COEFICIENTUL EFICIENȚEI (COP) este o caracteristică a eficienței unui sistem (dispozitiv, mașină) în raport cu conversia energiei; este determinată de raportul dintre energia utilă utilizată (transformată în muncă într-un proces ciclic) și cantitatea totală de energie transferată în sistem.

Coeficient acțiune utilă

(eficiență), o caracteristică a eficienței unui sistem (dispozitiv, mașină) în raport cu conversia sau transferul de energie; este determinată de raportul dintre energia utilă utilizată și cantitatea totală de energie primită de sistem; de obicei notat cu h = Wpol/Wcym.

La motoarele electrice, randamentul este raportul dintre munca mecanica efectuata (utila) si energia electrica primita de la sursa; în motoarele termice ≈ raportul dintre lucrul mecanic util și cantitatea de căldură consumată; în transformatoarele electrice ≈ raportul dintre energia electromagnetică primită în înfăşurarea secundară şi energia consumată de înfăşurarea primară. Pentru a calcula randamentul tipuri diferite energia și munca mecanică sunt exprimate în aceleași unități bazate pe echivalentul mecanic al căldurii și alte rapoarte similare. Datorită generalității sale, conceptul de eficiență face posibilă compararea și evaluarea dintr-un punct de vedere unitar atât de diferite sisteme precum reactoare nucleare, generatoare și motoare electrice, centrale termice, dispozitive semiconductoare, obiecte biologice etc.

Din cauza pierderilor de energie inevitabile datorate frecării, încălzirii corpurilor înconjurătoare etc., eficiența este întotdeauna mai mică decât unitatea. În consecință, eficiența este exprimată în fracțiuni din energia cheltuită, adică sub formă Fracțiunea corespunzătoare sau ca procent și este o cantitate adimensională. Eficiența centralelor termice ajunge la 35≈40%, motoarele cu ardere internă ≈ 40≈50%, dinamuri și generatoare de mare putere ≈95%, transformatoare ≈98%. Eficiența procesului de fotosinteză este de obicei de 6≈8%, în chlorella ajunge la 20≈25%. Pentru motoarele termice, datorită celei de-a doua legi a termodinamicii, randamentul are o limită superioară determinată de caracteristicile ciclului termodinamic (proces circular) pe care le realizează substanța de lucru. Ciclul Carnot are cea mai mare eficiență.

Se face o distincție între eficiența unui element (etapă) individual al unei mașini sau dispozitiv și eficiența care caracterizează întregul lanț de transformări energetice din sistem. Eficiența primului tip, în conformitate cu natura conversiei energiei, poate fi mecanică, termică etc. Al doilea tip include eficiență generală, economică, tehnică și alte tipuri. Eficiența globală a sistemului este egală cu produsul eficiențelor parțiale sau eficiența etapelor.

În literatura tehnică, eficiența este uneori determinată astfel încât să poată fi mai mare decât unitatea. O situație similară apare dacă determinăm eficiența prin raportul Wpol/Wcont, unde Wcont ≈ energia utilizată, obținută la „ieșirea” sistemului, Wcont ≈ nu toată energia care intră în sistem, ci doar acea parte a acesteia, pentru care sunt suportate costuri reale. De exemplu, în timpul funcționării încălzitoarelor termoelectrice cu semiconductor (pompe de căldură), consumul de energie electrică este mai mic decât cantitatea de căldură eliberată de termoelement. Din excesul de energie este extras mediu inconjurator. În acest caz, deși adevărata eficiență a instalației este mai mică decât unitatea, randamentul considerat h = Wpol/Wzap poate fi mai mare decât unitatea.

Lit.: Artobolevsky I. I., Teoria mecanismelor și mașinilor, ed. a II-a, M.≈ L., 1952; General Heat Engineering, ed. S. Ya. Kornitsky și Ya. M. Rubinshtein, ed. a 2-a, M.≈ L., 1952; Electrotehnică generală, M.≈ L., 1951; Vukalovich M. P., Novikov I. I., Termodinamică tehnică, ed. a IV-a, M., 1968.

Wikipedia

Eficienţă

Eficienţă (eficienţă) - o caracteristică a eficienței sistemului în raport cu conversia sau transferul de energie. Este determinată de raportul dintre energia utilă utilizată și cantitatea totală de energie primită de sistem; de obicei notat cu η. Eficiența este o mărime adimensională și este adesea măsurată ca procent.

În realitate, munca efectuată cu ajutorul oricărui dispozitiv este întotdeauna o muncă mai utilă, deoarece o parte din lucru este efectuată împotriva forțelor de frecare care acționează în interiorul mecanismului și la mutarea părților sale individuale. Deci, folosind un bloc mobil, efectuează lucrări suplimentare, ridicând blocul în sine și frânghia și, depășind forțele de frecare din bloc.

Introducem următoarea notație: notăm munca utilă cu $A_p$ și munca completă cu $A_(poln)$. Făcând acest lucru, avem:

Definiție

Coeficient de performanță (COP) numit raportul dintre munca utilă și plină. Notăm eficiența cu litera $\eta $, atunci:

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

Cel mai adesea, eficiența este exprimată ca procent, apoi definiția sa este formula:

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

Atunci când creează mecanisme, încearcă să-și mărească eficiența, dar mecanismele cu o eficiență egală cu unul (și chiar mai mult decât unul) nu există.

Deci, factorul de eficiență este cantitate fizica, care arată proporția în care este munca utilă din toată munca produsă. Cu ajutorul eficienței se evaluează eficiența unui dispozitiv (mecanism, sistem) care transformă sau transmite energie care efectuează muncă.

Pentru a crește eficiența mecanismelor, puteți încerca să reduceți frecarea în axele lor, masa lor. Dacă frecarea poate fi neglijată, masa mecanismului este semnificativ mai mică decât masa, de exemplu, a sarcinii pe care mecanismul o ridică, atunci eficiența este puțin mai mică decât unitatea. Atunci munca efectuată este aproximativ egală cu munca utilă:

Regula de aur a mecanicii

Trebuie amintit că un câștig în muncă nu poate fi obținut folosind un mecanism simplu.

Să exprimăm fiecare dintre lucrările din formula (3) ca produs al forței corespunzătoare de calea parcursă sub influența acestei forțe, apoi transformăm formula (3) în forma:

Expresia (4) arată că, folosind un mecanism simplu, câștigăm în forță cât pierdem pe drum. Această lege este numită „regula de aur” a mecanicii. Această regulă a fost formulată în Grecia antică de Heron din Alexandria.

Această regulă nu ține cont de munca de depășire a forțelor de frecare, de aceea este aproximativă.

Eficiență în transmiterea puterii

Factorul de eficiență poate fi definit ca raportul dintre munca utilă și energia cheltuită pentru implementarea sa ($Q$):

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

Pentru a calcula eficiența unui motor termic, se utilizează următoarea formulă:

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

unde $Q_n$ este cantitatea de căldură primită de la încălzitor; $Q_(ch)$ - cantitatea de căldură transferată la frigider.

Eficiența unui motor termic ideal care funcționează conform ciclului Carnot este:

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

unde $T_n$ - temperatura încălzitorului; $T_(ch)$ - temperatura frigiderului.

Exemple de sarcini pentru eficiență

Exemplul 1

Exercițiu. Motorul macaralei are o putere de $N$. Pentru un interval de timp egal cu $\Delta t$, el a ridicat o sarcină de masă $m$ la o înălțime $h$. Care este eficiența macaralei?\textit()

Soluţie. Munca utilă în problema luată în considerare este egală cu munca de ridicare a corpului la o înălțime $h$ a unei sarcini de masă $m$, aceasta este munca de depășire a forței gravitaționale. Este egal cu:

Munca totală efectuată la ridicarea unei sarcini poate fi găsită folosind definiția puterii:

Să folosim definiția factorului de eficiență pentru a-l găsi:

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

Transformăm formula (1.3) folosind expresiile (1.1) și (1.2):

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

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

Exemplul 2

Exercițiu. Gaz ideal execută un ciclu Carnot, în timp ce eficiența ciclului este egală cu $\eta $. Care este lucrul într-un ciclu de compresie a gazului la temperatură constantă? Lucrul efectuat de gaz în timpul expansiunii este $A_0$

Soluţie. Eficiența ciclului este definită astfel:

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

Luați în considerare ciclul Carnot, determinați în ce procese este furnizată căldura (va fi $Q$).

Deoarece ciclul Carnot este format din două izoterme și două adiabate, putem spune imediat că nu există transfer de căldură în procesele adiabatice (procesele 2-3 și 4-1). În procesul izoterm 1-2 se furnizează căldură (Fig.1 $Q_1$), în procesul izoterm 3-4 căldura este îndepărtată ($Q_2$). Rezultă că în expresia (2.1) $Q=Q_1$. Știm că cantitatea de căldură (prima lege a termodinamicii) furnizată sistemului în timpul unui proces izoterm merge complet pentru a efectua munca de către gaz, ceea ce înseamnă:

Gazul efectuează o muncă utilă, care este egală cu:

Cantitatea de căldură care este îndepărtată în procesul izoterm 3-4 este egală cu munca de compresie (lucrarea este negativă) (deoarece T=const, apoi $Q_2=-A_(34)$). Ca urmare, avem:

Transformăm formula (2.1) ținând cont de rezultatele (2.2) - (2.4):

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

Deoarece prin condiția $A_(12)=A_0,\ $în final obținem:

Răspuns.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$

Conceptul de eficiență (COP) poate fi aplicat la o mare varietate de tipuri de dispozitive și mecanisme, a căror funcționare se bazează pe utilizarea oricăror resurse. Deci, dacă luăm în considerare energia utilizată pentru funcționarea sistemului ca o astfel de resursă, atunci rezultatul acesteia ar trebui luat în considerare cantitatea de muncă utilă efectuată pe această energie.

În termeni generali, formula eficienței poate fi scrisă astfel: n = A*100%/Q. În această formulă, simbolul n este folosit ca desemnare a eficienței, simbolul A reprezintă cantitatea de muncă efectuată și Q este cantitatea de energie cheltuită. În același timp, trebuie subliniat faptul că unitatea de măsură a eficienței este procentul. Teoretic, valoarea maximă a acestui coeficient este de 100%, dar în practică este aproape imposibil să se realizeze un astfel de indicator, deoarece anumite pierderi de energie sunt prezente în funcționarea fiecărui mecanism.

Eficiența motorului

Motorul cu ardere internă (ICE), care este una dintre componentele cheie ale mecanismului unei mașini moderne, este, de asemenea, o variantă a unui sistem bazat pe utilizarea unei resurse - benzină sau motorină. Prin urmare, este posibil să se calculeze valoarea eficienței pentru acesta.

În ciuda tuturor realizărilor tehnice ale industriei auto, eficiența standard a motoarelor cu ardere internă rămâne destul de scăzută: în funcție de tehnologiile utilizate în proiectarea motorului, poate fi de la 25% la 60%. Acest lucru se datorează faptului că funcționarea unui astfel de motor este asociată cu pierderi semnificative de energie.

Astfel, cele mai mari pierderi in randamentul motorului cu ardere interna se produc in functionarea sistemului de racire, care consuma pana la 40% din energia generata de motor. O parte semnificativă a energiei - până la 25% - se pierde în procesul de îndepărtare a gazelor de eșapament, adică este pur și simplu transportată în atmosferă. În cele din urmă, aproximativ 10% din energia generată de motor este destinată depășirii frecării dintre diferitele părți ale motorului cu ardere internă.

Prin urmare, tehnologii și inginerii angajați în industria auto depun eforturi semnificative pentru a îmbunătăți eficiența motoarelor prin reducerea pierderilor în toate elementele de mai sus. Astfel, direcția principală a dezvoltărilor de proiectare care vizează reducerea pierderilor legate de funcționarea sistemului de răcire este asociată cu încercările de a reduce dimensiunea suprafețelor prin care are loc transferul de căldură. Reducerea pierderilor în procesul de schimb de gaze se realizează în principal folosind un sistem de turboalimentare, iar reducerea pierderilor asociate cu frecarea se realizează prin utilizarea mai multor tehnologii și tehnologii. materiale moderne la proiectarea unui motor. Potrivit experților, utilizarea acestor tehnologii și a altor tehnologii poate crește eficiența motoarelor cu ardere internă la nivelul de 80% și mai mult.

Calculul randamentului unității mașinii

Unitatea de mașină - Un set de mecanisme ale motorului, mecanisme de transmisie și mecanisme ale unei mașini de lucru.

Să luăm în considerare o mișcare stabilită separat. Pentru fiecare ciclu complet al acestei mișcări, creșterea energiei cinetice este zero:

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Eficienta mecanica (eficiența) este raportul dintre valoarea absolută a muncii forțelor de rezistență de producție și munca tuturor forțelor motrice pentru un ciclu de mișcare constantă. În consecință, formula poate fi scrisă:

K.P.D. este determinată de formula: η=Ап. s/Iad (2)

Unde: Aps - munca forțelor de producție;

Iadul este opera forțelor motrice.

Raportul dintre lucrul AT al rezistențelor de neproducție și munca forțelor motrice este de obicei notat cu Ψ și numit coeficient de pierderi mecanice. În consecință, formula poate fi scrisă după cum urmează:

η \u003d AT / AD \u003d 1 - Ψ (3)

Cu cât sunt mai puține rezistențe neproductive în mecanismul de lucru, cu atât coeficientul de pierdere al acestuia este mai mic și mecanismul este mai perfect din punct de vedere energetic.

Din ecuație rezultă: deoarece în niciun mecanism munca lui AT nu este forțele de producție ale rezistenței, forțele de frecare (frecare la îngheț, frecare de alunecare, uscată, semi-uscata, lichidă, semi-lichid), practic nu pot fi egale cu zero, atunci randamentul nu poate fi egal cu zero .

Din formula (2) rezultă că randamentul poate fi egal cu zero dacă

Aceasta înseamnă că eficiența este egală cu zero dacă munca forțelor motrice este egală cu munca tuturor forțelor rezistențelor neproductive care sunt prezente în mecanism. În acest caz, mișcarea este posibilă, dar fără a lucra. Această mișcare a mecanismului se numește mișcare în gol.

Eficiența nu poate fi mai mică de zero, deoarece pentru aceasta este necesar ca raportul de lucru AT / IM să fie mai mare decât unu:

AT / BP >1 sau AT > BP

Din aceste inegalități rezultă că, dacă mecanismul care satisface condiția specificată este în repaus, atunci mișcarea reală nu poate avea loc.Acest fenomen se numește Mecanism de autofrânare. Dacă mecanismul este în mișcare. Apoi, sub influența forțelor de rezistență neproductive, își va încetini treptat progresul până când se oprește (încetinește). În consecință, obținerea unei valori negative a eficienței în calculele teoretice este un semn de autofrânare a mecanismului sau imposibilitatea deplasării într-o direcție dată.

Astfel, eficiența mecanismului poate varia în:

0 ≤η< 1 (4)

Din formula (2) rezultă că randamentul Ψ variază în: 0 ≤η< 1

Relația dintre mașini în unitatea mașină.

Fiecare mașină este un complex de mecanisme conectate într-un anumit fel, iar unele complexe pot fi împărțite în altele mai simple, având apoi capacitatea de a calcula K.P.D. mecanisme simple sau având la dispoziție anumite valori ale K.P.D. mecanisme simple, puteți găsi un K.P.D complet. mașini, alcătuite din elemente simple în orice combinație a acestora.

Toate cazurile posibile de transfer de mișcare și forță pot fi împărțite în cazuri: conexiune în serie, paralelă și mixtă.

La calcularea K.P.D. conexiuni, vom lua un agregat format din patru mecanisme dintre care: N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0.9

Acceptăm forța motrice (BP) = 1,0

Luați în considerare K.P.D. conexiune serială.

Primul mecanism este pus în mișcare de forțele motrice care fac munca Iadului. Întrucât munca utilă a fiecărui mecanism anterior, cheltuită pe rezistențe de producție, este munca forțelor motrice pentru fiecare ulterior, atunci K.P.D. η al primului mecanism este:

Al doilea - η \u003d A2 / A1

Al treilea - η \u003d A3 / A2

Al patrulea - η \u003d A4 / A3

Eficiența totală η1n=An/Ad

Valoarea acestui factor de eficiență poate fi obținută prin înmulțirea tuturor factorilor de eficiență individuali η1, η2, η3, η4. Avem

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

Astfel, eficiența mecanică globală a conexiunii în serie a mecanismelor este egală cu produsul eficienței mecanice a mecanismelor individuale care alcătuiesc un sistem comun.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ap. Cu.

Luați în considerare K.P.D. conexiune paralelă.

Când mecanismele sunt conectate în paralel, pot exista două cazuri: de la o sursă de putere motrice, puterea este transmisă la mai mulți consumatori, mai multe surse alimentează un consumator în paralel. Dar vom lua în considerare prima opțiune.

Cu această legătură: Ap. s.=A1+A2+A3+A4

Dacă K.P.D. fiecare mecanism are aceeași atunci și puterea va fi distribuită în mod egal fiecărui mecanism: ∑КI=1 apoi ⇒ К1=К2=К3=К4=0,25.

Atunci: η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0,25*0,90)=0,90

Astfel, totalul K.P.D. conexiune paralelă ca suma produselor fiecărei secțiuni individuale a lanțului unitar.

Luați în considerare eficiența unui compus mixt.

În acest caz, există atât conexiune serială, cât și paralelă a mecanismelor.

În acest caz, puterea Ad este transferată la două mecanisme (1.3), iar de la acestea la restul (2.4)

Deoarece η1*η2=A2 și η3*η4=A4 și K1=K2=0,5

Suma lui A2 și A4 este egală cu Ap. Cu. apoi din formula (1) se poate găsi K.P.D. sisteme

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

Astfel, totalul K.P.D. conexiunea mixtă este egală cu suma produselor coeficienților mecanici legați în serie înmulțită cu partea forței motrice.

Modalități de îmbunătățire a eficienței

Acum, principalele eforturi ale inginerilor vizează creșterea eficienței motoarelor prin reducerea frecării pieselor lor, a pierderilor de combustibil din cauza arderii incomplete etc. Posibilitățile reale de creștere a eficienței aici sunt încă mari, acțiunile sunt egale cu: valoarea efectivă a eficienței datorate diferitelor tipuri de pierderi de energie este aproximativ egală cu 40%. Randamentul maxim - aproximativ 44% - au motoarele cu ardere interna. Eficiența oricărui motor termic nu poate depăși valoarea maximă posibilă de 40-44%.

Concluzie: când luăm în considerare fiecare conexiune de mecanisme separat, putem spune că cea mai mare eficiență a unei conexiuni paralele este egală cu η=0,9. Prin urmare, în agregate, ar trebui să încercați să utilizați o conexiune paralelă sau cât mai aproape de aceasta.

Calculul eficienței - 4,0 din 5 bazat pe 3 voturi

Acest articol se va concentra pe familiar, dar mulți nu înțeleg termenul de coeficient de performanță (COP). Ce este? Să ne dăm seama. Coeficient de performanță, denumit în continuare (COP) - o caracteristică a eficienței sistemului oricărui dispozitiv, în raport cu conversia sau transferul de energie. Este determinată de raportul dintre energia utilă utilizată și cantitatea totală de energie primită de sistem. Este de obicei marcat? (" acest"). ? = Wpol/Wcym. Eficiența este o mărime adimensională și este adesea măsurată ca procent. Matematic, definiția eficienței poate fi scrisă ca: n \u003d (A: Q) x100%, unde A este muncă utilă, iar Q este munca cheltuită. În virtutea legii conservării energiei, eficiența este întotdeauna mai mică decât unitatea sau egală cu aceasta, adică este imposibil să obțineți o muncă mai utilă decât energia cheltuită! Căutând prin diferite site-uri, sunt adesea surprins de modul în care radioamatorii raportează, sau mai bine zis, își laudă design-urile, pentru eficiență ridicată, fără a avea habar despre ce este! Pentru claritate, folosind un exemplu, vom lua în considerare un circuit convertizor simplificat și vom afla cum să găsim eficiența unui dispozitiv. O diagramă simplificată este prezentată în Fig. 1

Să presupunem că am luat ca bază un convertor de tensiune DC / DC intensificat (denumit în continuare PN), de la unipolar la unipolar crescut. Pornim ampermetrul PA1 în întreruperea circuitului de alimentare și, în paralel cu intrarea de putere PN, voltmetrul PA2, ale cărui citiri sunt necesare pentru a calcula consumul de energie (P1) al dispozitivului și sarcina împreună de la sursa de alimentare. La ieșirea PN, pornim, de asemenea, ampermetrul RAZ și voltmetrul RA4, care sunt necesare pentru a calcula puterea consumată de sarcină (P2) de la PN, până la întreruperea sursei de alimentare a sarcinii. Deci, totul este gata pentru calcularea eficienței, apoi să începem. Pornim dispozitivul, măsurăm citirile instrumentelor și calculăm puterile P1 și P2. Prin urmare, P1=I1 x U1 și P2=I2 x U2. Acum calculăm eficiența folosind formula: Eficiență (%) = P2: P1 x100. Acum ați aflat despre eficiența reală a dispozitivului dvs. Folosind o formulă similară, puteți calcula PN și cu o ieșire bipolară conform formulei: Eficiență (%) \u003d (P2 + P3): P1 x100, precum și un convertor descendente. Trebuie remarcat faptul că valoarea (P1) include și consumul de curent, de exemplu: un controler PWM și (sau) un driver pentru controlul tranzistorilor cu efect de câmp și alte elemente structurale.

Pentru referință: producătorii de amplificatoare auto indică adesea că puterea de ieșire a amplificatorului este mult mai mare decât în ​​realitate! Dar, puteți afla puterea reală aproximativă a amplificatorului auto folosind o formulă simplă. Să spunem că pe amplificatorul automat din circuitul de alimentare + 12v există o siguranță de 50 A. Calculăm, P \u003d 12V x 50A, în total obținem un consum de energie de 600 de wați. Chiar și în modelele de înaltă calitate și scumpe, eficiența întregului dispozitiv este puțin probabil să depășească 95%. La urma urmei, o parte din eficiență este disipată sub formă de căldură pe tranzistoare puternice, înfășurări ale transformatorului, redresoare. Deci, să revenim la calcul, obținem 600 W: 100% x92 = 570W. Prin urmare, indiferent de ce 1000 W sau chiar 800 W, după cum scriu producătorii, acest amplificator auto nu va ceda! Sper că acest articol vă va ajuta să înțelegeți o astfel de valoare relativă precum eficiența! Mult succes tuturor în dezvoltarea și repetarea modelelor. Ai avut un invertor cu tine.