하지 않으므로 근사치입니다.

동력 전달 효율

효율성 계수는 ​​구현에 소비된 에너지에 대한 유용한 작업의 비율($Q$)로 정의할 수 있습니다.

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]

열 기관의 효율을 계산하기 위해 다음 공식이 사용됩니다.

\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\right),\]

여기서 $Q_n$은 히터에서 받은 열량입니다. $Q_(ch)$ - 냉장고로 전달되는 열의 양.

Carnot 주기에 따라 작동하는 이상적인 열기관의 효율은 다음과 같습니다.

\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\right),\]

여기서 $T_n$ - 히터 온도; $T_(ch)$ - 냉장고 온도.

효율성을 위한 작업의 예

실시예 1

운동.크레인 엔진의 출력은 $N$입니다. $\Delta t$와 같은 시간 간격 동안 그는 질량 $m$의 하중을 높이 $h$까지 들어 올렸습니다. 크레인의 효율성은 얼마입니까?\textit()

해결책.고려중인 문제에서 유용한 작업은 질량 $m$의 하중 $h$ 높이까지 몸을 들어 올리는 작업과 같으며, 이것은 중력을 극복하는 작업입니다. 다음과 같습니다.

부하를 들어올릴 때 수행되는 총 작업은 전력의 정의를 사용하여 찾을 수 있습니다.

효율성 계수의 정의를 사용하여 찾아보겠습니다.

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\right).\]

식 (1.1) 및 (1.2)를 사용하여 식 (1.3)을 변환합니다.

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

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

실시예 2

운동. 이상기체 Carnot 주기를 실행하는 반면 주기의 효율성은 $\eta $와 같습니다. 일정한 온도에서 기체 압축 사이클에서 하는 일은? 팽창하는 동안 기체가 한 일은 $A_0$입니다.

해결책.사이클의 효율성은 다음과 같이 정의됩니다.

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\right).\]

Carnot 주기를 고려하여 열이 공급되는 프로세스를 결정합니다($Q$).

Carnot 사이클은 두 개의 등온선과 두 개의 단열재로 구성되어 있으므로 단열 과정(과정 2-3 및 4-1)에서 열 전달이 없다고 즉시 말할 수 있습니다. 등온 공정 1-2에서는 열이 공급되고(그림 1 $Q_1$), 등온 공정 3-4에서는 열이 제거됩니다($Q_2$). 식 (2.1) $Q=Q_1$에서 밝혀졌습니다. 우리는 등온 과정 동안 시스템에 공급되는 열의 양(열역학 제1법칙)이 기체에 의해 완전히 일을 수행한다는 것을 알고 있습니다. 즉, 다음을 의미합니다.

가스는 다음과 같은 유용한 작업을 수행합니다.

등온 과정 3-4에서 제거된 열의 양은 압축 작업과 동일합니다(작업은 음수임)(T=const, $Q_2=-A_(34)$이므로). 결과적으로 다음과 같은 이점이 있습니다.

결과 (2.2) - (2.4)를 고려하여 공식 (2.1)을 변환합니다.

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\to A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2.4\right).\]

조건 $A_(12)=A_0,\ $finally에 의해 다음을 얻습니다.

대답.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$

효율성(COP) 개념은 다양한 유형의 장치와 메커니즘에 적용될 수 있으며, 그 작동은 모든 자원의 사용을 기반으로 합니다. 따라서 시스템 작동에 사용되는 에너지를 그러한 자원으로 간주하면 결과는이 에너지에 수행되는 유용한 작업의 양으로 간주되어야합니다.

일반적으로 효율성 공식은 다음과 같이 작성할 수 있습니다. n = A*100%/Q. 이 공식에서 기호 n은 효율성에 대한 지정으로 사용되며 기호 A는 수행된 작업량, Q는 소비된 에너지 양입니다. 동시에 효율성의 측정 단위는 백분율이라는 점을 강조해야 합니다. 이론적으로이 계수의 최대 값은 100 %이지만 실제로는 각 메커니즘의 작동에 특정 에너지 손실이 있기 때문에 이러한 지표를 달성하는 것은 거의 불가능합니다.

엔진 효율

현대 자동차 메커니즘의 핵심 구성 요소 중 하나 인 내연 기관 (ICE)은 가솔린 또는 디젤 연료와 같은 자원 사용을 기반으로 한 시스템의 변형이기도합니다. 따라서 이에 대한 효율성 값을 계산할 수 있습니다.

자동차 산업의 모든 기술적 성취에도 불구하고 내연 기관의 표준 효율은 여전히 ​​매우 낮습니다. 엔진 설계에 사용되는 기술에 따라 25%에서 60%가 될 수 있습니다. 이것은 그러한 엔진의 작동이 상당한 에너지 손실과 관련되어 있기 때문입니다.

따라서 내연기관의 효율에서 가장 큰 손실은 엔진에서 생성되는 에너지의 최대 40%를 차지하는 냉각 시스템의 작동에서 발생합니다. 에너지의 상당 부분(최대 25%)은 배기 가스를 제거하는 과정에서 손실됩니다. 즉, 단순히 대기로 운반됩니다. 마지막으로, 엔진에서 생성된 에너지의 약 10%는 내연 기관의 여러 부품 사이의 마찰을 극복하는 데 사용됩니다.

따라서 자동차 산업에 종사하는 기술자 및 엔지니어들은 위의 모든 항목에서 손실을 줄여 엔진의 효율을 향상시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. 따라서 냉각 시스템 작동과 관련된 손실을 줄이기 위한 설계 개발의 주요 방향은 열 전달이 발생하는 표면의 크기를 줄이려는 시도와 관련이 있습니다. 가스 교환 과정에서 손실 감소는 주로 터보 차저 시스템을 사용하여 수행되며 마찰과 관련된 손실 감소는보다 기술적이고 사용하여 수행됩니다. 현대 재료엔진을 설계할 때 전문가들에 따르면 이러한 기술과 기타 기술을 사용하면 내연 기관의 효율을 80% 이상으로 높일 수 있습니다.

기계 장치의 효율성 계산

기계 장치 - 작업 기계의 엔진 메커니즘, 변속기 메커니즘 및 메커니즘 세트.

별도로 확립 된 운동을 고려합시다. 이 운동의 각 완전한 주기에 대해 운동 에너지의 증가는 0입니다.

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

기계적 효율성 (효율)은 정상 운동 주기에 대한 모든 추진력의 일에 대한 생산 저항의 일의 절대값의 비율입니다. 따라서 공식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

케이피디 공식에 의해 결정됩니다. η=Ап. s/지옥 (2)

어디에: Aps - 생산력의 작업;

지옥은 원동력이 하는 일입니다.

일 비 생산 저항의 구동력 일에 대한 비율은 일반적으로 Ψ로 표시되며 기계적 손실 계수라고합니다. 따라서 공식은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

η \u003d AT / AD \u003d 1 - Ψ (3)

작업 메커니즘에서 비생산적인 저항이 적을수록 손실 계수가 낮아지고 에너지 측면에서 메커니즘이 더 완벽해집니다.

어떤 메커니즘에서도 AT의 작업은 저항의 생성력이 아니기 때문에 마찰력(서리 마찰, 미끄럼 마찰, 건조, 반건조, 액체, 반 액체)은 실제로 0과 같을 수 없습니다. 효율성은 0과 같을 수 없습니다.

공식 (2)에서 다음과 같은 경우 효율성은 0과 같을 수 있습니다.

이는 구동력의 작업이 메커니즘에 존재하는 비생산적 저항의 모든 힘의 작업과 동일한 경우 효율성이 0임을 의미합니다. 이 경우 이동은 가능하지만 작업을 수행하지 않습니다. 이러한 메커니즘의 움직임을 아이들 움직임이라고 합니다.

효율성은 0보다 작을 수 없습니다. 이를 위해서는 AT / IM의 작업 비율이 1보다 커야하기 때문입니다.

AT / BP >1 또는 AT > BP

이러한 부등식으로부터 특정 조건을 만족하는 메커니즘이 정지해 있으면 실제 운동이 발생할 수 없다는 결론이 나옵니다. 자체 제동 메커니즘.메커니즘이 움직이는 경우. 그런 다음 비생산적인 저항력의 영향으로 멈출 때까지 점진적으로 진행 속도를 늦춥니다(느림). 결과적으로 이론적 계산에서 음의 효율성 값을 얻는 것은 메커니즘의 자체 제동 또는 주어진 방향으로의 이동 불가능의 표시입니다.

따라서 메커니즘의 효율성은 다음과 같이 다양할 수 있습니다.

0 ≤η< 1 (4)

공식 (2)에서 효율 Ψ는 다음과 같이 변합니다. 0 ≤η< 1

기계 장치에 있는 기계의 관계.

각 기계는 특정 방식으로 연결된 복잡한 메커니즘이며 일부 복잡한 기계는 더 간단한 것으로 나눌 수 있으며 K.P.D를 계산할 수 있습니다. 간단한 메커니즘 또는 K.P.D.의 특정 값을 마음대로 사용할 수 있습니다. 간단한 메커니즘으로 완전한 K.P.D를 찾을 수 있습니다. 어떤 조합으로든 간단한 요소로 구성된 기계.

운동과 힘의 전달이 가능한 모든 경우는 직렬, 병렬 및 혼합 연결의 경우로 나눌 수 있습니다.

K.P.D를 계산할 때 연결, N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0.9의 네 가지 메커니즘으로 구성된 집계를 취합니다.

추진력(BP) = 1.0을 받아들입니다.

K.P.D를 고려하십시오. 직렬 연결.

첫 번째 메커니즘은 지옥의 일을 하는 추진력에 의해 작동됩니다. 생산 저항에 소비 된 이전 메커니즘의 유용한 작업은 이후의 각 메커니즘에 대한 추진력의 작업이므로 K.P.D. 첫 번째 메커니즘의 η는 다음과 같습니다.

초 - η \u003d A2 / A1

세 번째 - η \u003d A3 / A2

네 번째 - η \u003d A4 / A3

전체 효율성 η1n=An/Ad

이 효율 계수의 값은 모든 개별 효율 계수 η1, η2, η3, η4를 곱하여 얻을 수 있습니다. 우리는

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

따라서 메커니즘의 직렬 연결의 전체 기계적 효율성은 하나의 공통 시스템을 구성하는 개별 메커니즘의 기계적 효율성의 곱과 같습니다.

η=0.9*0.9*0.9*0.9=0.6561=Ap. 와 함께.

K.P.D를 고려하십시오. 병렬 연결.

메커니즘이 병렬로 연결되면 두 가지 경우가 있을 수 있습니다. 하나의 동력원에서 여러 소비자에게 전력이 전달되고 여러 소스가 한 소비자에게 병렬로 공급됩니다. 그러나 우리는 첫 번째 옵션을 고려할 것입니다.

이 연결: Ap. s.=A1+A2+A3+A4

만약 K.P.D. 각 메커니즘은 동일한 then을 가지며 전력은 각 메커니즘에 균등하게 분배됩니다: ∑КI=1 then ⇒ К1=К2=К3=К4=0.25.

그러면: η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0.25*0.90)=0.90

따라서 전체 K.P.D. 단위 사슬의 각 개별 섹션의 곱의 합으로 병렬 연결.

혼합 화합물의 효율성을 고려하십시오.

이 경우 메커니즘의 직렬 및 병렬 연결이 모두 있습니다.

이 경우 전력 Ad는 두 가지 메커니즘(1.3)으로 전달되고 이들 메커니즘에서 나머지 메커니즘(2.4)으로 전달됩니다.

η1*η2=A2 및 η3*η4=A4, K1=K2=0.5이기 때문에

A2와 A4의 합은 Ap와 같습니다. 와 함께. 그런 다음 공식 (1)에서 K.P.D를 찾을 수 있습니다. 시스템

η=К1*η1*η2+К2*η3*η4 (7)

η=0.5*0.9*0.9+0.5*0.9*0.9=0.405+0.405=0.81

따라서 전체 K.P.D. 혼합 연결은 직렬로 연결된 기계적 계수의 곱에 구동력 부분을 곱한 값과 같습니다.

효율성 향상 방법

이제 엔지니어의 주요 노력은 부품의 마찰, 불완전 연소로 인한 연료 손실 등을 줄여 엔진 효율성을 높이는 데 있습니다. 효율성을 높일 수 있는 실제 가능성은 여전히 ​​크며 조치는 다음과 같습니다. 다양한 종류의 에너지 손실로 인한 효율의 실제 값은 약 40%입니다. 최대 효율(약 44%)에는 내연 기관이 있습니다. 열기관의 효율은 가능한 최대값인 40-44%를 초과할 수 없습니다.

결론: 메커니즘의 각 연결을 개별적으로 고려할 때 병렬 연결의 최고 효율은 η=0.9와 같다고 말할 수 있습니다. 따라서 집계에서 병렬 연결을 사용하거나 최대한 가깝게 사용하려고 해야 합니다.

효율 계산 - 3개의 투표를 기반으로 5점 만점에 4.0

이 기사는 친숙하지만 많은 사람들이 성능 계수(COP)라는 용어를 이해하지 못하는 것에 초점을 맞출 것입니다. 그것은 무엇입니까? 알아봅시다. 성능 계수(이하 COP) - 에너지 변환 또는 전달과 관련하여 모든 장치 시스템의 효율성 특성. 이는 시스템이 받는 총 에너지 양에 대해 사용된 유용한 에너지의 비율에 의해 결정됩니다. 보통 표기되나요? (" 이것"). ? = Wpol/Wcym. 효율성은 차원이 없는 양이며 종종 백분율로 측정됩니다. 수학적으로 효율성의 정의는 다음과 같이 작성할 수 있습니다. n \u003d (A:Q) x100%, 여기서 A는 유용한 작업이고 Q는 소비된 작업입니다. 에너지 보존 법칙으로 인해 효율성은 항상 1보다 작거나 같습니다. 즉, 소비된 에너지보다 더 유용한 일을 얻는 것은 불가능합니다! 다른 사이트를 살펴보면 라디오 아마추어가 무엇인지 모른 채 높은 효율성을 위해 자신의 디자인을 보고하거나 오히려 칭찬하는 방법에 종종 놀랐습니다! 명확성을 위해 예를 사용하여 단순화된 변환기 회로를 고려하고 장치의 효율성을 찾는 방법을 배웁니다. 단순화 된 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다.

단극에서 증가된 단극으로의 승압 DC/DC 전압 변환기(이하 PN이라고 함)를 기본으로 한다고 가정합니다. 전원 회로 차단 시 PA1 전류계를 켜고 전원 입력 PN과 병렬로 PA2 전압계를 켭니다. 이 전압계는 장치의 전력 소비(P1)와 전원에서 부하를 함께 계산하는 데 필요합니다. PN 출력에 대해 PN에서 부하의 전원 공급 장치 차단까지 부하(P2)가 소비하는 전력을 계산하는 데 필요한 RAZ 전류계와 RA4 전압계도 켭니다. 이제 효율성을 계산할 모든 준비가 끝났습니다. 이제 시작하겠습니다. 우리는 장치를 켜고 계측기의 판독 값을 측정하고 전력 P1 및 P2를 계산합니다. 따라서 P1=I1 x U1 및 P2=I2 x U2입니다. 이제 다음 공식을 사용하여 효율성을 계산합니다. 효율성(%) = P2: P1 x100. 이제 장치의 실제 효율성에 대해 배웠습니다. 비슷한 공식을 사용하여 다음 공식에 따라 PN과 2극 출력을 계산할 수 있습니다. 효율(%) \u003d (P2 + P3): P1 x100 및 강압 변환기. 값(P1)에는 PWM 컨트롤러 및(또는) 전계 효과 트랜지스터 및 기타 구조 요소를 제어하기 위한 드라이버와 같은 전류 소비도 포함됩니다.

참고로 자동차 증폭기 제조업체는 종종 증폭기의 출력이 실제보다 훨씬 높다고 표시합니다! 그러나 간단한 공식을 사용하여 자동차 증폭기의 대략적인 실제 전력을 찾을 수 있습니다. + 12v 전원 회로의 자동 증폭기에 50A 퓨즈가 있다고 가정 해 봅시다.P \u003d 12V x 50A로 계산하면 총 600와트의 전력 소비가 발생합니다. 고품질의 고가 모델에서도 전체 장치의 효율성이 95%를 초과하지 않을 것입니다. 결국 효율성의 일부는 강력한 트랜지스터, 변압기 권선, 정류기의 열 형태로 소산됩니다. 계산으로 돌아가 600W: 100% x92 = 570W를 얻습니다. 따라서 제조업체가 쓰는대로 1000W 또는 800W에 관계없이이 자동차 증폭기는 제공하지 않습니다! 이 기사가 효율성과 같은 상대적 가치를 이해하는 데 도움이되기를 바랍니다! 디자인의 개발과 반복에 모두에게 행운을 빕니다. 당신은 인버터를 가지고 있었습니다.