Золотая квартира    

Расчет коэффициента полезного действия: формулы для электрической цепи

cdcaed2a

Содержание

Для оценки эффективности расхода энергии на выполнение работы необходимо выяснить, как найти КПД. Полученные сведения пригодятся для оптимизации параметров электрических компонентов цепи, рычагов и других передаточных механизмов. С помощью предварительных вычислений можно увеличить длительность действия автономного источника питания, решить другие практические задачи.

Формула КПД поясняет основные определения

Что такое КПД источника тока

Неподвижный заряд не выполняет работу. Уменьшение энергетического запаса в аккумуляторе происходит за счет химических реакций. Фактически это свидетельство несовершенства конструкции.

После подключения источника к проводникам с подключенной нагрузкой заряды перемещаются по цепи, выполняя определенную работу. Полезная составляющая мощности (Pпол) определяется параметрами внешнего контура. Полная (Pп) – содержит совокупные затраты. Если электротехник пользуется привычными терминами, он быстро установит для коэффициента полезного действия формулу:

КПД = Рпол/Рп = (U*I)/(Е*I) = U/E.

Для чего нужен расчет КПД

Как рассчитать потребление электрической энергии

Наглядный пример недостаточно эффективного устройства – классическая лампа накаливания. Пропускание тока через вольфрамовую спираль повышает температуру проводника. В рабочем режиме значительное количество потребляемой мощности расходуется на генерацию излучения. Однако к видимой части диапазона относится только небольшая часть спектра. Так как вырабатываемая теплота не выполняет полезного действия, соответствующие энергетические затраты следует узнавать по излишним.

Если выразить КПД через мощность в этом случае, следует одновременно учесть долговечность. Эта методика повышает точность оценки, так как подразумевает необходимость периодической замены испорченного излучателя.

В типовом рабочем режиме лампа накаливания нагревает нить до 2600-2800К. При таком значении срок службы составляет 900-1200 часов, КПД – от 5 до 7%. Увеличить эффективность в 2-5 раз можно повышением температуры до 3400-3600К. Однако в этом варианте долговечность уменьшается до 5-6 часов. Подобные практические характеристики нельзя признать удовлетворительными.

Сравнение эффективности и других параметров разных типов ламп

Эта таблица демонстрирует превосходство экономичных источников света. Срок службы современных светодиодов измеряется десятками тысяч часов. Даже на завершающих этапах рабочих циклов обеспечиваются высокая яркость и качественное распределение спектральных составляющих.

Нахождение тока в полной цепи

Как рассчитать амперы

Для изучения эффективности потребления энергии в электротехнике можно использовать базовые формулы. В полной цепи по базовому определению рассматривают источник тока (I) с внутренним сопротивлением (r). Подключенная нагрузка потребляет определенную мощность. Она характеризуется электрическим сопротивлением R.

Прохождение тока по такой цепи обеспечивает энергия источника, которая определена значением электродвижущей силы (ЭДС – E). Ее можно выразить как отношение выполненной сторонними силами работы (A) по передвижению заряда (q) с положительным знаком по соответствующему контуру. С учетом известной формулы I= q/t несложно определить зависимость между рассматриваемыми величинами:

А = E * I * t,

где t – контрольный временной интервал.

Отдельно можно рассмотреть участки с внутренним и внешним сопротивлением. Каждый из них выделяет определенное законом Джоуля-Ленца количество теплоты Q = I2 * R * t. Так как энергия не пропадает бесследно, можно сделать правильный вывод о равенстве Q = A. Подставив значения в исходное выражение, получают:

E = I*R + I*r.

ЭДС полной цепи вычисляется сложением двух падений напряжений на внутреннем и внешнем участке. Элементарное преобразование позволяет узнать силу тока в соответствующем проводнике:

I = E/ (R+r).

Расчет КПД электрической цепи

Частота вращения: формула

После определения основных параметров можно перейти к изучению эффективности системы. Для вычисления КПД обозначение потребления электроэнергии удобно сделать по стандартным формулам.

Определить мощность можно по следующим соотношениям силы тока, напряжения, электрического сопротивления

Выполняемая работа в цепи определяется количеством перемещенных зарядов, а также скоростью данного процесса. Для объективной оценки последнего параметра измерения выполняют с учетом определенных временных интервалов (Δt). Работу и мощность можно определить следующими формулами:

  • A = P * Δt;
  • P = A / Δt.

Как и в классической механике, работу можно измерить в джоулях (Дж). Мощность, по стандартам СИ, указывают в ваттах (Вт). Зависимость между отмеченными единицами:

Вт = Дж/ с (для электрических цепей вольт * ампер).

Для обозначения КПД символ «η» применяют в типовых формулах. Базовое определение с учетом приведенных замечаний можно преобразовать следующим образом:

η = A / Q * 100%,

где:

  • A – выполненная работа;
  • Q – энергия, полученная из источника.
Как найти КПД, формула для полной цепи

Любое подключенное устройство характеризуется определенными потерями. Резистор выделяет тепло. Трансформатор тратит часть энергии на преобразование электромагнитных волн. На примере лампы накаливания показана низкая эффективность изделия. С применением КПД увеличивают объективность оценки разных систем, подключаемых потребителей, генераторов. В следующем пункте представлена технология проверки силовых агрегатов.

Методика и порядок измерений

Идеальные условия можно рассматривать только в теории. Для корректной оценки замкнутой системы необходимо учитывать энергетические потери на выполнение необходимой работы. Ниже показано, как определить КПД механических силовых агрегатов с применением разных исходных данных.

Движению поршня в блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания препятствует сила трения. Поступательно-возвратные движения в ходе стандартного цикла преобразуются во вращение вала с дополнительными потерями. Высокая температура не выполняет в данном случае полезные функции. Чтобы не допустить разрушения агрегата, необходимо поддерживать определенный тепловой режим. Приходится обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости с помощью помпы.

Понятно, что в подобном случае сделать общий КПД расчет с учетом каждого компонента конструкции непросто. Однако можно узнать в ходе эксперимента с высокой точностью, какое количество топлива (масса – m) придется затратить на 100 км пробега машины за соответствующее время (t). Далее нужно взять из сопроводительной документации (справочников) следующие данные:

  • мощность мотора – Рм;
  • удельную теплоту бензина – У.

В этом варианте для расчета КПД двигателя формула преобразуется следующим образом: 

η = (Pм * t) / (У * m).

Для отображения результата в % итоговое значение умножают на 100.

Если мощность силового агрегата не известна, определять эффективность можно по массе авто (Mа). Измерять ее несложно с помощью промышленных весов (на станции техосмотра, элеваторе). В ходе эксперимента разгоняются с места до контрольной скорости (v). Массу топлива вычисляют по объему (переведенному из литров в м кв.), который умножают на плотность (справочная величина в кг на куб. м).

В этом случае КПД расчет находят по формуле:

η = (Mа * v2)/(2 * У * m).

Следует перевести предварительно скорость из км/час в м/с.

Проще измеряется эффективность электродвигателя с паспортной мощностью (P). Его подключают к источнику питания с известным напряжением (U). После выхода на стабильную частоту вращения фиксируют значение тока (I) в цепи. Далее применяют классическую формулу:

η = P/ (U * I).

Если сопроводительная документация отсутствует, технические параметры берут с официального сайта производителя. Однако и в этом случае следует понимать ограниченную точность подобных данных. В процессе эксплуатации характеристики могут ухудшиться за счет естественного износа. Погрешность увеличивается после длительной интенсивной эксплуатации, при подключении редуктора или другого переходного устройства.

Значительно улучшить точность можно с применением простой методики:

  • устанавливают на вал шкив с закрепленным тросом;
  • поднимают на контрольную высоту (h) груз c массой m;
  • секундомером фиксируют время (t) на выполнение этой работы;
  • мультиметром измеряют напряжение (U) и силу тока (I) на клеммах источника питания и в разрыве цепи, соответственно.

Для нахождения КПД в физике формула выглядит следующим образом:

η = (m * h * g)/(I * U * t),

где g – это гравитационная постоянная (9,80665).

Эффективность любого силового агрегата определяют по соотношению полезной работы к расходованной энергии. Чтобы корректно определять класс техники, пользуются переводом в проценты. Следует подчеркнуть, что значение больше 100% обозначает ошибку в расчетах. Создатель подобного агрегата станет «властелином мира», так как изобретет вечный двигатель.

Видео



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


Типы ламп освещения: бытовые, уличные и другие

Типы ламп освещения: бытовые, уличные и другие Лампы освещения накального, газоразрядного и светодиодного типов применяются для разных целей. Их используют в быту, на производстве и др. объектах....

19 06 2021 22:29:51

Инфракрасные лампы освещение, отопление курятников и птичников

Инфракрасные лампы освещение, отопление курятников и птичников Особенности отопления и освещения птичников и курятников, способы и нормы освещения в них. Применение инфракрасных ламп в курятнике....

18 06 2021 8:37:28

Схема изготовления стабилизатора на 12в: линейный стабилизатор своими руками

Классический стабилизатор напряжения 12 вольт. Интегральные стабилизаторы: основные характеристики и отличительные особенности. Целесообразность использование микросхем серии 1083/84/85 при изготовлении стабилизаторов 12в своими руками....

17 06 2021 12:16:51

О переделке шуруповертов на питание от сети 220в в домашних условиях своими руками

О переделке шуруповертов на питание от сети 220в в домашних условиях своими руками Устройство механизма шуруповерта и принцип действия прибора. Конструкция аккумулятора и типы аккумуляторных батарей. Переделка шуруповерта на питание от сети 220 В. Использование внешнего блока питания....

16 06 2021 12:17:31

Как отремонтировать стабилизатор напряжения своими руками

Диагностика повреждений и методика проверки стабилизатора. Ремонт электромеханических и релейных стабилизаторов напряжения. Ремонт платы управления стабилизатора своими руками. Степень сложности ремонта различных видов стабилизаторов....

15 06 2021 19:56:19

Способы подключения ламп: последовательное, параллельное

Способы подключения ламп: последовательное, параллельное Способы подключения ламп через один, два выключателя, датчик движения или проходные выключатели, а также параллельное и последовательное подключение....

14 06 2021 0:53:59

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор Основные характеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

13 06 2021 18:51:42

Светильники для кухни - подбор, советы и декорирование

Светильники для кухни - подбор, советы и декорирование Выбирая светильники для кухни при декорировании, руководствуются правилами дизайна и принципами деления помещения на функциональные зоны....

12 06 2021 1:15:59

Индукционные лампы: конструкция и принцип действия

Индукционные лампы: конструкция и принцип действия Промышленные светильники индукционные, классификация, преимущества и недостатки . Основные части установки, рекомендации при выборе индукционной лампы....

11 06 2021 2:53:30

Паяльник с керамическим нагревателем для паяльных станций

Паяльник с керамическим нагревателем для паяльных станций Выбираем жало для паяльных станций. Материалы и виды наконечника паяльников. Самые популярные наконечники. Керамические жала. Способы очистки жал. Какое жало лучше использовать в паяльных станциях....

10 06 2021 17:44:56

Обозначение кварцевого резонатора на схеме: принцип работы и конструкция

Обозначение кварцевого резонатора на схеме: принцип работы и конструкция Кварцевые резонаторы: технический элемент резонансных схем. Принцип действия. Устройство резонатора. Для чего нужен кварцевый резонатор. Отличия кварцевого резонатора от кварцевого генератора....

09 06 2021 21:43:23

Прокладка кабеля в земле: план проведения работ, выбор проводника

Прокладка кабеля в земле: план проведения работ, выбор проводника Прокладка кабеля под землей начинается с изучения норм прокладки К Л и выбора проводника, далее составляем план работ и можно начинать!...

08 06 2021 21:45:32

Изготовление точечной сварки для аккумуляторных батарей в домашних условиях

Изготовление точечной сварки для аккумуляторных батарей в домашних условиях Особенности контактной сварки. Точечная сварка аккумуляторов: изготовление сварочного аппарата. Сборка сварки для аккумуляторов: необходимые материалы и схемы сборки. Инструкция по эксплуатации самодельного аппарата точечной сварки для аккумуляторов....

07 06 2021 5:30:22

Типы ламп освещения: бытовые, уличные и другие

Типы ламп освещения: бытовые, уличные и другие Лампы освещения накального, газоразрядного и светодиодного типов применяются для разных целей. Их используют в быту, на производстве и др. объектах....

06 06 2021 5:22:24

Схема лабораторного БП: от простейшего до мощного с легкой регулировкой

Изготовление лабораторного блока питания своими руками. Простое устройство и регулируемые Б П. Схема двухполярного блока. Советы по оформлению корпуса блоков питания....

05 06 2021 0:38:40

О Николе Тесле: трансформатор Теслы, опыты Теслы

О Николе Тесле: трансформатор Теслы, опыты Теслы Историческая справка о Николе Тесле. Закон Теслы. Как собрать мини катушку Теслы своими руками. Единица измерения электромагнитной индукции - это тоже Тесла. Тайна Николы Теслы. Опыты и эксперименты....

04 06 2021 8:29:56

Филаментные лампы - преимущества и общие сведения

Филаментные лампы - преимущества и общие сведения Филаментные лампы, изготовленные по уникальной технологии в корпусе с различным дизайном, достойно заняли нишу экономичных светодиодных ламп....

03 06 2021 22:46:35

Тест на допуск электробезопасности (3 группа)

Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы lll по электробезопасности...

02 06 2021 7:26:48

Технические характеристики и расшифровка провода ПВ 3 1х6

Провод П В 3 1х6: область применения монтажного кабеля. Технические характеристики провода П В З 1 Х6. Таблица основных параметров проводов П В- З. Маркировка и расшифровка аббревиатуры....

01 06 2021 17:30:39

Об антеннах GPS: стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками

Об антеннах GPS: стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками Принцип работы антенны GPS (Global Positioning System). Типы антенн: встроенные и внешние, активные и пассивные. Подключение гаджетов к антеннам GPS. Об антеннах GPS: стационарные и автомобильные, как изготовить антенну GPS своими руками....

31 05 2021 4:58:31

Измеритель сопротивления элементов заземления ИС-10: руководство по эксплуатации

Измеритель сопротивления элементов заземления ИС-10: руководство по эксплуатации Назначение электроприбора И С 10 для измерения сопротивления заземления. Отличительные особенности прибора И С10. Основные характеристики: диапазоны измеряемых величин, погрешность измерения сопротивлений....

30 05 2021 20:13:30

Определение постоянного и переменного электрического тока

Определение постоянного и переменного электрического тока Понятие о постоянном и переменном токе. Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток: различия при транспортировке. Достоинства и недостатки переменных и постоянных электротоков....

29 05 2021 12:47:29

Расчет установленной мощности: определение величины суммарных мощностей

Расчет установленной мощности: определение величины суммарных мощностей Понятие об установленной и расчетной мощности. Установленная мощность: электрические станции, жилые и общественные здания, промышленные объекты - разница в вычислениях. Формулы для расчета установленных суммарных мощностей....

28 05 2021 6:44:26

Стартёр для запуска люминесцентных ламп - выбор и запуск

Стартёр для запуска люминесцентных ламп - выбор и запуск Как выбрать стартёр для запуска люминесцентных ламп и затем правильно его подключить, а также какие-могут возникнуть неисправности....

27 05 2021 23:21:24

Измерение силы тока, расчет мощности и напряжения с помощью онлайн калькулятора

Автоматизация расчёта участка электрической цепи. Калькулятор закона Ома. Рассчитываем напряжение, сопротивление, мощность и силу тока. Таблица приставок величин. Подсчет мощности по формулам. Набор сервисов для автоматизации подсчетов....

26 05 2021 1:36:36

Технические характеристика и расшифровка обозначений кабеля АСБЛ

Расшифровка маркировки кабеля А С Б Л. Область применения и особенности эксплуатации кабеля. Конструкция и технические характеристики провода А С Б Л. Монтажные работы и обозначение в нормативных документах....

25 05 2021 12:30:49

Термопара для мультиметров своими руками: разновидности и ремонт крокодилов

Термопара для мультиметров своими руками: разновидности и ремонт крокодилов Щупы (крокодилы) для мультиметра. Разновидности щупов по качеству: любительские и профессиональные. Виды по назначению. Изделия для SMD-монтажа. Изготовление самодельных термопар своими руками из подручных материалов....

24 05 2021 11:12:28

Токовые электроизмерительные клещи 1000в: как правильно пользоваться

Токовые электроизмерительные клещи 1000в: как правильно пользоваться Разновидности токоизмерительных клещей, выбор инструмента, измерение в цепях постоянного тока. Как пользоваться токоизмерительными клещами. Токоизмерительные клещи с мультиметром....

23 05 2021 17:42:36

Требования к электропроводке - нормы, эксплуатация

Требования к электропроводке - нормы, эксплуатация Виды электропроводок, общие требования по монтажу и использованию это важная часть электробезопасности. Все нормы, П У Э, С Ни П....

22 05 2021 14:12:14

Как узнать номер и класс точности электросчетчика

Как узнать номер и класс точности электросчетчика Вся интересующая вас информация есть на счетчике или в его паспорте, главное знать где искать! Мы сделали для вас пошаговую инструкцию....

21 05 2021 19:34:24

Изготовление клетки (решетки) Фарадея своими руками в домашних условиях

Что такое клетка или щит Фарадея. Устройство и принцип действия прибора. Сферы применения К Ф. FARADAY SHIELD: от микроволновой печи до защитных костюмов. Изготовление щита Фарадея своими руками в домашних условиях....

20 05 2021 12:49:44

Как замерять сопротивление изоляции электропроводки: периодичность процедуры

Как замерять сопротивление изоляции электропроводки: периодичность процедуры С какой периодичностью следует проводить замеры сопротивления изоляции электропроводки. Основные требования к изоляционному материалу проводников. Нормативы П У Э для сопротивления изоляций электропроводки....

19 05 2021 21:50:59

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор Основные характеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

18 05 2021 14:52:23

Лампа накаливания: устройство, классификация, мощность, обозначение

Лампа накаливания: устройство, классификация, мощность, обозначение Лампы накаливания широко используемые в быту и промышленности. Они различаются по конструкции, мощности, световой отдаче и дизайну....

17 05 2021 3:50:29

Проект освещения - составление и детальное описание

Проект освещения - составление и детальное описание Проект освещения должен выполняться специалистами. Выполняя такое проектирование самостоятельно, необходимо знание определенных норм и правил....

16 05 2021 3:30:51

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи Принцип действия и технические характеристики вольтметров: электромеханические и электронные аппараты. Подключение вольтметра к цепи переменного и постоянного тока....

15 05 2021 4:13:31

О монтаже СИП кабелей от столба к дому: крепление проводов к арматурам и опорам дома

О монтаже СИП кабелей от столба к дому: крепление проводов к арматурам и опорам дома Арматура и материалы для прокладки кабеля. Техника безопасности при проведении электромонтажных работ. Особенности креплений самонесущих изолированных проводов. Монтаж С И П-кабеля от столба к дому. Соединение С И П со щитком....

14 05 2021 2:42:51

Счетчик Энергомера СЕ101: схема подключения электросчетчика электроэнергии

Описание прибора электросчетчик Энергомера С Е 101. Световые индикаторы и особенности индикационного табло Энергомеры С Е-101. Схема подключения электросчетчика С Е101. Поэтапная установка электрического счетчика....

13 05 2021 16:13:13

Ремонт электрооборудования залог его длительной эксплуатации

Ремонт электрооборудования залог его длительной эксплуатации Ремонт электрического оборудования важная функция. Правильная организация поможет обеспечить работоспособность и продлить срок службы....

12 05 2021 16:32:22

Пульт дистанционного управления или пду

Принцип работы П Д У. Варианты и назначение пультов дистанционного управления. Программируемые П Д У и работа с ними. Как запрограммировать универсальный пульт. Какими устройствами можно управлять с помощью программируемого П Д У....

11 05 2021 15:50:42

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация Светильники с датчиками движения – вид современного освещения, позволяющий значительно экономить расход электроэнергии и придать уникальность любому объекту...

10 05 2021 10:35:50

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков

Периодичность межповерочного интервала для домашних электрических счетчиков Что такое межповерочный интервал проверки электросчетчиков. Особенности процесса пломбирования. Порядок проверки электросчетчиков. Самостоятельная проверка исправности электросчетчика....

09 05 2021 16:58:33

Как проложить электрический кабель в грунте: технология и глубина укладки

Прокладка кабеля в земле: сферы применения метода. Какой кабель допускается использовать по П У Э. Основные правила укладки провода в грунт. Как проложить электрокабель под землей: алгоритм действий....

08 05 2021 2:45:44

Опломбировать счетчик электроэнергии это легко!

Опломбировать счетчик электроэнергии это легко! Какова процедура пломбирования счетчика, кто отвечает за это и все необходимые для опломбирования документы вы найдете в этой статье!...

07 05 2021 20:11:40

В чем измеряются единицы емкости конденсаторов

Единица измерения емкости в системе С И и других системах. Фарады через основные единицы системы. Определение кратных единиц ёмкости. Таблица перевода дольных единиц. Маркировка конденсаторов. Кодировка больших по размерам устройств...

06 05 2021 23:36:59

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя

Схема автоматического ввода резерва: устройство АВР переключателя Требования к устройствам автоматического ввода резерва и их типы. Принцип действия А В Р. Автоматический ввод резерва на мощных контакторах: особенности и преимущества....

05 05 2021 16:46:24

О розетках для варочных панелей и духовых шкафов: подключение силовой розетки

О розетках для варочных панелей и духовых шкафов: подключение силовой розетки Какие розетки подходят для варочных панелей или духовых шкафов. Варианты изготовления и производители изделий. Правильная розетка для электроплит. Правила монтажа розеток для мощной кухонной техники....

04 05 2021 18:14:33

О блокинг генераторе: принцип работы и устройство прибора

О блокинг генераторе: принцип работы и устройство прибора Блокинг генератор: принцип работы устройства. Автоколебательный режим: сборка блокинг-генератора на усилительных элементах. Рабочий процесс рассматриваемого устройства....

03 05 2021 22:21:36

Как оплатить электроэнергию по счетчику, в зависимости от типа электросчетчика

Как оплатить электроэнергию по счетчику, в зависимости от типа электросчетчика Виды электросчётчиков: индукционные и электронные. Как правильно снимать показания электросчётчика. Форма оплаты для физических лиц. Правильность заполнения квитанций. Оплата электроэнергии по счетчику....

02 05 2021 11:25:36

Как обозначается напряжение и единицы силы электрического тока

Что такое электрическое напряжение, случаи требующие его измерения, единицы измерений. Действующее значение напряжения и определение его величины. Сеть постоянного и переменного тока. Требования к измерительным приборам....

01 05 2021 4:57:36

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::

Flat d'Oro - Золотая квартира. Так еще в средневековье испанские строители называли жилье, обустроенное по последнему слову тогдашней техники. Например, оборудованную новомодным устройством для смыва воды компании Unitas (да, именно от названия этой компании произошло слово, которым обозначаем сантехническое устройство мы, современные носители русского языка). Мы научим Вас, как сделать Вашу квартиру Золотой!