Коэффициент полезного действия двигателя равен 20

КПД двигателя равен отношению полезной (механической) мощности Р₂ к затраченной (электрической) Р₁:

Здесь Р₂ в кВт; М – вращающий момент двигателя, Нм; n – частота вращения, об/мин.

.

Зависимости называютсярабочими характеристиками двигателя. Графически они представлены на рис. 2.4.

Рис. 2.3. Кривая зависимости n=f(I_я) при М=const, U=const

Рис. 2.4. Рабочие характеристики двигателя

Методика проведения лабораторной работы (лаборатория № 221)

Ознакомиться на демонстрационном стенде «Машины постоянного тока» с устройством электродвигателя, а на лабораторном стенде – с приборами, аппаратами и подлежащим испытанию электродвигателем. Записать в отчёт о лабораторной работе технические паспортные данные двигателя.

На рабочей панели стенда «Двигатели постоянного тока» в соответствии с принципиальной схемой (см. рис. 2.5) собрать электрическую цепь для снятия характеристик электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Монтаж электрической цепи производить согласно монтажной схеме, указанной на рис. 2.6. В качестве нагрузки на валу испытуемого электродвигателя используется электромагнитный тормоз, тормозной момент которого изменяется при изменении тока в его обмотках возбуждения с помощью регулируемого источника постоянного напряжения. Управление тормозом производится рукояткой «Момент нагрузки электродвигателей», расположенной на панели «Нагрузочные устройства».

Изменение момента на валу и частоты вращения якоря электродвигателя производить измерительными приборами (агрегат 2), расположенными на приборной панели.

Перед пуском исследуемого электродвигателя необходимо убедиться в том, что:

а) сопротивление пускового реостата полностью введено (ручка пускового реостата находится в крайнем левом положении – цепь якоря двигателя разомкнута;

б) сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения электродвигателя полностью выведено (ручка реостата «Регулировка возбуждения» находится в крайнем правом положении);

в) напряжение, подводимое к цепи обмотки возбуждения электромагнитного тормоза, равно нулю (ручка «Момент нагрузки электродвигателя» находится в крайнем левом положении);

Рис. 2.5. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки

г) значение питающего напряжения электродвигателя установлено равным номинальному его значению U_ном=220 В. Установка питающего напряжения производится кнопками «» и «» панели «Нагрузочные устройства» при предварительно нажатой кнопки «Вкл» на панели «Машины постоянного тока»;

д) нажатием кнопки «Агрегат № 2» на панели «Нагрузочные устройства» включено напряжение питания электрической цепи измерения момента и частоты вращения якоря электродвигателя.

Произвести пуск электродвигателя плавным переключением пускового реостата из положения «1» в положение «7» с выдержкой времени в каждом промежуточном положении в течение 1 – 1,5 с. После окончания процесса пуска, когда частота вращения якоря двигателя принимает установившееся значение, пусковой реостат полностью должен быть выведен (рукоятка пускового реостата должна быть в крайнем правом положении – положение «7»).

а) осуществить нагрузку электродвигателя с помощью электромагнитного тормоза; изменение момента электромагнитного тормоза должно производиться плавно; в начале опыта устанавливается ток возбуждения, при котором при номинальном питающем напряжении и токе, потребляемом двигателем, частота вращения якоря равна номинальной; это значение тока возбуждения двигателя принимается равным номинальному; в процессе проведения опыта этот ток необходимо поддерживать неизменным;

б) первые точки характеристик снимаются при холостом ходе электродвигателя, т.е. при уменьшенном до нуля моменте электромагнитного тормоза;

в) постепенно нагружая электродвигатель до значения тока, равного I=1,2I_ном, произвести регистрацию показаний всех измерительных приборов для 6–7 точек (включая точку номинального режима). Данные наблюдений записать в табл. 2.1.

Обработка результатов измерений:

а) по результатам измерений п. 4 построить механическую n=f₁(М) и частотную n=f₂(I_я) характеристики электродвигателя;

б) по результатам измерений и вычислений п.4 построить в одной координатной системе рабочие характеристики двигателя, т.е. зависимости момента М, частоты вращения якоря n, тока якоря I_яи КПД от полезной мощности P₂на валу электродвигателя при постоянном номинальном значении напряжения U=U_н=const и постоянном токе возбуждения, равном номинальному его значению.

источник

Наверное, каждый задавался вопросом о КПД (Коэффициенте Полезного Действия) двигателя внутреннего сгорания. Ведь чем выше этот показатель, тем эффективнее работает силовой агрегат. Самым эффективным на данный момент времени считается электрический тип, его КПД может достигать до 90 – 95 %, а вот у моторов внутреннего сгорания, будь то дизель или бензин он мягко сказать, далек от идеала …

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

Если честно, то современные варианты моторов намного эффективнее своих собратьев, которые были выпущены лет так 10 назад, и причин этому масса. Сами подумайте раньше вариант 1,6 литра, выдавал всего 60 – 70 л.с. А сейчас это значение может достигать 130 – 150 л.с. Это кропотливая работа над увеличением КПД, в который каждый «шажок» дается методом проб и ошибок. Однако давайте начнем с определения.

КПД двигателя внутреннего сгорания – это значение отношения двух величин, мощности которая подается на коленчатый вал двигателя к мощности получаемой поршнем, за счет давления газов, которые образовались путем воспламенения топлива.

Если сказать простым языком, то это преобразование термической или тепловой энергии, которая появляется при сгорании топливной смеси (воздух и бензин) в механическую. Нужно отметить что такое уже бывало, например у паровых силовых установок — также топливо под воздействием температуры толкало поршни агрегатов. Однако там установки были в разы больше, да и само топливо было твердое (обычно уголь или дрова), что затрудняло его перевозку и эксплуатацию, постоянно нужно было «поддавать» в печь лопатами. Моторы внутреннего сгорания намного компактнее и легче «паровых», да и топливо намного проще хранить и перевозить.

Если забегать вперед, то можно уверенно сказать что КПД бензинового двигателя находится в пределах от 20 до 25 %. И на это много причин. Если взять поступающее топливо и пересчитать его на проценты, то мы как бы получаем «100% энергии», которая передается двигателю, а дальше пошли потери:

1) Топливная эффективность. Не все топливо сгорает, небольшая его часть уходит с отработанными газами, на этом уровне мы уже теряем до 25% КПД. Конечно, сейчас топливные системы улучшаются, появился инжектор, но и он далек от идеала.

2) Второе это тепловые потери. Двигатель прогревает себя и множество других элементов, такие как радиаторы, свой корпус, жидкость которая в нем циркулирует. Также часть тепла уходит с выхлопными газами. На все это еще до 35% потери КПД.

3) Третье это механические потери. НА всякого рода поршни, шатуны, кольца – все места, где есть трение. Сюда можно отнести и потери от нагрузки генератора, например чем больше электричества вырабатывает генератор, тем сильнее он тормозит вращение коленвала. Конечно, смазки также шагнули вперед, но опять же полностью трение еще никому не удалось победить – потери еще 20 %

Таким образом, в сухом остатке, КПД равняется около 20%! Конечно из бензиновых вариантов есть выделяющиеся варианты, у которых этот показатель увеличен до 25%, но их не так много.

ТО есть если ваш автомобиль расходует топлива 10 литров на 100 км, то из них всего 2 литра уйдут непосредственно на работу, а остальные это потери!

Конечно можно увеличить мощность, например за счет расточки головки, смотрим небольшое видео.

Если вспомнить формулу то получается:

Теперь хочу поговорить о бензиновом и дизельном вариантах, и выяснить кто же из них наиболее эффективный.

Если сказать простыми, языком и не лезть в дебри технических терминов то – если сравнить два КПД бензинового и дизельного агрегатов – эффективнее из них, конечно же дизель и вот почему:

1) Бензиновый двигатель преобразует только 25 % энергии в механическую, а вот дизельный около 40%.

2) Если оснастить дизельный тип турбонаддувом, то можно достигнуть КПД в 50-53%, а это очень существенно.

Так почему он так эффективен? Все просто — не смотря на схожей тип работы (и тот и другой являются агрегатами внутреннего сгорания) дизель выполняет свою работу намного эффективнее. У него большее сжатие, да и топливо воспламеняется от другого принципа. Он меньше нагревается, а значит происходит экономия на охлаждении, у него меньше клапанов (экономия на трении), также у него нет, привычных нам, катушек зажигания и свечей, а значит не требуется дополнительные энергетические затраты от генератора. Работает он с меньшими оборотами, не нужно бешено раскручивать коленвал — все это делает дизельный вариант чемпионом по КПД.

ИЗ более высокого значения коэффициента полезного действия – следует и топливная эффективность. Так, например двигатель 1,6 литра может расходовать по городу всего 3 – 5 литров, в отличие от бензинового типа, где расход 7 – 12 литров. У дизеля намного больше крутящий момент, сам двигатель зачастую компактнее и легче, а так же в последнее время и экологичнее. Все эти положительные моменты, достигаются благодаря большему значению степени сжатия, есть прямая зависимость КПД и сжатия, смотрим небольшую табличку.

Однако не смотря на все плюсы у него также много и минусов.

Как становится понятно, КПД двигателя внутреннего сгорания далек от идеала, поэтому будущее однозначно за электрическими вариантами – осталось только найти эффективные аккумуляторы, которые не боятся мороза и долго держат заряд.

На этом заканчиваю, читайте наш АВТОБЛОГ.

КПД — это характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; или отношение энергии выработанной двигателем к энергии сожженного при этой выработке топлива.

Toyota Prius 2016, кпд бензинового двигателя 40%, кушает от 2,7 до 5 литров на 100 км, в зависимости от условий эксплуатации

КОнстантин, так на приусе еще и электрические двигатели стоят!

Насчет потерь энергии на зажигание автор «преувеличил» (на вскидку там меньше 50Вт).. Вообще-то надо бы упомянуть теорему Карно (есть формула для к.п.д. теплового двигателя). По формуле к.п.д. растет с ростом температуры в цилиндре (или температуры пара в паровой машине) и с понижением температуры среды. Зимой к.п.д. должен быть выше , но температура берется относительно абсолютного нуля (-273 град)(по Кельвину), поэтому разница невелика..

В отношении механических потерь, дизельного и бензинового ДВС, у дизельного имеется ТНВД, который обладает значительным самостоятельным мех. сопротивлением на холостом ходу, которое возрастает с увеличением цикловой подачи… А также потери в приводе ТНВД…

Prius- работает по циклу Аткинсона поэтому у него большой КПД!

КПД можно высчитать только через разгон автомобиля. Ошибочно брать движение с максимальной скоростью-под гору машина может раскатиться и без мотора до максимальной скорости…
Формула f=m*a -это при 100% КПД. Сила * на КПД- это мощность двигателя. КПД двигателя ВАШЕГО автомобиля:
посмотрите в Тех.паспорте: 1-мощность в л.с., 2-вес (массу) в кг.,3- время разгона до сотни в сек. (л.с. перевести в кг.метры). Найти ускорение. Пример-«Жигули»: n-75 л.с. t-18сек. m-1170 кг.
a=v(СРЕДНЯЯ . ):t 27,8:2:18. а=0,77 м/сек.сек..
5625*КПД=m*a. m*a=900 кг.м. 5625:900=6,25. Это 16%
Универсальная формула мощности ДВС, веса машины и время разгона до сотни
n*t=m*1,16 (Nissan-1,4) n-? 1050*1,16:14. n=87 л.с.
m-? 87*14:1,16=1050 кг.
t-? 1050*1,16:87. t=14 секунд.
Можно «уличить» производителей в завышении параметров своей продукции.
…n=250 сил. Вес машины-2350 кг. Время разгона-10 секунд. Проверим:
2350*1,16:250. t=10,9 Почти 11. Для 10 секунд нужен мотор 272,6 л.с
Или вес машины не 2350 кг., а 2026 кг. Вот так!

Двигатели внутреннего сгорания работают от расширения сгорающих газов бензина, или солярки, или пропана…
Самая высокая температура-от бензина. Давление газов на поршень сильнее- выше крутящий момент, и выше обороты двигателя (правда,в силу конструкции двигателя),значит-выше мощность. Солярка сгорает с более низкой температурой, значит и КПД-меньше. Но в силу конструкции дизеля он на низких оборотах при большом пере-обогащении (дым из трубы!)может превзойти бензин по крутящему моменту на низких оборотах,хотя максимальный крутящий момент у бензина всё-равно больше (при равных раб. объёмах,или мощности).
Преимущество дизеля: он экономичнее при малых нагрузках. При разгоне экономичнее бензин. Причина: солярка сгорает при любом соотношении с воздухом. Бензин-1:14,7. Меньше бензина- детонация, больше-догорает в выхлопной трубе без пользы.

Какой КПД моего автомобиля ?
По паспорту : N…л.с., m…кг., t-(время разгона до сотни)…секунд. ГЛАВНОЕ ! найти ускорение!
-(0+27,8):2:t=a
-12N:m=a N-в л.с.
n=m*a Это-при 100% КПД ! (кг.м.*сек -переведите в л.с. Разделить на 75) И,-последнее: n*100:N 16%.

Тех. исправная машина должна пройти «накатом» со скорости 50 км/час 420 м. пусть: 80 метров-на разгон до скорости 50 км/час. Цикл-80+420=500 метров. Машина прошла 100 км.-200 циклов разгон-накат…
16 км. машина шла под тягой мотора. 84 км.-накатом-(без тяги мотора) 16%.

Бензиновый ДВС оказался на редкость НЕ удачной конструкцией в смысле экономичности. Он потребляет топливо по оборотам, а не по нагрузке. Это значит, что при постоянной скорости-оборотов двигателя,-расход остаётся прежним,вне зависимости от нагрузки-(по прямой-в гору-без нагрузки, с этими оборотами..) Думаю,что если в паровом двигателе вместо угля использовать бензин-будет экономичнее,чем в ДВС. При «торможении двигателем» КПД падает до «0». Мотор продолжает потреблять столько-же бензина, как при разгоне за такое-же время и такой-же путь. В паровом двигателе можно уменьшить подачу угля,(или бензина). В бенз. ДВС это не проходит. Обеднение смеси приводит к детонации, или не возгоранию..
В электро-двигателе,при снижении нагрузки, уменьшается ток, в дизеле- порция топлива. И только бензиновый (и на газе)продолжают «кушать». Надо разрабатывать и выпускать ДВС на бензине с двумя фазами наполнения цилиндра смесью: 1-для разгона. 2- для движения с набранной скоростью. Двигатель работает только в 2-х режимах: разгон-накат. И с постоянной скоростью «рабочий такт» толкает машину,-остальные-тормозят… Или делать бензин со свойством дизеля:не детонировать при обеднении. Тогда можно отказаться от др. заслонки, которая может отнять 100% мощности.. Тогда ДВС будет на 50-60% экономичнее прежнего,и на 10-15 экономичнее дизеля.

КПД тепловой машины частное от деления разницы между температурой нагревателя ( подвод тепла ) и холодильника ( отвод тепла ) при расширении, на температуру холодильника. Q= Тн-Тх/Тх. Цикл Карно тепловой машины. Отсюда вытекает:
— Чем выше температура рабочего тела и ниже температура холодильника, те выше КПД. Перегретый пар 300 гр.С, температура в камере сгорания ДВС до 2000 гр.С, отсюда и разница в КПД паровоза и ДВС.
— Чем выше степень расширения ( сжатия ) тем ниже температура конца расширения ( холодильника ). Это и есть термический КПД, зависящий от степени сжатия и ограниченный детонационной стойкостью топлива. КПД дизеля выше потому, что он работает на степенях сжатия 18-20, а бензиновый на степенях 8-9. Теплотворная способность бензина и дизельного топлива практически одинаковая.
— Остальные потери вынужденные конструктивные. Тепловые за счет отвода тепла от камеры сгорания в охлаждающую воду. Чем в меньшем объеме сгорает топливо воздушная смесь ( ТВС ), тем меньше потери. Скорость сгорания ТВС постоянна и с ростом оборотов угол опережения зажигания увеличивают. Если этого не делать, то на высоких оборотах смесь догорит в конце хода расширения и все тепло уйдет в радиатор. Воспламеняя ее раньше подвод тепла осуществляют в меньшем объеме. Механические потери от трения колец и поршня растут прямо пропорционально скорости поршня. Соответственно чем выше обороты, тем больше механические потери.
— Химическая неполнота сгорания топлива незначительна.
Это так основное. В деталях все гораздо сложнее. Универсального двигателя нет. Можно сделать экономичный, можно спортивный, можно для трактора с высоким крутящим моментом, можно для гонок с высокими оборотами. Так называемые транспортные двигатели для массового автомобиля как правило компромиссный вариант где все параметры серединные. Пока ДВС это единственный эффективный вариант трансформации тепловой энергии от бочки с нефтью к колесу. Электричество это замечательно, но сложности с его получением в достаточных количествах сводят на нет все преимущества, безусловно значительные. Плотины, атомные станции, ветряки глобально воздействуют на экологию. Тепловые электростанции это тоже самое, что ДВС , но с Курского вокзала на Казанский вокзал через Малаховку. Электромобиля нет не потому, что нет батарей, а потому, что их нечем заряжать.

КПД ДВС надо начинать с ОДНОГО рабочего такта: сколько грамм бензина надо, чтобы двинуть массы :…шатуна, колен-вала, коробки,колёс, ВСЕЙ массы груза и машины… Тысячи подсчётов! ПО этому делают проще: масса машины, и -РАЗГОН (!). Именно «разгон»,а НЕ движение-(скорость).
F=m*a. Всё верно! Но Ньютон НЕ правильно предложил искать «ускорение».
Принято (?) считать ускорение с конечной скорости-(у падающего»яблока…»она=9,8). Неверно! Ускорение надо искать из Средней скорости. У»яблока» она равна 4,9 м/с. Ускорение будет: 4,9:1=4,9 м/сек.сек. У машины-аналогично.
Если есть ускорение (из V/t),то,зная массу, легко узнать силу! (она-же и есть мощность двигателя с поправкой на КПД). Каждому ускорению и массе соответствует одна величина силы. Но, и,зная, силу и ускорение,найдём соответствующую массу,(или ускорение). V/t=F/m=a.
«Москвич», «Жигули»… N-75 л.с. Масса-1160 кг. Разгон до сотни-18 сек. Найдём ускорение через разгон (до сотни): (0+27,8):2:18=0,77 м/сек.сек. КПД известно. 16%. (у любого бензинового ДВС).
12N=m*a. N-в л.с. N=5625 кг.м. 16%от ста-это 6,25.Цифра 12-это 75/6,25 5625:6,25=900 кг.м 900:1168=0,77 м/сек.сек. Для каждого автомобиля-свои Единственные цифры.Зная расход бензина на один такт,можно узнать общий расход,путь,скорость,время,передачу.. При 100%КПД достаточно 12 сил.

КПД любого двигателя зависит в основном от полноты сгорания топлива и его удельной энергии. Тяжелые углеводороды (масла), на которых работают дизели, в принципе не могут сгорать эффективно.
И дизели существуют только благодаря более дешевому топливу, а не за счет высокого КПД. А еще — благодаря мифу о якобы гораздо меньшей вредности выхлопа.
Но, в цивилизованных странах за въезд в черту города дизельных автомобилей уже давно берут дополнительный налог, а теперь — и вовсе запрещают движение дизелей. Дизель, как класс двигателей, исчерпал себя полностью.
Вот и Мазда в новых двигателях использует только прнцип дизеля, — степень сжатия до 18, без свечей зажигания, без турбонаддува, но на бензине.

В формуле Ньютона S=att/2 -ОШИБКА ! Правильно: S=att. S/tt=F/m. Такая формула определяет движение и яблока, и автомашины, и ракеты…
S,t,m -можно измерить. Ускорение и силу-только рассчитать. Движущийся предмет, имеющий вес(массу)испытывает силу, действующую на него.Эта сила- ускорение-есть и при равномерном движении. (Ньютон говорит,что её нет).
S=1м. t=1 c. a=S/tt a=1 м/сек.сек
S=2м. t=2 c a=0,5 м/сек.сек.
s=1000 м. t=1000 c. a=0,001 м/сек.сек.
В конце-концов сила будет настолько мала,что фотоны света будут влиять на движение,и оно прекратится. Тело остановится в неподвижности. Вес его будет равен «0». (небесные тела в таком состоянии и находятся,но на них действуют гравитации и магнитные силы соседних тел…)
В механике надо учитывать КПД.
КПД ДВС определить просто: S/tt=F/m (ТОЛЬКО разгон !) Пусть: S=120 м, t-8 c., m-1200 кг. F-? F=2250 кг.м/с Это=30 л.с.(16%) 30*6,25=187,5 л.с. И-наоборот: зная паспортную мощность,находим КПД

Я уже предлагал продвинутым фирмам тип ДВС по иному принципу. И КПД и разгон до ста, все намного выше любого аналога. Интерес нулевой. Кстати и коробка бесступенчатая, не вариатор, работающая как в ручном, так и в автомате, без проблем.Экономичен по изменению мощности в движении от необходимой в данной ситуации. Подходит и под дизель и под бензин. Расход масла как и в четырехтактном, так и в двухтактном одинаков. Просто по любопытству не писать. Вариант остается продать идею. Дорого.

вообще-то автор сам того не подозревая даёт понять что ДВС есть куда расти! сегодняшние 20% довести ну скажем до 75-85% и всё не надо изобретать «паровоз» запас по росту эффективности 400%! ПОчему не работают в этом направлении?!

источник

КПД двигателя равен отношению полезной (механической) мощности Р₂ к затраченной (электрической) Р₁:

Здесь Р₂ в кВт; М – вращающий момент двигателя, Нм; n – частота вращения, об/мин.

.

Зависимости называютсярабочими характеристиками двигателя. Графически они представлены на рис. 2.4.

Рис. 2.3. Кривая зависимости n=f(I_я) при М=const, U=const

Рис. 2.4. Рабочие характеристики двигателя

Методика проведения лабораторной работы (лаборатория № 221)

Ознакомиться на демонстрационном стенде «Машины постоянного тока» с устройством электродвигателя, а на лабораторном стенде – с приборами, аппаратами и подлежащим испытанию электродвигателем. Записать в отчёт о лабораторной работе технические паспортные данные двигателя.

На рабочей панели стенда «Двигатели постоянного тока» в соответствии с принципиальной схемой (см. рис. 2.5) собрать электрическую цепь для снятия характеристик электродвигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Монтаж электрической цепи производить согласно монтажной схеме, указанной на рис. 2.6. В качестве нагрузки на валу испытуемого электродвигателя используется электромагнитный тормоз, тормозной момент которого изменяется при изменении тока в его обмотках возбуждения с помощью регулируемого источника постоянного напряжения. Управление тормозом производится рукояткой «Момент нагрузки электродвигателей», расположенной на панели «Нагрузочные устройства».

Изменение момента на валу и частоты вращения якоря электродвигателя производить измерительными приборами (агрегат 2), расположенными на приборной панели.

Перед пуском исследуемого электродвигателя необходимо убедиться в том, что:

а) сопротивление пускового реостата полностью введено (ручка пускового реостата находится в крайнем левом положении – цепь якоря двигателя разомкнута;

б) сопротивление реостата в цепи обмотки возбуждения электродвигателя полностью выведено (ручка реостата «Регулировка возбуждения» находится в крайнем правом положении);

в) напряжение, подводимое к цепи обмотки возбуждения электромагнитного тормоза, равно нулю (ручка «Момент нагрузки электродвигателя» находится в крайнем левом положении);

Рис. 2.5. Принципиальная электрическая схема лабораторной установки

г) значение питающего напряжения электродвигателя установлено равным номинальному его значению U_ном=220 В. Установка питающего напряжения производится кнопками «» и «» панели «Нагрузочные устройства» при предварительно нажатой кнопки «Вкл» на панели «Машины постоянного тока»;

д) нажатием кнопки «Агрегат № 2» на панели «Нагрузочные устройства» включено напряжение питания электрической цепи измерения момента и частоты вращения якоря электродвигателя.

Произвести пуск электродвигателя плавным переключением пускового реостата из положения «1» в положение «7» с выдержкой времени в каждом промежуточном положении в течение 1 – 1,5 с. После окончания процесса пуска, когда частота вращения якоря двигателя принимает установившееся значение, пусковой реостат полностью должен быть выведен (рукоятка пускового реостата должна быть в крайнем правом положении – положение «7»).

а) осуществить нагрузку электродвигателя с помощью электромагнитного тормоза; изменение момента электромагнитного тормоза должно производиться плавно; в начале опыта устанавливается ток возбуждения, при котором при номинальном питающем напряжении и токе, потребляемом двигателем, частота вращения якоря равна номинальной; это значение тока возбуждения двигателя принимается равным номинальному; в процессе проведения опыта этот ток необходимо поддерживать неизменным;

б) первые точки характеристик снимаются при холостом ходе электродвигателя, т.е. при уменьшенном до нуля моменте электромагнитного тормоза;

в) постепенно нагружая электродвигатель до значения тока, равного I=1,2I_ном, произвести регистрацию показаний всех измерительных приборов для 6–7 точек (включая точку номинального режима). Данные наблюдений записать в табл. 2.1.

Обработка результатов измерений:

а) по результатам измерений п. 4 построить механическую n=f₁(М) и частотную n=f₂(I_я) характеристики электродвигателя;

б) по результатам измерений и вычислений п.4 построить в одной координатной системе рабочие характеристики двигателя, т.е. зависимости момента М, частоты вращения якоря n, тока якоря I_яи КПД от полезной мощности P₂на валу электродвигателя при постоянном номинальном значении напряжения U=U_н=const и постоянном токе возбуждения, равном номинальному его значению.

источник

В восьмом классе мы уже затрагивали тему тепловых двигателей. Напомним, что тепловым двигателем называется устройство, в котором внутренняя энергия топлива преобразуется в механическую энергию.

Для примера рассмотрим газ, находящийся в цилиндре под поршнем. Очевидно, что для того, чтобы привести поршень в движение, необходима разность давления по обе стороны поршня. В тепловых двигателях эта разность достигается путем повышения температуры газа. Нагретый газ обладает достаточно большой внутренней энергией и, расширяясь, совершает работу.

Однако, по мере расширения газ охлаждается, теряя свою внутреннюю энергию. Конечно, для нормальной работы двигателя необходима цикличность. То есть, после совершения работы, газ необходимо перевести в первоначальное состояние.

Итак, принципиальная схема работы теплового двигателя такова: от нагревателя рабочему телу (то есть газу) передается некоторое количество теплоты.

Под этим подразумевается сжигание топлива, в результате которого температура газа повышается на сотни градусов. Внутренняя энергия газа увеличивается и, за счет неё он совершает работу до тех пор, пока не охладится до температуры холодильника (роль холодильника, как правило, выполняет окружающая среда). Очевидно, что газ не может потерять всю свою внутреннюю энергию (если только не охладится до абсолютного нуля). Поэтому, некоторое количество теплоты будет передано холодильнику.

Важными характеристиками теплового двигателя являются следующие величины: количество теплоты, полученное от нагревателя, температура нагревателя (то есть температура образовавшегося газа), температура холодильника, количество теплоты, переданное холодильнику и полезная работа. Полезная работа определяется как разность между количеством теплоты, полученным от нагревателя и количеством теплоты, отданном холодильнику:

Конечно же, любой двигатель характеризуется такой величиной как коэффициент полезного действия. Для теплового двигателя коэффициент полезного действия равен отношению совершенной двигателем работы к количеству теплоты, полученному от нагревателя:

Если мы подставим в это уравнение выражение для полезной работы, то убедимся, что КПД теплового двигателя не может быть больше единицы (то есть не может превышать 100%):

Для наглядности мы можем изобразить графически работу теплового двигателя.

Законы термодинамики позволяют вычислить максимальный возможный КПД для данного теплового двигателя. Впервые это сделал ученый и инженер Сади Карно. Карно справедливо рассудил, что максимальный КПД будет у идеализированной тепловой машины. В этой тепловой машине рабочим телом был идеальный газ, а цикл состоял из двух изотерм и двух адиабат:

Таким образом, цикл Карно описывает максимальную возможную работу газа с минимальными потерями энергии. Итак, максимальный возможный КПД данной тепловой машины определяется отношением разности температуры нагревателя и температуры холодильника к температуре нагревателя:

Необходимо отметить, что в данном уравнении следует использовать абсолютную температурную шкалу. Как видно из формулы, и этот КПД не может быть больше единицы, если только температура холодильника не равна абсолютному нулю. Исходя из всего выше перечисленного, мы можем заключить следующее: КПД любого теплового двигателя не может превышать КПД идеального теплового двигателя.

Задача 1. Температура холодильника равна 20 ℃. Какова должна быть температура нагревателя, чтобы стало возможным достичь значения КПД теплового двигателя, равное 85%?

Задача 2. Двигатель внутреннего сгорания совершил полезную работу, равную 45 МДж. Если КПД этого двигателя составляет 55%, то, сколько литров бензина было израсходовано на совершение данной работы? Плотность бензина равна 710 кг/м ? .

источник

.

– холодильный коэффициент обратного цикла Карно.

V.2 Примеры решения задач

ЗАДАЧА V.1 Кислород массой 0,2 кг нагревают от температуры 27° С до 127° С. Найти изменение энтропии, если известно, что начальное и конечное давление газа одинаковы.

Дано: 0,2 кг; 27° С ; 127° С; µ = 0,032 кг/моль.

Энтропия является функцией состояния термодинамической системы, изменение которой в случае обратимого процесса равно приведенной теплоте процесса, т.е.

или в интегральной форме .

В нашем случае совершается обратимый изобарический процесс, для которого количество тепла при нагревании может быть найдено по формуле

.

Подставляя в подинтегральное выражение, получим

.

Используя формулу теплоемкости , где , получим

(Дж/К).

ЗАДАЧА V.2Идеальная холодильная машина работает в интервале температур от 15 до –10 0 С. Работа за один цикл равна 2·10 4 Дж. Вычислить количество теплоты, отданной теплоприемнику за один цикл, и холодильный коэффициент.

Дано: Т₁= 15 0 С = 288 К; Т₂= -10 0 С = 263 К; А = 2·10 4 Дж.

Идеальная холодильная машина работает по обратному циклу Карно. Расширение происходит при более низкой температуре Т₂, чем сжатие Т₁. К.п.д. обратного и прямого циклов Карно одинаковы при работе с идеальным газом и равны

; = 0,087.

Количество теплоты, отданной теплоприемнику за один цикл , отсюда ;

Q₂ = =2,1·10 5 Дж.

Q₁ = 2,1·10 5 +2·10 4 = 2,3·10 5 Дж.

Холодильная машина за каждый цикл будет передавать более горячему телу 2,3·10 5 Дж, из которых 2,0·10 4 Дж берется за счет превращения работы в теплоту, а остальные 2,1·10 5 Дж переносятся от холодного тела.

Холодильный коэффициент h₂равен = 10,5.

ЗАДАЧА V.3Паровая машина мощность которой14,7 кВт потребляет за 1ч работы 8,1 кг угля с удельной теплотой сгорания 3,3·10 7 Дж/кг. Температура котла 200 0 С, холодильника 58 0 С. Найдите кпд этой машины и сравните его с кпд идеальной тепловой машины.

Дано: m = 8,1 кг; N = 14,7·10 3 Вт; q = 3,3·10 7 Дж/кг; Т₁ = 473 К; Т₂ = 331 К;

Найти:

Кпд тепловой машины равен отношению производимой механической работы А к затраченному количеству теплоты Q₁, выделяющемуся при сгорании угля: . Произведённая за это же время работа равна: . Таким образом, или . , .

Коэффициент полезного действия идеальной тепловой машины, больше кпд реальной машины.

ЗАДАЧА V.4В ходе обратимого изотермического процесса, протекающего при температуре 350 К, тело совершило работу 80 Дж, а внутренняя энергия тела получила приращение 7,5 Дж. Найти приращение энтропии тела.

Дано: Т = 350 К; А = 80 Дж; .

Из первого начала термодинамики вытекает, что в ходе процесса тело получило количество теплоты: . С учётом того, что температура постоянна, .

V.3 Задачи к теме «Второе начало термодинамики. Циклы. Кпд циклов»

406. Некоторый тепловой двигатель на каждые 5 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Сколько тепла он передает холодильнику? Каков КПД этого двигателя?

407Некоторый тепловой двигатель на каждые 20 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Сколько тепла он передает холодильнику? Каков КПД этого двигателя?

408. Некоторый тепловой двигатель на каждые 10 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Сколько тепла он передает холодильнику? Каков КПД этого двигателя?

409.Некоторый тепловой двигатель на каждые 5 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Температура нагревателя 1000°C. Какова максимально возможная температура холодильника?

410. Некоторый тепловой двигатель на каждые 20 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Температура нагревателя 1000°C. Какова максимально возможная температура холодильника?

411. Некоторый тепловой двигатель на каждые 10 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Температура нагревателя 1000°C. Какова максимально возможная температура холодильника?

412. Некоторый тепловой двигатель на каждые 5 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Температура холодильника 25°C. Какова минимально возможная температура нагревателя?

413. Некоторый тепловой двигатель на каждые 20 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Температура холодильника 25°C. Какова минимально возможная температура нагревателя?

414.Некоторый тепловой двигатель на каждые 10 кДж тепла, полученные от нагревателя, производит 3 кДж работы. Температура холодильника 25°C. Какова минимально возможная температура нагревателя?

415. Каков максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего при температуре нагревателя 1000°C и температуре холодильника 200°C?

416. Каков максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего при температуре нагревателя 1500°C и температуре холодильника 300°C?

417. Каков максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего при температуре нагревателя 2000°C и температуре холодильника 500°C?

418. Каков максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего при температуре помещения 25°C и температуре окружающей среды –30°C?

419. Каков максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего при температуре помещения 20°C и температуре окружающей среды 0°C?

420. Каков максимально возможный КПД теплового двигателя, работающего при температуре помещения 25°C и температуре окружающей среды –10°C?

421. Каков максимально возможный КПД холодильника, работающего при температуре помещения 25°C и температуре морозильного отделения –30°C?

422. Каков максимально возможный КПД холодильника, работающего при температуре помещения 20°C и температуре морозильного отделения -100°C?

423. Найти работу тепловой машины за один цикл, изображенной на рис 14, и КПД цикла.

424. В идеальной тепловой машине количество теплоты, полученное от нагревателя, равно 6,3 кДж. 80% этой теплоты передаётся холодильнику. Найти КПД машины и работу за один цикл.

425. Газ в идеальной тепловой машине получает от нагревателя теплоту 42 кДж. Какую работу совершает газ, если абсолютная температура нагревателя в три раза выше, чем температура холодильника? Сколько тепла газ отдает холодильнику?

426. При совершении цикла Карно газ получил от нагревателя 16,8 кДж энергии и совершил 5,6 кДж работы. Во сколько раз температура нагревателя выше температуры холодильника?

427. Тепловая машина за цикл получает от нагревателя 200 Дж тепла и совершает полезную работу 60 Дж. Определить КПД этой машины.

428. Во сколько раз температура нагревателя больше температуры холодильника, если при цикле Карно с идеальным газом КПД составил 50%?

429. Можно ли передать некоторое количество теплоты веществу, не вызывая этим повышения его температуры? Докажите, что при одной и той же разнице температур между нагревателем и холодильником цикл Карно имеет наибольший КПД по сравнению с любым другим циклом? ?

430. Идеальная тепловая машина с КПД 60% за цикл работы получает от нагревателя 100 Дж. Какую полезную работу машина совершает за цикл?

431. Один киломоль идеального газа совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. При этом объем газа изменяется от 25 м 3 до 50 м 3 , а давление изменяется от 1 атм. до 2 атм. Во сколько раз работа, совершаемая при таком цикле меньше работы, совершаемой при цикле

Карно, изотермы которого соответствуют наибольшей и наименьшей температурам рассматриваемого цикла, если при изотермическом расширении объем увеличился в 2 раза?

432. Один моль газа совершает цикл, состоящий из изохоры, изотермы и изобары (рисунок 21). Определить температуру для характерных точек цикла и работу цикла, если V₁ =0,015 м3, p₁ =105 Па, p₂=3×105 Па.

433. Двухатомный газ совершает цикл Карно, график которого изображен на рисунке 22. В состоянии В объем газа 12 л, давление 20 атм, а в состоянии С объем равен 16 л, давление 5 атм. Найти КПД цикла.

434. Вывести формулу для КПД цикла, состоящего из двух изобар и двух адиабат. Считать, что рабочее вещество является идеальным газом.

435. Газ, совершающий цикл Карно, получает от нагревателя 62 кДж теплоты. Какую работу совершает газ, если абсолютная температура нагревателя в два раза выше, чем температура холодильника?

436. Двигатель работает как машина Карно и за цикл получает от нагревателя 3 кДж тепла. Температура нагревателя 600 К, температура холодильника 300 К. Найти совершаемую работу за цикл и количество теплоты, отдаваемое при этом холодильнику.

437. Идеальный многоатомный газ совершает цикл, изображенный на рисунке 23. Определить термический КПД цикла.

438. Совершая замкнутый цикл, газ получил от нагревателя 9,8 кДж теплоты. Термический КПД цикла равен 0,25. Какую работу совершил газ? Какое количество теплоты газ отдал холодильнику?

439. В сосуде содержится две различные молекулы. Каким числом способов могут быть распределены эти молекулы между левой и правой половинами сосуда? Используя формулу Больцмана, найти энтропию системы в случаях: 1) когда одна из половин сосуда пустая; 2) когда молекулы распределены в сосуде поровну.

440. В сосуде содержится два атома гелия и два атома неона. Каким числом способов могут быть распределены эти атомы между левой и правой половинами сосуда? Используя формулу Больцмана, найти энтропию в трех случаях: а) все атомы соберутся в одной половине; б) в одной находится 3, в другой 1; в) в обеих частях объема находятся по две частицы.

441. Как ведет себя энтропия термодинамической системы при адиабатическом процессе?

442. Азот массой 0,5 кг нагревают изохорически от температуры 27°С до 127°С. Найти изменение энтропии.

443. При температуре 0°С расплавили 1 кг льда. Найти изменение энтропии льда, если теплота плавления льда равна 3,33×10 5 Дж/кг.

444. Один киломоль кислорода расширился изотермически вдвое. Найти изменение энтропии при этом процессе/

445. Смесь водорода массой 0,02 кг и кислорода 0,32 кг нагревают при постоянном давлении от 27°С до 327°С. Найти изменение энтропии смеси.

446. Стальная гиря массой 2 кг вынута из холодильной камеры с температурой -73°С и внесена в помещение с температурой +27°С. Найти изменение энтропии гири, если теплоемкость стали 460 Дж/(кг×К).

447. В чайнике при нормальном давлении выкипел стакан воды (200 г). Найти изменение энтропии этой воды, если скрытая теплота парообразования воды равна 2,26×10 6 Дж/кг.

448. Два киломоля азота расширились изотермически втрое. Найти изменение энтропии при этом процессе.

449. К.п.д. цикла Карно равен 0,3.При изотермическом расширении газ получил от нагревателя 200 Дж энергии. Определить работу, совершаемую при изотермическом сжатии.

450. Современный энергетический блок (паровой котел-турбина-генератор) мощностью 200МВт потребляет в час 75 т угля с удельной теплотой сгорания 25МДж/кг. Температура перегретого пара перед входом в турбину570 0 С, в конденсаторе 30 ºС. Найти фактический к. п. д. энергетического блока и сравнить его к. п. д. цикла Карно, осуществленного между такими же температурами.

451. Газ совершает цикл Карно. Абсолютная температура холодильника 290 К. Во сколько раз увеличится к.п.д., если температура нагревателя повысится от 400 К до 600 К?

452. Вывести формулу для к.п.д. цикла, состоящего из двух изобар и дух адиабат. Считать, что рабочее вещество является идеальным газом

453. Идеальный газ совершает цикл Карно. Температура Т₁ нагревателя в три раза выше температуры Т₂ охладителя. Нагреватель передал газу количество теплоты Q₁=42кДж. Какую работу совершил газ?

454. Идеальный газ, совершающий цикл Карно, получив от нагревателя количество теплоты Q₁=804 кДж, совершил работу А=1180 Дж. Найти термический к.п.д. этого цикла. Во сколько раз температура нагревателя больше температуры охладителя?

455. При совершении цикла Карно газ совершил работу 1 кДж и отдал холодильнику 4 кДж теплоты. Во сколько раз температура нагревателя больше температуры холодильника?

457.Газ, совершающий цикл Карно, отдал холодильнику 2/3 полученной от нагревателя теплоты. Определить работу изотермического сжатия газа, совершающего цикл Карно, если температуры нагревателя и холодильника 600К и 300К соответственно и газ получает от нагревателя за цикл 8 кДж теплоты.

458.Идеальная холодильная машина работает по обратному циклу Карно в интервале температур от 100 до 9 0 С. Работа машины за цикл А=-1,55 кДж. Найти: 1) холодильный коэффициент; 2) количество тепла, отводимого от охлаждаемого тепла за цикл. Примечание. Холодильным коэффициентом называют отношение количества тепла, отводимого от охлаждаемого тела, к затраченной работе А =-А.

VI.1 Реальные газы

Для реальных газов необходимо:

-учитывать собственный объем молекул. Наличие сил отталкивания, которые противодействуют проникновению в занятый молекулой объем других молекул, сводится к тому, что фактический свободный объм, в котором могут двигаться молекулы реального газа, будет не V_m, а V_m – b, где b- объем. занимаемый самими молекулами. Объем b равен учетверенному собственному объему молекул;

— учитывать притяжение молекул.Действие сил притяжения газа приводит к появлению дополнительного давления на газ, называемого внутренним давлением.

По вычислениям Ван-дер-Ваальса, внутреннее давление обратно пропорционально квадрату молярного объема, т.е. , где a-постоянная Ван-дер-Ваальса, характеризующая силы межмолекулярного притяжения, V_m –молярный объем.

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 442 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

источник

Задача 15.2.1. В течение цикла тепловой двигатель получает от нагревателя количество теплоты , отдает холодильнику количество теплоты , совершает работу . Какой формулой не определяется коэффициент полезного действия двигателя?

Задача 15.2.2. Цикл теплового двигателя длится 10 с. За это время двигатель получает от нагревателя количество теплоты, равное 10 кДж, и отдает холодильнику количество теплоты 3 кДж. Какова мощность двигателя?

Такого двигателя быть не может

Задача 15.2.3. Тепловой двигатель получает за цикл от нагревателя количество теплоты, равное 100 Дж, а отдает холодильнику количество теплоты 30 Дж. Каков КПД двигателя?

Задача 15.2.4 Тепловой двигатель совершает за цикл работу 400 Дж и отдает холодильнику количество теплоты, равное 600 Дж. Каков КПД двигателя?

Задача 15.2.5 Тепловой двигатель, КПД которого равен 20 %, в течение цикла отдает холодильнику количество теплоты 100 Дж. Какую работу совершает двигатель за цикл?

Задача 15.2.6 Тепловой двигатель, КПД которого равен 25 %, совершает работу 100 Дж. Какое количество теплоты двигатель отдает холодильнику за цикл?

Задача 15.2.7 Идеальный газ совершает циклический процесс, график в координатах приведен на рисунке. Известно, что процесс 2–3 — адиабатический, в процессе 1–2 газ получил количество теплоты , в процессе 3-1 отдал количество теплоты . Какую работу совершил газ в течение цикла?

Работу газа нельзя найти ни по одной из перечисленных формул

Задача 15.2.8 На рисунке на диаграмме приведен график циклического процесса, происходящего с идеальным газом. Положительную или отрицательную работу газ совершает в течение цикла?

Мало информации для ответа

Задача 15.2.9 На рисунке на диаграмме приведен график циклического процесса, происходящего с идеальным газом. На каком из участков цикла 1–2, 2–3, 3–4 или 4–1 газ совершает максимальную по абсолютной величине работу?

Задача 15.2.10 Коэффициент полезного действия процесса 1–2–3–1 известен и равен (см. рисунок). Чему равен коэффициент полезного действия ₁ процесса
1–2–4–1?

источник

Электродвигатели появились достаточно давно, но большой интерес к ним возник тогда, когда они стали представлять собой альтернативу двигателям внутреннего сгорания. Особо интересен вопрос КПД электродвигателя, который является одной из главных его характеристик.

Каждая система обладает каким-либо коэффициентом полезного действия, который характеризует эффективность ее работы в целом. То есть он определяет, насколько хорошо система или устройство отдает или преобразовывает энергию. По значению КПД величины не имеет, и чаще всего оно представляется в процентном соотношении или числе от нуля до единицы.

Основная задача электрического двигателя сводится к преобразованию электрической энергии в механическую. КПД определяет эффективность выполнения данной функции. Формула КПД электродвигателя выглядит следующим образом:

В данной формуле p1 — это подведенная электрическая мощность, p2 — полезная механическая мощность, которая вырабатывается непосредственно двигателем. Электрическая мощность определяется формулой: p1=UI (напряжение умноженное на силу тока), а значение механической мощности по формуле P=A/t (отношение работы к единице времени). Так выглядит расчет КПД электродвигателя. Однако это самая простая его часть. В зависимости от предназначения двигателя и сферы его применения, расчет будет отличаться и учитывать многие другие параметры. На самом деле формула КПД электродвигателя включает намного больше переменных. Выше был приведен самый простой пример.

Механический КПД электродвигателя должен обязательно учитываться при выборе мотора. Очень большую роль играют потери, которые связаны с нагревом двигателя, снижением мощности, реактивными токами. Чаще всего падение КПД связано с выделением тепла, которое естественным образом происходит при работе двигателя. Причины выделения теплоты могут быть разными: двигатель может нагреваться в процессе трения, а также по электрическим и даже магнитным причинам. В качестве самого простого примера можно привести ситуацию, когда на электрическую энергию было потрачено 1 000 рублей, а работы было произведено на 700 рублей. В таком случае коэффициент полезного действия будет равен 70%.

Для охлаждения электрических двигателей применяются вентиляторы, которые прогоняют воздух через созданные зазоры. В зависимости от класса двигателей, нагрев может осуществляться до определенной температуры. Например, двигатели класса A могут нагреваться до 85-90 градусов, класса B — до 110 градусов. В том случае, когда температура превышает допустимую границу, это может свидетельствовать о замыкании статора.

Стоит отметить, что КПД электродвигателя постоянного тока (и переменного тоже) изменяется в зависимости от нагрузки:

1. При холостом ходе КПД равен 0%.
2. При нагрузке 25% КПД равен 83%.
3. При нагрузке 50% КПД равен 87%.
4. При нагрузке 75% КПД равен 88%.
5. При нагрузке 100% КПД равен 87%.

Одна из причин падения коэффициента полезного действия — асимметрия токов, когда подается разное напряжение на каждой из трех фаз. Если, к примеру, на первой фазе будет напряжение 410 В, на второй — 403 В, а на третьей — 390 В, то среднее значение будет равно 401 В. Асимметрия в данном случае будет равна разнице между максимальным и минимальным напряжением на фазах (410-390), то есть 20 В. Формула КПД электродвигателя для расчета потерь будет иметь вид в нашей ситуации: 20/401*100 = 4.98%. Это значит, что мы теряем 5% КПД при работе из-за разности напряжений на фазах.

Негативных факторов, которые оказывают влияние на падение КПД электродвигателя, очень много. Есть определенные методики, позволяющие их определять. К примеру, можно определить, есть ли зазор, через который частично передается мощность из сети к статору и далее — на ротор.

Потери в стартере также имеют место, и они состоят из нескольких значений. В первую очередь это могут быть потери, имеющие отношение к вихревым токам и перемагничиванию сердечников статора.

Если двигатель асинхронный, то имеют место дополнительные потери из-за зубцов в роторе и статоре. Также в отдельных узлах двигателя могут возникать вихревые токи. Все это в сумме снижает КПД электродвигателя на 0,5%. В асинхронных моторах учитываются все потери, которые могут возникать при работе. Поэтому диапазон коэффициента полезного действия может варьироваться от 80 до 90%.

История развития электрических двигателей начинается с момента открытия закона электромагнитной индукции. Согласно ему, индукционный ток всегда движется таким образом, чтобы противодействовать вызывающей его причине. Именно эта теория легла в основу создания первого электрического двигателя.

Современные модели основаны на этом же принципе, однако кардинально отличаются от первых экземпляров. Электрические моторы стали намного мощнее, компактнее, но самое главное — их КПД значительно увеличился. Мы уже писали выше о том, какой КПД электродвигателя, и по сравнению с двигателем внутреннего сгорания это потрясающий результат. К примеру, максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания достигает 45%.

Высокий КПД — это главное достоинство подобного мотора. И если двигатель внутреннего сгорания тратит более 50% энергии на нагрев, то в электрическом моторе на нагрев уходит небольшая часть энергии.

Вторым преимуществом является небольшой вес и компактные размеры. Например, компания Yasa Motors создала мотор с весом всего 25 кг. Он способен выдавать 650 Нм, что очень приличный результат. Также такие моторы долговечные, не нуждаются в коробке передач. Многие владельцы электрокаров говорят об экономичности электрических двигателей, что логично в некоторой степени. Ведь при работе электромотор не выделяет никаких продуктов сгорания. Однако многие водители забывают о том, что для производства электроэнергии необходимо использовать уголь, газ или обогащенный уран. Все эти элементы загрязняют окружающую среду, поэтому экологичность электродвигателей — это очень спорный вопрос. Да, они не загрязняют воздух в процессе работы. За них это делают электростанции при производстве электроэнергии.

Электрические двигатели обладают некоторыми недостатками, которые плохо влияют на эффективность работы. Это слабый пусковой момент, высокий пусковой ток и несогласованность механического момента вала с механической нагрузкой. Это приводит к тому, что КПД устройства снижается.

Для повышения эффективности стараются обеспечить нагрузку двигателя до 75% и выше и увеличивать коэффициенты мощности. Также есть специальные приборы для регулирования частоты подаваемого тока и напряжения, что тоже приводит к повышению эффективности и росту КПД.

Одним из самых популярных приборов для увеличения КПД электродвигателя является устройство плавного пуска, которое ограничивает скорость роста пускового тока. Также уместно использовать и частотные преобразователи для изменения скорости вращения мотора путем изменения частоты напряжения. Это приводит к снижению расхода электроэнергии и обеспечивает плавный пуск двигателя, высокую точность регулировки. Также увеличивается пусковой момент, а при переменной нагрузке стабилизируется скорость вращения. В результате эффективность электродвигателя повышается.

В зависимости от типа конструкции, коэффициент полезного действия в электрических двигателях может варьироваться от 10 до 99%. Все зависит от того, какой именно это будет двигатель. Например, КПД электродвигателя насоса поршневого типа составляет 70-90%. Конечный результат зависит от производителя, строения устройства и т. д. То же самое можно сказать и про КПД электродвигателя подъемного крана. Если он равен 90%, то это значит, что 90% потребляемой электроэнергии пойдет на выполнение механической работы, остальные 10% — на нагрев деталей. Все же есть наиболее удачные модели электродвигателей, коэффициент полезного действия которых приближается к 100%, но не равен этому значению.

Ни для кого не секрет, что электрические двигатели, КПД которых превышает 100%, не могут существовать в природе, так как это противоречит основному закону о сохранении энергии. Дело в том, что энергия не может взяться из ниоткуда и точно так же исчезнуть. Любой двигатель нуждается в источнике энергии: бензине, электричестве. Однако бензин не вечен, как и электроэнергия, ведь их запасы приходится пополнять. Но если бы существовал источник энергии, который не нуждался в пополнении, то вполне возможно было бы создать мотор с КПД свыше 100%. Российский изобретать Владимир Чернышов показал описание двигателя, который основан на постоянном магните, и его КПД, как уверяет сам изобретатель, составляет более 100%.

Для примера возьмем гидроэлектростанцию, где энергия вырабатывается за счет падения с большой высоты воды. Вода вращает турбину, и та производит электричество. Падение воды осуществляется под действием гравитации Земли. И хотя работа по производству электроэнергии совершается, гравитация Земли не становится слабее, то есть сила притяжения не уменьшается. Далее вода под действием солнечных лучей испаряется и снова поступает в водохранилище. На этом цикл завершается. В результате электроэнергия выработана, затраты на ее производство возобновлены.

Конечно, можно сказать, что Солнце не вечно, это так, но пару-тройку миллиардов лет оно протянет. Что касается гравитации, то она постоянно совершает работу, вытягивая влагу из атмосферы. Если сильно обобщить, то гидроэлектростанция — это двигатель, который преобразует механическую энергию в электрическую, и его КПД составляет более 100%. Это дает понять, что искать пути создания электродвигателя, КПД которого может быть более 100%, прекращать не стоит. Ведь не только гравитацию можно использовать в качестве неисчерпаемого источника энергии.

Второй интересный источник — постоянный магнит, который ниоткуда не получает энергию, а магнитное поле не расходуется даже при совершении работы. Например, если магнит что-либо притянет к себе, то он выполнит работу, а его магнитное поле слабее не станет. Это свойство уже не раз пытались использовать для создания так называемого вечного двигателя, но пока что ничего более-менее нормального из этого не получилось. Любой механизм износится рано или поздно, но сам источник, которым является постоянный магнит, практически вечен.

Впрочем, есть специалисты, которые утверждают, что со временем постоянные магниты теряют свои силы в результате старения. Это неправда, но даже если бы и было правдой, то вернуть его к жизни можно было бы всего лишь одним электромагнитным импульсом. Двигатель, который бы требовал перезарядку раз в 10-20 лет, хоть и не может претендовать на роль вечного, но очень близко к этому подходит.

Уже было много попыток создать вечный двигатель на базе постоянных магнитов. Пока что не было удачных решений, к сожалению. Но учитывая тот факт, что спрос на такие двигатели есть (его просто не может не быть), вполне возможно, что в скором будущем мы увидим что-то, что очень близко подойдет к модели вечного мотора, который будет работать на возобновляемой энергии.

КПД электродвигателя — это самый важный параметр, который определяет эффективность работы того или иного мотора. Чем выше КПД, тем лучше мотор. В двигателе с КПД 95% почти вся затрачиваемая энергия уходит на выполнение работы и только 5% расходуется не по нужде (например, на нагрев запчастей). Современные дизельные двигатели могут достигать значения КПД 45%, и это считается классным результатом. КПД бензиновых двигателей и того меньше.

источник