Das Ziel eines Motors ist es, etwas zu bewegen. Oft handelt es sich bei diesem Etwas um eine Achse, deren Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umgewandelt werden kann, wie in einem Auto, oder auf andere Weise mechanisch verwendet werden kannArbeit(die Einheiten von Energie hat).
DasLeistung(Energie pro Zeiteinheit) für den Motor stammt normalerweise aus Elektrizität, deren letztendliche Quelle ein Kohlekraftwerk, eine Windmühle oder eine Solarzellenbank sein kann.
Angewandte Physik kann verwendet werden, um zu bestimmenMotorwirkungsgrad,Dies ist ein Maß für den Energieanteil, der in ein mechanisches System gesteckt wird und zu Nutzarbeit führt. Je effizienter der Motor ist, desto weniger Energie wird in Form von Wärme, Reibung usw. verschwendet, und desto größer sind die endgültigen Kosteneinsparungen für einen Geschäftsinhaber in einem Fertigungsszenario.
Kraft, Energie und Arbeit
EnergieDiese Physik nimmt viele Formen an: kinetisch, potentiell, thermisch, mechanisch, elektrisch und mehr. Arbeit ist definiert als die Energiemenge, die für die Bewegung einer Masse aufgewendet wird
ichdurch die Fernexdurch Aufbringen einer KraftF. Die Arbeit im SI (metrischen) System hat die Einheiten Newton-Meter oder Joule (J).Leistungist Energie pro Zeiteinheit. Sie können eine bestimmte Anzahl von Joule beim Überqueren eines Parkplatzes aufwenden, aber wenn Sie sprinten und die Strecke in 20. zurücklegen Sekunden statt schlendern und zwei Minuten dauern, ist deine Leistung im Sprint entsprechend höher Beispiel. Die SI-Einheit ist Watt (W) oder J/s.
Typische Motorwirkungsgradwerte
Die Effizienz ist einfach die abgegebene (nützliche) Leistung geteilt durch die Eingangsleistung, wobei die Differenz Verluste aufgrund von Unvollkommenheiten in der Konstruktion und anderen Unvermeidlichkeiten sind. Effizienz ist in diesem Zusammenhang eine Dezimalzahl von 0 bis 1,0 oder manchmal ein Prozentsatz.
Je leistungsstärker der Motor ist, desto effizienter ist in der Regel zu erwarten. Ein Wirkungsgrad von 0,80 ist gut für einen Motor mit 1 bis 4 PS, aber es ist normal, über 0,90 für 5 PS und stärkere Motoren anzustreben.
Formel für den Wirkungsgrad von Elektromotoren
Effizienz wird oft mit dem griechischen Buchstaben eta (η) und wird nach folgender Formel berechnet:
η = \frac{0,7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i}
Hier,PS= Motorleistung,Belastung= Ausgangsleistung in Prozent der Nennleistung undPich= Eingangsleistung in kW.
- Der konstante Faktor 0,7457 wird verwendet, um PS in Kilowatt umzurechnen. Denn 1 PS = 745,7 W oder 0,7457 kW.
Beispiel: Wie hoch ist der Motorwirkungsgrad bei einem 75-PS-Motor, einer gemessenen Last von 0,50 und einer Eingangsleistung von 70 kW?
\begin{ausgerichtet} η &= \frac{0,7457 \;\text{kW/PS} × 75 \;\text{PS} × 0,50}{70 \;\text{kW}} \\ &= 0,40 \end {ausgerichtet}
Formel zur Berechnung der Motorleistung
Manchmal wird Ihnen die Effizienz eines Problems gegeben und Sie werden aufgefordert, eine andere Variable wie die Eingangsleistung zu lösen. In diesem Fall ordnen Sie die Gleichung nach Bedarf um.
Beispiel:Wie hoch ist die Eingangsleistung bei einem Motorwirkungsgrad von 0,85, einer Last von 0,70 und einem 150-PS-Motor?
\begin{aligned} η &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i} \\ \text{Daher} \;P_i &= \frac{0.7457 × \text{PS} × \text{Last}}{η} \\ &= \frac{0,7457 \;\text{kW/PS}×150 \;\text{PS}×0,70}{0,85} \\ & = 92,1 \;\text{kW} \end{ausgerichtet}
Rechner für den Motorwirkungsgrad: Alternative Formel
Manchmal erhalten Sie die Parameter eines Motors, wie sein Drehmoment (um eine Drehachse aufgebrachte Kraft) und seine Umdrehungen pro Minute (U/min). Sie können die Beziehung verwendenη = PÖ/Pich, woPÖ ist die Ausgangsleistung, um in solchen Fällen den Wirkungsgrad zu bestimmen, dennPich wird gegeben vonich × V, oder Strom mal Spannung, wohingegenPÖ ist gleich Drehmomentτ mal Rotationsgeschwindigkeitω. Die Rotationsgeschwindigkeit in Radiant pro Sekunde ist wiederum gegeben durchω= (2π)(U/min)/60.
So:
\begin{aligned} η &= P_o/P_i \\ &=\frac{τ×2π×\text{rpm}/60}{I×V} \\ &= \frac{(π /30)(τ × \text{rpm})}{I×V} \\ \end{ausgerichtet}