Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Содержание
  1. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  2. Мощность разных устройств
  3. Асинхронные механизмы
  4. Значения показателя
  5. Решение примеров
  6. Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образом. Машинист оттормаживает машину, которая под действием опускаемого груза приходит в движение. При этом рукоятка управления по мере возрастания скорости перемещается машинистом в направлении движения машины так, чтобы при достижении синхронной частоты вращения ротор двигателя был замкнут накоротко (крайнее положение рукоятки). После того как частота вращения ротора станет больше синхронной, развиваемый двигателем тормозной момент начнет увеличиваться, а ускорение опускаемого груза уменьшаться. Когда тормозное усилие F (или момент М) двигателя станет равным статическому усилию Fст (или моменту Мст). движущейся подъемной системы, то в соответствии с формулой (169) ускорение а системы станет равным нулю, и она будет двигаться с равномерной скоростью, определяемой ординатой точки С (см. рис. 54). Если бы в ротор двигателя было включено сопротивление реостата, соответствующее, например, характеристике R3, то при том же тормозном моменте двигатель работал бы с чрезмерно большой частотой вращения, определяемой ординатой точки D, что недопустимо. Поэтому в генераторном режиме ротор при синхронной частоте вращения авто­матически замыкается накоротко. Рекуперативное торможение по сравнению с механическим имеет преимущества, так как при нем тормозной момент, развиваемый двигателем, автоматически приспособляется к движущей силе опускающегося груза, что обеспечивает устойчивое значение скорости движения сосудов; не изнашиваются тормозные колодки; энергия опускаемого груза превращается в электрическую и отдается в сеть. Т о р м о ж е н и е п р о т и в о в к л ю ч е н и е м осуществляется перемещением рукоятки управления в направлении, противоположном движению машины. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направлении, противоположном вращению ротора подъемного двигателя, поэтому возникает тормозной по отношению к подъемной системе вращающий момент. В область торможения противовключением попадают устойчивые части механических характеристик при большом сопротивлении реостата в цепи ротора (см. 34). Так как при торможении противовключением только первые две-три ступени реостата обеспечивают устойчивые характеристики двигателя, то регулирование тормозного момента двигателя будет грубым. В связи с грубым регулированием тормозного момента двигателя, необходимостью особой внимательности машиниста при остановке машины, затратой энергии в реостате торможение про­тивовключением не получило широкого распространения. Д и н а м и ч е с к о е т о р м о ж е н и е осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током при замкнутом накоротко или на пусковой реостат роторе. При этом статор образует неподвижное в пространстве магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся роторе переменный ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем статора создает тормозной момент, который можно регулировать изменением величины постоянного тока и сопротивления реостата в цепи ротора. При соединении обмоток статора в звезду постоянный ток подают в две фазы обмоток, а третья свободна. Механические характеристики двигателя при этом торможении (см. рис. 54) по своей форме напоминают характеристики двигательного режима и отличаются от последних тем, что они начинаются в точке, соответствующей неподвижному ротору и величина максимального момента двигателя зависит от изменения постоянного тока в статоре, возрастая при увеличении тока. Если в обмотках статора протекает постоянный ток, равный номинальному переменному току двигателя, то максимальный тормозной момент его будет приблизительно равен номинальному моменту двигателя. Для получения максимального тормозного момента, равного двухкратному номинальному моменту двигателя, необходимо, чтобы величина постоянного тока была примерно в 2 раза больше номинального переменного тока в двигательном режиме. Величина тока в статоре, а следовательно, и тормозной момент ограничиваются допустимым нагревом обмоток. Механические характеристики в режиме динамического торможения (см. рис. 54) имеют такие недостатки: 1) наличие неустойчивой части, на которой работа — двигателя возможна при моменте сопротивления, превышающем максимальный момент двигателя, а также при неправильном управлении во время замедления, когда машинист закорачивает ротор двигателя без выдержки времени; в последнем случае тормозной момент двигателя будет меньше требуемого, а поэтому частота вращения его ротора будет увеличиваться; 2) мягкость характеристик при работе на больших скоростях с большим сопротивлением реостата в цепи ротора. Для устранения этих недостатков необходимо обеспечить увеличение тока возбуждения статора при возрастании тока в роторе, т. е. компенсировать возрастающий магнитный поток ротора. Это производится автоматически в функции частоты вращения ротора. Механические характеристики получаются жесткими и поэтому при изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах. Динамическое торможение дает возможность получить любое устойчивое значение частоты вращения в пределах от 100 % и примерно до 1 % номинальной, что весьма важно при спуске людей и грузов на пониженных скоростях. Асинхронный двигатель применительно к подъемным установкам должен удовлетворять следующим требованиям: кратность максимального момента по отношению к номинальному не менее 2,0 … 2,3; усиленная изоляция обмоток статора и ротора; прочность ротора должна обеспечить возможность увеличения номинальной частоты вращения до 50 %. На подъемных установках применяют асинхронные двигатели серий АК, АКН, ДАФ при напряжении 6 кВ. Применение одиночного асинхронного подъемного двигателя рекомендуется при мощности до 1200 кВт. Это ограничение вызвано затруднениями в изготовлении пускорегулирующей аппаратуры мощных двигателей. При мощности асинхронного привода до 2200 кВт применяют два двигателя, работающие на общий вал подъемной машины. При асинхронном электроприводе затрудняется полная автоматизация работы подъемных. установок из-за мягких характеристик его, когда включены ступени реостата. С развитием силовой полупроводниковой техники совершенствование асинхронного привода идет в направлении применения каскадных схем и частотного регулирования. В системе асинхронно-вентильного каскада (АВК) для плавного регулирования частоты вращения подъемного двигателя в обмотку ротора его вводится противо — з. д. с, согласованная с напряжением ротора по фазе и частоте. Источником противо — э. д. с. является инвертор на тиристорах, который рекуперирует в сеть энергию скольжения ротора при регулировании частоты вращения в двигательном режиме и в режиме динамического торможения. Система АВК обеспечивает плавное регулирование скорости, более экономична по сравнению с релейно-контакторной системой, но имеет более высокую стоимость. При частотном регулировании асинхронного привода частота вращения подъемного двигателя в периоды замедления и дотягивания регулируется изменением частоты тока. Для этой цели используют регулируемые тиристорные преобразователи низкой частоты. Частотное регулирование обеспечивает высокую управляемость, экономичность и надежность асинхронного привода. С применением каскадных схем и частотного регулирования возрастает надежность автоматического управления асинхронным, приводом. Источник: https://infopedia.su/10x30c.html
  7. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  8. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  9. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  10. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  11. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  12. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  13. Трактовка понятия
  14. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  15. Трактовка понятия
  16. Мощность разных устройств
  17. Асинхронные механизмы
  18. Значения показателя
  19. Решение примеров
  20. Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образом. Машинист оттормаживает машину, которая под действием опускаемого груза приходит в движение. При этом рукоятка управления по мере возрастания скорости перемещается машинистом в направлении движения машины так, чтобы при достижении синхронной частоты вращения ротор двигателя был замкнут накоротко (крайнее положение рукоятки). После того как частота вращения ротора станет больше синхронной, развиваемый двигателем тормозной момент начнет увеличиваться, а ускорение опускаемого груза уменьшаться. Когда тормозное усилие F (или момент М) двигателя станет равным статическому усилию Fст (или моменту Мст). движущейся подъемной системы, то в соответствии с формулой (169) ускорение а системы станет равным нулю, и она будет двигаться с равномерной скоростью, определяемой ординатой точки С (см. рис. 54). Если бы в ротор двигателя было включено сопротивление реостата, соответствующее, например, характеристике R3, то при том же тормозном моменте двигатель работал бы с чрезмерно большой частотой вращения, определяемой ординатой точки D, что недопустимо. Поэтому в генераторном режиме ротор при синхронной частоте вращения авто­матически замыкается накоротко. Рекуперативное торможение по сравнению с механическим имеет преимущества, так как при нем тормозной момент, развиваемый двигателем, автоматически приспособляется к движущей силе опускающегося груза, что обеспечивает устойчивое значение скорости движения сосудов; не изнашиваются тормозные колодки; энергия опускаемого груза превращается в электрическую и отдается в сеть. Т о р м о ж е н и е п р о т и в о в к л ю ч е н и е м осуществляется перемещением рукоятки управления в направлении, противоположном движению машины. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направлении, противоположном вращению ротора подъемного двигателя, поэтому возникает тормозной по отношению к подъемной системе вращающий момент. В область торможения противовключением попадают устойчивые части механических характеристик при большом сопротивлении реостата в цепи ротора (см. 34). Так как при торможении противовключением только первые две-три ступени реостата обеспечивают устойчивые характеристики двигателя, то регулирование тормозного момента двигателя будет грубым. В связи с грубым регулированием тормозного момента двигателя, необходимостью особой внимательности машиниста при остановке машины, затратой энергии в реостате торможение про­тивовключением не получило широкого распространения. Д и н а м и ч е с к о е т о р м о ж е н и е осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током при замкнутом накоротко или на пусковой реостат роторе. При этом статор образует неподвижное в пространстве магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся роторе переменный ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем статора создает тормозной момент, который можно регулировать изменением величины постоянного тока и сопротивления реостата в цепи ротора. При соединении обмоток статора в звезду постоянный ток подают в две фазы обмоток, а третья свободна. Механические характеристики двигателя при этом торможении (см. рис. 54) по своей форме напоминают характеристики двигательного режима и отличаются от последних тем, что они начинаются в точке, соответствующей неподвижному ротору и величина максимального момента двигателя зависит от изменения постоянного тока в статоре, возрастая при увеличении тока. Если в обмотках статора протекает постоянный ток, равный номинальному переменному току двигателя, то максимальный тормозной момент его будет приблизительно равен номинальному моменту двигателя. Для получения максимального тормозного момента, равного двухкратному номинальному моменту двигателя, необходимо, чтобы величина постоянного тока была примерно в 2 раза больше номинального переменного тока в двигательном режиме. Величина тока в статоре, а следовательно, и тормозной момент ограничиваются допустимым нагревом обмоток. Механические характеристики в режиме динамического торможения (см. рис. 54) имеют такие недостатки: 1) наличие неустойчивой части, на которой работа — двигателя возможна при моменте сопротивления, превышающем максимальный момент двигателя, а также при неправильном управлении во время замедления, когда машинист закорачивает ротор двигателя без выдержки времени; в последнем случае тормозной момент двигателя будет меньше требуемого, а поэтому частота вращения его ротора будет увеличиваться; 2) мягкость характеристик при работе на больших скоростях с большим сопротивлением реостата в цепи ротора. Для устранения этих недостатков необходимо обеспечить увеличение тока возбуждения статора при возрастании тока в роторе, т. е. компенсировать возрастающий магнитный поток ротора. Это производится автоматически в функции частоты вращения ротора. Механические характеристики получаются жесткими и поэтому при изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах. Динамическое торможение дает возможность получить любое устойчивое значение частоты вращения в пределах от 100 % и примерно до 1 % номинальной, что весьма важно при спуске людей и грузов на пониженных скоростях. Асинхронный двигатель применительно к подъемным установкам должен удовлетворять следующим требованиям: кратность максимального момента по отношению к номинальному не менее 2,0 … 2,3; усиленная изоляция обмоток статора и ротора; прочность ротора должна обеспечить возможность увеличения номинальной частоты вращения до 50 %. На подъемных установках применяют асинхронные двигатели серий АК, АКН, ДАФ при напряжении 6 кВ. Применение одиночного асинхронного подъемного двигателя рекомендуется при мощности до 1200 кВт. Это ограничение вызвано затруднениями в изготовлении пускорегулирующей аппаратуры мощных двигателей. При мощности асинхронного привода до 2200 кВт применяют два двигателя, работающие на общий вал подъемной машины. При асинхронном электроприводе затрудняется полная автоматизация работы подъемных. установок из-за мягких характеристик его, когда включены ступени реостата. С развитием силовой полупроводниковой техники совершенствование асинхронного привода идет в направлении применения каскадных схем и частотного регулирования. В системе асинхронно-вентильного каскада (АВК) для плавного регулирования частоты вращения подъемного двигателя в обмотку ротора его вводится противо — з. д. с, согласованная с напряжением ротора по фазе и частоте. Источником противо — э. д. с. является инвертор на тиристорах, который рекуперирует в сеть энергию скольжения ротора при регулировании частоты вращения в двигательном режиме и в режиме динамического торможения. Система АВК обеспечивает плавное регулирование скорости, более экономична по сравнению с релейно-контакторной системой, но имеет более высокую стоимость. При частотном регулировании асинхронного привода частота вращения подъемного двигателя в периоды замедления и дотягивания регулируется изменением частоты тока. Для этой цели используют регулируемые тиристорные преобразователи низкой частоты. Частотное регулирование обеспечивает высокую управляемость, экономичность и надежность асинхронного привода. С применением каскадных схем и частотного регулирования возрастает надежность автоматического управления асинхронным, приводом. Источник: https://infopedia.su/10x30c.html
  21. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  22. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  23. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  24. Трактовка понятия
  25. Мощность разных устройств
  26. Асинхронные механизмы
  27. Значения показателя
  28. Решение примеров
  29. Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образом. Машинист оттормаживает машину, которая под действием опускаемого груза приходит в движение. При этом рукоятка управления по мере возрастания скорости перемещается машинистом в направлении движения машины так, чтобы при достижении синхронной частоты вращения ротор двигателя был замкнут накоротко (крайнее положение рукоятки). После того как частота вращения ротора станет больше синхронной, развиваемый двигателем тормозной момент начнет увеличиваться, а ускорение опускаемого груза уменьшаться. Когда тормозное усилие F (или момент М) двигателя станет равным статическому усилию Fст (или моменту Мст). движущейся подъемной системы, то в соответствии с формулой (169) ускорение а системы станет равным нулю, и она будет двигаться с равномерной скоростью, определяемой ординатой точки С (см. рис. 54). Если бы в ротор двигателя было включено сопротивление реостата, соответствующее, например, характеристике R3, то при том же тормозном моменте двигатель работал бы с чрезмерно большой частотой вращения, определяемой ординатой точки D, что недопустимо. Поэтому в генераторном режиме ротор при синхронной частоте вращения авто­матически замыкается накоротко. Рекуперативное торможение по сравнению с механическим имеет преимущества, так как при нем тормозной момент, развиваемый двигателем, автоматически приспособляется к движущей силе опускающегося груза, что обеспечивает устойчивое значение скорости движения сосудов; не изнашиваются тормозные колодки; энергия опускаемого груза превращается в электрическую и отдается в сеть. Т о р м о ж е н и е п р о т и в о в к л ю ч е н и е м осуществляется перемещением рукоятки управления в направлении, противоположном движению машины. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направлении, противоположном вращению ротора подъемного двигателя, поэтому возникает тормозной по отношению к подъемной системе вращающий момент. В область торможения противовключением попадают устойчивые части механических характеристик при большом сопротивлении реостата в цепи ротора (см. 34). Так как при торможении противовключением только первые две-три ступени реостата обеспечивают устойчивые характеристики двигателя, то регулирование тормозного момента двигателя будет грубым. В связи с грубым регулированием тормозного момента двигателя, необходимостью особой внимательности машиниста при остановке машины, затратой энергии в реостате торможение про­тивовключением не получило широкого распространения. Д и н а м и ч е с к о е т о р м о ж е н и е осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током при замкнутом накоротко или на пусковой реостат роторе. При этом статор образует неподвижное в пространстве магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся роторе переменный ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем статора создает тормозной момент, который можно регулировать изменением величины постоянного тока и сопротивления реостата в цепи ротора. При соединении обмоток статора в звезду постоянный ток подают в две фазы обмоток, а третья свободна. Механические характеристики двигателя при этом торможении (см. рис. 54) по своей форме напоминают характеристики двигательного режима и отличаются от последних тем, что они начинаются в точке, соответствующей неподвижному ротору и величина максимального момента двигателя зависит от изменения постоянного тока в статоре, возрастая при увеличении тока. Если в обмотках статора протекает постоянный ток, равный номинальному переменному току двигателя, то максимальный тормозной момент его будет приблизительно равен номинальному моменту двигателя. Для получения максимального тормозного момента, равного двухкратному номинальному моменту двигателя, необходимо, чтобы величина постоянного тока была примерно в 2 раза больше номинального переменного тока в двигательном режиме. Величина тока в статоре, а следовательно, и тормозной момент ограничиваются допустимым нагревом обмоток. Механические характеристики в режиме динамического торможения (см. рис. 54) имеют такие недостатки: 1) наличие неустойчивой части, на которой работа — двигателя возможна при моменте сопротивления, превышающем максимальный момент двигателя, а также при неправильном управлении во время замедления, когда машинист закорачивает ротор двигателя без выдержки времени; в последнем случае тормозной момент двигателя будет меньше требуемого, а поэтому частота вращения его ротора будет увеличиваться; 2) мягкость характеристик при работе на больших скоростях с большим сопротивлением реостата в цепи ротора. Для устранения этих недостатков необходимо обеспечить увеличение тока возбуждения статора при возрастании тока в роторе, т. е. компенсировать возрастающий магнитный поток ротора. Это производится автоматически в функции частоты вращения ротора. Механические характеристики получаются жесткими и поэтому при изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах. Динамическое торможение дает возможность получить любое устойчивое значение частоты вращения в пределах от 100 % и примерно до 1 % номинальной, что весьма важно при спуске людей и грузов на пониженных скоростях. Асинхронный двигатель применительно к подъемным установкам должен удовлетворять следующим требованиям: кратность максимального момента по отношению к номинальному не менее 2,0 … 2,3; усиленная изоляция обмоток статора и ротора; прочность ротора должна обеспечить возможность увеличения номинальной частоты вращения до 50 %. На подъемных установках применяют асинхронные двигатели серий АК, АКН, ДАФ при напряжении 6 кВ. Применение одиночного асинхронного подъемного двигателя рекомендуется при мощности до 1200 кВт. Это ограничение вызвано затруднениями в изготовлении пускорегулирующей аппаратуры мощных двигателей. При мощности асинхронного привода до 2200 кВт применяют два двигателя, работающие на общий вал подъемной машины. При асинхронном электроприводе затрудняется полная автоматизация работы подъемных. установок из-за мягких характеристик его, когда включены ступени реостата. С развитием силовой полупроводниковой техники совершенствование асинхронного привода идет в направлении применения каскадных схем и частотного регулирования. В системе асинхронно-вентильного каскада (АВК) для плавного регулирования частоты вращения подъемного двигателя в обмотку ротора его вводится противо — з. д. с, согласованная с напряжением ротора по фазе и частоте. Источником противо — э. д. с. является инвертор на тиристорах, который рекуперирует в сеть энергию скольжения ротора при регулировании частоты вращения в двигательном режиме и в режиме динамического торможения. Система АВК обеспечивает плавное регулирование скорости, более экономична по сравнению с релейно-контакторной системой, но имеет более высокую стоимость. При частотном регулировании асинхронного привода частота вращения подъемного двигателя в периоды замедления и дотягивания регулируется изменением частоты тока. Для этой цели используют регулируемые тиристорные преобразователи низкой частоты. Частотное регулирование обеспечивает высокую управляемость, экономичность и надежность асинхронного привода. С применением каскадных схем и частотного регулирования возрастает надежность автоматического управления асинхронным, приводом. Источник: https://infopedia.su/10x30c.html
  30. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  31. Трактовка понятия
  32. Мощность разных устройств
  33. Асинхронные механизмы
  34. Значения показателя
  35. Решение примеров
  36. Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты Трактовка понятия Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где: А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор; А2 — общий цикл работы; η — обозначение КПД. Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы. В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где: Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента; Q2 — теплота, отданная холодильной установке. Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания. Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса. Мощность разных устройств По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности. При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря. Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования: Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%. Асинхронные механизмы Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств: простое изготовление; низкая цена; надёжность; незначительные эксплуатационные затраты. Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%. Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга. Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму. Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора. Значения показателя В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника. На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха. Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери. В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%. Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами: подключение к системе многоцилиндрового агрегата; применение специального топлива; замена некоторых деталей; перенос места сжигания бензина. КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке. Решение примеров Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН. Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04. Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2. Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину: тяжесть — mg; реакция опоры — N; трение — Ftr; тяга — F. Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt. При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ. Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образом. Машинист оттормаживает машину, которая под действием опускаемого груза приходит в движение. При этом рукоятка управления по мере возрастания скорости перемещается машинистом в направлении движения машины так, чтобы при достижении синхронной частоты вращения ротор двигателя был замкнут накоротко (крайнее положение рукоятки). После того как частота вращения ротора станет больше синхронной, развиваемый двигателем тормозной момент начнет увеличиваться, а ускорение опускаемого груза уменьшаться. Когда тормозное усилие F (или момент М) двигателя станет равным статическому усилию Fст (или моменту Мст). движущейся подъемной системы, то в соответствии с формулой (169) ускорение а системы станет равным нулю, и она будет двигаться с равномерной скоростью, определяемой ординатой точки С (см. рис. 54). Если бы в ротор двигателя было включено сопротивление реостата, соответствующее, например, характеристике R3, то при том же тормозном моменте двигатель работал бы с чрезмерно большой частотой вращения, определяемой ординатой точки D, что недопустимо. Поэтому в генераторном режиме ротор при синхронной частоте вращения авто­матически замыкается накоротко. Рекуперативное торможение по сравнению с механическим имеет преимущества, так как при нем тормозной момент, развиваемый двигателем, автоматически приспособляется к движущей силе опускающегося груза, что обеспечивает устойчивое значение скорости движения сосудов; не изнашиваются тормозные колодки; энергия опускаемого груза превращается в электрическую и отдается в сеть. Т о р м о ж е н и е п р о т и в о в к л ю ч е н и е м осуществляется перемещением рукоятки управления в направлении, противоположном движению машины. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направлении, противоположном вращению ротора подъемного двигателя, поэтому возникает тормозной по отношению к подъемной системе вращающий момент. В область торможения противовключением попадают устойчивые части механических характеристик при большом сопротивлении реостата в цепи ротора (см. 34). Так как при торможении противовключением только первые две-три ступени реостата обеспечивают устойчивые характеристики двигателя, то регулирование тормозного момента двигателя будет грубым. В связи с грубым регулированием тормозного момента двигателя, необходимостью особой внимательности машиниста при остановке машины, затратой энергии в реостате торможение про­тивовключением не получило широкого распространения. Д и н а м и ч е с к о е т о р м о ж е н и е осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током при замкнутом накоротко или на пусковой реостат роторе. При этом статор образует неподвижное в пространстве магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся роторе переменный ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем статора создает тормозной момент, который можно регулировать изменением величины постоянного тока и сопротивления реостата в цепи ротора. При соединении обмоток статора в звезду постоянный ток подают в две фазы обмоток, а третья свободна. Механические характеристики двигателя при этом торможении (см. рис. 54) по своей форме напоминают характеристики двигательного режима и отличаются от последних тем, что они начинаются в точке, соответствующей неподвижному ротору и величина максимального момента двигателя зависит от изменения постоянного тока в статоре, возрастая при увеличении тока. Если в обмотках статора протекает постоянный ток, равный номинальному переменному току двигателя, то максимальный тормозной момент его будет приблизительно равен номинальному моменту двигателя. Для получения максимального тормозного момента, равного двухкратному номинальному моменту двигателя, необходимо, чтобы величина постоянного тока была примерно в 2 раза больше номинального переменного тока в двигательном режиме. Величина тока в статоре, а следовательно, и тормозной момент ограничиваются допустимым нагревом обмоток. Механические характеристики в режиме динамического торможения (см. рис. 54) имеют такие недостатки: 1) наличие неустойчивой части, на которой работа — двигателя возможна при моменте сопротивления, превышающем максимальный момент двигателя, а также при неправильном управлении во время замедления, когда машинист закорачивает ротор двигателя без выдержки времени; в последнем случае тормозной момент двигателя будет меньше требуемого, а поэтому частота вращения его ротора будет увеличиваться; 2) мягкость характеристик при работе на больших скоростях с большим сопротивлением реостата в цепи ротора. Для устранения этих недостатков необходимо обеспечить увеличение тока возбуждения статора при возрастании тока в роторе, т. е. компенсировать возрастающий магнитный поток ротора. Это производится автоматически в функции частоты вращения ротора. Механические характеристики получаются жесткими и поэтому при изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах. Динамическое торможение дает возможность получить любое устойчивое значение частоты вращения в пределах от 100 % и примерно до 1 % номинальной, что весьма важно при спуске людей и грузов на пониженных скоростях. Асинхронный двигатель применительно к подъемным установкам должен удовлетворять следующим требованиям: кратность максимального момента по отношению к номинальному не менее 2,0 … 2,3; усиленная изоляция обмоток статора и ротора; прочность ротора должна обеспечить возможность увеличения номинальной частоты вращения до 50 %. На подъемных установках применяют асинхронные двигатели серий АК, АКН, ДАФ при напряжении 6 кВ. Применение одиночного асинхронного подъемного двигателя рекомендуется при мощности до 1200 кВт. Это ограничение вызвано затруднениями в изготовлении пускорегулирующей аппаратуры мощных двигателей. При мощности асинхронного привода до 2200 кВт применяют два двигателя, работающие на общий вал подъемной машины. При асинхронном электроприводе затрудняется полная автоматизация работы подъемных. установок из-за мягких характеристик его, когда включены ступени реостата. С развитием силовой полупроводниковой техники совершенствование асинхронного привода идет в направлении применения каскадных схем и частотного регулирования. В системе асинхронно-вентильного каскада (АВК) для плавного регулирования частоты вращения подъемного двигателя в обмотку ротора его вводится противо — з. д. с, согласованная с напряжением ротора по фазе и частоте. Источником противо — э. д. с. является инвертор на тиристорах, который рекуперирует в сеть энергию скольжения ротора при регулировании частоты вращения в двигательном режиме и в режиме динамического торможения. Система АВК обеспечивает плавное регулирование скорости, более экономична по сравнению с релейно-контакторной системой, но имеет более высокую стоимость. При частотном регулировании асинхронного привода частота вращения подъемного двигателя в периоды замедления и дотягивания регулируется изменением частоты тока. Для этой цели используют регулируемые тиристорные преобразователи низкой частоты. Частотное регулирование обеспечивает высокую управляемость, экономичность и надежность асинхронного привода. С применением каскадных схем и частотного регулирования возрастает надежность автоматического управления асинхронным, приводом. Источник: https://infopedia.su/10x30c.html
  37. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  38. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины
  39. Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты
  40. Трактовка понятия
  41. Мощность разных устройств
  42. Асинхронные механизмы
  43. Значения показателя
  44. Решение примеров
  45. Коэффициент полезного действия Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/ Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза (165) Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза (166) К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети) (167) К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е. ηмаш = kηв (168) Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок Асинхронный электропривод На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение. Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя. При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых). Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис. 53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис. 54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'. Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться. Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4. В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82): (169) При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя. Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54). Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления. Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной. Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике). После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А). Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах. Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени. При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя. Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины. В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения. В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна. Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение. Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину. Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е. становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %. В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом. При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко. Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образом. Машинист оттормаживает машину, которая под действием опускаемого груза приходит в движение. При этом рукоятка управления по мере возрастания скорости перемещается машинистом в направлении движения машины так, чтобы при достижении синхронной частоты вращения ротор двигателя был замкнут накоротко (крайнее положение рукоятки). После того как частота вращения ротора станет больше синхронной, развиваемый двигателем тормозной момент начнет увеличиваться, а ускорение опускаемого груза уменьшаться. Когда тормозное усилие F (или момент М) двигателя станет равным статическому усилию Fст (или моменту Мст). движущейся подъемной системы, то в соответствии с формулой (169) ускорение а системы станет равным нулю, и она будет двигаться с равномерной скоростью, определяемой ординатой точки С (см. рис. 54). Если бы в ротор двигателя было включено сопротивление реостата, соответствующее, например, характеристике R3, то при том же тормозном моменте двигатель работал бы с чрезмерно большой частотой вращения, определяемой ординатой точки D, что недопустимо. Поэтому в генераторном режиме ротор при синхронной частоте вращения авто­матически замыкается накоротко. Рекуперативное торможение по сравнению с механическим имеет преимущества, так как при нем тормозной момент, развиваемый двигателем, автоматически приспособляется к движущей силе опускающегося груза, что обеспечивает устойчивое значение скорости движения сосудов; не изнашиваются тормозные колодки; энергия опускаемого груза превращается в электрическую и отдается в сеть. Т о р м о ж е н и е п р о т и в о в к л ю ч е н и е м осуществляется перемещением рукоятки управления в направлении, противоположном движению машины. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направлении, противоположном вращению ротора подъемного двигателя, поэтому возникает тормозной по отношению к подъемной системе вращающий момент. В область торможения противовключением попадают устойчивые части механических характеристик при большом сопротивлении реостата в цепи ротора (см. 34). Так как при торможении противовключением только первые две-три ступени реостата обеспечивают устойчивые характеристики двигателя, то регулирование тормозного момента двигателя будет грубым. В связи с грубым регулированием тормозного момента двигателя, необходимостью особой внимательности машиниста при остановке машины, затратой энергии в реостате торможение про­тивовключением не получило широкого распространения. Д и н а м и ч е с к о е т о р м о ж е н и е осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током при замкнутом накоротко или на пусковой реостат роторе. При этом статор образует неподвижное в пространстве магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся роторе переменный ток. Взаимодействие этого тока с магнитным полем статора создает тормозной момент, который можно регулировать изменением величины постоянного тока и сопротивления реостата в цепи ротора. При соединении обмоток статора в звезду постоянный ток подают в две фазы обмоток, а третья свободна. Механические характеристики двигателя при этом торможении (см. рис. 54) по своей форме напоминают характеристики двигательного режима и отличаются от последних тем, что они начинаются в точке, соответствующей неподвижному ротору и величина максимального момента двигателя зависит от изменения постоянного тока в статоре, возрастая при увеличении тока. Если в обмотках статора протекает постоянный ток, равный номинальному переменному току двигателя, то максимальный тормозной момент его будет приблизительно равен номинальному моменту двигателя. Для получения максимального тормозного момента, равного двухкратному номинальному моменту двигателя, необходимо, чтобы величина постоянного тока была примерно в 2 раза больше номинального переменного тока в двигательном режиме. Величина тока в статоре, а следовательно, и тормозной момент ограничиваются допустимым нагревом обмоток. Механические характеристики в режиме динамического торможения (см. рис. 54) имеют такие недостатки: 1) наличие неустойчивой части, на которой работа — двигателя возможна при моменте сопротивления, превышающем максимальный момент двигателя, а также при неправильном управлении во время замедления, когда машинист закорачивает ротор двигателя без выдержки времени; в последнем случае тормозной момент двигателя будет меньше требуемого, а поэтому частота вращения его ротора будет увеличиваться; 2) мягкость характеристик при работе на больших скоростях с большим сопротивлением реостата в цепи ротора. Для устранения этих недостатков необходимо обеспечить увеличение тока возбуждения статора при возрастании тока в роторе, т. е. компенсировать возрастающий магнитный поток ротора. Это производится автоматически в функции частоты вращения ротора. Механические характеристики получаются жесткими и поэтому при изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах. Динамическое торможение дает возможность получить любое устойчивое значение частоты вращения в пределах от 100 % и примерно до 1 % номинальной, что весьма важно при спуске людей и грузов на пониженных скоростях. Асинхронный двигатель применительно к подъемным установкам должен удовлетворять следующим требованиям: кратность максимального момента по отношению к номинальному не менее 2,0 … 2,3; усиленная изоляция обмоток статора и ротора; прочность ротора должна обеспечить возможность увеличения номинальной частоты вращения до 50 %. На подъемных установках применяют асинхронные двигатели серий АК, АКН, ДАФ при напряжении 6 кВ. Применение одиночного асинхронного подъемного двигателя рекомендуется при мощности до 1200 кВт. Это ограничение вызвано затруднениями в изготовлении пускорегулирующей аппаратуры мощных двигателей. При мощности асинхронного привода до 2200 кВт применяют два двигателя, работающие на общий вал подъемной машины. При асинхронном электроприводе затрудняется полная автоматизация работы подъемных. установок из-за мягких характеристик его, когда включены ступени реостата. С развитием силовой полупроводниковой техники совершенствование асинхронного привода идет в направлении применения каскадных схем и частотного регулирования. В системе асинхронно-вентильного каскада (АВК) для плавного регулирования частоты вращения подъемного двигателя в обмотку ротора его вводится противо — з. д. с, согласованная с напряжением ротора по фазе и частоте. Источником противо — э. д. с. является инвертор на тиристорах, который рекуперирует в сеть энергию скольжения ротора при регулировании частоты вращения в двигательном режиме и в режиме динамического торможения. Система АВК обеспечивает плавное регулирование скорости, более экономична по сравнению с релейно-контакторной системой, но имеет более высокую стоимость. При частотном регулировании асинхронного привода частота вращения подъемного двигателя в периоды замедления и дотягивания регулируется изменением частоты тока. Для этой цели используют регулируемые тиристорные преобразователи низкой частоты. Частотное регулирование обеспечивает высокую управляемость, экономичность и надежность асинхронного привода. С применением каскадных схем и частотного регулирования возрастает надежность автоматического управления асинхронным, приводом. Источник: https://infopedia.su/10x30c.html
  46. Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

  • А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
  • А2 — общий цикл работы;
  • η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

  • Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
  • Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%.

Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга.

Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха.

Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери.

В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • применение специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04.

Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2.

Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

  • тяжесть — mg;
  • реакция опоры — N;
  • трение — Ftr;
  • тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html

Коэффициент полезного действия

Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза

(165)

Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза

(166)

К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети)

(167)

К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е.

ηмаш = kηв (168)

Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок

Асинхронный электропривод

На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение.

Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя.

При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых).

Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина

Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис.

53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис.

54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'.

Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться.

Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4.

В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82):

(169)

При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя.

Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54).

Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления.

Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной.

Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем

Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике).

После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А).

Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах.

Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени.

При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя.

Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины.

В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения.

В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна.

Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение.

Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину.

Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е.

становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %.

В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом.

При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко.

Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Трактовка понятия

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Трактовка понятия

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

  • А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
  • А2 — общий цикл работы;
  • η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

  • Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
  • Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%.

Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга.

Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха.

Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери.

В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • применение специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04.

Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2.

Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

  • тяжесть — mg;
  • реакция опоры — N;
  • трение — Ftr;
  • тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html

Коэффициент полезного действия

Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза

(165)

Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза

(166)

К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети)

(167)

К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е.

ηмаш = kηв (168)

Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок

Асинхронный электропривод

На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение.

Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя.

При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых).

Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина

Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис.

53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис.

54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'.

Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться.

Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4.

В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82):

(169)

При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя.

Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54).

Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления.

Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной.

Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем

Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике).

После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А).

Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах.

Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени.

При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя.

Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины.

В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения.

В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна.

Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение.

Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину.

Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е.

становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %.

В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом.

При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко.

Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Трактовка понятия

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

  • А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
  • А2 — общий цикл работы;
  • η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

  • Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
  • Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%.

Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга.

Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха.

Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери.

В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • применение специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04.

Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2.

Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

  • тяжесть — mg;
  • реакция опоры — N;
  • трение — Ftr;
  • тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html

Коэффициент полезного действия

Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Трактовка понятия

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

  • А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
  • А2 — общий цикл работы;
  • η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

  • Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
  • Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%.

Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга.

Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха.

Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери.

В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • применение специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04.

Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2.

Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

  • тяжесть — mg;
  • реакция опоры — N;
  • трение — Ftr;
  • тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html

Коэффициент полезного действия

Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза

(165)

Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза

(166)

К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети)

(167)

К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е.

ηмаш = kηв (168)

Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок

Асинхронный электропривод

На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение.

Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя.

При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых).

Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина

Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис.

53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис.

54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'.

Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться.

Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4.

В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82):

(169)

При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя.

Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54).

Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления.

Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной.

Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем

Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике).

После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А).

Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах.

Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени.

При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя.

Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины.

В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения.

В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна.

Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение.

Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину.

Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е.

становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %.

В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом.

При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко.

Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образ

Коэффициент полезного действия (КПД) — формулы и расчеты

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Трактовка понятия

Электродвигатель и другие механизмы выполняют определённую работу, которая называется полезной. Устройство, функционируя, частично растрачивает энергию. Для определения эффективности работы применяется формула ɳ= А1/А2×100%, где:

  • А1 — полезная работу, которую выполняет машина либо мотор;
  • А2 — общий цикл работы;
  • η — обозначение КПД.

Показатель измеряется в процентах. Для нахождения коэффициента в математике используется следующая формула: η= А/Q, где А — энергия либо полезная работа, а Q — затраченная энергия. Чтобы выразить значение в процентах, КПД умножается на 100%. Действие не несёт содержательного смысла, так как 100% = 1. Для источника тока КПД меньше единицы.

В старших классах ученики решают задачи, в которых нужно найти КПД тепловых двигателей. Понятие трактуется следующим образом: отношение выполненной работы силового агрегата к энергии, полученной от нагревателя. Расчет производится по следующей формуле: η= (Q1-Q2)/Q1, где:

  • Q1 — теплота, полученная от нагревательного элемента;
  • Q2 — теплота, отданная холодильной установке.

Максимальное значение показателя характерно для циклической машины. Она оперирует при заданных температурах нагревательного элемента (Т1) и холодильника (Т2). Измерение осуществляется по формуле: η= (Т1-Т2)/Т1. Чтобы узнать КПД котла, который функционирует на органическом топливе, используется низшая теплота сгорания.

Плюс теплового насоса как нагревательного прибора заключается в возможности получать больше энергии, чем он может затратить на функционирование. Показатель трансформации вычисляется путём деления тепла конденсации на работу, затрачиваемую на выполнение данного процесса.

Мощность разных устройств

По статистике, во время работы прибора теряется до 25% энергии. При функционировании двигателя внутреннего сгорания топливо сгорает частично. Небольшой процент вылетает в выхлопную трубу. При запуске бензиновый мотор греет себя и составные элементы. На потерю уходит до 35% от общей мощности.

При движении механизмов происходит трение. Для его ослабления используется смазка. Но она неспособна полностью устранить явление, поэтому затрачивается до 20% энергии. Пример на автомобиле: если расход составляет 10 литров топлива на 100 км, на движение потребуется 2 л, а остаток, равный 8 л — потеря.

Если сравнивать КПД бензинового и дизельного моторов, полезная мощность первого механизма равна 25%, а второго — 40%. Агрегаты схожи между собой, но у них разные виды смесеобразования:

  1. Поршни бензинового мотора функционируют на высоких температурах, поэтому нуждаются в хорошем охлаждении. Тепло, которое могло бы перейти в механическую энергию, тратится впустую, что способствует снижению КПД.
  2. В цепи дизельного устройства топливо воспламеняется в процессе сжатия. На основе данного фактора можно сделать вывод, что давление в цилиндрах высокое, при этом мотор экологичнее и меньше первого аналога. Если проверить КПД при низком функционировании и большом объёме, результат превысит 50%.

Асинхронные механизмы

Расшифровка термина «асинхронность» — несовпадение по времени. Понятие используется во многих современных машинах, которые являются электрическими и способны преобразовывать соответствующую энергию в механическую. Плюсы устройств:

  • простое изготовление;
  • низкая цена;
  • надёжность;
  • незначительные эксплуатационные затраты.

Чтобы рассчитать КПД, используется уравнение η = P2 / P1. Для расчёта Р1 и Р2 применяются общие данные потери энергии в обмотках мотора. У большинства агрегатов показатель находится в пределах 80−90%.

Для быстрого расчёта используется онлайн-ресурс либо личный калькулятор. Для проверки возможного КПД у мотора внешнего сгорания, который функционирует от разных источников тепла, используется силовой агрегат Стирлинга.

Он представлен в виде тепловой машины с рабочим телом в виде жидкости либо газа. Вещество движется по замкнутому объёму.

Принцип его функционирования основан на постепенном нагреве и охлаждении объекта за счёт извлечения энергии из давления. Подобный механизм применяется на косметическом аппарате и современной подводной лодке. Его работоспособность наблюдается при любой температуре. Он не нуждается в дополнительной системе для запуска. Его КПД возможно расширить до 70%, в отличие от стандартного мотора.

Значения показателя

В 1824 году инженер Карно дал определение КПД идеального двигателя, когда коэффициент равен 100%. Для трактовки понятия была создана специальная машина со следующей формулой: η=(T1 — Т2)/ T1. Для расчёта максимального показателя применяется уравнение КПД макс = (T1-T2)/T1x100%. В двух примерах T1 указывает на температуру нагревателя, а T2 — температуру холодильника.

На практике для достижения 100% коэффициента потребуется приравнять температуру охладителя к нулю. Подобное явление невозможно, так как T1 выше температуры воздуха.

Процедура повышения КПД источника тока либо силового агрегата считается важной технической задачей. Теоретически проблема решается путём снижения трения элементов двигателя и уменьшения теплопотери.

В дизельном моторе подобное достигается турбонаддувом. В таком случае КПД возрастает до 50%.

Мощность стандартного двигателя увеличивается следующими способами:

  • подключение к системе многоцилиндрового агрегата;
  • применение специального топлива;
  • замена некоторых деталей;
  • перенос места сжигания бензина.

КПД зависит от типа и конструкции мотора. Современные учёные утверждают, что будущее за электродвигателями. На практике работа, которую совершает любое устройство, превышает полезную, так как определённая её часть выполняется против трения. Если используется подвижный блок, совершается дополнительная работа: поднимается блок с верёвкой, преодолеваются силы трения в блоке.

Решение примеров

Задача 1. Поезд на скорости 54 км/ч развивает мощность 720 кВт. Нужно вычислить силу тяги силовых агрегатов. Решение: чтобы найти мощность, используется формула N=F x v. Если перевести скорость в единицу СИ, получится 15 м/с. Подставив данные в уравнение, определяется, что F равно 48 kН.

Задача 2. Масса транспортного средства соответствует 2200 кг. Машина, поднимаясь в гору под уклоном в 0,018, проходит расстояние 100 м. Скорость развивается до 32,4 км/ч, а коэффициент трения соответствует 0,04.

Нужно определить среднюю мощность авто при движении. Решение: вычисляется средняя скорость — v/2.

Чтобы определить силу тяги мотора, выполняется рисунок, на котором отображаются силы, воздействующие на машину:

  • тяжесть — mg;
  • реакция опоры — N;
  • трение — Ftr;
  • тяга — F.

Первая величина вычисляется по второму закону Ньютона: mg+N+Ftr+F=ma. Для ускорения используется уравнение a=v2/2S. Если подставить последние значение и воспользоваться cos, получится средняя мощность. Так как ускорение считается постоянной величиной и равно 9,8 м/с2, поэтому v= 9 м/с. Подставив данные в первую формулу, получится: N= 9,5 kBt.

При решении сложных задач по физике рекомендуется проверить соответствие предоставленных в условиях единиц измерения с международными стандартами. Если они отличаются, необходимости перевести данные с учётом СИ.

Источник: https://nauka.club/fizika/koeffitsient-poleznogo-deystviya.html

Коэффициент полезного действия

Источник: https://remont220.ru/osnovy-elektrotehniki/976-kpd-fizicheskiy-smysl-velichiny-kak-ee-vychislyat/

Коэффициент полезного действия подъемной установки и машины

Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства
Каков коэффициент полезного действия подъемного устройства

Полезная мощность (кВт) для подъема 1 т груза

(165)

Полезный расход энергии (кВт ч) за одну подъемную операцию в течении Т (с) на подъем 1 т груза

(166)

К. п. д. подъемной установки (без учета потерь в электросети)

(167)

К .п. д. подъемной машины будет больше к. п. д. установки, так как при этом не учитываются сопротивления в стволе, направляющих шкивах, и жесткость каната, т.е.

ηмаш = kηв (168)

Электропривод. Аппаратура управления и защиты подъёмных установок

Асинхронный электропривод

На рис. 53 показана принципиальная схема электропривода с асинхронным двигателем, на рис. 54 — диаграмма его механических характеристик — зависимости между вращающим моментом и частотой вращения. Диаграмма имеет четыре области: двигательный режим, генераторный режим (рекуперативное торможение), торможение противовключением, динамическое торможение.

Если нагрузка на двигатель больше развиваемого им максимального момента, рабочая точка А (см. рис. 54) переходит на неустойчивую ветвь характеристики, показанную штрихпунктиром; и двигатель останавливается. На неустойчивой части характеристики работать нельзя.

При выключенном реостате (ротор замкнут накоротко) частота вращения асинхронного двигателя практически не зависит от нагрузки (жесткая характеристика в виде пологой кривой — естественная характеристика двигателя). При включении реостата зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки возрастает (мягкие характеристики в виде крутых кривых).

Рис. 53 — Принципиальная схема электропривода с асинхронным подъемным двигателем: ВМ — масляный выключатель; Р — реверсор; РУ — рукоятка управления; М — подъемный асинхронный двигатель; R — реостат в цепи ротора для регулирования частоты вращения двигателя; ПМ — подъемная машина

Д в и г а т е л ь н ы й р е ж и м. Предположим, что в период пуска двигатель должен развивать вращающий момент М1. При металлическом реостате вращающий момент будет колебаться в заранее выбранных пределах М1″ < М1< М1', причем разность предельных значений М1' и М1" определяет число ступеней реостата. В среднем положении рукоятки управления РУ (cм. рис.

53) двигатель отключен от сети и в цепь ротора полностью включено сопротивление реостата. В начале подъемной операции машинист выводит рукоятку управления из среднего положения, передвигая ее в определенном направлении; при этом в цепь ротора должно быть включено такое сопротивление R3 (см. рис.

54) реостата, которое способствовало бы получению вращающего момента М1'.

Так как М1'>М1, то двигатель, начиная вращение с частотой n1, постепенно ее увеличивает. При этом вращающий момент будет уменьшаться.

Это уменьшение следует допустить до М1″, что соответствует частоте вращения двигателя n2, после чего необходимо выключить ступень реостата так, чтобы при этой же частоте вращающий момент увеличился от М1″ до М1'. Это достигается при сопротивлении реостата R4.

В связи с изменением вращающего момента, развиваемого двигателем, ускорение a подъемной системы будет переменным и при органах навивки постоянного радиуса на основании выражения (82):

(169)

При преждевременном выключении ступени реостата вращающий момент становится больше М1' и поэтому увеличивается ускорение. Изменяя скорость перемещения рукоятки управления, можно уменьшать или увеличивать продолжительность ускоренного движения. При быстром перемещении рукоятки можно получить недопустимо большое ускорение и, следовательно, перегрузку двигателя.

Если при достижении вращающего момента М1″ не выключить очередную ступень, т. е. не перейти на сопротивление реостата R4, то он будет уменьшаться до тех пор, пока не сравняется со статическим моментом сопротивления (точка В на рис. 54).

Затем вращающий момент двигателя будет следовать за всеми изменениями статического момента сопротивления.

Это невыгодно из-за непроизводительной затраты энергии в реостате, тем большей, чем больше сопротивление реостата и продолжительность работы с ним; продолжительность подъемной операции увеличится по сравнению с расчетной, так как частота вращения двигателя меньше номинальной.

Рис. 54 — Диаграмма механических характеристик электропривода c асинхронным двигателем

Поэтому, когда с увеличением частоты вращения момент снова достигнет значения М1″, выводят следующую ступень и работают при сопротивлении реостата R5. Эти переключения выполняют до тех пор, пока все сопротивление реостата будет выведено из цепи ротора (двигатель работает на самой пологой — естественной характеристике).

После выключения всех ступеней реостата вращающий момент двигателя уменьшается до совпадения со статическим моментом сопротивления системы и следует за всеми изменениями его (точка А).

Диаграмма скорости подъема в период ускоренного движения выполняется путем вывода в определенные моменты времени из цепи ротора ступеней реостата. Машинист в этот период наблюдает за показанием, амперметра (ток в цепи статора пропорционален вращающему моменту двигателя), стремясь удержать колебание тока в заданных пределах.

Управление двигателем в период ускоренного движения может быть автоматизировано. Ступени реостата последовательно автоматически шунтируются, причем продолжительность работы на каждой ступени обеспечивается соответствующей настройкой реле времени.

При равномерном движении с максимальной расчетной скоростью движения сосудов все ступени реостата выключены, чему соответствует естественная характеристика двигателя.

Если при равномерном движении необходима скорость, меньшая максимальной расчетной, реостат к концу периода ускоренного движе­ния полностью не выключается, причем для поддержания постоянного ее значения при изменяющемся статическом моменте (неуравновешенная подъемная система) приходится переходить на новую характеристику двигателя, обеспечивающую движение с заданной скоростью. Особые трудности в управлении возникают при малых нагрузках, когда для получения скоростей движения, меньших максимальной, приходится работать на характеристиках, при которых малейшее изменение статического момента вызывает значительные изменения частоты вращения двигателя. В этом случае для получения устойчивой скорости движения подъемный двигатель необходимо нагружать, применяя механическое тормо­жение подъемной машины.

В период замедленного движения требуется особенно точное соблюдение заданного скоростного режима. Нарушение его ведет к преждевременной остановке, или переподъему. В этот период движения момент сопротивления (усилие) имеет небольшие положительные или отрицательные значения.

В первом случае точное соблюдение расчетного режима движения затруднительно, так как двигатель работает при включенном реостате, а нагрузка на него переменна.

Кроме того, если при подъеме расчетного груза в период замедления имеют место положительные усилия (двигательный режим), то при меньшей нагрузке могут возникнуть отрицательные усилия, и для соблюдения того же скоростного режима необходимо применять торможение.

Поэтому машинисту подъема в зависимости от нагрузки приходится использовать то один, то другой способ управления, что является серьезным недостатком данной подъемной системы. При отрицательном моменте сопротивления (усилии) системы в период замедленного движения работают с применением механического или электрического торможения. Здесь также имеются трудности в управлении, связанные с переменной нагрузкой на машину.

Г е н е р а т о р н ы й р е ж и м (рекуперативное торможение) основан на том, что асинхронный двигатель при частоте вращения ротора выше синхронной становится генератором, отдающим энергию в электрическую сеть. Если в двигательном режиме вращающий момент совпадает с направлением движения, то в генераторном режиме он направлен против движения, т. е.

становится тормозным моментом. Рекуперативное торможение можно применять в случае, когда опускающийся подъемный сосуд нагружен больше, чем поднимающийся, и при частоте вращения двигателя выше синхронной; при этом максимальная скорость подъема превышает расчетную на 3 — 5 %.

В начале замедленного движения двигатель отключается от сети и машину останавливают механическим тормозом.

При работе асинхронного двигателя в генераторном режиме (см. рис. 54) тормозной момент двигателя возрастает с увеличением частоты вращения ротора. Введение сопротивления реостата в цепь ротора вызывает чрезмерное увеличение скорости спуска груза; во избежание этого ротор в генераторном режиме замыкается накоротко.

Практически рекуперативное торможение осуществляется следующим образом. Машинист оттормаживает машину, которая под действием опускаемого груза приходит в движение.

При этом рукоятка управления по мере возрастания скорости перемещается машинистом в направлении движения машины так, чтобы при достижении синхронной частоты вращения ротор двигателя был замкнут накоротко (крайнее положение рукоятки).

После того как частота вращения ротора станет больше синхронной, развиваемый двигателем тормозной момент начнет увеличиваться, а ускорение опускаемого груза уменьшаться. Когда тормозное усилие F (или момент М) двигателя станет равным статическому усилию Fст (или моменту Мст).

движущейся подъемной системы, то в соответствии с формулой (169) ускорение а системы станет равным нулю, и она будет двигаться с равномерной скоростью, определяемой ординатой точки С (см. рис. 54).

Если бы в ротор двигателя было включено сопротивление реостата, соответствующее, например, характеристике R3, то при том же тормозном моменте двигатель работал бы с чрезмерно большой частотой вращения, определяемой ординатой точки D, что недопустимо. Поэтому в генераторном режиме ротор при синхронной частоте вращения авто­матически замыкается накоротко.

Рекуперативное торможение по сравнению с механическим имеет преимущества, так как при нем тормозной момент, развиваемый двигателем, автоматически приспособляется к движущей силе опускающегося груза, что обеспечивает устойчивое значение скорости движения сосудов; не изнашиваются тормозные колодки; энергия опускаемого груза превращается в электрическую и отдается в сеть.

Т о р м о ж е н и е п р о т и в о в к л ю ч е н и е м осуществляется перемещением рукоятки управления в направлении, противоположном движению машины. При этом магнитное поле статора будет вращаться в направлении, противоположном вращению ротора подъемного двигателя, поэтому возникает тормозной по отношению к подъемной системе вращающий момент.

В область торможения противовключением попадают устойчивые части механических характеристик при большом сопротивлении реостата в цепи ротора (см. 34).

Так как при торможении противовключением только первые две-три ступени реостата обеспечивают устойчивые характеристики двигателя, то регулирование тормозного момента двигателя будет грубым.

В связи с грубым регулированием тормозного момента двигателя, необходимостью особой внимательности машиниста при остановке машины, затратой энергии в реостате торможение про­тивовключением не получило широкого распространения.

Д и н а м и ч е с к о е т о р м о ж е н и е осуществляется отключением статора от сети переменного тока и питанием его постоянным током при замкнутом накоротко или на пусковой реостат роторе.

При этом статор образует неподвижное в пространстве магнитное поле, которое индуктирует во вращающемся роторе переменный ток.

Взаимодействие этого тока с магнитным полем статора создает тормозной момент, который можно регулировать изменением величины постоянного тока и сопротивления реостата в цепи ротора.

При соединении обмоток статора в звезду постоянный ток подают в две фазы обмоток, а третья свободна.

Механические характеристики двигателя при этом торможении (см. рис.

54) по своей форме напоминают характеристики двигательного режима и отличаются от последних тем, что они начинаются в точке, соответствующей неподвижному ротору и величина максимального момента двигателя зависит от изменения постоянного тока в статоре, возрастая при увеличении тока.

Если в обмотках статора протекает постоянный ток, равный номинальному переменному току двигателя, то максимальный тормозной момент его будет приблизительно равен номинальному моменту двигателя.

Для получения максимального тормозного момента, равного двухкратному номинальному моменту двигателя, необходимо, чтобы величина постоянного тока была примерно в 2 раза больше номинального переменного тока в двигательном режиме. Величина тока в статоре, а следовательно, и тормозной момент ограничиваются допустимым нагревом обмоток.

Механические характеристики в режиме динамического торможения (см. рис.

54) имеют такие недостатки: 1) наличие неустойчивой части, на которой работа — двигателя возможна при моменте сопротивления, превышающем максимальный момент двигателя, а также при неправильном управлении во время замедления, когда машинист закорачивает ротор двигателя без выдержки времени; в последнем случае тормозной момент двигателя будет меньше требуемого, а поэтому частота вращения его ротора будет увеличиваться; 2) мягкость характеристик при работе на больших скоростях с большим сопротивлением реостата в цепи ротора.

Для устранения этих недостатков необходимо обеспечить увеличение тока возбуждения статора при возрастании тока в роторе, т. е. компенсировать возрастающий магнитный поток ротора. Это производится автоматически в функции частоты вращения ротора. Механические характеристики получаются жесткими и поэтому при изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяется в небольших пределах.

Динамическое торможение дает возможность получить любое устойчивое значение частоты вращения в пределах от 100 % и примерно до 1 % номинальной, что весьма важно при спуске людей и грузов на пониженных скоростях.

Асинхронный двигатель применительно к подъемным установкам должен удовлетворять следующим требованиям: кратность максимального момента по отношению к номинальному не менее 2,0 … 2,3; усиленная изоляция обмоток статора и ротора; прочность ротора должна обеспечить возможность увеличения номинальной частоты вращения до 50 %.

На подъемных установках применяют асинхронные двигатели серий АК, АКН, ДАФ при напряжении 6 кВ.

Применение одиночного асинхронного подъемного двигателя рекомендуется при мощности до 1200 кВт. Это ограничение вызвано затруднениями в изготовлении пускорегулирующей аппаратуры мощных двигателей. При мощности асинхронного привода до 2200 кВт применяют два двигателя, работающие на общий вал подъемной машины.

При асинхронном электроприводе затрудняется полная автоматизация работы подъемных. установок из-за мягких характеристик его, когда включены ступени реостата.

С развитием силовой полупроводниковой техники совершенствование асинхронного привода идет в направлении применения каскадных схем и частотного регулирования.

В системе асинхронно-вентильного каскада (АВК) для плавного регулирования частоты вращения подъемного двигателя в обмотку ротора его вводится противо — з. д.

с, согласованная с напряжением ротора по фазе и частоте. Источником противо — э. д. с.

является инвертор на тиристорах, который рекуперирует в сеть энергию скольжения ротора при регулировании частоты вращения в двигательном режиме и в режиме динамического торможения.

Система АВК обеспечивает плавное регулирование скорости, более экономична по сравнению с релейно-контакторной системой, но имеет более высокую стоимость.

При частотном регулировании асинхронного привода частота вращения подъемного двигателя в периоды замедления и дотягивания регулируется изменением частоты тока. Для этой цели используют регулируемые тиристорные преобразователи низкой частоты.

Частотное регулирование обеспечивает высокую управляемость, экономичность и надежность асинхронного привода.

С применением каскадных схем и частотного регулирования возрастает надежность автоматического управления асинхронным, приводом.



Источник: https://infopedia.su/10x30c.html

Biz-books
Добавить комментарий