Celem silnika jest sprawienie, by coś się poruszało. Często to coś jest osią, której ruch obrotowy można przekształcić w ruch postępowy, jak w samochodzie, lub w inny sposób wykorzystać do mechanicznegopraca(który ma jednostki energii).
moc(energia na jednostkę czasu) dla silnika zwykle pochodzi z energii elektrycznej, której ostatecznym źródłem może być elektrownia węglowa, wiatrak lub bateria ogniw słonecznych.
Fizyka stosowana może być wykorzystana do określeniasprawność silnika,który jest miarą ułamka energii włożonej w system mechaniczny, który skutkuje użyteczną pracą. Im wydajniejszy silnik, tym mniej energii marnuje się w postaci ciepła, tarcia itp., a właściciel firmy ma większe oszczędności kosztów w scenariuszu produkcyjnym.
Moc, energia i praca
Energiato fizyka przybiera wiele form: kinetyczną, potencjałową, cieplną, mechaniczną, elektryczną i wiele innych. Praca jest definiowana jako ilość energii zużytej na przemieszczanie masymprzez odległośćxstosując siłęfa. Praca w układzie SI (metrycznym) ma jednostki niutonometrów lub dżulów (J).
Mocto energia na jednostkę czasu. Możesz wydać określoną liczbę dżuli przechodząc przez parking, ale jeśli sprintujesz i pokonasz dystans w 20 sekund zamiast marszu i potrwa dwie minuty, twoja moc jest odpowiednio wyższa podczas sprintu przykład. Jednostką SI jest waty (W) lub J/s.
Typowe wartości sprawności silnika
Wydajność to po prostu moc wyjściowa (użyteczna) podzielona przez moc wejściową, przy czym różnica polega na stratach wynikających z niedoskonałości projektu i innych nieuchronności. Wydajność w tym kontekście to ułamek dziesiętny wahający się od 0 do 1,0, a czasem procent.
Zwykle im mocniejszy silnik, tym oczekuje się, że będzie bardziej wydajny. Sprawność 0,80 jest dobra dla silnika o mocy od 1 do 4 KM, ale normalne jest dążenie do wartości powyżej 0,90 dla silników o mocy 5 KM i mocniejszych.
Wzór na sprawność silnika elektrycznego
Wydajność jest często oznaczana grecką literą eta (η) i jest obliczana według wzoru:
η = \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{obciążenie}}{P_i}
Tutaj,hp= moc silnika,Załaduj= Moc wyjściowa jako procent mocy znamionowej, orazPja= moc wejściowa w kW.
- Stały współczynnik 0,7457 służy do konwersji mocy na kilowaty. Dzieje się tak, ponieważ 1 KM = 745,7 W, czyli 0,7457 kW.
Przykład: Jaka jest sprawność silnika przy 75-konnym silniku, zmierzonym obciążeniu 0,50 i mocy wejściowej 70 kW?
\begin{wyrównane} η &= \frac{0.7457 \;\text{kW/hp} × 75 \;\text{hp} × 0,50}{70 \;\text{kW}} \\ &= 0,40 \end {wyrównany}
Wzór do obliczania mocy silnika
Czasami otrzymujesz wydajność problemu i prosisz o rozwiązanie dla innej zmiennej, takiej jak moc wejściowa. W takim przypadku należy zmienić kolejność równania zgodnie z potrzebami.
Przykład:Jaka jest moc wejściowa przy wydajności silnika 0,85, obciążeniu 0,70 i silniku o mocy 150 KM?
\begin{wyrównane} η &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{obciążenie}}{P_i} \\ \text{Dlatego} \;P_i &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{obciążenie}}{η} \\ &= \frac{0.7457 \;\text{kW/hp}×150 \;\text{hp}×0.70}{0.85} \\ & = 92,1 \;\text{kW} \end{wyrównany}
Kalkulator sprawności silnika: wzór alternatywny
Czasami podaje się parametry silnika, takie jak jego moment obrotowy (siła przyłożona wokół osi obrotu) i jego obroty na minutę (rpm). Możesz użyć relacjiη = Po/Pja, gdziePo jest mocą wyjściową, aby określić sprawność w takich przypadkach, ponieważPja jest dany przezja × V, czyli prąd razy napięcie, natomiastPo jest równy momentowi obrotowemuτ razy prędkość obrotowaω. Prędkość obrotowa w radianach na sekundę jest z kolei dana przezω= (2π)(rpm)/60.
A zatem:
\begin{wyrównane} η &= P_o/P_i \\ &=\frac{τ×2π×\text{rpm}/60}{I×V} \\ &= \frac{(π /30)(τ × \text{rpm})}{I×V} \\ \end{wyrównany}