Le but d'un moteur est de faire bouger quelque chose. Souvent, ce quelque chose est un essieu, dont le mouvement de rotation peut être converti en mouvement de translation, comme dans une voiture, ou être utilisé d'une autre manière pour faire de la mécanique.travail(qui a des unités d'énergie).
lePuissance(énergie par unité de temps) pour le moteur provient généralement de l'électricité, dont la source ultime pourrait être une centrale au charbon, une éolienne ou une banque de cellules solaires.
La physique appliquée peut être utilisée pour déterminerrendement moteur,qui est une mesure de la fraction d'énergie mise dans un système mécanique qui se traduit par un travail utile. Plus le moteur est efficace, moins d'énergie gaspillée sous forme de chaleur, de friction, etc., et les économies de coûts ultimes pour un propriétaire d'entreprise dans un scénario de fabrication.
Puissance, énergie et travail
ÉnergieCette physique prend de nombreuses formes: cinétique, potentielle, thermique, mécanique, électrique et plus encore. Le travail est défini comme la quantité d'énergie dépensée pour déplacer une masse
mà travers une distanceXen appliquant une forceF. Le travail dans le système SI (métrique) a des unités de Newton-mètres, ou Joules (J).Pouvoirest l'énergie par unité de temps. Vous pourriez dépenser un certain nombre de joules pour traverser un parking, mais si vous sprintez et parcourez la distance en 20 secondes plutôt que de marcher et de prendre deux minutes, votre puissance de sortie est proportionnellement plus élevée dans le sprint Exemple. L'unité SI est le Watt (W) ou le J/s.
Valeurs typiques d'efficacité du moteur
L'efficacité est simplement la puissance de sortie (utile) divisée par la puissance d'entrée, la différence étant les pertes dues aux imperfections de la conception et à d'autres inévitables. L'efficacité dans ce contexte est une décimale variant de 0 à 1,0, ou parfois un pourcentage.
En général, plus le moteur est puissant, plus il est censé être efficace. Un rendement de 0,80 est bon pour un moteur de 1 à 4 cv, mais il est normal de viser au-dessus de 0,90 pour les moteurs de 5 cv et plus puissants.
Formule d'efficacité du moteur électrique
L'efficacité est souvent désignée par la lettre grecque eta (η), et est calculé à l'aide de la formule suivante :
η = \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i}
Ici,ch= puissance moteur,charge= Puissance de sortie en pourcentage de la puissance nominale, etPje= puissance absorbée en kW.
- Le facteur constant 0,7457 est utilisé pour convertir la puissance en kilowatts. En effet, 1 ch = 745,7 W, soit 0,7457 kW.
Exemple: Avec un moteur de 75 ch, une charge mesurée de 0,50 et une puissance d'entrée de 70 kW, quel est le rendement du moteur ?
\begin{aligned} η &= \frac{0.7457 \;\text{kW/hp} × 75 \;\text{hp} × 0.50}{70 \;\text{kW}} \\ &= 0.40 \end {aligné}
Formule de calcul de la puissance du moteur
Parfois, on vous donne l'efficacité d'un problème et on vous demande de résoudre une variable différente, telle que la puissance d'entrée. Dans ce cas, vous réorganisez l'équation selon vos besoins.
Exemple:Avec un rendement moteur de 0,85, une charge de 0,70 et un moteur de 150 ch, quelle est la puissance d'entrée ?
\begin{aligned} η &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i} \\ \text{Donc} \;P_i &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{η} \\ &= \frac{0.7457 \;\text{kW/hp}×150 \;\text{hp}×0.70}{0.85} \\ & = 92,1 \;\texte{kW} \end{aligné}
Calculateur d'efficacité motrice: formule alternative
Parfois, on vous donne les paramètres d'un moteur, tels que son couple (force appliquée autour d'un axe de rotation) et ses tours par minute (tr/min). Vous pouvez utiliser la relationη = Po/Pje, oùPo est la puissance de sortie, pour déterminer l'efficacité dans de tels cas, carPje est donné parje × V, ou courant multiplié par la tension, alors quePo est égal au coupleτ fois la vitesse de rotationω. La vitesse de rotation en radians par seconde est à son tour donnée parω= (2π)(tr/min)/60.
Ainsi:
\begin{aligné} η &= P_o/P_i \\ &=\frac{τ×2π×\text{rpm}/60}{I×V} \\ &= \frac{(π /30)(τ × \text{rpm})}{I×V} \\ \end{aligned}