Verimliliğin tanımını veriniz. Transformatörün verimliliği nasıl belirlenir?

VERİMLİLİK KATSAYISI (verimlilik), bir sistemin (cihaz, makine) enerji dönüşümüne ilişkin verimliliğinin bir özelliğidir; yararlı olarak kullanılan enerjinin (döngüsel bir süreç sırasında işe dönüştürülen) sisteme aktarılan toplam enerji miktarına oranıyla belirlenir.

Katsayı yararlı eylem

(verimlilik), enerjinin dönüşümü veya iletimi ile ilgili olarak bir sistemin (cihaz, makine) verimliliğinin bir özelliği; faydalı olarak kullanılan enerjinin sistem tarafından alınan toplam enerji miktarına oranıyla belirlenir; genellikle h = Wpol/Wcym ile gösterilir.

Elektrik motorlarında verimlilik, gerçekleştirilen (faydalı) mekanik işin, elektrik enerjisi, kaynaktan alınan; ısı motorlarında ≈ faydalı mekanik işin harcanan ısı miktarına oranı; elektrik transformatörlerinde, sekonder sargıya alınan elektromanyetik enerjinin, primer sargı tarafından tüketilen enerjiye oranı. Verimliliği hesaplamak için farklı şekiller enerji ve mekanik iş, ısının mekanik eşdeğerine ve diğer benzer ilişkilere dayalı olarak aynı birimlerle ifade edilir. Verimlilik kavramı genelliği nedeniyle farklı sistemleri tek bir bakış açısıyla karşılaştırmamıza ve değerlendirmemize olanak sağlar. nükleer reaktörler, elektrik jeneratörleri ve motorlar, termik santraller, yarı iletken cihazlar, biyolojik nesneler vesaire.

Sürtünme, çevredeki cisimlerin ısınması vb. nedeniyle kaçınılmaz enerji kayıpları nedeniyle verim her zaman birden azdır. Buna göre verimlilik, harcanan enerjinin kesirleri olarak ifade edilir, yani. uygun kesir veya yüzde olarak ve boyutsuz bir miktardır. Termik santrallerin verimliliği %35-40'a, içten yanmalı motorların verimliliği %40-50'ye, dinamoların ve yüksek güçlü jeneratörlerin verimliliği %≈95'e, transformatörlerin verimliliği ise %≈98'e ulaşır. Fotosentez sürecinin verimliliği genellikle %6≈8'dir; Chlorella'da bu oran %20≈25'e ulaşır. Isı motorları için, termodinamiğin ikinci yasasından dolayı verim, çalışan maddenin geçirdiği termodinamik döngünün (dairesel süreç) özelliklerine göre belirlenen bir üst sınıra sahiptir. Carnot çevrimi en yüksek verime sahiptir.

Bir makinenin veya cihazın bireysel bir öğesinin (aşamasının) verimliliği ile sistemdeki tüm enerji dönüşüm zincirini karakterize eden verimlilik arasında bir ayrım vardır. Birinci türün verimliliği, enerji dönüşümünün niteliğine göre mekanik, termal vb. olabilir. İkinci tür, genel, ekonomik, teknik ve diğer verimlilik türlerini içerir. Sistemin genel verimliliği, kısmi verimliliklerin veya aşama verimliliklerinin çarpımına eşittir.

Teknik literatürde verimlilik bazen birlikten daha büyük olacak şekilde tanımlanır. Verimlilik Wpol/Wcost oranıyla belirlenirse benzer bir durum ortaya çıkar; burada Wpol ≈ sistemin "çıkışında" alınan kullanılan enerji, Wcost ≈ sisteme giren enerjinin tamamı değil, yalnızca gerçek olan kısmı maliyetler ortaya çıkar. Örneğin, yarı iletken termoelektrik ısıtıcılar (ısı pompaları) çalıştırılırken enerji tüketimi, termoelementin ürettiği ısı miktarından daha azdır. Fazla enerji alınır çevre. Bu durumda, kurulumun gerçek verimliliği birden küçük olmasına rağmen, dikkate alınan verimlilik h = Wpol/Wloss birden büyük olabilir.

Kaynak: Artobolevsky I.I., Theory of Mechanisms and Machines, 2. baskı, M.≈L., 1952; Genel ısı mühendisliği, ed. S. Ya. Kornitsky ve Ya. M. Rubinshtein, 2. baskı, M.≈L., 1952; Genel elektrik mühendisliği, M.≈L., 1951; Vukalovich M.P., Novikov I.I., Teknik termodinamik, 4. baskı, M., 1968.

Vikipedi

Yeterlik

Yeterlik (Yeterlik) - enerjinin dönüşümü veya iletimi ile ilgili olarak sistemin verimliliğinin bir özelliği. Faydalı olarak kullanılan enerjinin sistem tarafından alınan toplam enerji miktarına oranıyla belirlenir; genellikle η ile gösterilir. Verimlilik boyutsuz bir niceliktir ve genellikle yüzde olarak ölçülür.

Gerçekte, herhangi bir cihazın yardımıyla yapılan iş her zaman daha faydalı bir iştir, çünkü işin bir kısmı mekanizmanın içinde hareket eden ve bireysel parçaları hareket ettirirken oluşan sürtünme kuvvetlerine karşı gerçekleştirilir. Böylece hareketli bir blok kullanarak bloğun kendisini ve ipi kaldırarak ve bloktaki sürtünme kuvvetlerini yenerek ek iş yaparlar.

Şu gösterimi tanıtalım: faydalı iş $A_p$ ile, toplam iş ise $A_(poln)$ ile gösterilecektir. Bu durumda elimizde:

Tanım

Verimlilik faktörü (verimlilik) faydalı işin tamamlanan işe oranı denir. Verimliliği $\eta $ harfiyle gösterelim, o zaman:

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

Çoğu zaman verimlilik yüzde olarak ifade edilir, ardından tanımı şu formüldür:

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

Mekanizmaları oluştururken verimliliklerini artırmaya çalışıyorlar ama verimliliği bire eşit (birden fazlasını bir yana) veren mekanizmalar yok.

Yani verimlilik faktörü fiziksel miktar, bu da şu payı gösterir: faydalı iş yapılan tüm çalışmalara dayanmaktadır. Verimlilik kullanılarak, enerjiyi dönüştüren veya ileten ve iş yapan bir cihazın (mekanizma, sistem) verimliliği değerlendirilir.

Mekanizmaların verimliliğini artırmak için eksenlerindeki ve kütlelerindeki sürtünmeyi azaltmayı deneyebilirsiniz. Sürtünme ihmal edilebilirse, mekanizmanın kütlesi, örneğin mekanizmayı kaldıran yükün kütlesinden önemli ölçüde daha azdır, o zaman verimlilik birlikten biraz daha azdır. O zaman yapılan iş yaklaşık olarak faydalı işe eşittir:

Mekaniğin altın kuralı

İşyerinde kazanmanın basit bir mekanizma ile sağlanamayacağı unutulmamalıdır.

Formül (3)'teki işlerden her birini, kendisine karşılık gelen kuvvetin ve bu kuvvetin etkisi altında kat edilen yolun çarpımı olarak ifade edelim ve ardından formül (3)'ü şu şekle dönüştürelim:

İfade (4), basit bir mekanizma kullanarak yolculukta kaybettiğimiz kadar güç kazandığımızı da göstermektedir. Bu yasaya mekaniğin “altın kuralı” denir. Bu kural şu ​​şekilde formüle edilmiştir: Antik Yunanİskenderiye balıkçılı.

Bu kural sürtünme kuvvetlerinin üstesinden gelme işini hesaba katmaz, bu nedenle yaklaşıktır.

Enerji aktarım verimliliği

Verimlilik, faydalı işin uygulanması için harcanan enerjiye oranı ($Q$) olarak tanımlanabilir:

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

Verimliliği hesaplamak için ısıtma motoru aşağıdaki formülü uygulayın:

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

burada $Q_n$ ısıtıcıdan alınan ısı miktarıdır; $Q_(ch)$ - buzdolabına aktarılan ısı miktarı.

Carnot çevrimine göre çalışan ideal bir ısı motorunun verimliliği şuna eşittir:

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

burada $T_n$ ısıtıcı sıcaklığıdır; $T_(ch)$ - buzdolabı sıcaklığı.

Verimlilik sorunlarına örnekler

örnek 1

Egzersiz yapmak. Vinç motorunun gücü $N$'dır. $\Delta t$'a eşit bir zaman aralığında, $m$ kütleli bir yükü $h$ yüksekliğine kaldırdı. Bir vincin verimliliği nedir?\textit()

Çözüm. Söz konusu problemdeki yararlı iş, bir cismi $m$ kütleli bir yükün $h$ yüksekliğine kaldırma işine eşittir; bu, yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelme işidir. Şuna eşittir:

Bir yükü kaldırırken yapılan toplam işi güç tanımını kullanarak buluruz:

Bunu bulmak için verimlilik tanımını kullanalım:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1,3\right).\]

Formül (1.3)'ü (1.1) ve (1.2) ifadelerini kullanarak dönüştürüyoruz:

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

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

Örnek 2

Egzersiz yapmak.İdeal bir gaz, çevrimin verimliliği $\eta$ olan bir Carnot çevrimi gerçekleştirir. Sabit sıcaklıkta gaz sıkıştırma çevriminde yapılan iş nedir? Genişleme sırasında gazın yaptığı iş $A_0$

Çözüm. Döngünün verimliliğini şu şekilde tanımlıyoruz:

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

Carnot çevrimini ele alalım ve ısının hangi süreçlerde sağlandığını belirleyelim (bu $Q$ olacaktır).

Carnot çevrimi iki izoterm ve iki adyabattan oluştuğu için, adyabatik süreçlerde (2-3 ve 4-1 süreçleri) ısı transferi olmadığını hemen söyleyebiliriz. İzotermal süreç 1-2'de ısı sağlanır (Şekil 1 $Q_1$), izotermal süreç 3-4'te ısı uzaklaştırılır ($Q_2$). (2.1) ifadesinde $Q=Q_1$ olduğu ortaya çıktı. İzotermal bir süreç sırasında sisteme sağlanan ısı miktarının (termodinamiğin birinci yasası) tamamen gaz tarafından iş yapılmasına gittiğini biliyoruz; bu şu anlama gelir:

Gaz, aşağıdakilere eşit olan yararlı bir iş gerçekleştirir:

İzotermal işlem 3-4'te uzaklaştırılan ısı miktarı sıkıştırma işine eşittir (iş negatiftir) (T=const olduğundan $Q_2=-A_(34)$). Sonuç olarak elimizde:

(2.2) - (2.4) sonuçlarını dikkate alarak formül (2.1)'i dönüştürelim:

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34)(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\to A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2,4\right).\]

$A_(12)=A_0,\ $ koşuluna göre sonunda şunu elde ederiz:

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

Motorun yaptığı iş:

Bu süreç ilk kez Fransız mühendis ve bilim adamı N. L. S. Carnot tarafından 1824 yılında “Düşünceler Üzerine Düşünceler” kitabında ele alınmıştır. itici güç ateş ve bu gücü geliştirebilecek makineler hakkında."

Carnot'nun araştırmasının amacı, o zamanın ısı motorlarının kusurlu olmasının nedenlerini bulmak (verimleri ≤%5 idi) ve bunları iyileştirmenin yollarını bulmaktı.

Carnot çevrimi en verimli olanıdır. Verimliliği maksimumdur.

Şekil döngünün termodinamik süreçlerini göstermektedir. Sıcaklıkta izotermal genleşme (1-2) sırasında T 1 Isıtıcının iç enerjisindeki değişiklik nedeniyle iş yapılır, yani. gaza ısı verilmesi nedeniyle Q:

A 12 = Q 1 ,

Sıkıştırmadan önce gazın soğuması (3-4), adyabatik genleşme sırasında (2-3) meydana gelir. İç enerjideki değişim ΔU 23 adyabatik bir süreç sırasında ( S = 0) tamamen mekanik işe dönüştürülür:

A 23 = -ΔU 23 ,

Adyabatik genleşme sonucu gaz sıcaklığı (2-3) buzdolabının sıcaklığına düşer. T 2 < T 1 . (3-4) numaralı proseste, gaz izotermal olarak sıkıştırılır ve ısı miktarı buzdolabına aktarılır. 2. Soru:

A 34 = Q 2,

Döngü, gazın belirli bir sıcaklığa kadar ısıtıldığı adyabatik sıkıştırma işlemi (4-1) ile sona erer. T1.

İdeal gazlı ısı motorlarının Carnot çevrimine göre maksimum verim değeri:

.

Formülün özü kanıtlanmış olarak ifade edilmiştir. İLE. Carnot teoremi: Herhangi bir ısı motorunun verimi, ısıtıcı ve buzdolabının aynı sıcaklığında gerçekleştirilen Carnot çevriminin verimini aşamaz.

Tanım [ | ]

Yeterlik

Matematiksel olarak verimliliğin belirlenmesişu şekilde yazılabilir:

Nerede A- yararlı iş (enerji) ve Q- harcanan enerji.

Verimlilik yüzde olarak ifade edilirse aşağıdaki formülle hesaplanır:

Nerede Q X (\ displaystyle Q_(\ mathrm (X) ))- soğuk uçtan alınan ısı (soğutma makinelerinde soğutma kapasitesi); bir (\displaystyle A)

Isı pompaları için kullanılan terim dönüşüm oranı

Nerede Q Γ (\displaystyle Q_(\Gama ))- soğutucuya aktarılan yoğuşma ısısı; bir (\displaystyle A)- bu süreç için harcanan iş (veya elektrik).

Mükemmel arabada Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gama )=Q_(\mathrm (X) )+A), buradan ideal araca ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Muhtemelen herkes içten yanmalı bir motorun verimliliğini (Verim Katsayısı) merak etmiştir. Sonuçta, bu gösterge ne kadar yüksek olursa, güç ünitesi o kadar verimli çalışır. Üzerinde en etkili şu an Günümüzde elektrikli tip göz önüne alındığında verimliliği% 90 - 95'e kadar çıkabiliyor, ancak içten yanmalı motorlar için, ister dizel ister benzinli olsun, en hafif deyimiyle ideal olmaktan uzaktır...

Dürüst olmak gerekirse o zaman modern seçenekler motorlar 10 yıl önce piyasaya sürülen muadillerine göre çok daha verimli ve bunun pek çok nedeni var. Daha önce kendiniz düşünün, 1,6 litrelik versiyon yalnızca 60 - 70 hp üretiyordu. Ve artık bu değer 130 - 150 hp'ye ulaşabiliyor. Bu özenli çalışma her "adım"ın deneme yanılma yoluyla verildiği verimliliği artırma üzerine. Ancak bir tanımla başlayalım.

- yakıtın ateşlenmesiyle oluşan gazların basıncı nedeniyle motor krank miline sağlanan gücün piston tarafından alınan güce iki büyüklüğünün oranının değeridir.

Basit bir ifadeyle, bir yakıt karışımının (hava ve benzin) yanması sırasında ortaya çıkan termal veya termal enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesidir. Bunun, örneğin buhar santrallerinde zaten gerçekleştiğine dikkat edilmelidir - ayrıca sıcaklığın etkisi altındaki yakıt, ünitelerin pistonlarını itti. Bununla birlikte, oradaki tesisler çok daha büyüktü ve yakıtın kendisi katıydı (genellikle kömür veya yakacak odun), bu da taşımayı ve çalıştırmayı zorlaştırıyordu; sürekli olarak küreklerle fırına "beslemek" gerekiyordu. İçten yanmalı motorlar "buhar" motorlarından çok daha kompakt ve daha hafiftir ve yakıtın depolanması ve taşınması çok daha kolaydır.

Kayıplar hakkında daha fazla bilgi

İleriye baktığımızda, benzinli bir motorun verimliliğinin% 20 ila 25 arasında değiştiğini rahatlıkla söyleyebiliriz. Ve bunun birçok nedeni var. Gelen yakıtı alıp yüzdelere çevirirsek, motora aktarılan “enerjinin %100'ünü” elde etmiş gibi oluyoruz ve sonrasında kayıplar oluyor:

1)Yakıt verimliliği . Yakıtın tamamı yakılmıyor, küçük bir kısmı egzoz gazlarıyla birlikte gidiyor, bu seviyede zaten %25'e varan verim kaybı yaşıyoruz. Elbette artık yakıt sistemleri gelişiyor, bir enjektör ortaya çıktı ama ideal olmaktan uzak.

2) İkincisi ise ısı kayıplarıdır.Ve . Motor kendisini ve radyatörler, gövdesi ve içinde dolaşan sıvı gibi birçok unsuru ısıtır. Ayrıca ısının bir kısmı egzoz gazlarıyla birlikte ayrılır. Bütün bunlar %35'e varan verim kaybına neden olur.

3) Üçüncüsü mekanik kayıplardır. . Her türlü pistonda, biyel kolunda, segmanda - sürtünmenin olduğu her yerde. Bu aynı zamanda jeneratörün yükünden kaynaklanan kayıpları da içerebilir; örneğin jeneratör ne kadar çok elektrik üretirse krank milinin dönüşünü o kadar yavaşlatır. Tabii ki, yağlayıcılar da ilerleme kaydetti, ancak yine de hiç kimse sürtünmenin tamamen üstesinden gelemedi - kayıplar hala% 20'dir.

Dolayısıyla sonuç olarak verimlilik yaklaşık %20'dir! Elbette benzinli seçenekler arasında bu rakamın %25’e çıkarıldığı öne çıkan seçenekler de var ama bunların sayısı çok fazla değil.

Yani, arabanız 100 km'de 10 litre yakıt tüketiyorsa, bunun sadece 2 litresi doğrudan işe gidecek, geri kalanı kayıptır!

Elbette gücü artırabilirsiniz örneğin kafayı sıkarak, kısa bir video izleyerek.

Formülü hatırlarsanız, ortaya çıkıyor:

Hangi motor en yüksek verime sahiptir?

Şimdi benzinli ve dizel seçeneklerinden bahsedip hangisinin en verimli olduğunu öğrenmek istiyorum.

Basit bir dille ifade etmek gerekirse, teknik terimlerin yabaniliğine girmeden, iki verimlilik faktörünü karşılaştırırsanız, bunlardan daha verimli olanı elbette dizeldir ve nedeni şu:

1) Benzinli motor enerjinin yalnızca %25'ini mekanik enerjiye dönüştürürken dizel motor yaklaşık %40'ını dönüştürür.

2) Dizel tipini turboşarjla donatırsanız %50-53 verim elde edebilirsiniz, bu çok önemli.

Peki neden bu kadar etkili? Çok basit - benzer çalışma türüne rağmen (her ikisi de içten yanmalı ünitelerdir), dizel işini çok daha verimli bir şekilde yapar. Daha fazla sıkıştırmaya sahiptir ve yakıt farklı bir prensip kullanarak ateşlenir. Daha az ısınır, bu da soğutmadan tasarruf anlamına gelir, daha az valfe sahiptir (sürtünmeden tasarruf sağlar) ve aynı zamanda alışılagelmiş ateşleme bobinleri ve bujilere sahip değildir, bu da jeneratörden ek enerji maliyeti gerektirmediği anlamına gelir. . Daha düşük hızlarda çalışır, krank milini çılgınca döndürmeye gerek yoktur - tüm bunlar dizel versiyonunu verimlilik açısından şampiyon yapar.

Dizel yakıt verimliliği hakkında

Verimlilik faktörünün daha yüksek değerinden şu sonuç çıkar: yakıt verimliliği. Yani örneğin 1,6 litrelik bir motor, tüketimin 7-12 litre olduğu benzinli tipin aksine şehirde yalnızca 3-5 litre tüketebilir. Dizel motor çok daha verimlidir; motorun kendisi genellikle daha kompakt ve daha hafiftir, ayrıca Son zamanlarda ve daha çevre dostu. Bütün bu olumlu noktalar, değerinin daha büyük olması nedeniyle elde edilir, verimlilik ile sıkıştırma arasında doğrudan bir ilişki vardır, küçük tabloya bakınız.

Ancak tüm avantajlarına rağmen birçok dezavantajı da vardır.

Açıkça görüldüğü gibi, içten yanmalı bir motorun verimliliği ideal olmaktan uzaktır, bu nedenle gelecek açıkça elektrikli seçeneklere aittir - geriye kalan tek şey dondan korkmayan ve şarjı uzun süre tutan verimli piller bulmaktır.