Формула обчислення ккд. ККД реальних теплових машин

Кожна система або пристрій має певний коефіцієнт корисної дії(ККД). Цей показник характеризує ефективність їх роботи з віддачі чи перетворення будь-якого виду енергії. За своїм значенням ККД є безмірною величиною, що подається у вигляді числового значення в межах від 0 до 1, або у відсотковому відношенні. Ця характеристика повною мірою стосується всіх типів електричних двигунів.

Характеристики ККД в електродвигунах

Електричні двигуни відносяться до категорії пристроїв, що виконують перетворення електричної енергії на механічну. Коефіцієнт корисної дії для даних пристроїв визначає їх ефективність у справі виконання основної функції.

Як знайти ккд двигуна? Формула ККД електродвигуна виглядає так: = Р2/Р1.У цій формулі Р1 є підведеною електричною потужністю, а Р2 - корисною механічною потужністю, що виробляється двигуном. Значення електричної потужності(Р) визначається формулою Р = UI, а механічною – Р = А/t, як відношення роботи до одиниці часу.

Коефіцієнт корисної дії обов'язково враховується під час виборів електродвигуна. Велике значеннямають втрати ККД, пов'язані з реактивними струмами, зниженням потужності, нагріванням двигуна та іншими негативними факторами

Перетворення електричної енергії на механічну супроводжується поступовою втратою потужності. Втрата ККД найчастіше пов'язана з виділенням тепла, коли відбувається нагрівання електродвигуна у процесі роботи. Причини втрат можуть бути магнітними, електричними та механічними, що виникають під дією сили тертя. Тому як приклад найкраще підходить ситуація, коли електричної енергії було спожито на 1000 рублів, а корисної роботивироблено лише на 700-800 рублів. Таким чином, коефіцієнт корисної дії в даному випадку становитиме 70-80%, а вся різниця перетворюється на теплову енергію, яка і нагріває двигун.

Для охолодження електродвигунів використовують вентилятори, що проганяють повітря через спеціальні зазори. Відповідно до встановлених норм, двигуни А-класу можуть нагріватися до 85-90 0 С, В-класу - до 110 0 С. Якщо температура двигуна перевищує встановлені норми, це свідчить про можливе швидке .

Залежно від навантаження ККД електродвигуна може змінювати своє значення:

• Для холостого ходу – 0;
• При 25% навантаженні – 0,83;
• При 50% навантаженні – 0,87;
• При 75% навантаженні – 0,88;
• При повному 100% навантаженні ККД становить 0,87.

Однією з причин зниження ККД електродвигуна може стати асиметрія струмів, коли на кожній із трьох фаз з'являється різна напруга. Наприклад, якщо в 1-й фазі є 410, у 2-й - 402, в 3-й - 288, то середнє значення напруги складе (410 + 402 + 388) / 3 = 400 В. Асиметрія напруги буде мати значення: 410 – 388 = 22 вольта. Таким чином, втрати ККД з цієї причини становитимуть 22/400 х 100 = 5%.

Падіння ККД та загальні втрати в електродвигуні

Існує безліч негативних факторів, під впливом яких складається кількість загальних втратв електричних двигунах. Існують спеціальні методики, що дозволяють наперед їх визначити. Наприклад, можна визначити наявність зазору, через який потужність частково подається з мережі до статора, і далі на ротор.

Втрати потужності, що виникають у самому стартері, складаються з кількох доданків. Насамперед, це втрати, пов'язані з і частковим перемагнічуванням сердечника статора. Сталеві елементи мають незначний вплив і практично не враховуються. Це пов'язано зі швидкістю обертання статора, яка значно перевищує швидкість магнітного потоку. У цьому випадку ротор повинен обертатися у суворій відповідності до заявлених технічних характеристик.

Значення механічної потужностівалу ротора нижче, ніж електромагнітна потужність. Різниця становить кількість втрат, що виникають в обмотці. До механічних втрат відносяться тертя в підшипниках і щітках, а також дія повітряної перешкоди на частини, що обертаються.

Для асинхронних електродвигунів характерна наявність додаткових втрат через наявність зубців у статорі та роторі. Крім того, в окремих вузлах двигуна можлива поява вихрових потоків. Всі ці фактори разом знижують ККД приблизно на 0,5% від номінальної потужності агрегату.

При розрахунку можливих втрат використовується формула ККД двигуна, що дозволяє обчислити зменшення цього параметра. Насамперед враховуються сумарні втрати потужності, які безпосередньо пов'язані з навантаженням двигуна. Зі зростанням навантаження, пропорційно збільшуються втрати та знижується коефіцієнт корисної дії.

У конструкціях асинхронних електродвигунів враховуються всі можливі втрати за наявності максимальних навантажень. Тому діапазон ККД цих пристроїв досить широкий і становить від 80 до 90%. У двигунах підвищеної потужності цей показник може сягати 90-96%.

Відомо що електрична енергіяпередається великі відстані при напругах, перевищують рівень, використовуваний споживачами. Застосування трансформаторів необхідно для того, щоб перетворювати напруги до необхідних значень, збільшувати якість процесу передачі електроенергії, а також зменшувати втрати, що утворюються.

Опис та принцип роботи трансформатора

Трансформатор являє собою апарат, що служить для зниження або підвищення напруги, зміни числа фаз і, в окремих випадках, зміни частоти змінного струму.

Існують такі типи пристроїв:

• силові;
• вимірювальні;
• малої потужності;
• імпульсні;
• пік-трансформатори.

Статичний апарат складається з таких основних конструктивних елементів: двох (або більше) обмоток та магнітопроводу, який також називають сердечником. У трансформаторах напруга подається на первинну обмотку, і з вторинної знімається вже у перетвореному вигляді. Обмотки пов'язані індуктивно, за допомогою магнітного поляу сердечнику.

Поряд з іншими перетворювачами, трансформатори мають коефіцієнт корисної дії (скорочено - ККД), з умовним позначенням. Цей коефіцієнт є співвідношення ефективно використаної енергії до спожитої енергії із системи. Також його можна виразити у вигляді співвідношенням потужності, що споживається навантаженням до споживаного пристроєм з мережі. ККД відноситься до одного з першорядних параметрів, що характеризують ефективність роботи, що виробляється трансформатором.

Види втрат у трансформаторі

Процес передачі електроенергії з первинної обмотки на вторинну супроводжується втратами. Тому відбувається передача не всієї енергії, але більшої її частини.

У конструкції пристрою не передбачені частини, що обертаються, на відміну від інших електромашин. Це пояснює відсутність у ньому механічних втрат.

Так, в апараті є такі втрати:

• електричні, у міді обмоток;
• магнітні, у сталі сердечника.

Енергетична діаграма та Закон збереження енергії

Принцип дії пристрою можна схематично у вигляді енергетичної діаграми, як це показано на зображенні 1. Діаграма відображає процес передачі енергії, під час якого і утворюються електричні та магнітні втрати .

Згідно з діаграмою, формула визначення ефективної потужності P 2 має такий вигляд:

P 2 =P 1 -ΔP ел1 -ΔP ел2 -ΔP м (1)

де P 2 - корисна, а P 1 - споживана апаратом потужність з мережі.

Позначивши сумарні втрати ΔP, закон збереження енергії виглядатиме як: P 1 =ΔP+P 2 (2)

З цієї формули видно, що P 1 витрачається на P 2 а також на сумарні втрати ΔP. Звідси, коефіцієнт корисної дії трансформатора виходить у вигляді співвідношення потужності, що віддається (корисної) до споживаної (співвідношення P 2 і P 1).

Визначення коефіцієнта корисної дії

З необхідною точністю для розрахунку пристрою заздалегідь виведені значення коефіцієнта корисної дії можна взяти з таблиці №1:

Визначення ККД методом безпосередніх вимірів

Формулу для обчислення ККД можна у кількох варіантах:

Даний вираз наочно відображає, що значення ККД трансформатора не більше одиниці, а також не дорівнює їй.

Наступний вираз визначає значення корисної потужності:

P 2 =U 2 *J 2 *cosφ 2 , (4)

де U 2 і J 2 - вторинні напруга та струм навантаження, а cosφ 2 - коефіцієнт потужності, значення якого залежить від типу навантаження.

Оскільки P 1 = P + P 2 формула (3) набуває наступного вигляду:

Електричні втрати первинної обмотки ΔP елін залежать від квадрата сили струму, що протікає в ній. Тому визначати їх слід таким чином:

(6)

В свою чергу:

(7)

де r mp – активний обмотувальний опір.

Так як робота електромагнітного апарату не обмежується номінальним режимом, визначення ступеня завантаження струмом вимагає використання коефіцієнта завантаження, який дорівнює:

β=J 2 /J 2н, (8)

де J 2Н - Номінальний струм вторинної обмотки.

Звідси запишемо вирази для визначення струму вторинної обмотки:

J 2 =β*J 2н (9)

Якщо підставити цю рівність у формулу (5), то вийде такий вираз:

Зазначимо, що визначати значення ККД з використанням останнього виразу рекомендовано ГОСТом.

Резюмуючи подану інформацію, відзначимо, що визначити коефіцієнт корисної дії трансформатора можна за значеннями потужності первинної та вторинної обмотки апарата за номінального режиму.

Визначення ККД непрямим методом

Через великі величини ККД, які можуть дорівнювати 96% і більше, а також неекономічність методу безпосередніх вимірювань, обчислити параметр з високим ступенемточності неможливо. Тому визначення зазвичай проводиться непрямим методом.

Узагальнивши всі отримані вирази, отримаємо таку формулу для обчислення ККД:

η=(P 2 /P 1)+ΔP м +ΔP ел1 +ΔP ел2 , (11)

Підсумовуючи, слід зазначити, що високий показник ККД свідчить про роботу електромагнітного апарату, що ефективно виробляється. Втрати в обмотках і сталі сердечника, згідно з ГОСТом, визначають при досвіді або короткого замикання, А заходи, спрямовані на їх зниження, допоможуть досягти максимально можливих величин коефіцієнта корисної дії, чого і необхідно прагнути.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення чи передачі енергії. Визначається ставленням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою; позначається зазвичай η («ця»). η = Wпол/Wcyм. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється у відсотках. Математично визначення ККД може бути записане у вигляді:

X 100%,

де А- Корисна робота, а Q- Витрачена енергія.

Через закон збереження енергії ККД завжди менше одиниці чи дорівнює їй, тобто неможливо отримати корисної роботи більше, ніж витрачено енергії.

ККД теплового двигуна- Відношення здійсненої корисної роботи двигуна до енергії, отриманої від нагрівача. ККД теплового двигуна може бути обчислений за такою формулою

де – кількість теплоти, отримана від нагрівача, – кількість теплоти, віддана холодильнику. Найбільшим ККД серед циклічних машин, що оперують при заданих температурахгарячого джерела T 1 та холодного T 2, мають теплові двигуни, що працюють за циклом Карно; цей граничний ККД дорівнює

Не всі показники, що характеризують ефективність енергетичних процесів, відповідають наведеному вище опису. Навіть якщо вони традиційно чи помилково називаються «», вони можуть мати інші властивості, зокрема, перевищувати 100%.

ККД котлів

Основна стаття: Тепловий баланс котла

ККД котлів на органічному паливі традиційно розраховується за нижчою теплотою згоряння; при цьому передбачається, що волога продуктів згоряння залишає котел у вигляді перегрітої пари. У конденсаційних котлахця волога конденсується, теплота конденсації корисно використовується. При розрахунку ККД по нижчій теплоті згоряння він може вийти більше одиниці. В даному випадку коректніше було б вважати його за найвищою теплотою згоряння, що враховує теплоту конденсації пари; Однак при цьому показники такого котла важко порівнювати з даними про інші установки.

Теплові насоси та холодильні машини

Перевагою теплових насосів як нагрівальної техніки є можливість іноді отримувати більше теплоти, ніж витрачається енергія на їх роботу; аналогічно холодильна машина може відвести від охолоджуваного кінця більше теплоти, ніж витрачається на організацію процесу.

Ефективність таких теплових машин характеризують холодильний коефіцієнт(для холодильних машин) або коефіцієнт трансформації(Для теплових насосів)

де - тепло, яке відбирається від холодного кінця (у холодильних машинах) або передається до гарячого (у теплових насосах); - робота, що витрачається на цей процес (або електроенергія). Найкращими показниками продуктивності для таких машин має зворотний цикл Карно: у ньому холодильний коефіцієнт

де , - Температури гарячого і холодного кінців, . Ця величина, очевидно, може бути як завгодно велика; хоча практично до неї важко наблизитися, холодильний коефіцієнт все ж таки може перевищувати одиницю. Це не суперечить першому початку термодинаміки , оскільки, крім енергії, що приймається в розрахунок A(напр. електричної), тепло Qйде й енергія, що відбирається від холодного джерела.

Література

• Перишкін А. В.фізика. 8 клас. – Дрофа, 2005. – 191 с. - 50 000 екз. - ISBN 5-7107-9459-7.

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

• Turbo Pascal
• ККД

Дивитися що таке "" в інших словниках:

коефіцієнт корисної дії- Відношення потужності, що віддається, до споживаної активної потужності. [ОСТ 45.55 99] коефіцієнт корисного дії ККДВеличина, що характеризує досконалість процесів перетворення, перетворення чи передачі енергії, що є ставленням корисною… … Довідник технічного перекладача

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- або коефіцієнт віддачі (Efficiency) – характеристика якості роботи будь-якої машини або апарату з боку її економічності. Під К. П. Д. мається на увазі відношення кількості отриманої від машини роботи або енергії від апарата до тієї кількості.

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (К.п.д.), показник ефективності дії механізму, що визначається як відношення роботи, що здійснюється механізмом, до роботи, витраченої на його функціонування. К.п.д. зазвичай виражають у відсотках. Ідеальний механізм мав би мати к.п.д =… … Науково-технічний енциклопедичний словник

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ Сучасна енциклопедія

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД) характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення енергії; визначається ставленням корисно використаної енергії (перетвореної на роботу при циклічному процесі) до сумарної кількості енергії, … Великий Енциклопедичний словник

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД), характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення або передачі енергії; визначається ставленням т) корисно використаної енергії (Wпол) до сумарного колу енергії (Wсум), отриманого системою; h=Wпол… … Фізична енциклопедія

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- (ККД) відношення корисно використовуваної енергії W п, напр. у вигляді роботи, до загальної кількості енергії W, одержуваної системою (машиною або двигуном), W п/W. Через неминучі втрати енергії на тертя та ін. нерівноважні процеси для реальних систем. Фізична енциклопедія

КОЕФІЦІЄНТ КОРИСНОЇ ДІЇ- Відношення корисно витрачається роботи або одержуваної енергії до всієї витраченої роботи або відповідно споживаної енергії. Напр., К. п. д. електродвигуна відношення механ. потужності, що їм віддається, до електр. потужності; К.… … Технічний залізничний словник

коефіцієнт корисної дії- сущ., кіл у синонімів: 8 ккд (4) віддача (27) плідність (10) … Словник синонімів

Коефіцієнт корисної дії- - величина, що характеризує досконалість будь-якої системи по відношенню до будь-якого процесу перетворення або передачі енергії, що протікає в ній, яка визначається як відношення корисної роботи, до роботи, витраченої на приведення в дію. Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

Коефіцієнт корисної дії- (ккд), числова характеристика енергетичної ефективності будь-якого пристрою чи машини (зокрема теплової машини). Ккд визначається ставленням корисно використаної енергії (тобто перетвореної на роботу) до сумарної кількості енергії, … Ілюстрований енциклопедичний словник

Коефіцієнт корисної дії (ККД) - характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення чи передачі енергії. Визначається ставленням корисно використаної енергії до сумарної кількості енергії, отриманої системою; позначається зазвичай η («ця»). η = Wпол/Wcyм. ККД є безрозмірною величиною і часто вимірюється у відсотках. Математично визначення ККД може бути записане у вигляді:

X 100%,

де А- Корисна робота, а Q- Витрачена енергія.

Через закон збереження енергії ККД завжди менше одиниці чи дорівнює їй, тобто неможливо отримати корисної роботи більше, ніж витрачено енергії.

ККД теплового двигуна- Відношення здійсненої корисної роботи двигуна до енергії, отриманої від нагрівача. ККД теплового двигуна може бути обчислений за такою формулою

де – кількість теплоти, отримана від нагрівача, – кількість теплоти, віддана холодильнику. Найбільшим ККД серед циклічних машин, що оперують при заданих температурах гарячого джерела T 1 та холодного T 2, мають теплові двигуни, що працюють за циклом Карно; цей граничний ККД дорівнює

Не всі показники, що характеризують ефективність енергетичних процесів, відповідають наведеному вище опису. Навіть якщо вони традиційно чи помилково називаються «коефіцієнт корисної дії», вони можуть мати інші властивості, зокрема, перевищувати 100%.

ККД котлів

Основна стаття: Тепловий баланс котла

ККД котлів на органічному паливі традиційно розраховується за нижчою теплотою згоряння; при цьому передбачається, що волога продуктів згоряння залишає котел у вигляді перегрітої пари. У конденсаційних казанах ця волога конденсується, теплота конденсації корисно використовується. При розрахунку ККД по нижчій теплоті згоряння він може вийти більше одиниці. В даному випадку коректніше було б вважати його за найвищою теплотою згоряння, що враховує теплоту конденсації пари; Однак при цьому показники такого котла важко порівнювати з даними про інші установки.

Теплові насоси та холодильні машини

Перевагою теплових насосів як нагрівальної техніки є можливість іноді отримувати більше теплоти, ніж витрачається енергія на їх роботу; аналогічно холодильна машина може відвести від охолоджуваного кінця більше теплоти, ніж витрачається на організацію процесу.

Ефективність таких теплових машин характеризують холодильний коефіцієнт(для холодильних машин) або коефіцієнт трансформації(Для теплових насосів)

де - тепло, яке відбирається від холодного кінця (у холодильних машинах) або передається до гарячого (у теплових насосах); - робота, що витрачається на цей процес (або електроенергія). Найкращими показниками продуктивності для таких машин має зворотний цикл Карно: у ньому холодильний коефіцієнт

де , - Температури гарячого і холодного кінців, . Ця величина, очевидно, може бути як завгодно велика; хоча практично до неї важко наблизитися, холодильний коефіцієнт все ж таки може перевищувати одиницю. Це не суперечить першому початку термодинаміки , оскільки, крім енергії, що приймається в розрахунок A(напр. електричної), тепло Qйде й енергія, що відбирається від холодного джерела.

Література

• Перишкін А. В.фізика. 8 клас. – Дрофа, 2005. – 191 с. - 50 000 екз. - ISBN 5-7107-9459-7.

Примітки

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Коефіцієнт корисної дії" в інших словниках:

коефіцієнт корисної дії- Відношення потужності, що віддається, до споживаної активної потужності. [ОСТ 45.55 99] коефіцієнт корисної дії ККД Величина, Що характеризує досконалість процесів перетворення, перетворення або передачі енергії, що є ставленням корисною ... Довідник технічного перекладача

Або коефіцієнт віддачі (Efficiency) – характеристика якості роботи будь-якої машини або апарату з боку її економічності. Під К. П. Д. мається на увазі відношення кількості отриманої від машини роботи або енергії від апарата до тієї кількості.

- (К.п.д.), показник ефективності дії механізму, що визначається як відношення роботи, що здійснюється механізмом, до роботи, витраченої на його функціонування. К.п.д. зазвичай виражають у відсотках. Ідеальний механізм мав би мати к.п.д =… … Науково-технічний енциклопедичний словник

Сучасна енциклопедія

- (ККД) характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення енергії; визначається ставленням корисно використаної енергії (перетвореної на роботу при циклічному процесі) до сумарної кількості енергії, … Великий Енциклопедичний словник

- (ККД), характеристика ефективності системи (пристрою, машини) щодо перетворення або передачі енергії; визначається ставленням т) корисно використаної енергії (Wпол) до сумарного колу енергії (Wсум), отриманого системою; h=Wпол… … Фізична енциклопедія

- (ККД) відношення корисно використовуваної енергії W п, напр. у вигляді роботи, до загальної кількості енергії W, одержуваної системою (машиною або двигуном), W п/W. Через неминучі втрати енергії на тертя та ін. нерівноважні процеси для реальних систем. Фізична енциклопедія

Відношення корисно витрачається роботи або одержуваної енергії до всієї витраченої роботи або споживаної енергії. Напр., К. п. д. електродвигуна відношення механ. потужності, що їм віддається, до електр. потужності; К.… … Технічний залізничний словник

Сущ., кількість у синонімів: 8 ккд (4) віддача (27) плідність (10) … Словник синонімів

Коефіцієнт корисної дії- - величина, що характеризує досконалість будь-якої системи по відношенню до будь-якого процесу перетворення або передачі енергії, що протікає в ній, яка визначається як відношення корисної роботи, до роботи, витраченої на приведення в дію. Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

Коефіцієнт корисної дії- (ккд), числова характеристика енергетичної ефективності будь-якого пристрою чи машини (зокрема теплової машини). Ккд визначається ставленням корисно використаної енергії (тобто перетвореної на роботу) до сумарної кількості енергії, … Ілюстрований енциклопедичний словник

Серед багатьох характеристик різних механізмів в автомобілі вирішальне значення має ККД двигуна внутрішнього згоряння. Для того, щоб з'ясувати суть цього поняття, необхідно точно знати, що являє собою класичний двигун внутрішнього згоряння.

ККД двигуна внутрішнього згоряння – що це таке?

Насамперед, мотор перетворює теплову енергію, що виникає при згорянні палива, у певну кількість механічної роботи. На відміну від парових машин, ці двигуни більш легкі та компактні. Вони набагато економічніші і споживають строго певне рідке та газоподібне паливо. Таким чином, ККД сучасних двигунів розраховується на підставі їх технічних характеристик та інших показників.

ККД (коефіцієнт корисної дії) є відношенням фактично переданої потужності на вал двигуна до потужності, одержуваної поршнем за рахунок дії газів . Якщо порівняння ККД двигунів різної потужності, можна встановити, що це значення кожному з них має особливості.

Обидва двигуни, незважаючи на схожість конструкції, мають різні видисумішоутворення. Тому поршні карбюраторного двигуна працюють при більш високих температурах, що вимагають якісного охолодження. Через це теплова енергіяяка могла б перетворитися на механічну, розсіюється без будь-якої користі, знижуючи загальне значенняККД.

Тим не менш, для того, щоб підвищити ККД бензинового двигуна, вживаються певні заходи. Наприклад, на один циліндр можуть встановлюватися два впускні і випускні клапани, замість конструкції, коли розміщується один впускний і один випускний клапан. Крім того, у деяких двигунах на кожну свічку встановлюється окрема котушка запалювання. Управління дросельною заслінкоюу багатьох випадках здійснюється за допомогою електроприводу, а не звичайним тросиком.

ККД дизельного двигуна – помітна ефективність

Дизель є одним із різновидів двигунів внутрішнього згоряння, в якому займання робочої суміші проводиться в результаті стиснення. Тому тиск повітря в циліндрі набагато вищий, ніж у бензинового двигуна. Порівнюючи ККД дизельного двигуназ ККД інших конструкцій можна відзначити його найбільш високу ефективність.

При наявності низьких оборотівта великого робочого обсягу показник ККД може перевищити 50%.

Слід звернути увагу на порівняно невелику витрату дизельного паливата низький зміст шкідливих речовину відпрацьованих газах.Таким чином, значення коефіцієнта корисної дії двигуна внутрішнього згоряння повністю залежить від його типу та конструкції. У багатьох автомобілях низький ККД перекривається різними удосконаленнями, що дозволяють покращити загальні технічні характеристики.