Силовые агрегаты это: Автомобильный блог | Обзоры, Тест-драйвы, ПДД и советы по обслуживание автомобилей

Ошибка

• Автомобиль — модели, марки
• Устройство автомобиля
• Ремонт и обслуживание
• Тюнинг

• Аксессуары и оборудование
• Компоненты
• Безопасность
• Физика процесса

• Новичкам в помощь
• Приглашение
• Официоз (компании)
• Пригородные маршруты

• Персоны
• Наши люди
• ТЮВ
• Эмблемы

•  
• А
• Б
• В
• Г
• Д
• Е
• Ё
• Ж
• З
• И
• Й
• К
• Л
• М
• Н
• О
• П
• Р
• С
• Т
• У
• Ф
• Х
• Ц
• Ч
• Ш
• Щ
• Ъ
• Ы
• Ь
• Э
• Ю
• Я

Навигация

• Заглавная страница
• Сообщество
• Текущие события
• Свежие правки
• Случайная статья
• Справка

Личные инструменты

• Представиться системе

Инструменты

• Спецстраницы

Пространства имён

• Служебная страница

Просмотры

Перейти к: навигация,
поиск

Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название. Возможно, в названии используются недопустимые символы.

Возврат к странице Заглавная страница.

Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.

Гибридные силовые агрегаты: лавинообразный процесс освоения

Будущее совершенство техники строительного, коммунального и других сфер применения уже просматривается в деталях и компонентах. А её совершенствование, в данном случае с участием гибридных силовых агрегатов (ГСА), – это достижение максимальной эффективности работы механизмов при использовании минимальных объёмов топлива с предельной минимизацией отрицательного их воздействия на окружающую среду.

 

Остановимся на основных конструктивных особенностях силовых агрегатов, используемых при комплектации данного рода машин для тяжёлых условий эксплуатации.

Крутящим моментом от электродвигателя

Работоспособные гибридные силовые агрегаты появились намного позднее обычных дизель-генераторных установок для выработки электрического тока и питания им карьерных экскаваторов и самосвалов, а также многочисленных механизмов дизель-электрических кранов. Широкое распространение дизель-электрических агрегатов (ДЭА) было связано с желанием разработчиков максимально сократить перечень трущихся деталей, а также существенно повысить надёжность и безопасность работы механизмов. В частности, тем самым была практически исключена возможность отказа постоянно-замкнутых тормозов.

А если каждый механизм получает отдельный электропривод, появляется возможность совмещения операций. То есть одновременно и независимо друг от друга выполнять, например, подъём груза, поворот платформы и изменение вылета стрелы.

Особенностью машин с такими электроприводами является также возможность их питания от внешней энергосети. При этом следует признать, что ранние конструкции дизель-электрических установок – это, как оказалось, необходимое эволюционное звено перед вступлением человечества в эру экономичных и зелёных ГСА. А основным отличием последних стало использование ёмких аккумуляторных батарей и т. н. «суперконденсаторов», которые позволяют работать дизелям в более щадящем режиме средней мощности. Тем самым продлевая их экологически чистый срок эксплуатации, соответствующий первоначально заданному производителями уровню Stage или Euro. Кроме того, у такого двигателя внутреннего сгорания не падает к. п. д. в условиях неполной загрузки.

 

Однако гибридными также могут быть системы, которые извлекают энергию из регенеративного (рекуперативного) торможения. Речь идёт о таком виде электрического торможения, при котором энергия, вырабатываемая тяговыми электродвигателями, работающими в генераторном режиме, возвращается в электрическую сеть.

Система исключения холостых оборотов

Одним из ранних подходов к снижению расхода топлива, в первую очередь, горных машин стала т. н. «система управления холостыми оборотами» (Engine Idle management System – EIMS), разработанная компанией Caterpillar и применяемая на колёсных фронтальных погрузчиках Cat серии H. Подсчитав, что 40% времени двигатель погрузчика работает на холостых оборотах, а сама машина простаивает в ожидании, американские специалисты при помощи EIMS добились снижения расхода топлива, которое в итоге выливалось в тысячи долларов, сэкономленных в течение года.

Та же энергетическая система была установлена и на дизель-электрический вариант популярной модели бульдозера Cat D7E, который приводится в движение электродвигателями переменного тока. У этой гусеничной машины генератор приводит в действие два приводных электродвигателя переменного тока, соединенных с дифференциалом поворота. Применённая схема трансмиссии исключает необходимость в традиционной механической коробке передач, поскольку электродвигатели с регулируемой частотой вращения обеспечивают бесступенчатое изменение передаточного числа.

Электрическая система также обеспечивает подачу энергии к вспомогательному оборудованию без использования ременных передач. К тому же, она содержит на 60% меньше подвижных частей по сравнению с передачами, использовавшимися при сборке обычного трактора D7. В совокупности это позволяет экономить топливо на 10-30% и существенно сокращает ремонтные расходы в течение срока службы машины. «Кусается» лишь цена нового изделия – она почти на 20% выше обычного Cat D7. Тем не менее, аналогичная силовая схема используется теперь и в широко известных карьерных самосвалах Caterpillar с электрическим мотор-колёсным принципом передачи усилий ДВС. В ближайшее время готовится появление на рынке промышленного трактора John Deere с гибридным силовым агрегатом на переменном токе.

Стартер-генераторное усиление крутящего момента

Известный шведский моторостроитель и производитель строительной и дорожно-строительной техники – корпорация Volvo CE – в тесном взаимодействии с Volvo Technology и Volvo Powertrain также стала одним из первых разработчиков колёсных фронтальных погрузчиков с гибридным дизель-электрическим приводом – L220F и L240F Hybrid, ориентируясь в первую очередь на рынок США. Основой гибридного агрегата является интегрированный стартер-генератор (ISG), который устанавливается между дизельным двигателем Volvo D12 и электротрансмиссией. Стартер-генератор подсоединяется к современной, очень ёмкой батарее, мощность которой во много раз превышает аналогичный показатель обычного свинцово-кислотного аккумулятора.

При этом стартерная функция ISG выполняет задачу запуска дизельного двигателя, раскручивая коленчатый вал, вернее, маховик ДВС до частоты вращения и накапливая тем самым механическую энергию, необходимую для запуска двигателя. Т. е. по сути, выполняет «обязанности» электрического инерционного стартера, который имеет в своём составе электродвигатель, редуктор, устройства сцепления и расцепления коленвала ДВС с маховиком.

Стартер-генератор позволяет дизелю автоматически выключаться при отсутствии необходимости поддержания движения, «положившись» на прилив энергии от мощной батареи, а затем, почти мгновенно, перезапускаться за счёт быстрого вращения маховика и подключённого к нему коленчатого вала и выходить на требуемые обороты, соответствующие оптимальной угловой рабочей скорости. Эта скорость преобразуется в требуемую скорость движения фронтального погрузчика или в угловую скорость вращения лопаток гидромотора, приводящего в действие стрелу с ковшом или другим сменным рабочим оборудованием.

Это даёт огромное преимущество, так как до 40% рабочего времени погрузчик работает на электротяге. Причём, без участия в этом процессе какого-либо гидротрансформатора, автоматической коробки передач, раздаточной коробки и приводных валов.

Генератор также решает традиционную проблему дизельного двигателя, которая заключается в низком крутящем моменте при малой частоте вращения коленвала. Интегрированный стартер-генератор при необходимости автоматически создаёт сильное электрическое усиление крутящего момента – электродвигатель в состоянии обеспечить крутящий момент до 700 Нм (!) непосредственно из неподвижного состояния. То есть, если говорить о мощности обычного дизельного двигателя, генераторная часть ISG выдаёт фронтальному погрузчику до 50 дополнительных кВт. В результате машина с ГСА стала гораздо более мощной и быстрореагирующей на внешние воздействия.

 

В 2010-м на различных выставках был показан «свежий» фронтальный погрузчик Kawasaki 65Z Hybrid, также рассчитанный больше на североамериканский рынок. Производитель спроектировал машину, существенно снижающую расход топлива, причём без ущерба для её производительности. В конструкции Kawasaki 65Z отсутствует громоздкий маслонаполненный гидротрансформатор. Благодаря использованию гибридной системы преобразования крутящего момента (HYTCs), погрузчик не только экономит энергию, но и восстанавливает её запасы во время холостого хода и торможения. Механическая энергия превращается в электрическую и затем хранится в конденсаторе, характеризующемся практически мгновенным зарядом и разрядом. Запасённая энергия затем используется, чтобы помочь дизелю, который, в результате, может оказаться меньшей мощности, тем самым ещё больше снижая расход топлива.

Японская корпорация Toyota Industries, имеющая большой опыт не только в производстве дизельных складских погрузчиков, но и «в гибридизации» легковых автомобилей, объявила о выпуске первого вилочного погрузчика с гибридным силовым агрегатом Geneo-Hybrid грузоподъёмностью 3,5 т. В силовой агрегат входит дизель объёмом 2,5 л, сопряжённый с электродвигателем и никель-гибридной аккумуляторной батареей. Кроме того, в этой машине сосуществуют две гибридные подсистемы: последовательная гибридная подсистема привода колёс (Series Hybrid System) и параллельная гибридная подсистема грузоподъёмного механизма (Parallel Hybrid System).

Вилочный погрузчик Toyota Geneo-Hybrid отличается пониженным расходом топлива и уменьшенными на 50% выбросами углекислого газа, что очень важно при работе в помещении.

Конденсация электро- и пневмоэнергии, уменьшение мощности ДВС

Ещё одна японская компания – Komatsu – запустила в продажу первый в мире гусеничный экскаватор для стройплощадок с гибридным приводом. В 2009 г. компания начала продажи PC200-8 E0 Hybrid в Китае и Северной Америке. В настоящее время продано более 650 единиц. В 2011 году все накопленные за период эксплуатации гибридных машин ноу-хау и технологии корпорация Komatsu вложила в усовершенствование экскаваторов и представила две обновлённые версии с более зелёными 104-киловаттными двигателями SAA4D107E-1: HB205 (19,8 т) и HB215LC (21,2 т), конструктивно различающимися лишь шириной (2,8 и 3,08 м соответственно). Наряду с более экономным расходом топлива и уменьшенным выбросом вредных веществ в атмосферу, эти экскаваторы обладают улучшенной ремонтопригодностью за счёт использования новых гибридных элементов. Производители Страны восходящего солнца выбрали конденсатор для накопления энергии вместо аккумуляторной батареи, а у стрелы и ковша имеется отдельный электропривод. Энергия в конденсаторе восстанавливается в период снижения производительности работы машины. В дальнейшем Komatsu планирует ещё больше расширить области применения гибридных технологий и распространить их на другую строительную технику.

 

Группа компаний Liebherr также не отстаёт в этом направлении. Она представила первую свою гидравлическую систему гибридного привода для мобильных портовых кранов LHM 550. Новая система Pactronic® увеличила скорость перевалки и одновременно уменьшила расход топлива. Отличительной особенностью этой системы является дополнительный накопитель энергии – ресивер, который позволяет для подъёма груза использовать как регенерированную во время его опускания энергию, так и избыточную энергию, выработанную силовым агрегатом. Энергия аккумулируется в виде сжатого азота, а при его расширении подаётся в систему привода гидравлики. Система практически не требует ТО, при этом визуальная инспекция должна проводиться не чаще одного раза в 10 лет (!). Накопителем энергии выступает азот, который абсолютно безвреден.

Система Pactronic® от Liebherr наиболее эффективна при работе привода на предельных мощностях, как это часто бывает при обработке навалочных грузов (стальных чушек, связок арматурной стали и др.). Если для подъёма необходима дополнительная энергия, система Pactronic® сразу же направляет сохранённую в аккумуляторе энергию в систему и таким образом увеличивает подъёмную мощность крана. По сравнению со стандартным мобильным портовым краном, кран Liebherr с гибридным приводом использует примерно на 30% меньше топлива.

В компании Liebherr планируют к 2013 году, после проведения поэтапной адаптации, устанавливать систему Pactronic® на весь модельный ряд мобильных портовых кранов.

Суперконденсаторы, литые медные роторы, рекуперация торможения

Новые технологии используются и в военных ведомствах. В рамках правительственной программы в США сконструировали комбинированную силовую установку ProPulse для автотранспортных средств (самосвалов, тягачей, грузовиков и др.). Она имеет ряд версий в широком диапазоне грузоподъёмности и весьма активно идёт на комплектацию грузовых автомобилей марки Oshkosh и Navistar International. В отличие от ранее рассмотренных гибридных приводов в данную систему входят электродвигатели для каждой из четырёх осей.

После установки системы на военный автомобиль Oshkosh Defense HEMTT A3 Diesel Electric, он остаётся функциональным и способен перевозить груз. В комплектацию грузовика входит бортовой компьютер с множеством периферийных датчиков, позволяющих диагностировать и прогнозировать поведение составных частей гибридного силового агрегата, включая состояние мостов, системы охлаждения и схемы крепления грузов. Электродвигатели асинхронного типа снабжены литыми медными роторами, которые развивают мощность до 104 кВт. Дизель используется как для непосредственного движения по дороге транспортного средства, так и для накопления энергии с помощью генератора мощностью 335 кВт и специальных суперконденсаторов. Попеременная работа ДВС и электродвигателей увеличивает их жизненный цикл и снижает негативное воздействие выбросов отработанных газов и шума на окружающую среду. Генератор, кстати, настолько силён и надёжен в эксплуатации, что используется для обеспечения потребностей в электроэнергии полевых госпиталей и пунктов управления. Производителем электроприводов является компания Reliance Electric – по сути, дивизион авиакорпорации Rockwell Automation. А технология литья медных роторов, которые немного утяжелили ходовые электродвигатели, стала компромиссом между массой, габаритами и производительностью гибридной установки. Медь в роторе проявляет себя более эффективно, нежели традиционные сорта алюминия. Поскольку она является лучшим проводником электричества и имеет меньшее внутреннее сопротивление. Да и охлаждается она быстрее и до более низких температур.

Для накопления и хранения энергии системой ProPulse учёные из Вустеровского политехнического и Массачусетского технологических институтов предложили разработанные ими суперконденсаторы, которые быстрее накапливают и сбрасывают электроэнергию. Силовая установка предусматривает также рекуперативное торможение, при котором регенеративная система использует тяговые электродвигатели в качестве источников электроэнергии во время торможения ТС для её хранения в конденсаторном накопителе и последующего использования во время ускорения или преодоления препятствия. Одновременно рекуперация позволяет снизить степень износа тормозной системы.

Впрочем, из общих объёмов поставок техники, машины с гибридными силовыми агрегатами составляют пока незначительный процент. Видно, цена пока ещё сильно «кусается». Да и готовность технических центров и сервисных предприятий для проведения обслуживания и ремонта гибридной техники наверняка пока недостаточна.

Автор: Владимир Вдовенко

Поделиться

Energy and Power Units: The Basics

[pagebreak:Energy and Power Units: The Basics]

Если вы изучаете экологические технологии, особенно возобновляемые источники энергии, вы не можете не столкнуться с утверждениями вроде этих:

• A 26-ваттная КЛЛ производит свет, эквивалентный 100-ваттной лампе накаливания.
• Энергетическая ценность галлона этанола варьируется от 75 700 БТЕ до 84 000 БТЕ.
• Toyota Prius Hybrid Synergy Drive оснащен электродвигателем мощностью 67 лошадиных сил.

Но что такое ватты, БТЕ и лошадиные силы? Что они измеряют и как они связаны с возобновляемыми источниками энергии? Сколько ватт, например, производит ветряная турбина и сколько домов она будет обеспечивать? Сколько БТЕ требуется для обогрева среднего дома и сколько для этого требуется природного газа?

Прежде чем вы сможете ответить на эти вопросы, вы должны освоить некоторые основные понятия и словарный запас:

• Что такое энергия и сила и как они связаны друг с другом?
• Какие стандартные единицы энергии и мощности используются учеными?
• Какие традиционные единицы используются в промышленности и как они соотносятся со стандартными единицами?
• Как различные единицы измерения применимы к таким приложениям, как освещение, отопление и транспорт?

Этот отчет представляет собой краткий обзор энергии, мощности и единиц, используемых для их измерения. Но не волнуйтесь; это опять не школьная физика. Это больше похоже на курс Berlitz по разговору об энергии — достаточно, чтобы вы прочитали меню и, возможно, подслушали туземцев.

Вот список содержимого:

— Боб Беллман (Bob Bellman) — независимый писатель и консультант по маркетингу.

[pagebreak:SI: Международная система единиц]

На протяжении веков ученые шли разными путями, исследуя энергию и силу. Так каждый вид энергии — электрическая, механическая, химическая, тепловая и ядерная — обрел свою систему измерения, а каждая отрасль, связанная с энергетикой, выработала свою терминологию. Автодилеры говорят о лошадиных силах. Подрядчики HVAC устанавливают тонны и БТЕ. Электроэнергетика поставляет киловатт-часы. Ученые ссылаются на ньютоны и джоули.

В 1960 году Международная система единиц (СИ) была получена из метрической системы, чтобы обеспечить стандартный словарь для всех физических вещей. СИ построена на семи основных единицах (см. Таблицу 1), из которых могут быть получены все остальные физические величины. В таблице 2 перечислены некоторые стандартные производные единицы. Например, ньютон (производная единица силы) определяется как один килограмм (базовая единица массы), ускоренный со скоростью один метр (базовая единица длины) в секунду (базовая единица времени) в квадрате. В таблице 3 перечислены некоторые стандартные префиксы, используемые для обозначения кратных и дробных единиц. Например, мегаватт (МВт) равен миллиону (10 ⁶ ) Вт; милливатт (мВт) составляет одну тысячную (10 ^-3 ) ватта.

Отрасли, связанные с энергетикой, начинают использовать терминологию СИ, но традиционные термины по-прежнему преобладают. Многие автомобильные компании теперь указывают мощность двигателя в киловаттах, но в скобках после номинальной мощности: 187 л.с. (140 кВт). Начиная с краткого руководства по энергии, мощности и силе, в следующих нескольких разделах рассматриваются единицы, наиболее часто используемые в приложениях возобновляемой энергии.

Таблица 1: Базовые единицы СИ

Таблица 2: Некоторые производные единицы СИ

Таблица 3: Некоторые множители СИ ) — все, от движения автомобиля до обогрева дома и освещения комнаты. Многие формы работы связаны с преобразованием энергии. Лампочка преобразует электрическую энергию в тепловую и световую энергию. Двигатель внутреннего сгорания преобразует химическую энергию в тепловую и механическую энергию. Динамо преобразует механическую энергию в тепловую и электрическую энергию.

Решения в области возобновляемых источников энергии используют источники энергии, которые не будут исчерпаны этими преобразованиями, и снижают потребление энергии, делая преобразования более эффективными. Фотоэлектрические (PV) панели вырабатывают электричество из солнечного света вместо сжигания невозобновляемого ископаемого топлива. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) потребляют меньше энергии, чем лампы накаливания, потому что они преобразуют больше электричества в свет и меньше в тепло.

Поскольку энергия и работа — две стороны одной медали, они измеряются в одних и тех же единицах измерения. Единицей энергии/работы в СИ является 9.0057 Дж (Дж), названа в честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля (1818 — 1889). Джоуль открыл связь между теплотой и механической работой, что привело к развитию законов термодинамики.

Один джоуль равен работе, совершаемой силой в один ньютон по перемещению тела на один метр (J = N · m). Примерно столько энергии требуется, чтобы поднять маленькое яблоко на один метр против силы земного притяжения. Один джоуль также равен энергии, необходимой для перемещения электрического заряда в один кулон через разность электрических потенциалов в один вольт (J = C · V).

Мощность (P) — скорость передачи или преобразования энергии. Таким образом, мощность равна работе, деленной на время (P = W/t). Единицей мощности в СИ является ватт (Вт) в честь шотландского изобретателя Джеймса Уатта (1736 — 1819). Улучшения Уатта в паровой машине помогли начать промышленную революцию. По иронии судьбы сам Уатт ввел термин «лошадиная сила», чтобы охарактеризовать преимущества своего парового двигателя.

Один ватт равен одному джоулю в секунду (Вт = Дж/с). Человек, поднимающийся по лестнице, работает с мощностью около 200 Вт. В электрических приложениях один ватт равен одному вольту, умноженному на один ампер (Вт = В · А). Лампы накаливания потребляют электрическую энергию в размере от 40 до 150 Вт.

Сила редко упоминается в разговорах о возобновляемых источниках энергии, разве что в ненаучном смысле: «Высокие цены на бензин вынуждают меня ходить на работу пешком». Тем не менее, сила является важным понятием. Физики определили четыре фундаментальные силы или взаимодействия: электромагнитная сила действует между электрическими зарядами, гравитационная сила действует между массами, а сильные и слабые силы удерживают вместе атомные ядра. Толчок и притяжение этих сил проявляются как энергия. Например, электромагнитная сила тянет электроны через проводник, создавая электрический ток. Гравитация тянет воду через турбины гидроэлектростанции.

Единицей силы в системе СИ является ньютонов (Н) в честь английского физика сэра Исаака Ньютона (1643–1727). Многие считают, что Ньютон оказал величайшее влияние на историю науки, опередив даже Альберта Эйнштейна. Ньютон, единица измерения, представляет собой силу, которая ускоряет массу в один килограмм со скоростью один метр в секунду в квадрате (Н = кг · м/с ² ). Сила земного притяжения на человека весом 70 кг (154 фунта) составляет около 686 ньютонов.

[pagebreak:Механическая энергия: футо-фунты и лошадиные силы]

Из всех форм энергии механическую энергию, вероятно, легче всего понять — просто попробуйте поднять тяжелый чемодан. Таким образом, традиционной единицей механической энергии является фут-фунт (фут-фунт), количество работы, необходимой для перемещения объекта в один фунт на расстояние в один фут. Один футо-фунт равен примерно 1,36 Дж. Метрическая аналогия футо-фунта — ньютон-метров (Н·м). Один ньютон-метр равен одному джоулю.

Вероятно, самая известная единица измерения механической мощности — 9.0057 лошадиных сил (л. с.), задуманный Джеймсом Уаттом в 1782 году, чтобы позиционировать свой паровой двигатель на фоне конкурентов. Ватт определил, что «идеальный» шахтерский пони может поднять ведро угля весом 33 000 фунтов на один фут за одну минуту, и соответственно определил механическую мощность в лошадиных силах.

Хотя 33 000 ft-lb/min звучит как много, мощность в лошадиных силах — относительно небольшая единица, равная примерно 746 Вт. Тостер потребляет около 1000 Вт (1,3 л.с.), и только для вращения требуется не менее 5 л.с. лезвие на газонокосилке. Четырехцилиндровый двигатель седана Honda Accord 2007 года выпуска развивает мощность 166 л.с.; 12-цилиндровый двигатель нового Rolls-Royce Phantom выдает 453 л.с.

Компании Greentech решают проблемы механической энергии по нескольким направлениям. Биотопливо, гибридные бензиновые/электрические двигатели, подключаемые гибриды и другие технологии сокращают количество парниковых газов, образующихся при производстве механической энергии. Они также помогают отучить автомобили и другую технику от ископаемого топлива. Гибридный двигатель Toyota Prius потребляет меньше бензина, чем обычный двигатель, потому что его сторона внутреннего сгорания выдает всего 76 л.с.

Исследование материалов способствует дальнейшему снижению затрат на механическую энергию. Помните, что работа равна весу, умноженному на расстояние. Целых 50 процентов Boeing 787 Dreamliner изготовлен из легких композитных материалов. Это, наряду с повышенной эффективностью двигателя, позволяет Боингу 787 использовать на 20 процентов меньше топлива, чем другим самолетам аналогичного размера.

[pagebreak:Электроэнергия: вольты, амперы и киловатты]

Электрическая энергия менее интуитивна, чем механическая, потому что действует невидимо. Ближайшим аналогом подъема тяжелого чемодана является сила, которую вы чувствуете, когда играете с магнитами.

Электрическая энергия основана на притяжении и отталкивании заряженных частиц, т. е. на электромагнитной силе. Сила зарядов и расстояние между частицами в совокупности создают разность электрических потенциалов или напряжение. В электрических приложениях напряжение тянет электроны через проводник, создавая ток, мало чем отличающийся от гравитации, вытягивающей молекулы воды через трубу.

Стандартной единицей электрического заряда является кулон (C). Шарль-Огюстен де Кулон (1736–1806) — французский физик, открывший связь между электрическими зарядами, расстоянием и силой. Кулон — это количество заряда, переносимого током в один ампер за одну секунду (C = A·s), и это удивительно большая единица измерения. Сила отталкивания между двумя зарядами +1 кулон, находящимися на расстоянии одного метра друг от друга, составляет 9 х 10 9 Н, или более миллиона тонн! Таким образом, заряд чаще всего измеряется в микро- или нанокулонах.

Стандартной единицей электрического потенциала является вольт (В), в честь графа Алессандро Вольта (1745 — 1827), известного своим изобретением электрической батареи. Вольт эквивалентен одному джоулю энергии на кулон заряда (V = J/C). Бытовое электроснабжение в США обычно составляет 110 В, хотя для тяжелых приборов можно использовать 220 В. Обычная батарея для фонарика дает 1,5 В, а молния может быть около 100 МВ. Линии электропередачи дальнего следования работают от 110 до 1200 кВ.

Стандартной единицей электрического тока является ампер (А) или ампер. Французский физик Андре-Мари Ампер (1775–1836) был одним из главных первооткрывателей электромагнетизма. Один ампер равен смещению заряда в один кулон в секунду (А = Кл/с). Большинство бытовых цепей потребляют менее 15 А.

Большая часть электроэнергии производится путем сжигания ископаемого топлива. Солнечные электростанции, ветряные турбины и другие технологии предлагают чистые, возобновляемые альтернативы, но им еще предстоит пройти долгий путь, чтобы заменить существующие электростанции. В 2006 году электростанции, работающие на ископаемом топливе, в США произвели 2 874 миллиарда кВтч, а атомные электростанции произвели 787 миллиардов кВтч. Все возобновляемые источники энергии вместе взятые произвели 385 миллиардов кВтч, что составляет менее 10 процентов от общего объема производства в США.

Частично проблема связана с масштабом. Крупная электростанция, работающая на нефти, газе или угле, выдает от 2 до 3 ГВт на полную мощность. Большинство концентрирующих солнечных установок вырабатывают десятки мегаватт, а современные ветряные турбины вырабатывают около 3 МВт. Предлагаемый проект Cape Wind требует 130 турбин, чтобы обеспечить только три четверти электроэнергии Кейп-Кода. Типичная домашняя фотоэлектрическая система, подключенная к сети, производит менее 6 кВт.

С другой стороны, возобновляемых источников энергии достаточно, если только мы сможем понять, как их использовать. Количество энергии солнечного света, падающего на один квадратный метр поверхности Земли, составляет примерно один кВт в секунду или 3600 кВт в час. Холодильники и тостеры потребляют от 1,0 до 1,5 кВт каждый. Лампы накаливания потребляют от 40 до 150 Вт, в то время как компактные люминесцентные лампы дают такое же количество света при мощности от 10 до 40 Вт. В целом средний дом в США потребляет около 1000 кВтч в месяц, что составляет ничтожную долю солнечной энергии, попадающей на его крышу.

[pagebreak:Тепловая энергия: БТЕ, калории и тонны]

Тепловая энергия – это энергетическое содержание системы, связанное с повышением или понижением температуры объекта. Тепло – это поток тепловой энергии между двумя объектами, вызванный разницей температур. Возьмите чашку горячего кофе в холодный день, и вы испытаете тепловую энергию в действии.

Британская тепловая единица (БТЕ или БТЕ) обычно используется для описания энергосодержания топлива и мощности систем отопления и охлаждения. Одна БТЕ — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус по Фаренгейту. Существует несколько различных определений БТЕ, основанных на начальной температуре воды, но в целом одна БТЕ равна примерно 1055 Дж, примерно 780 футо-фунтам и примерно 0,3 ватт-часа.

При сгорании химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию или тепло. Сжигание топочного мазута № 2 дает около 138 000 БТЕ на галлон. Сжигание фунта угля дает около 15 000 БТЕ; сжигание кубического фута природного газа, около 1000 БТЕ. Чтобы обогреть дом площадью 2000 квадратных футов в Новой Англии, требуется примерно 95 000 БТЕ/ч.

Одной из проблем, с которыми сталкиваются сторонники биотоплива, является более низкое содержание энергии в этаноле по сравнению с бензином. Галлон бензина содержит около 115 000 БТЕ, а галлон этанола содержит около 80 000 БТЕ. Таким образом, сжигание этанола производит меньше механической энергии, чем сжигание бензина, и автомобили проезжают меньше миль на галлон. С топливом E10 (10-процентный этанол, 90 процентов бензина), сокращение пробега незначительно. С E85 (85 процентов этанола, 15 процентов бензина) водители видят сокращение пробега как минимум на 15 процентов. Некоторые производители автомобилей устанавливают топливные баки большего размера, так что запас хода их автомобилей с гибким топливом аналогичен бензиновым автомобилям.

Другие единицы измерения тепловой энергии включают калорию, терм и квад. малых или грамм калорий (кал) — это количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия. большой или килограмм калорий (ккал) — это энергия, необходимая для повышения температуры одного килограмма воды на 1 °C. Как и БТЕ, калория имеет разные значения в зависимости от начальной температуры воды. В среднем один кал равен примерно 4,18 Дж, а один ккал равен примерно 4,18 кДж или почти 4 БТЕ. Пищевые калории основаны на килограммовых калориях.

Терм (thm) равен 100 000 BTU и примерно равен количеству энергии, выделяемой при сжигании 100 кубических футов природного газа.

quad равен квадриллиону (1015) БТЕ и используется при обсуждении энергетического бюджета целых стран. В 1950 году США потребляли 34,6 квад энергии. К 1970 году общее потребление выросло до 67,8 квадроциклов; к 1990 г. — 84,7 квадроцикла; а к 2006 г. — 99,9 квадр. Сумма, приходящаяся на возобновляемые источники энергии — гидроэнергию и биомассу — в 1950 г. составила 8,6%. К 2006 году потребление возобновляемой энергии – гидроэнергии, биомассы, геотермальной энергии, солнца и ветра – упало до 6,9 процента от общего объема.

Тепловая мощность измеряется в БТЕ в час (БТЕ/ч), часто сокращенно просто БТЕ. Большинство показателей нагрева и охлаждения в БТЕ на самом деле представляют собой БТЕ/ч. Один ватт равен примерно 3,41 БТЕ/ч. Одна лошадиная сила равна более 2500 БТЕ/ч.

Холодопроизводительность часто измеряется в тонн . Одна тонна охлаждения — это количество энергии, необходимое для растапливания одной тонны льда за 24 часа и равное 12 000 БТЕ/ч. Типичная домашняя центральная система кондиционирования воздуха рассчитана на от 4 до 5 тонн (от 48 000 до 60 000 БТЕ / ч). Комнатные кондиционеры работают от 5000 до 15000 БТЕ/ч.

Министерство энергетики США в настоящее время применяет стандарт сезонного рейтинга энергоэффективности (SEER) 13 для новых бытовых центральных кондиционеров. SEER определяется как общая мощность охлаждения в BTU, деленная на общую потребляемую энергию в ватт-часах (SEER = BTU / Вт·ч). Повысив стандарт SEER с 10 до 13, Министерство энергетики ожидает, что США сэкономят 4,2 квадрацикла энергии в период с 2006 по 2030 год с параллельным сокращением выбросов парниковых газов.

[pagebreak:Сравнение единиц и переводных коэффициентов]

Из-за своего разнообразного наследия энергетические и энергетические блоки сильно различаются по размеру. На рис. 1 показаны графики единиц энергии, а на рис. 2 — графики единиц мощности. Обратите внимание, что вертикальная шкала на обоих графиках логарифмическая; каждая горизонтальная линия представляет собой десятикратное увеличение по сравнению с линией ниже.

Рисунок 1: Сравнение единиц энергии

Рисунок 2: Сравнение единиц мощности

В таблицах 4 и 5 приведены коэффициенты преобразования между выбранными единицами энергии и мощности.

Таблица 4: Отдельные единицы энергии и коэффициенты пересчета

Таблица 5: Выбранные единицы мощности и переводные коэффициенты

Что такое единица измерения мощности?

Обновлено 15 декабря 2020 г.

Автор Chris Deziel

Физики используют повседневные слова, казалось бы, странными и очень специфическими способами. Для физика работа (​ W ​) — это не то, чем вы занимаетесь с девяти до пяти по будням. Это произведение силы (​ F ​), приложенной к объекту, умноженной на расстояние (​ d ​), на которое объект перемещается под действием этой силы.

W=Fd

Если объект не двигается, работа не была выполнена. Попробуйте объяснить это человеку, который пытается вытолкнуть вашу машину из кювета, но не может заставить машину двигаться.

Физики также используют слово мощность (​ P ​) особым образом. Для них сила — это не то, что вы получаете, съев плотный завтрак. Это время (​ t ​), которое требуется для выполнения определенного объема работы. Уравнение мощности:

P=\frac{W}{t}

Другими словами, мощность — это скорость выполнения работы. Это также скорость передачи тепла и электроэнергии. При изучении электричества формула мощности такова:

P=VI

где В – напряжение в цепи, а I – ток, протекающий по этой цепи.

Знание того, что слово «мощность» означает для физиков, поможет вам понять единицы мощности. В системе СИ (метрической) единицами измерения являются ватты. При измерении в имперской системе единицами измерения являются либо фут-фунты в секунду, либо лошадиные силы. Одна лошадиная сила равна 550 футо-фунтам в секунду.

Ватт — единица мощности в системе СИ

Система СИ (Международная система), также известная как метрическая система, имеет только семь основных единиц. Все остальные единицы являются производными от них. В системе СИ длина измеряется в метрах, масса – в килограммах, а время – в секундах. Сила равна массе, умноженной на ускорение (из второго закона Ньютона), поэтому единицы измерения: кг-м/с ² . Это означает, что единицами работы являются кг-м ² /с ² . Вместо того, чтобы использовать эти единицы в каждом расчете, что было бы громоздко, ученые определяют джоуль (Дж) (названный в честь физика Джеймса Прескотта Джоуля) как 1 кг-м 93

Что такое лошадиная сила?

Если вам нравятся автомобили, вы знаете, что номинальная мощность автомобильных двигателей всегда указывается в лошадиных силах.