Кпд тока: Репетитор-онлайн — подготовка к ЦТ

Содержание

Кпд источника тока формула | Домострой

Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, источник тока совершает работу. Различают полезную и полную работу источника тока. Полезная работа – это та, которую совершает источник по перемещению зарядов во внешней цепи; полная работа – это работа источника по перемещению зарядов во всей цепи:

— полезная работа;

— полная работа.

Соответственно этому, различают полезную и полную мощность источника тока:

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника тока называют отношение:

Выясним, при каком сопротивлении внешней цепи

полезная мощность максимальна.

Имеем:

, где ;

откуда .

Условие

называется условием согласования источника и нагрузки. В этом случае мощность, выделяемая источником во внешней цепи, максимальна. Отметим, что при выполнении условия согласования КПД источника тока , то есть максимальная полезная мощность и максимальный КПД несовместимы. Из приведенного графика видно также, что одну и ту же полезную мощность можно получить при двух различных сопротивлениях внешней нагрузки .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10091 —

| 7528 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.

Она определяется по формуле

где Pоб-полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, вт;

Е- э. д. с. источника, в;

I-величина тока в цепи, а.

В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R (сопротивлением источника тока).

Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим

Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI.

Величина UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, Ее называют мощностью потерь Po=UoI.

Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь Pоб=Pпол+P0.

Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η.

Из определения следует

При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.

Если выразить мощности через величину тока и сопротивления участков цепи, получим

Таким образом, к. п. д. зависит от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением потребителя.

Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.

Для практической электротехники особый интерес представляют два вопроса:

1. Условие получения наибольшей полезной мощности

2. Условие получения наибольшего к. п. д.

Наибольшую полезную мощность( мощность на нагрузке) электрический ток развивает в том случае, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника тока.

Эта наибольшая мощность равна половине всей мощности (50%) развиваемой источником тока во всей цепи.

Половина мощности развивается на нагрузке и половина развивается на внутреннем сопротивлении источника тока.

Если будем уменьшать сопротивление нагрузки, то мощность развиваемая на нагрузке будет уменьшаться а мощность развиваемая на внутреннем сопротивлении источника тока будет увеличиваться.

Если сопротивление нагрузки равно нулю то ток в цепи будет максимальным, это режим короткого замыкания (КЗ). Почти вся мощность будет развивается на внутреннем сопротивлении источника тока. Этот режим опасен для источника тока а также для всей цепи.

Если сопротивление нагрузки будем увеличивать, то ток в цепи будет уменьшатся, мощность на нагрузке также будет уменьшатся. При очень большом сопротивлении нагрузки тока в цепи вообще не будет. Это сопротивление называется бесконечно большим. Если цепь разомкнута то ее сопротивление бесконечно большое. Такой режим называется режимом холостого хода.

Таким образом, в режимах, близких к короткому замыканию и к холостому ходу, полезная мощность мала в первом случае за счет малой величины напряжения, а во втором за счет малой величины тока.

Коэффициент полезного действия (к. п. д.) равен 100% при холостом ходе ( в этом случае полезная мощность не выделяется, но в то же время и не затрачивается мощность источника).

По мере увеличения тока нагрузки к. п. д. уменьшается по прямолинейному закону.

В режиме короткого замыкания к. п. д. равен нулю ( полезной мощности нет, а мощность развиваемая источником, полностью расходуется внутри него).

Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать выводы.

Условие получения максимальной полезной мощности( R=R) и условие получения максимального к. п. д. (R=∞) не совпадают. Более того, при получении от источника максимальной полезной мощности ( режим согласованной нагрузки) к. п. д.составляет 50%, т.е. половина развиваемой источником мощности бесполезно затрачивается внутри него.

В мощных электрических установках режим согласованной нагрузки является неприемлемым, так как при этом происходит бесполезная затрата больших мощностей. Поэтому для электрических станций и подстанций режимы работы генераторов, трансформаторов, выпрямителей рассчитываются так, чтобы обеспечивался высокий к. п. д. ( 90% и более).

Иначе обстоит дело в технике слабых токов. Возьмем, например, телефонный аппарат. При разговоре перед микрофоном в схеме аппарата создается электрический сигнал мощностью около 2 мвт. Очевидно, что для получения наибольшей дальности связи необходимо передать в линию как можно большую мощность, а для этого требуется выполнить режим согласованного включения нагрузки. Имеет ли в данном случае существенное значение к. п. д.? Конечно нет, так как потери энергии исчисляются долями или единицами милливатт.

Режим согласованной нагрузки применяется в радиоаппаратуре. В том случае, когда согласованный режим при непосредственном соединении генератора и нагрузки не обеспечивается, применяют меры согласования их сопротивлений.

Для работы электронных и электрических устройств необходимо подключать их к источникам питания. Источники питания могут быть как стационарные, так и автономные. В качестве питающих устройств используются гальванические элементы или преобразователи электроэнергии. И те, и другие являются источниками тока или напряжения.

Что такое источник тока

Это устройство или элемент, в общем понимании – двухполюсник, у которого проходящий через него ток не зависит от величины напряжения на полюсах. Основные характеристики источника тока (ИТ):

  • величина;
  • внутренняя проводимость (импеданс).

Внутреннее сопротивление такого двухполюсника очень мало. У идеального источника (ИИТ) оно приближается к нулю.

Генераторы движения электронов могут быть как независимыми, так и зависимыми.

Первые представляют собой идеальный двухполюсник, с двумя зажимами. У них ток, движущийся от одного зажима к другому, не зависит от формы и величины разности потенциалов на зажимах. Его изменения происходят по своим законам.

Второй тип ИТ – идеальный двухполюсник, с двумя зажимами, у которого движение зарядов от одного зажима к другому зависит от формы и величины напряжения на этих зажимах.

Существует управляемый зависимый ИТ. Он представляет собой идеальный двухполюсник, имеющий 2 зажима на входе и 2 зажима на выходе. Его особенность в том, что выходное значение тока на выходе зависит от его величины на входе. В таком ИТ происходит усиление мощности. Изменяя нулевое значение мощности на его входе, управляют величину мощности на выходных зажимах.

Информация. Управление производителем энергии может осуществляться напряжением (ИТУН) или током (ИТУТ). Одни находят применение для полевых триодов и электровакуумных ламп, вторые – для транзисторов биполярного типа.

В реальности генераторы тока имеют определённые ограничения по напряжению. Они далеки от идеальных ИТ и создают движение электричества в таком интервале напряжений, где их верхняя граница зависит от Uпит ИТ. Следовательно, у реального источника тока есть существенные пределы по нагрузке.

КПД электрической цепи

Выполняя продвижения зарядов через замкнутую цепь, двухполюсник проделывает некоторую работу. Когда генератор двигает заряды по внешнему контуру цепи, то это полезная работа. Когда ИТ продвигает электрические носители по всей цепи, говорят о полной работе.

Внимание! В этой цепочке перемещения зарядов особое значение имеет КПД (коэффициент полезного действия) источника. Он равен соотношению сопротивлений внешней цепи и полному сопротивлению цепи.

Обращая внимание на КПД электроцепи, нужно отметить, что он напрямую зависит от физических величин, определяющих скорость передачи или трансформации электрической энергии. Одной из таких величин является мощность Р (Вт).

Формулы мощности:

P = U * I = U2/R = I2 * R,

где:

  • U – напряжение на нагрузке, В;
  • I – ток, А;
  • R – сопротивление нагрузки, Ом.

Для разных цепей значения напряжения и сила тока различаются, следовательно, производимая ими работа будет разной. Когда предстоит оценить скорость передачи и преобразования электрического тока, то обращают внимание на Р. Она соответствует работе, проделанной за единицу времени:

где:

  • P – мощность, Вт;
  • A – работа, Дж;
  • ∆t – временной интервал, с.

Исходя из этой формулы, чтобы найти работу А, нужно умножить Р на время:

Чтобы найти КПД (η) электроцепи, нужно найти отношение полезно потраченной энергии к количеству всей энергии, поданной в цепь. Формула для расчёта:

где:

  • А – проделанная потребителем работа, Дж;
  • Q – количество энергии, взятой от источника, Дж.

Важно! КПД не может быть выше единицы. В основном он или равен ей, или меньше её. Этому причина – Закон сохранения энергии. Согласно ему, полезная совершённая работа никогда не превысит затраты энергии, необходимые для её выполнения.

Наглядно это можно объяснить на примере электрической цепи, в которую включен проводник, имеющий определённое сопротивление. При прохождении электричества через цепь часть энергии будет рассеиваться на проводнике, превращаясь в тепло и нагревая его. Потери мощности будут зависеть от величины этого сопротивления.

Что такое КПД ИТ

Когда речь идёт о кпд источника тока, также рассматривают полезную и полную работу, совершаемую двухполюсником. Перемещая электроны во внешней цепи, он выполняет полезную работу, двигая их по всей цепи, включая и свою внутреннюю, он производит полную работу.

В виде формул это выглядит так:

  • А полезн. = q*U = I*U*t = I2*R*t;
  • А полн. = q*ε = I* ε*t = I2*(R+r)*t.

где:

  • q – количество энергии, Дж;
  • U – напряжение, В;
  • ε – ЭДС, В;
  • I – ток, А;
  • R – сопротивление нагрузки, Ом;
  • r – импеданс источника, Ом;
  • t – время, за которое совершается работа, с.

С учётом этого можно выразить мощности двухполюсника:

  • Р полезн. = А полезн./t = I*U = I2*R;
  • P полн. = А полн./t = I*ε = I2*(R+r).

Формула кпд источников тока имеет вид:

η = Р полезн./P полн.= U/ε = R/ R+r.

Исследование мощности и КПД генератора тока

Максимальная полезная Pmax и максимальный КПДmax – несовместимые понятия. Нельзя добиться максимального КПД источника при максимальной мощности. Это обусловлено тем, что Р, отдаваемая двухполюсником, достигнет своего максимального значения только при условии согласования сопротивления нагрузки и внутреннего импеданса ИТ:

В этом случае КПД источника будет:

η = R/ R+r = r/ r+r = 1/2, что составляет всего 50%.

Для согласования двухполюсника и нагрузки применяют электронные схемы или согласующие блоки, для того чтобы добиться максимального отбора мощности от источника.

Мощность ИТ и внутреннее сопротивление

Можно собрать последовательную схему, в которую войдут гальванический двухполюсник и сопротивление нагрузки. Двухполюсник, имеющий внутренний импеданс r и ЭДС – Е, отдаёт на внешнюю нагрузку R ток I. Задача цепи – питание электричеством активной нагрузки, выполняющей полезную работу. В качестве нагрузки может быть применена лампочка или обогреватель.

Рассматривая эту цепь, можно определиться с зависимостью полезной мощности от величины сопротивления. Для начала находят R-эквивалентное всей цепи.

Оно выглядит так:

Движение электричества в цепи находится по формуле:

В таком случае Р ЭДС на выходе составит Рвых. = E*I = E²/(R + r).

Далее можно найти Р, рассеиваемую при нагреве генератора из-за внутреннего сопротивления:

Pr = I² * r = E² * r/(R + r)².

На следующем этапе определяются с мощностью, отбираемой нагрузкой:

PR = I² * R = E² * R/(R + r)².

Общая Р на выходе двухполюсника будет равна сумме:

Это значит, что потери энергии изначально происходят при рассеивании на импедансе (внутреннем сопротивлении) двухполюсника.

Далее, чтобы увидеть, при какой величине нагрузки достигается максимальная величина полезной мощности Рполезн., строят график.

При его рассмотрении видно, что самое большое значение мощности – в точке, где R и r сравнялись. Это точка согласования сопротивлений генератора и нагрузки.

Внимание! Когда R > r, то ток, возникающий в цепи, мал для передачи энергии нагрузке с достаточной скоростью. При R Видео

Расчет коэффициента полезного действия: формулы для электрической цепи

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

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

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

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

Кпд источника тока.

Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, источник тока совершает работу. Различают

полезную и полную работу источника тока. Полезная работа – это та, которую совершает источник по перемещению зарядов во внешней цепи; полная работа – это работа источника по перемещению зарядов во всей цепи:

— полезная работа;

— полная работа.

Соответственно этому, различают полезную и полную мощность источника тока:

Коэффициентом полезного действия (КПД) источника тока называют отношение:

Выясним, при каком сопротивлении внешней цепи полезная мощностьмаксимальна.

Имеем: , где;

откуда .

Условие называетсяусловием согласования источника и нагрузки. В этом случае мощность, выделяемая источником во внешней цепи, максимальна. Отметим, что при выполнении условия согласования КПД источника тока , то есть максимальная полезная мощность и максимальный КПД несовместимы. Из приведенного графика видно также, что одну и ту же полезную мощность можно получить при двух различных сопротивлениях внешней нагрузки .

3.2. Сторонние силы. Эдс источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.

Для протекания электрического тока в проводнике необходимо, чтобы на его концах поддерживалась разность потенциалов. Очевидно, для этой цели не может быть использован заряженный конденсатор. Действительно, если включить в цепь проводника заряженный конденсатор и замкнуть цепь, то под действием сил электростатического поля заряды придут в движение, возникнет кратковременный ток, после чего установится равновесное распределение зарядов, при котором потенциалы концов проводника выравниваются и ток прекращается. Другими словами, электростатическое поле конденсатора не может осуществить постоянную циркуляцию зарядов в цепи (то есть электрический ток), что является следствием потенциальности электростатического поля – равенства нулю работы сил электростатического поля по замкнутому контуру. Таким образом, для поддержания постоянного тока в замкнутой цепи необходимо действие сторонних сил неэлектростатического происхождения и не являющихся потенциальными силами.

Эти силы могут быть обусловленыхимическими процессами, диффузией носителей заряда через границу двух разнородных проводников, магнитными полями, другими причинами.

Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают по перемещению зарядов в замкнутой цепи. Величина, равная работе сторонних сил Аст, отнесенная к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС). Единицей измерения ЭДС в СИ (как и напряжения) является В (Вольт).

Работа сторонних сил по замкнутому контуру не равна нулю:

Участок цепи, содержащий источник ЭДС, называется неоднородным. Всякий источник ЭДС характеризуется величиной ЭДС ε и внутренним сопротивлением r.

— напряжение на концах участка цепи.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:

При соединении концов неоднородного участка цепи идеальным проводником образуется замкнутая цепь, в которойпотенциалыφ1 и φ2 выравниваются и мы приходим к закону Ома для замкнутой (или полной) цепи:

Если сопротивление внешней цепи , то имеем случайкороткого замыкания. В этом случае в цепи течет максимальный ток:

При имеем разомкнутую цепь. В этом случае ток в цепи равен нулю:

График зависимости кпд от силы тока

Отчёт

Лабораторная работа

Выполнил: Волков К.В. ГГ11-07

Проверил: Байкалова С.И

Цель работы:Изучить зависимость полной мощности источника , полезной мощности , КПД источника от величины силы тока в цепи и сопротивления нагрузки , а также определить ЭДС источника и его внутреннее сопротивление .

Оборудование: Источник тока, реостат, амперметр, вольтметр.

Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц: положительных от большего потенциала к меньшему в направлении поля (от плюса к минусу), отрицательных – против поля (от минуса к плюсу). За положительное направление тока условно принято направление движения положительных зарядов. Необходимыми условиями существования тока являются:

1. Наличие свободных зарядов;

2. Наличие внешнего электрического поля;

3. Наличие источника тока, который за счет работы сторонних сил поддерживает поле в проводнике.

Ток – скалярная величина, равная отношению заряда, переносимого через поперечное сечение проводника, ко времени переноса:

(1)

Сторонними силами называются силы не электростатической природы. Они перемещают положительный заряд на таких участках замкнутой цепи, где он движется в сторону возрастания потенциала, против сил электростатического поля. Примерами источников сторонних сил являются химические реакции в гальванических элементах, механическое движение гидротурбины и др. Всякое устройство, в котором возникают сторонние силы, называется источником тока.

ЭДС источника тока, действующая в цепи или на ее участке, есть физическая величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда:

(2)

Для расчета силы тока используют законы Ома.

Закон Ома для однородного участка цепи (не содержащего источника сторонних сил) выражается формулой:

, (3)

где – напряжение на концах участка, ; – сопротивление участка.

Закон Ома для неоднородного участка цепи (содержащего источник сторонних сил) характеризуется формулой:

, (4)

где – внутреннее сопротивление источника .

Закон Ома для замкнутой цепи (когда разность потенциалов равна нулю) определяется формулой:

(5)

На рис. 1 приводится схема электрической цепи, используемой в данной работе, со следующими обозначениями: – источник тока; – переключатель; – амперметр, обладающий очень малым сопротивлением; – вольтметр с очень большим внутренним сопротивлением. Приближенно считают, что мощность выделяется только на сопротивлении нагрузки и внутри источника с сопротивлением .

В случае, когда проводники, образующие цепь, неподвижны и ток является постоянным, работа сторонних сил полностью расходуется на нагревании проводников.

Полезную мощность , выделяющуюся во внешней цепи, находят по формуле:

(6)

Полная мощность источника тока равна сумме мощностей, выделяющихся во всей цепи:

(7)

Коэффициент полезного действия равен отношению полезной мощности к полной мощности источника тока :

(8)

В зависимости от величины сопротивления внешней цепи рассматривают три основных режима:

1. Режим холостого хода, когда цепь разомкнута, , при этом , , , ;

2. Режим короткого замыкания, когда внешнее сопротивление . В этом случае мы наблюдаем максимальное значение силы тока:

; ; ; ; ;

3. режим выделения максимальной мощности во внешней цепи, когда сопротивление внешней цепи равно сопротивлению источника тока (режим согласованной нагрузки):

Так как полезная мощность равна , то, исследуя эту функцию на экстремум , получаем, что максимальная полезная мощность будет тогда, когда значение внешнего сопротивления будет равно внутреннему сопротивлению . В этом случае сила тока в цепи, падение напряжения на внешней нагрузке, полная, полезная мощности и КПД источника тока будут , соответственно равны

; ; ; ; .

Зависимости , , от и при и показаны на рис. 2 и 3.

1. Определить цену одного деления амперметра и вольтметра.

2. Измерить при разомкнутом ключе ЭДС источника .

=30.5В

3. Замкнуть ключ и путем изменения сопротивления реостата произвести отсчет силы тока и напряжения равномерно по всему диапазону изменения силы тока от нуля до максимального значения (не менее 10 – 15 измерений).

4. Произвести расчет , , для всех измеренных значений силы тока и напряжения . Вычислить внутренние сопротивление источника тока .

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Номер измерения ,Ом ,Вт ,Вт
0,7 21,5 30,71 15,1 21.35 0.705
0,86 18,6 13,76 26.23 0.525
30,5 0.426
1,4 6,43 12,6 42.7 0.295
0.131

Ом, В.

Вывод: Определили зависимость полной мощности источника , полезной мощности , КПД источника от величины силы тока в цепи и сопротивления нагрузки , а также научились определять ЭДС источника и его внутреннее сопротивление.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

, (1)

I- сила тока в цепи; Е- электродвижущая сила источника тока, включённого в цепь; R- сопротивление внешней цепи; r- внутреннее сопротивление источника тока.

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R®0) и при R®эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р1> 0. Следовательно, функция Р1 имеет максимум. Значение R, соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р1 по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е ? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи равном внутреннему сопротивлению источника тока.

При этом сила тока в цепи (5)

равна половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает своего максимального значения, равного

. (6)

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток протекает и внутри источника и при этом на внутреннем сопротивлении источника выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла равна

. (7)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи , определится формулой

= I 2 (R+r) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

, (10)

т.е. Р1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи ( R>> r ), второе – короткому замыканию ( R

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

, (1)

I- сила тока в цепи; Е- электродвижущая сила источника тока, включённого в цепь; R- сопротивление внешней цепи; r- внутреннее сопротивление источника тока.

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R®0) и при R®эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р1> 0. Следовательно, функция Р1 имеет максимум. Значение R, соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р1 по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е ? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи равном внутреннему сопротивлению источника тока.

При этом сила тока в цепи (5)

равна половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает своего максимального значения, равного

. (6)

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток протекает и внутри источника и при этом на внутреннем сопротивлении источника выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла равна

. (7)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи , определится формулой

= I 2 (R+r) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

, (10)

т.е. Р1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи ( R>> r ), второе – короткому замыканию ( R

Коэффициент полезного действия (кпд) — формулы, обозначение, расчет

КПД: понятие коэффициента полезного действия

Представьте, что вы пришли на работу в офис, выпили кофе, поболтали с коллегами, посмотрели в окно, пообедали, еще посмотрели в окно — вот и день прошел. Если вы не сделали ни одного дела по работе, то можно считать, что ваш коэффициент полезного действия равен нулю.

В обратной ситуации, когда вы сделали все запланированное — КПД равен 100%.

По сути, КПД — это процент полезной работы от работы затраченной.

Вычисляется по формуле:

Формула КПД

η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Aполезная — полезная работа [Дж]

Aзатраченная — затраченная работа [Дж]

Есть такое философское эссе Альбера Камю «Миф о Сизифе». Оно основано на легенде о неком Сизифе, который был наказан за обман. Его приговорили после смерти вечно таскать огромный булыжник вверх на гору, откуда этот булыжник скатывался, после чего Сизиф тащил его обратно в гору. То есть он делал совершенно бесполезное дело с нулевым КПД. Есть даже выражение «Сизифов труд», которое описывает какое-либо бесполезное действие.

Давайте пофантазируем и представим, что Сизифа помиловали и камень с горы не скатился. Тогда, во-первых, Камю бы не написал об этом эссе, потому что никакого бесполезного труда не было. А во-вторых, КПД в таком случае был бы не нулевым.

Полезная работа в этом случае равна приобретенной булыжником потенциальной энергии. Потенциальная энергия прямо пропорционально зависит от высоты: чем выше расположено тело, тем больше его потенциальная энергия. То есть, чем выше Сизиф прикатил камень, тем больше потенциальная энергия, а значит и полезная работа.

Потенциальная энергия

Еп = mg

Еп — потенциальная энергия [Дж]

m — масса тела [кг]

g — ускорение свободного падения [м/с^2]

h — высота [м]

На планете Земля g ≃ 9,8 м/с^2

Затраченная работа здесь — это механическая работа Сизифа. Механическая работа зависит от приложенной силы и пути, на протяжении которого эта сила была приложена.

Механическая работа

А = FS

A — механическая работа [Дж]

F — приложенная сила [Н]

S — путь [м]

И как же достоверно определить, какая работа полезная, а какая затраченная?

Все очень просто! Задаем два вопроса:


  1. За счет чего происходит процесс?

  2. Ради какого результата?

В примере выше процесс происходит ради того, чтобы тело поднялось на какую-то высоту, а значит — приобрело потенциальную энергию (для физики это синонимы). Происходит процесс за счет энергии, затраченной Сизифом — вот и затраченная работа.

КПД в механике

Главный секрет заключается в том, что эта формула подойдет для всех видов КПД.

Запоминаем!

КПД не может быть больше 100%. В реальной жизни и 100 не встречается, но больше сотни даже в задачах нет. Это значит, что если в задаче получается значение больше 100%, то мы в ответ пишем 100. И никак иначе.

КПД

η = (Aполезная/Aзатраченная) * 100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Aполезная — полезная работа [Дж]

Aзатраченная — затраченная работа [Дж]

Дальше мы просто заменяем полезную и затраченную работы на те величины, которые ими являются.2

За счет чего процесс происходит?

За счет мальчика, он же тянет санки. Значит затраченная работа равна механической работе

Механическая работа

А = FS

A — механическая работа [Дж]

F — приложенная сила [Н]

S — путь [м]

Заменим формуле КПД полезную работу на потенциальную энергию, а затраченную — на механическую работу:

η = Eп/A * 100% = mgh/FS * 100%

Подставим значения:

η = 4*9,8*2/15*12 * 100% = 78,4/180 * 100% ≃ 43,6 %

Ответ: КПД процесса приблизительно равен 43,6 %

КПД в термодинамике

В термодинамике КПД — очень важная величина. Она полностью определяет эффективность такой штуки, как тепловая машина.

  • Тепловой двигатель (машина) – это устройство, которое совершает механическую работу циклически за счет энергии, поступающей к нему в ходе теплопередачи.

Схема теплового двигателя выглядит так:


У теплового двигателя обязательно есть нагреватель, который (не может быть!) нагревает рабочее тело, передавая ему количество теплоты Q1 или Qнагревателя (оба варианта верны, это зависит лишь от учебника, в котором вы нашли формулу).

  • Рабочее тело — это тело, на котором завязан процесс (чаще всего это газ). Оно расширяется при подводе к нему теплоты и сжимается при охлаждении. Часть переданного Q1 уходит на механическую работу A. Из-за этого производится движение.

Оставшееся количество теплоты Q2 или Qхолодильника отводится к холодильнику, после чего возвращается к нагревателю и процесс повторяется.

КПД такой тепловой машины будет равен:

КПД тепловой машины

η = (Aполезная/Qнагревателя) * 100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Aполезная — полезная работа (механическая) [Дж]

Qнагревателя — количество теплоты, полученное от нагревателя[Дж]

Если мы выразим полезную (механическую) работу через Qнагревателя и Qхолодильника, мы получим:

A = Qнагревателя — Qхолодильника.

Подставим в числитель и получим такой вариант формулы.

КПД тепловой машины

η = Qнагревателя — Qхолодильника/Qнагревателя * 100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Qнагревателя — количество теплоты, полученное от нагревателя[Дж]

Qхолодильника — количество теплоты, отданное холодильнику [Дж]

А возможно ли создать тепловую машину, которая будет работать только за счет охлаждения одного тела?

Точно нет! Если у нас не будет нагревателя, то просто нечего будет передавать на механическую работу. Любой такой процесс — когда энергия не приходит из ниоткуда — означал бы возможность существования вечного двигателя.

Поскольку свидетельств такого процесса в мире не существует, то мы можем сделать вывод: вечный двигатель невозможен. Это второе начало термодинамики.

Запишем его, чтобы не забыть:

Невозможно создать периодическую тепловую машину за счет охлаждения одного тела без изменений в других телах.

Задача

Найти КПД тепловой машины, если рабочее тело получило от нагревателя 20кДж, а отдало холодильнику 10 кДж.

Решение:

Возьмем формулу для расчета КПД:

η = Qнагревателя — Qхолодильника/Qнагревателя * 100%

Подставим значения:

η = 20 — 10/20 *100% = 50%

Ответ: КПД тепловой машины равен 50%

Идеальная тепловая машина: цикл Карно

Давайте еще чуть-чуть пофантазируем: какая она — идеальная тепловая машина. Кажется, что это та, у которой КПД равен 100%.

На самом деле понятие «идеальная тепловая машина» уже существует. Это тепловая машина, у которой в качестве рабочего тела взят идеальный газ. Такая тепловая машина работает по циклу Карно. Зависимость давления от объема в этом цикле выглядит следующим образом


А КПД для цикла Карно можно найти через температуры нагревателя и холодильника.

КПД цикла Карно

η = Tнагревателя — Tхолодильника /Tнагревателя *100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Tнагревателя — температура нагревателя[Дж]

Tхолодильника — температура холодильника [Дж]

КПД в электродинамике

Мы каждый день пользуемся различными электронными устройствами: от чайника до смартфона, от компьютера до робота-пылесоса — и у каждого устройства можно определить, насколько оно эффективно выполняет задачу, для которой оно предназначено, просто посчитав КПД.

Вспомним формулу:

КПД

η = Aполезная/Aзатраченная *100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Aполезная — полезная работа [Дж]

Aзатраченная — затраченная работа [Дж]

Для электрических цепей тоже есть нюансы. Давайте разбираться на примере задачи.

Задачка, чтобы разобраться

Найти КПД электрического чайника, если вода в нем приобрела 22176 Дж тепла за 2 минуты, напряжение в сети — 220 В, а сила тока в чайнике 1,4 А.

Решение:

Цель электрического чайника — вскипятить воду. То есть его полезная работа — это количество теплоты, которое пошло на нагревание воды. Оно нам известно, но формулу вспомнить все равно полезно 😉

Количество теплоты, затраченное на нагревание

Q = cm(tконечная-tначальная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Работает чайник, потому что в розетку подключен.2)/R *t = UIt

A — работа электрического тока [Дж]

I — сила тока [А]

U — напряжение [В]

R — сопротивление [Ом]

t — время [c]

То есть в данном случае формула КПД будет иметь вид:

η = Q/A *100% = Q/UIt *100%

Переводим минуты в секунды — 2 минуты = 120 секунд. Теперь намм известны все значения, поэтому подставим их:

η = 22176/220*1,4*120 *100% = 60%

Ответ: КПД чайника равен 60%.

Давайте выведем еще одну формулу для КПД, которая часто пригождается для электрических цепей, но применима ко всему. Для этого нужна формула работы через мощность:

Работа электрического тока

A = Pt

A — работа электрического тока [Дж]

P — мощность [Вт]

t — время [c]

Подставим эту формулу в числитель и в знаменатель, учитывая, что мощность разная — полезная и затраченная. Поскольку мы всегда говорим об одном процессе, то есть полезная и затраченная работа ограничены одним и тем же промежутком времени, можно сократить время и получить формулу КПД через мощность.

КПД

η = Pполезная/Pзатраченная *100%

η — коэффициент полезного действия [%]

Pполезная — полезная мощность [Дж]

Pзатраченная — затраченная мощность [Дж]



 

Работа и мощность тока

Когда ток проходит по однородному участку цепи, электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протечет заряд Δq = I Δt.

Определение 1

 Электрическое поле на выделенном участке совершит работу 

∆A=(φ1-φ2)∆q=∆φ12I∆t=UI∆t,

где U = Δφ12 обозначает напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

Интерпретация закона сохранения энергии. Закон Джоуля-Ленца

Закон Ома для однородного участка цепи при сопротивлении R отражает формула:

RI=U

Умножим обе части выражения на IΔt и получим соотношение: 

RI2∆t=UI∆t=∆A.

Полученный результат является выражением закона сохранения энергии для однородного участка цепи.

Определение 2

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

∆Q=∆A=RI2∆t

Данный закон называется законом Джоуля-Ленца.

Закон носит название сразу двух известных физиков, поскольку экспериментальным путем был установлен ими обоими в независимости друг от друга.

Определение 3

Мощность электрического тока есть отношение работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была произведена.

Можно сказать проще: мощность – это работа, выполненная в единицу времени. Запишем формулу, связывающую работу тока и его мощность: 

P=∆A∆t=UI=I2R=U2R

Работу электрического тока выражают в джоулях (Дж), мощность тока измеряется в ваттах (Вт), время – в секундах (с): 1 Вт=1 Дж1 с. Измерение мощности тока происходит при помощи ваттметра, а работа находится расчетно как результат перемножения силы тока, напряжения и времени протекания тока по цепи: A=IUt.

Следующей разберем полную цепь постоянного тока, включающую в себя источник с электродвижущей силой δ и внутренним сопротивлением rи внешний однородный участок с сопротивлением R

Определение 4

Закон Ома для полной цепи выглядит так:

(R+r)I=δ

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Перемножим обе части выражения с Δq=IΔt и получим соотношение, которое будет служить выражением закона сохранения энергии для полной цепи постоянного тока:

RI2∆t+rI2∆t=δI∆t=∆Aст

Левая часть выражения содержит ΔQ=RI2Δt (тепло, которое выделяется на внешнем участке цепи за время Δt) и ΔQист=rI2Δt (тепло, которое выделяется внутри источника за такое же время).

Выражение δIΔt является равным работе сторонних сил ΔAст, которые действуют внутри источника.

Определение 5

При протекании электрического тока по замкнутой цепи происходит преобразование работы сторонних сил ΔAст в тепло, которое выделяется во внешней цепи (ΔQ) и внутри источника (ΔQист). 

∆Q+Qист=∆Aст=δI∆t

Необходимо отметить следующий факт: в указанное соотношение не включена работа электрического поля. Когда ток проходит по замкнутой цепи, электрическое поле работы не совершает; значит тепло производится лишь посредством сторонних сил, которые действуют внутри источника. Электрическое поле здесь выполняет перераспределение тепла между различными участками цепи.

Внешней цепью может служить не только проводник с сопротивлением R, но и какое-то устройство, которое потребляет мощность, к примеру, электродвигатель постоянного тока. Тогда R необходимо расценивать как эквивалентное сопротивление нагрузки. Энергия, которая выделится во внешней цепи, имеет возможность частично или полностью преобразоваться как в тепло, так и в иные виды энергии, к примеру, в механическую работу, совершаемую электродвигателем. Таким образом, тема использования энергии источника тока имеет важное практическое значение.

Коэффициент полезного действия источника

Полная мощность источника (или работа, которая производится посредством сторонних сил за единицу времени) составляет:

Pист=δI=δ2R+r

Внешняя цепь выделяет мощность:

P=RI2=δI-rI2=δ2R(R+r)2

Определение 6

Отношение η=PPист равное η=PPист=1-rδI=RR+r, носит название коэффициента полезного действия источника.

На рис. 1.11.1 изображена зависимость мощности источника Pист, полезной мощности P, которая выделяется во внешней цепи, и коэффициента полезного действия η от тока в цепи I для источника с ЭДС, равной δ, и внутренним сопротивлением r. Ток в цепи имеет возможность меняться в пределах от I=0 (при R=∞) до I=Iкз=δr (при R = 0).

Рисунок 1.11.1. Зависимость мощности источника Pист, мощности во внешней цепи P и КПД источника η от силы тока.

Изображенные графики показывают, что максимальная мощность во внешней цепи Pmax, составляющая Pmax=δ24r, может быть достигнута при R=r. При этом ток в цепи есть Imax=12Iкз=δ2r; коэффициент полезного действия источника составляет 50%. Максимальное значение КПД будет достигнуто при I→0, т. е. при R→∞. При коротком замыкании полезная мощность P=0 и вся мощность выделятся внутри источника, что с большой вероятностью может обернуться его перегревом и разрушением. КПД источника в этом случае обратится в нуль.

Коэффициент полезного действия машины постоянного тока

Дата публикации: .
Категория: Статьи.

Общие положения

Коэффициент полезного действия определяется как отношение полезной, или отдаваемой, мощности P2 к потребляемой мощности P1:

(1)

или в процентах

(2)

Современные электрические машины имеют высокий коэффициент полезного действия (к. п. д.). Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт к. п. д. составляет 83 – 87%, мощностью 100 кВт – 88 – 93% и мощностью 1000 кВт – 92 – 96%. Лишь малые машины имеют относительно низкие к. п. д.; например, у двигателя постоянного тока мощностью 10 Вт к. п. д. 30 – 40%.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента полезного действия электрической машины от нагрузки

Кривая к. п. д. электрической машины η = f(P2) сначала быстро растет с увеличением нагрузки, затем к. п. д. достигает максимального значения (обычно при нагрузке, близкой к номинальной) и при больших нагрузках уменьшается (рисунок 1). Последнее объясняется тем, что отдельные виды потерь (электрические Iа2rа и добавочные) растут быстрее, чем полезная мощность.

Прямой и косвенный методы определения коэффициента полезного действия

Прямой метод определения к. п. д. по экспериментальным значениям P1 и P2 согласно формуле (1) может дать существенную неточность, поскольку, во-первых, P1 и P2 являются близкими по значению и, во-вторых, их экспериментальное определение связано с погрешностями. Наибольшие трудности и погрешности вызывает измерение механической мощности.

Если, например, истинные значения мощности P1 = 1000 кВт и P2 = 950 кВт могут быть определены с точностью 2%, то вместо истинного значения к. п. д.

η = 950/1000 = 0,95

можно получить

или

Поэтому ГОСТ 25941-83, «Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия», предписывает для машин с η% ≥ 85% косвенный метод определения к. п. д., при котором по экспериментальным данным определяется сумма потерь pΣ.

Подставив в формулу (1) P2 = P1pΣ, получим

(3)

Применив здесь подстановку P1 = P2 + pΣ, получим другой вид формулы:

(4)

Так как более удобно и точно можно измерять электрические мощности (для двигателей P1 и для генераторов P2), то для двигателей более подходящей является формула (3) и для генераторов формула (4). Методы экспериментального определения отдельных потерь и суммы потерь pΣ описываются в стандартах на электрические машины и в руководствах по испытанию и исследованию электрических машин. Если даже pΣ определяется со значительно меньшей точностью, чем P1 или P2, при использовании вместо выражения (1) формул (3) и (4) получаются все же значительно более точные результаты.

Условия максимума коэффициента полезного действия

Различные виды потерь различным образом зависят от нагрузки. Обычно можно считать, что одни виды потерь остаются постоянными при изменении нагрузки, а другие являются переменными. Например, если генератор постоянного тока работает с постоянной скоростью вращения и постоянным потоком возбуждения, то механические и магнитные потери являются также постоянными. Наоборот, электрические потери в обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной изменяются пропорционально Iа², а в щеточных контактах – пропорционально Iа. Напряжение генератора при этом также приблизительно постоянно, и поэтому с определенной степенью точности P2Iа.

Таким образом, в общем, несколько идеализированном случае можно положить, что

или

где коэффициент нагрузки

Kнг = I / Iн = P2 / P

(6)

Определяет относительную величину нагрузки машины.

Суммарные потери также можно выразить через kнг:

pΣ = p0 + kнг × p1 + kнг² × p2,

(7)

где p0 – постоянные потери, не зависящие от нагрузки; p1 – значение потерь, зависящих от первой степени kнг при номинальной нагрузке; p2 – значение потерь, зависящих от квадрата kнг, при номинальной нагрузке.

Подставим P2 из (5) и pΣ из (7) в формулу к. п. д.

Тогда

(8)

Установим, при каком значении kнг к. п. д. достигает максимального значения, для чего определим производную dη/dkнг по формуле (8) и приравняем ее к нулю:

Это уравнение удовлетворяется, когда его знаменатель равен бесконечности, т. е. при kнг = ∞. Этот случай не представляет интереса. Поэтому необходимо положить равным нулю числитель. При этом получим

Таким образом, к. п. д. будет максимальным при такой нагрузке, при которой переменные потери kнг² × p2, зависящие от квадрата нагрузки, становятся равными постоянным потерям p0.

Значение коэффициента нагрузки при максимуме к. п. д., согласно формуле (9),

(10)

Если машина проектируется для заданного значения ηмакс, то, поскольку потери kнг × p1 обычно относительно малы, можно считать, что

p0 + p2pΣ = const.

Изменяя при этом соотношение потерь p0 и p2, можно достичь максимального значения к. п. д. при различных нагрузках. Если машина работает большей частью при нагрузках, близких к номинальной, то выгодно, чтобы значение kнг [смотрите формулу (10)] было близко к единице. Если машина работает в основном при малых нагрузках, то выгодно, чтобы значение kнг [смотрите формулу (10)] было соответственно меньше.

Источник: Вольдек А. И., «Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений» – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.

Эффективность анодного тока при противоточном электролизе растворов хлористого уранила

% PDF-1.4 % 114 0 объект > эндобдж 109 0 объект > поток application / pdf

  • Журнал исследований Национального бюро стандартов — это издание правительства США. Документы находятся в общественном достоянии и не защищены авторским правом в США. Тем не менее, обратите особое внимание на отдельные работы, чтобы убедиться, что не указаны ограничения авторского права.Для отдельных работ может потребоваться получение других разрешений от первоначального правообладателя.
  • Анодный выход по току при противоточном электролизе растворов хлористого уранила
  • Хамер, Уолтер Дж.
  • Подключаемый модуль Adobe Acrobat 9.13 Paper Capture 2011-01-05T15: 36: 31-05: 00 Adobe Acrobat 9.02012-03-26T13: 22: 54-04: 002012-03-26T13: 22: 54-04: 00uuid: a92bd00c-42b0 -4458-92a6-a7134b51c60cuuid: 4b63e4fb-729d-4285-ae66-0f9bfd6dc918default1
  • сконвертировано 1B
  • http: // ns.adobe.com/pdf/1.3/pdf Adobe PDF Schema
  • internal Объект имени, указывающий, был ли документ изменен для включения информации о треппинге TrappedText
  • http://ns.adobe.com/xap/1.0/mm/xmpMMXMP Схема управления носителями
  • Внутренний идентификатор на основе UUID для конкретного воплощения документа InstanceIDURI
  • внутренний Общий идентификатор для всех версий и представлений документа. Оригинал Документ IDURI
  • http: // www.aiim.org/pdfa/ns/id/pdfaidPDF/A ID Schema
  • internalPart of PDF / A standardpartInteger
  • внутренняя Поправка к стандарту PDF / A amdText
  • внутренний Уровень соответствия стандарту PDF / AТекст
  • конечный поток эндобдж 89 0 объект > эндобдж 110 0 объект [>] эндобдж 108 0 объект > эндобдж 105 0 объект > эндобдж 106 0 объект > эндобдж 107 0 объект > эндобдж 115 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 1 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 8 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 15 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 22 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 29 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 36 0 объект > / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / XObject >>> / Rotate 0 / Type / Page >> эндобдж 37 0 объект [38 0 R 39 0 R 40 0 ​​R] эндобдж 41 0 объект > поток

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

    Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файлах cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

    Определение эффективности катодного тока для электроосаждения массивов ферромагнитных кобальтовых нанопроволок в наноканалах с чрезвычайно большим соотношением сторон

    Основные моменты

    Эффективность катодного тока для электроосаждения массивов нанопроволок Co достигала примерно97%.

    Соотношение сторон нанопроволок Co с диаметром 25 нм и осевой длиной 42 мкм достигло прибл. 1,680.

    Нанопроволоки Co спонтанно намагничивались в осевом направлении, и H c достигали значения приблизительно. 1,6кЭ.

    Прямоугольность ( M r / M s ) массивов нанопроволок Co увеличилась до прибл. 0.8 с увеличением ТК (002) .

    Abstract

    Эффективность катодного тока для электроосаждения кобальта из кислого водного раствора, которое происходило в наноканалах анодированного оксида алюминия (AAO) со средним диаметром ок. 25 нм, было определено первым законом электролиза Фарадея. Электроосажденные кристаллы металлического кобальта были выращены в виде массива нанопроволок, встроенных в наноканалы. Количество заряда, затрачиваемого на электрохимическое восстановление в наноканалах, оценивалось с учетом временной зависимости катодного тока во время электроосаждения нанопроволок кобальта.Между тем, объем электроосаждения на нанопроводах кобальта определяли по насыщенному магнитному моменту нанопроволок, который был получен из кривых намагничивания. Эффективность катодного тока для электроосаждения массивов кобальтовых нанопроволок оставалась на высоком уровне (более 75%) при катодном потенциале в диапазоне от -0,70 В до -0,85 В относительно Ag / AgCl. При катодном потенциале -0,80 В эффективность катода по току достигала 97%. Коэффициент текстуры TC (002) массивов кобальтовых нанопроволок увеличивался по мере уменьшения катодного перенапряжения для электроосаждения кобальта.Из-за чрезвычайно большого аспектного отношения (более 1000) массивы кобальтовых нанопроволок спонтанно намагничивались в направлении, параллельном длинной оси нанопроволок. При увеличении TC (002) коэрцитивная сила и прямоугольность массивов кобальтовых нанопроволок также увеличивались до прибл. 1,6 кЭ и 0,8 соответственно при комнатной температуре.

    Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

    © 2019 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

    Рекомендуемые статьи

    Цитирующие статьи

    5.2.1 Общая эффективность генерации света

    © H. Föll (Полупроводники — сценарий)

    А теперь немного подумаем о второй и третий вопрос поднят before: Сколько света производит рекомбинация? Это поднимает вопрос о ценности квантовой эффективность h qu , упомянутые ранее, а общая или внешний КПД ч доб в абсолютном выражении (третье вопрос).
    Сначала мы определим снова квантовая эффективность (и несколько более конкретно) и связать это с некоторыми другими показателями эффективности.
    квантовая эффективность h qu определяется как
    ч кв = Количество фотонов, генерируемых в рекомбинация зона
    Количество рекомбинирующих пар носителей в зоне рекомбинации
    Мы это уже знаем, это можно выразить как
    ч qu = 1
    1 + т рад / т без радиуса действия
    В приближение высокой инжекции количество носителей примерно равно количеству введенных носителей (через переход) в зону рекомбинации.
    Та часть общей рекомбинации, которая происходит через радиационный канал определяет квантовую эффективность. Однако излишек носители в зоне рекомбинации имеют еще один «канал», а не рассмотренные до сих пор для исчезновения из зоны рекомбинации: Они просто съезжай !
    Другими словами: части введенных носителей просто протечет через зону рекомбинации и оставит ее «в другом месте». конец».
    Этот эффект может быть описывается током эффективность ч у.е. ; определяется как
    ч у.е. = Число пар рекомбинирующих носителей в рекомбинации зона
    Количество пар носителей, введенных в зону рекомбинации
    Теперь определим оптическая эффективность h opt as
    h opt = Количество фотонов снаружи
    Количество фотонов, генерируемых в зоне рекомбинации
    Оптическая эффективность заботится о (грустно) тот факт, что в большинстве устройств большая часть генерируемых фотонов становится реабсорбируются или иным образом теряются и никогда не покидают устройство.
    Итого или внешний КПД ч доб теперь просто
    h ext = h opt · h qu · h cu
    Другими словами: внешний КПД равен ограничено, потому что не все введенные носители рекомбинируют, не все рекомбинации производят фотоны, и не все фотоны покидают материал.
    Если мы хотим оптимизировать внешний эффективности, мы должны работать над всеми тремя факторами — ни один из них не незначительный.
    Мы уже «знаем», как оптимизировать квантовая эффективность ч qu глядя в уравнении выше. Надо искать лучшее сочетание материалов производить излучение на желаемой длине волны, а затем допустить его таким образом для максимизации радиационного канала (ов) путем минимизации соответствующих жизни.Хотя это непросто сделать на практике, это ясно из принцип.
    Мы еще не знаем, как атаковать две другие проблемы: максимальный выход по току и максимальный оптический эффективность. И эти проблемы далеко не решены в финале или просто полуфинальный путь — интенсивные всемирные исследовательские усилия сосредоточены на новых решениях для эти проблемы.
    Пока нет общих решений для этих проблемы и только некоторые полезные уравнения, несколько общих моментов все еще могут быть сделали.Мы сделаем это в оставшейся части этого подраздела для текущего эффективность и в отдельном подразделе для оптической эффективности.
    Возникает вопрос: почему КПД по току не близко к 1 дюйм любом случае?
    Ведь если рассматривать простой p – n переход, смещенный в прямом направлении в прямом полупроводнике (е.g., GaAs ), инжектируем электроны в -часть p , а дырки в n — часть, где они станут миноритарными авиаперевозчиками. Некоторые из введенных носители рекомбинируют в области пространственного заряда, все остальные в конечном итоге в объемный регион.
    Хотя квантовая эффективность может быть разной в различные области, потому что сила каналов рекомбинации зависит от плотности носителей заряда, которая непостоянна в переходе, мы все же можно было бы присвоить диоду некоторую среднюю квантовую эффективность, так что ч у.е. = 1 .
    Однако мы определили эффективность относительно «зона рекомбинации «, т.е. не интересуются радиацией, производимой где-либо еще по разным причинам (чтобы быть обсудим позже). Если принять зону рекомбинации идентичной зоне SCR , только та часть введенных носителей, которая рекомбинирует в SCR внесет свой вклад.
    Это именно та часть прямой ток, который мы должны были ввести, чтобы учесть реальные I-V — характеристики p – n переходов — ср.в простой и расширенная версия в соответствующих модулях.
    Та часть тока, которая вводит носители, которые рекомбинируют в SCR был предоставлен
    j rec (SCR) = e · n i · д
    · ехр e · U
    т
    d ширина SCR .
    КПД по току в этом случае тогда будет дано
    ч у.е. = j rec
    j диод
    = j rec
    j non-rec + j rec
    = 1
    1 + j без записи
    j rec
    С j non-rec (при условии, что электрон и дырка вклады и параметры равны) «просто» уравнение диода как
    j без записи = 2 · e · L · n i 2
    t · N Dop
    · æ
    ç
    è
    эксп. e · U
    к т
    — 1 ö
    ÷
    ø
    получаем для h cu (пренебрегая –1 после экспонента)
    ч у.е. = 1
    1 + 4 · L · n i
    d · N Dop
    · эксп e U
    т
    ч у.е. таким образом, экспоненциально уменьшается с приложенным напряжением, и это не приведет к Смысл включать этот эффект в некоторые усредненные h qu .
    Почему мы смотрим только на излучение из некоторой замкнутой части устройства, т.е. из зоны рекомбинации , а не всего объема, что потребовало более тщательного анализа эффективности? Имеется практических причин, например:
    Если мы рассмотрим полупроводниковый лазер , учитывается только излучение внутри «резонатора » — все за пределами этот конкретный рекомбинационный объем не представляет особого интереса.
    Если мы посмотрим на светодиод — это LED — из GaP , легированный N (в дополнение к обычному легированию) для получения изоэлектронные примеси, необходимые для связывают экситоны, ответственные за канал излучательной рекомбинации, только излучает со стороны p , потому что только электронов становятся в основном связанными с изоэлектронная примесь, а затем притянет дырку.Другими словами, только электронная часть введенного тока будет способствовать излучению.
    Мы должны ограничить производство света области, близкие к поверхности, как показано в следующем подразделе.
    Забегая вперед, мы узнаем, что многие оптоэлектронные устройства представляют собой чрезвычайно сложные гетероструктуры, которые для несколько причин, необходимо точное определение объем рекомбинации .
    Для оптимизации текущего КПД очевидно означает максимизировать поток носителей в этот объем и минимизировать поток из этого.

    КПД по напряжению — обзор

    D Интеграция в электростанции на топливных элементах

    На рис. силовая секция ячеек (стеки ячеек) и стабилизатор питания.На самом деле, электростанция намного сложнее, чем можно предположить на рис. 2, и большое внимание уделяется оптимизации тепловой интеграции внутри электростанции, чтобы максимизировать ее общую эффективность. Этот общий КПД E T определяется как

    ET = EFPEFCEPC,

    , где E FP — эффективность топливного процессора, которая равна более низкой теплотворной способности топлива, выходящего из топливного процессора, деленной на более высокую теплоту нагрева. стоимость топлива, поступающего в топливный процессор; E FC — КПД топливного элемента, который равен мощности постоянного тока, производимой топливным элементом, деленной на меньшую теплотворную способность топлива, выходящего из топливного процессора; E PC — КПД стабилизатора мощности, который равен мощности переменного тока, вырабатываемой стабилизатором мощности, деленной на мощность постоянного тока, производимую топливным элементом; и E T равняется мощности переменного тока, производимой стабилизатором мощности, деленной на более высокую теплотворную способность топлива, поступающего в топливный процессор.

    Эффективность топливного элемента может быть далее разбита на его компоненты:

    1.

    КПД по напряжению E v , то есть отношение фактического напряжения элемента к теоретически достижимому (см. 3 и 6),

    2.

    эффективность использования топлива E F , которая представляет собой отношение топлива, электрохимически используемого топливным элементом, к топливному элементу, доступному для топливного элемента, и

    3.

    термин термодинамической эффективности E Th , который учитывает тот факт, что не вся энтальпия топлива может быть преобразована в электрическую энергию. [Фактически, термодинамический предел — это отношение свободной энергии Гиббса Δ G к энтальпии Δ H . Таким образом, E Th = ΔG / ΔH для уравнения h3 + 12O2 → h3O (g)].

    Как правило, КПД электростанции на топливных элементах составляет

    EFP≃88%, EFC≃EVEFETh≃ (0.72 / 1,2) × 0,93 × 100≃47%, EPC≃95%, ET≃0,88 × 0,47 × 0,95 × 100≃40%.

    Для достижения этой и более высокой общей эффективности необходима тепловая интеграция между подсистемами.

    В приложениях когенерации, в которых отходящее тепло используется для производства тепловой энергии, тепловая энергия должна учитываться при расчете общей эффективности. В грубом приближении, примерно столько же тепловой энергии, сколько электроэнергии может быть получено от электростанции на топливных элементах. Качество тепловой энергии будет варьироваться в зависимости от типа топливного элемента.Электростанция PAFC, разрабатываемая UTC (Handley and Cohen, 1981), будет производить 11 МВт электроэнергии и 42 × 10 6 БТЕ / ч горячей воды при температуре 200–250 ° F.

    На рисунке 24 изображена схема системы электростанции на топливных элементах, которая все еще довольно упрощена, но начинает показывать интеграцию внутри электростанции, а также интерфейс для охлаждения электростанции или вариант когенерации.

    Рис. 24. Схема упрощенной системы топливного элемента на основе фосфорной кислоты.

    На этом уровне интеграции простой подход к учету эффективности подсистемы не работает, поскольку отходящее тепло от одной подсистемы передается и используется в другой.Таким образом, в действительности необходимо разработать и оптимизировать очень строгий баланс тепла и массы на уровне компонентов; это необходимо постоянно повторять, чтобы обеспечить оптимизацию всей электростанции.

    1 Системы топливных элементов на основе фосфорной кислоты

    На рисунке 24 изображена электростанция PAFC в том виде, в каком она предполагается в настоящее время. Это типичный образец электростанции на основе фосфорной кислоты, характеристики которой показаны в таблице VA. На этой электростанции топливо, поступающее в установку, перекачивается до давления в системе, испаряется и смешивается с потоком рециркуляции, богатым водородом.Эта смесь проходит через установку для гидрообессеривания, которая превращает соединения серы в топливе в сероводород (H 2 S). H 2 S удаляется адсорбцией на слое оксида цинка. Затем обессерившееся топливо объединяется с паром и поступает в установку риформинга, где смесь каталитически превращается в газ, обогащенный водородом. Содержание H 2 в газообразном продукте дополнительно увеличивается за счет двух стадий сменного преобразования (H 2 O + CO → CO 2 + H 2 ).Газ, который затем охлаждается, проходит в силовую секцию (батареи ячеек), где водород и кислород из потоков технологического газа и воздуха электрохимически объединяются, производя электричество постоянного тока и воду как побочный продукт. Потоки воздуха и топлива, входящие в топливный элемент, находятся под давлением. Поток обедненного топливного газа покидает силовую часть и проходит через конденсатор регенерации воды. После выхода из конденсатора он поступает в горелку установки риформинга, где сжигается, чтобы обеспечить тепловую энергию для реакции парового риформинга.Технологический воздух, выходящий из силовой части, содержит побочную воду, которая утилизируется конденсатором. Осушенный сжатый воздух смешивается с горячим выхлопом горелки риформинг-установки высокого давления. Затем этот объединенный поток расширяется посредством турбины рекуперации энергии, которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор технологического воздуха.

    Вода, рекуперированная в конденсаторах, возвращается в подсистему управления температурой. Основная функция — регулирование температуры силовой части за счет циркуляции воды (пара) через батареи ячеек.Отработанное тепло, образующееся в процессе производства электроэнергии, удаляется путем испарения части циркулирующей воды. Пар отделяется для использования в риформинге. Оставшаяся вода собирается, очищается и циркулирует через стопки ячеек. Мощность (постоянный ток) от топливных элементов преобразуется в электроэнергию коммунального качества (переменный ток) с помощью инвертора с автоматической коммутацией и обычного трансформатора.

    На рисунке 25 изображена художественная визуализация электростанции PAFC, описанной в таблице VA.

    Рис.25.Художественная обработка макета фосфорно-кислотной электростанции.

    (любезно предоставлено United Technologies.)

    Электростанция PAFC, объединенная с газификатором угля (вместо установки парового риформинга), схематически показана на рис. 26 (Cronin и др. , 1982). Эта альтернатива сочетает в себе технологию газификатора угля небольшого коммерческого производства (Wellman-Galusha) с PAFC. Уголь (лигнит) калибруется, а затем самотеком подается в газификаторы с неподвижным слоем диаметром 10 футов. Воздух подается вентилятором, а пар получается из системы охлаждения топливных элементов.Уголь, воздух и пар реагируют в газификаторе с образованием окиси углерода и водорода в дополнение к метану и различным смолам и маслам, а также компонентам, содержащим серу и азот. Газ выходит из верхней части газификатора при температуре около 160 ° C и атмосферном давлении. Газ проходит через циклоны для удаления частиц, а затем через секции очистки газа (для удаления смол и масел) и секции охлаждения, прежде чем сжимается до рабочего давления силовой секции. Мощность сжатия обеспечивается турбореактивным расширением высокотемпературных дымовых газов в результате каталитического сгорания продуктов отвода анода топливного элемента и отвода катода.Затем сжатый газ охлаждается и проходит через систему удаления серы, которая извлекает основную массу серы в расплавленной форме с чистотой 99%. Затем газ пропускают через оксид цинка и очищают от любых оставшихся соединений серы перед поступлением в реакторы сдвига, чтобы преобразовать основную часть моноксида углерода в водород и диоксид углерода. Полученный газ, богатый водородом, готов к использованию в силовой части.

    Рис. 26. Концептуальная схема электростанции на топливных элементах на основе фосфорной кислоты с газификатором угля.

    [Из Cronin et al. (1982).] Copyright © 1982

    Подсистемы газификации угля и последующей очистки газа намного дороже, чем их аналоги в процессе реформинга природного газа или нефти, что объясняет очень большую разницу в капитальных затратах, показанную в таблицах VA. и VB. Из-за экономии на масштабе процессов удаления серы электростанции мощностью менее 45 МВт, вероятно, нежизнеспособны. Кроме того, оценки PAFC, интегрированной с газификатором угля, все еще находятся на ранней (концептуальной) стадии, и требуются дополнительные усилия для проверки реалистичности прогнозов (Таблица VB).Есть надежда, что эти небольшие угольные электростанции предложат недорогую альтернативу рассредоточенной генерации базовой нагрузки.

    2 Системы топливных элементов с расплавленным карбонатом

    Электростанция MCFC, основанная на процессе реформинга природного газа в нефть, в принципе будет напоминать рис. 24 с одним исключением: катод топливного элемента с расплавленным карбонатом требует источника углерода. диоксида, поскольку реакция полуячейки — CO2 + 12O2 + 2e → CO3. Для этого анодное вентиляционное отверстие сжигается, чтобы преобразовать все неиспользованное топливо в диоксид углерода и воду; вода конденсируется, а углекислый газ вводится в подачу воздуха.По сравнению с PAFC, электростанциям MCFC, основанным на природном газе или жидком топливе, уделялось мало внимания по двум причинам: во-первых, электростанции, использующие газообразное или жидкое топливо, вероятно, будут развернуты для пиковой или промежуточной нагрузки, что означает, что они будут запускать и выключать не реже одного раза в день. Этот режим работы лучше подходит для более низкотемпературной системы PAFC, чем для более высокотемпературной системы MCFC. Во-вторых, MCFC из-за своей более высокой рабочей температуры, по-видимому, очень хорошо интегрируется с крупными газификаторами угля на центральных станциях.Фактически, эта комбинация — усовершенствованные газификаторы угля и MCFC — по прогнозам, будет иметь самый высокий КПД среди всех систем, работающих на угле. Рисунок 27 иллюстрирует типичную концепцию MCFC – газификатора угля. Как можно видеть, эта концепция вводит две единицы энергии в виде угля (более высокая теплотворная способность) и доставляет 0,66 единицы энергии от топливного элемента и 0,34 единицы энергии от нижнего цикла пара для общего электрического КПД 50%.

    Рис. 27. Типичный поток энергии для топливного элемента с расплавленным карбонатом, интегрированного с газификатором угля.

    На рисунке 28 показана схема электростанции MCFC мощностью 675 МВт, которая была проанализирована General Electric (Bonds and Dawes, 1979). В этой конкретной системе используется газогенератор Texaco с продувкой кислородом, в который подается водоугольная суспензия. Угольный газ получают при температуре 1370 ° C. Выходящий поток газификатора проходит через высокотемпературный парогенератор, понижая температуру до 650 ° C, а затем через рекуперативный теплообменник, который охлаждает газ до 38 ° C, конденсируя воду. Холодный газ проходит через скруббер NH 3 , конвертер COS и очистку от серы.Чистый газ покидает систему очистки при 25 ° C и повторно нагревается (с помощью цепочки регенеративного теплообменника) до 620 ° C перед расширением через турбину до давления топливного элемента. После повторного нагрева газ поступает в батареи ячеек, которые работают с коэффициентом использования топлива 0,85; то есть 85% H 2 и CO преобразуются в электричество, а избыток выводится из трубы. Выхлоп топлива каталитически сжигается и смешивается с реакционным воздухом (сжимается энергией от турбины «сброса» чистого газа) для обеспечения надлежащего соотношения CO 2 / O 2 для катода топливного элемента.Этот входящий в катод газ нагревается до 540 ° C и затем подается в батареи топливных элементов с использованием кислорода 25%. Отработавший катодный газ приводит в действие простую газовую турбину с перепадом давления шесть и температурой нагнетания 390 ° C, которая производит около 75 МВт (эл.). Кроме того, парогенератор (работающий от различных потоков пара высокого давления) производит около 150 МВт (эл.). Возможная конфигурация электростанции будет включать следующее:

    Рис. 28. Упрощенная схема электростанции с топливным элементом с расплавленным карбонатом и газификатором угля.

    [Из Bonds and Dawes (1979).] Copyright © 1979
    1.

    600 стеков MCFC (по 500, 1 м, 2 ячеек каждый) для общей мощности 450 МВт,

    2.

    15 газификаторов угля, способных перерабатывать 3 × 10 8 БТЕ / ч каждый, 10 парогенераторов-утилизаторов,

    3.

    5 газовых турбин мощностью 15 МВт и

    4.

    1 паровая турбина мощностью 150 МВт.

    Были рассмотрены другие альтернативы (Bonds and Dawes, 1981), включая другие газификаторы, системы очистки и механизмы нижнего цикла.Хотя вполне вероятно, что будут разработаны и другие конфигурации, которые являются усовершенствованиями по сравнению с предыдущими, эти улучшения, вероятно, не будут кардинальными, поскольку общая эффективность электростанции и итоговая стоимость шин относительно нечувствительны к многим переменным.

    Концепция электростанции MCFC, которая недавно привлекла внимание, включает альтернативы традиционному риформингу природного газа на электростанции MCFC. Поскольку MCFC работает при температуре, при которой природный газ легко восстанавливается, можно рассмотреть возможность реформинга природного газа в анодном отсеке MCFC.Это дает определенные преимущества.

    1.

    Отработанное тепло топливных элементов можно использовать для непосредственного управления процессом риформинга.

    2.

    Устранена сложность внешнего топливоперерабатывающего оборудования.

    3.

    Могут быть предусмотрены модульные электростанции MCFC гораздо меньшего размера.

    Были разработаны различные конфигурации «внутреннего риформинга» или «риформинга с явным теплом» (Krumpelt et al., 1982), согласно которым общий КПД электростанции прогнозируется на уровне 60%. Эта концепция требует тщательного наблюдения за прогрессом в следующие 2–3 года. Однако даже в случае успеха этот подход будет ограничен использованием топлива, содержащего один атом углерода, то есть метана (природного газа) и метанола. Топливо, содержащее более одного углерода, не подвергается чистому преобразованию, и побочные продукты в конечном итоге загрязняют элемент.

    3 Системы топливных элементов на твердом оксиде

    Электростанциям с ТОТЭ уделяется очень мало внимания.Поскольку они работают при очень высоких температурах, они, как и MCFC, лучше всего подходят для работы с базовой нагрузкой. Катод требует только подачи кислорода; таким образом, в принципе, система может быть проще, чем система MCFC, которая должна передавать углекислый газ к воздухозаборнику. В остальном можно ожидать, что электростанция будет аналогична электростанциям MCFC. Это справедливо даже для концепции внутреннего реформирования, которая может применяться как к ТОТЭ, так и к MCFC.

    Используемые физические модели> Аккумуляторы

    Эффективность батареи — это отношение энергии, полученной от батареи, к энергии, предоставленной батарее, при возврате в то же самое состояние SOC.

    Кулоновская (или фарадеевская) эффективность

    Мы определяем кулоновский КПД как отношение подаваемого тока к полученному току. Это соотношение обычно довольно велико, порядка 97% для свинцово-кислотных аккумуляторов.

    Для литий-ионных технологий у нас нет явных данных. Мы предположили значение 96%, чтобы приблизиться к глобальной энергетической эффективности 92-95%, о которой сообщают некоторые производители. Поскольку сопротивление очень низкое, этот вклад должен составлять большую часть глобальной неэффективности.

    Этот параметр связан с эффективностью электрохимического преобразования по току.

    В свинцово-кислотных аккумуляторах наблюдается явление «газовыделения» из-за диссоциации молекул воды при перезарядке аккумулятора. Это потребляет дополнительный ток, который учитывается независимо (не в КПД) в модели PVsyst.

    Неэффективное омическое сопротивление

    Мы также определяем омическую неэффективность как потери из-за внутреннего сопротивления во время такого цикла (возврат к исходному SOC).

    Это будет зависеть от токов, используемых во время цикла.

    Если допустить постоянный ток заряда / разряда (Icharge = -Idisch) и одинаковое сопротивление при зарядке и разрядке, мы имеем:

    Падение напряжения между зарядкой и разрядкой DV = (Voc + Icharge * R) — (Voc — (-Idisch) * R) = 2 · R · I

    => потери энергии = DV · I = 2 · R · I²

    => Омический КПД = 1 — (2 · R · I² / (I · Voc)) = 1 — (2 · R · I / Voc)

    Следовательно, эффективность батареи зависит от мгновенного тока: во время моделирования его следует оценивать на каждом временном шаге (интегрировать).

    Температурный эффект

    Если напряжение холостого хода зависит от температуры, может также возникнуть дефицит эффективности, когда температура во время разрядки ниже, чем температура при зарядке. Это могло произойти с электромобилем в холодном климате. В статических солнечных системах аккумуляторная батарея обычно имеет относительно стабильную температуру (в помещении).

    В итоге у нас должно получиться:

    КПД батареи = кулоновский КПД * омический КПД * температурный КПД

    Моделирование: потеря эффективности

    Однако не имеет смысла оценивать эффективность для данного часа, потому что это связано с долгосрочными процессами.

    Во время моделирования входная и выходная энергии накапливаются час за часом. Окончательный результат даст баланс — в течение значительного времени — всех этих вкладов. Глобальная потеря эффективности будет частью окончательных результатов (ежемесячно или ежегодно).

    NB: омические падения напряжения хорошо видны, например, на кривых V = f (SOC) (особенно в линейной области, а не в области выделения газа).

    Эти различия в напряжениях гораздо менее выражены для литий-ионных аккумуляторов, которые имеют очень низкое внутреннее сопротивление.

    CURRENT EFFICIENCY — определение и синонимы текущей эффективности в словаре английский языка.

    CURRENT EFFICIENCY — определение и синонимы слова currentfficiency в словаре английский языка.

    Educalingo Файлы cookie используются для персонализации рекламы и получения статистики веб-трафика. Мы также делимся информацией об использовании сайта с нашими партнерами по социальным сетям, рекламе и аналитике.

    Скачать приложение
    educationalingo

    ПРОИЗВОДСТВО ТОКОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

    ГРАММАТИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ ТЕКУЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

    Эффективность по току — это существительное .Существительное — это тип слова, значение которого определяет реальность. Существительные дают имена всем вещам: людям, предметам, ощущениям, чувствам и т. Д.

    ЧТО ОЗНАЧАЕТ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ?

    Текущий КПД в словаре английский языка

    Определение КПД по току в словаре — это отношение фактической массы вещества, высвобождаемого из электролита при прохождении тока, к теоретической массе, высвобождаемой в соответствии с законом Фарадея.


    Синонимы и антонимы слова current effective в словаре английский языка синонимов

    Перевод слова «текущий КПД» на 25 языков

    ПЕРЕВОД ТЕКУЩЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

    Узнайте, как можно перевести Current КПД на 25 языков с помощью нашего многоязычного переводчика на английский язык.Переводы текущей эффективности с английского на другие языки, представленные в этом разделе, были получены посредством автоматического статистического перевода; где основной единицей перевода является слово «current efficiency» на английском языке.
    Переводчик с английского на китайский
    电流 效率

    1325 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    испанский eficiencia de corriente

    570 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    хинди वर्तमान दक्षता

    380 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на арабский
    الكفاءة الحالية

    280 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    русский току

    278 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    португальский eficiência de corrente

    270 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    бенгальский বর্তমান দক্ষতা

    260 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    французский Rendement de Courant

    220 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на малайский
    Кечекапан семаса

    190 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на немецкий
    Stromeffizienz

    180 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    японский 電流 効率

    130 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на корейский
    전류 효율

    85 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    яванский Efisiensi saiki

    85 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на вьетнамский
    hiệu quả hiện tại

    80 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    тамильский தற்போதைய செயல்திறன்

    75 миллионов говорящих

    Переводчик с английского языка на
    маратхи वर्तमान कार्यक्षमता

    75 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    турецкий Akım verimliliği

    70 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на итальянский
    efficienza corrente

    65 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на польский
    wydajność prądowa

    50 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на украинский
    току

    40 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    румынский randamentul de curent

    30 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на греческий
    τρέχουσα απόδοση

    15 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    африкаанс huidige doeltreffendheid

    14 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на
    шведский strömeffektivitet

    10 миллионов говорящих

    Переводчик с английского на норвежский
    strømutbytte

    5 миллионов говорящих

    Тенденции использования текущей эффективности

    ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНАЛА «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ»

    Термин «текущий КПД» используется регулярно и занимает 108.152 позиция в нашем списке наиболее широко используемых терминов в словаре английского языка. На показанной выше карте показана частотность использования термина «текущая эффективность» в разных странах. Тенденции основных поисковых запросов и примеры использования слова current efficiency Список основных поисковых запросов, предпринятых пользователями для доступа к нашему английскому онлайн-словарю, и наиболее часто используемых выражений со словом «текущая эффективность».

    ЧАСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ» ЗА ВРЕМЯ

    На графике показано годовое изменение частотности использования слова «current efficiency» за последние 500 лет. Его реализация основана на анализе того, как часто термин «текущая эффективность» появляется в оцифрованных печатных источниках на английском языке в период с 1500 года по настоящее время.

    Примеры использования в англоязычной литературе, цитаты и новости о текущей эффективности

    10 АНГЛИЙСКИХ КНИГ, КАСАЮЩИХСЯ

    «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ»

    Поиск случаев использования слова КПД по току в следующих библиографических источниках. Книги, относящиеся к эффективности тока и краткие выдержки из них, чтобы обеспечить контекст его использования в английской литературе.

    1

    Медь и медные сплавы

    Таблица 4 Влияние добавок на выход по току и размер частиц Влияние концентрация меди по выходному току и кажущейся плотности. Источник: ссылка 1 Рис.7. Сканирующие электронные микрофотографии меди, распыленной газом и водой. порошки.

    2

    Справочник по порошкам цветных металлов: технологии и …

    Концентрация последнего выбирается в соответствии с выходом по току , т.к. снижается при высокой кислотности. Приблизительно нейтральные электролиты должны быть подготовлен с достаточной буферной емкостью, чтобы избежать быстрого повышения pH …

    Олег Д Нейков, Станислав Набойченко, Ирина Б Мурачева, 2009

    3

    Интеллектуальные центры обработки данных: повышение эффективности

    Знание, какие метрики вы собираетесь использовать для оценки эффективности ваших данных центров и наличия актуальных данных, можно оценить КПД по току этих объектов, чтобы установить ориентир, по которому вы можете измерить прогресс …

    Майк Эбберс, Мэтью Арчибальд, Карлос Фелипе Франка да Фонсека, 2011

    4

    Основные показатели по легким металлам, восстановлению алюминия …

    ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ТОКА И ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ БАЛАНС В АЛЮМИНИЕВЫХ РЕДУКЦИОННЫХ ЯЧЕЙКАХ Fiona J. Stevens ‘, Weidong Жангз, Марк П. Тейлор, Джон Дж. Дж. Чен 1. Исследовательский центр Comalco, Томастаун,…

    Джефф Бирн, Марк Дюпюи, Гэри Тарси, 2013

    5

    Покрытие оловом и припоем в полупроводниковой промышленности

    КПД по току определяется как доля тока, которая используется в указанная реакция: неиспользованная часть в этом процессе считается отходами. Таким образом КПД по току е определяется как отношение указанного химического изменения к …

    Light Metals 2013 Под редакцией: Barry Sadler T. MS (Минералы, металлы и материалы Society), 2013 Аннотация Эффективность тока в промышленных ячейках Холла-Эру для производство алюминия может составлять до 96%. [1]. Обратная реакция между …

    обратной реакции не зависит от плотности тока, поэтому эффективность по току по отношению к Al должна увеличиваться за счет увеличения плотности тока.Однако, явления переноса в электролите в диффузионном слое катода приводят к большему …

    8

    Технологии разделения минералов, угля и ресурсов земли

    Майкл С. Моутс, Кафедра металлургической инженерии, Университет Юты, Солт-Лейк-Сити, Юта, США РЕФЕРАТ Эффективность тока является одним из ключевых матрицы, которые отслеживают, отслеживают и пытаются отслеживать все операции по извлечению меди. улучшать.

    Кортни Янг, Джеральд Х. Латтрелл, 2012

    9

    Современные методы фармацевтического анализа, второе издание

    КПД по току часто используется как синоним титрования. КПД ». Однако КПД по току должно относиться к току для конкретного электродный процесс [например, пара Ce (III) / Ce (IV)] по сравнению с полным током .

    10

    Материалы симпозиума по энергетике и электрохимии …

    КПД по току Зависимости от плотности тока КПД по току для композиты мембрана-электрод, приготовленные из Membrane-A -C и -D, являются показан на рис. 6. Композит с более толстой мембраной показал более высокий ток

    Клиффорд В. Уолтон, Эрик Дж.Радд, 1998

    10 НОВОСТЕЙ, КОТОРЫЕ ВКЛЮЧАЮТ ТЕРМИН «ТЕКУЩАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ»

    Узнайте, о чем говорит национальная и международная пресса и как термин current efficiency используется в контексте следующих новостей.

    Black & Veatch модернизирует турецкую электростанцию ​​

    «Благодаря использованию новейших турбинных технологий КПД Хамитабата по току повысится с 38% до 62%.Это создает более экологичный объект … «Construction Week Online, 15 июня»

    Black & Veatch модернизирует старейшую газовую электростанцию ​​в Турции

    «Благодаря использованию новейших турбинных технологий КПД Хамитабата по току повысится с 38 до 62 процентов. Это создает еще … «WebWire, 15 июня»

    NEEP ищет консультантов для проекта по затратам на EM&V

    … данные о затратах на конкретные меры, которые находятся на ранней стадии коммерциализации и редки или отсутствуют в программах текущей эффективности на северо-востоке, … «Рынки энергоэффективности, 15 июня»

    Субконтинентальный тренд обвинять героев после поражений: Шахид Африди на…

    «Я не говорю, что не следует анализировать КПД по току кардиостимулятора или участника. Однако критикуйте его всякий раз, когда вы это делаете… «Бхарат Пресс, 15 июня»

    GreenTouch определяет технологии для более экологичного, чистого и многого другого…

    Это крутой инструмент — вопрос в том, действительно ли участники думают, что мы увидим сети, которые будут работать в 10000 раз более по текущей эффективности , или с сетью … «Мобильная сеть, 15 июня»

    Электроосаждение сплавов Ni-Fe-Mo-W — Часть 9

    Более высокий уровень pH также может помочь увеличить выход по току .На рисунке 6 показаны поляризационные кривые электролита Ni-W при pH 8 с различными … «Products Finishing Magazine, июн 15»

    Механизм процесса нанесения покрытия — 8-я лекция Уильяма Блюма

    Исследования эффективности тока для нормальной толщины пластины не показали, что какая-либо значительно большая часть тока ушла на … «Products Finishing Magazine, 15 июня»

    Вот! Стекло солнечной панели, которое однажды может привести в действие ваш офис

    …питание всего здания, но оно все еще находится на ранних стадиях проектирования, и исследователи надеются как минимум в пять раз повысить эффективность их по току . «Unicorn Booty, 15 июня»

    В новом отчете рекомендуется предпринять шаги для корректировки эффективности

    Отчет также включает рекомендации производителям по адаптации к циклу текущей эффективности , включая фиксацию низких фиксированных процентных ставок и использование урожая… «Farmers Advance, 15 июня»

    Mazda нацелена на значительное повышение эффективности своих бензиновых двигателей

    Компания следовала пути по текущей эффективности с момента разработки Mazda 6 2002 года, которая была «первым поколением …« Autocar Professional, 15 июня »


    ССЫЛКА

    «ОБРАЗОВАНИЕ. КПД по току [онлайн]. Доступно на . Август 2021 ».

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *