Λόγος ισχύος στο απλούστερο ηλεκτρικό κύκλωμα

Σε αυτό το άρθρο, θα καταλάβουμε ποια πρέπει να είναι η αναλογία των παραμέτρων της πηγής και του δέκτη προκειμένου να επιτευχθεί ο βέλτιστος τρόπος λειτουργίας του ηλεκτρικού κυκλώματος. Οι λόγοι ισχύος είναι επίσης σημαντικοί για τεχνολογίες χαμηλού ρεύματος. Κατ' αρχήν, αυτές οι ερωτήσεις μπορούν να αντιμετωπιστούν με τη βοήθεια του παραδείγματος το απλούστερο ηλεκτρικό κύκλωμα.

Το κύκλωμα αποτελείται από μια πηγή συνεχούς ρεύματος με EMF E και εσωτερική αντίσταση Rwatt, η οποία παράγει ηλεκτρική ενέργεια, και έναν δέκτη ενέργειας λήψης με αντίσταση φορτίου Rn.

Ρύζι. 1. Σχηματική για να εξηγήσετε την αναλογία ισχύος στο απλούστερο κύκλωμα

Εφόσον η πηγή έχει εσωτερική αντίσταση, τότε μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας που αναπτύσσει μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια η ίδια.

Το ρεύμα στο κύκλωμα που φαίνεται στο Σχ. 1

Με βάση αυτή την εξίσωση, προσδιορίζουμε την ισχύ του δέκτη (η ισχύς μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε άλλους τύπους):

Ομοίως, οι απώλειες ισχύος στην πηγή:

Η ηλεκτρική ισχύς της πηγής πρέπει να είναι ίση με το άθροισμα των δυνάμεων που μετατρέπονται σε άλλους τύπους στην πηγή και τον δέκτη, δηλ. πρέπει να υπάρχει ισορροπία ισχύος (όπως για όλα τα κυκλώματα):

Η τάση ακροδεκτών U μπορεί επίσης να εισαχθεί στην έκφραση για την ισχύ Pn.

Ισχύς δέκτη:

Συντελεστής απόδοσης (COP), που ορίζεται ως ο λόγος της ισχύος του δέκτη (χρήσιμη) προς την ανεπτυγμένη ισχύ:

Η εξίσωση δείχνει ότι η απόδοση εξαρτάται από τον λόγο της αντίστασης φορτίου προς την εσωτερική αντίσταση. Οι τιμές αυτών των αντιστάσεων είναι ο καθοριστικός παράγοντας στην κατανομή της ισχύος που αναπτύσσεται από την πηγή:

Η ισχύς Pn θα πρέπει να θεωρείται χρήσιμη, οι απώλειες ισχύος στην πηγή Pvt καθορίζουν μόνο τη θέρμανση της πηγής και επομένως η αντίστοιχη ενέργεια ξοδεύεται αντιπαραγωγικά.

Η απόδοση αυξάνεται με την αύξηση του λόγου Rn/Rvt.

Για να επιτευχθεί μεγάλη τιμή απόδοσης, πρέπει να πληρούται ο λόγος Pn> Pwt, δηλαδή το κύκλωμα πρέπει να λειτουργεί σε τρόπο λειτουργίας κοντά στο σε κατάσταση αναμονής πηγής.

Στην πράξη, μπορούν να τεθούν δύο διαφορετικές απαιτήσεις αναλογίας ισχύος: υψηλή απόδοση και αντιστοίχιση ισχύος. Η απαίτηση για υψηλή απόδοση τίθεται, για παράδειγμα, όταν είναι απαραίτητο να μεταδοθεί μεγάλη ποσότητα ενέργειας μέσω καλωδίων ή να μετατραπεί αυτή η ενέργεια σε ηλεκτρικές μηχανές. Ακόμη και μια μικρή αύξηση της απόδοσης αποφέρει μεγάλη εξοικονόμηση σε τέτοιες περιπτώσεις.

Δεδομένου ότι η χρήση υψηλών ενεργειών είναι κυρίως χαρακτηριστικό της τεχνικής των υψηλών ρευμάτων, επομένως σε αυτό το πεδίο είναι απαραίτητο να εργαστείτε σε λειτουργίες κοντά στην κατάσταση αδράνειας.Επιπλέον, όταν λειτουργεί σε τέτοιες λειτουργίες, η τάση ακροδεκτών διαφέρει ελάχιστα από την πηγή emf.

Στην τεχνολογία χαμηλού ρεύματος (ιδιαίτερα στην τεχνολογία επικοινωνιών και τεχνολογία μέτρησης) χρησιμοποιούνται πολύ χαμηλές πηγές ενέργειας, οι οποίες επιπλέον έχουν μεγάλες εσωτερική αντίσταση… Σε τέτοιες περιπτώσεις, η απόδοση που χαρακτηρίζει τη διαδικασία μετάδοσης ισχύος είναι συχνά δευτερεύουσας σημασίας και τονίζεται η απαίτηση για τη μέγιστη δυνατή τιμή της ισχύος που λαμβάνει ο δέκτης.

Ενώ στην τεχνολογία υψηλού ρεύματος άχρηστες ή και επιβλαβείς μετατροπές ενέργειας - οι απώλειες ενέργειας μειώνονται με την αύξηση της απόδοσης, στην τεχνολογία χαμηλού ρεύματος η απόδοση χρήσης εγκαταστάσεων και συσκευών αυξάνεται με τον σωστό συντονισμό των δυνάμεων στα ηλεκτρικά κυκλώματα.

Η προϋπόθεση για τη λήψη της μέγιστης δυνατής ισχύος δέκτη Pvmax από μια πηγή με δεδομένα EMF και εσωτερικής αντίστασης:

Από αυτό προκύπτει ότι η προϋπόθεση για τη μέγιστη ισχύ του δέκτη πληρούται υπό την προϋπόθεση της ισότητας Rn = RВt

Έτσι, όταν οι αντιστάσεις του δέκτη και η εσωτερική αντίσταση της πηγής είναι ίσες, η ισχύς που λαμβάνει ο δέκτης είναι μέγιστη.

Αν Rn = Rw, τότε

Για την ισχύ που λαμβάνει ο δέκτης, έχουμε:

Ενα παράδειγμα. Με βοήθεια θερμοηλεκτρικός μετατροπέας (θερμοζεύγη) με εσωτερική αντίσταση Rw = 5 ohms, μπορείτε να πάρετε μια τάση 0,05 mV / ° C. Η μεγαλύτερη διαφορά θερμοκρασίας είναι 200 ​​° C. Ποια ηλεκτρικά δεδομένα πρέπει να έχει μια ηλεκτρική συσκευή ένδειξης (αντίσταση, ισχύς, ρεύμα) εάν θέλει να πάρει μέγιστη ισχύς από τον μετατροπέα.

Δώστε λύση για δύο περιπτώσεις:

α) η συσκευή είναι συνδεδεμένη απευθείας στον μετατροπέα.

β) η συσκευή συνδέεται με δύο χάλκινα σύρματα μήκους l= 1000 m το καθένα με επιφάνεια διατομής C = 1 mm2.

Απάντηση. Η μέγιστη τάση στους ακροδέκτες του θερμοηλεκτρικού μετατροπέα είναι ίση με το EMF του E = 200 * 0,05 = 10 mV.

Σε αυτήν την περίπτωση, η ένδειξη για τη συσκευή που είναι συνδεδεμένη στο κύκλωμα θα πρέπει να είναι μέγιστη (στο ανώτερο όριο μέτρησης).

α) Για να είναι η μέγιστη ισχύς της συσκευής, είναι απαραίτητο να ταιριάζουν οι αντιστάσεις της συσκευής και του μετατροπέα. Για το σκοπό αυτό επιλέγουμε την αντίσταση της συσκευής Ίση με την αντίσταση του θερμοστοιχείου, δηλ. Rn = Rt = 5 ohms.

Βρίσκουμε τη μέγιστη ισχύ της συσκευής:

Προσδιορίστε το ρεύμα:

β) Εάν η αντίσταση των καλωδίων δεν μπορεί να παραμεληθεί, πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τον προσδιορισμό της συνολικής εσωτερικής αντίστασης μιας ενεργής συσκευής δύο ακροδεκτών που αποτελείται από ένα θερμοστοιχείο και δύο καλώδια, γιατί διαφορετικά υπάρχει ασυμφωνία μεταξύ του δέκτη και του πηγή σε σχέση με την εξουσία.

Ας βρούμε την αντίσταση των συρμάτων, δεδομένου ότι η ειδική αντίσταση είναι 0,0178 μOhm-m:

Έτσι, το απαιτούμενο επίπεδο αντίστασης της συσκευής είναι:

Σε αυτή την τιμή της εσωτερικής αντίστασης, η ισχύς της συσκευής θα είναι μέγιστη

Ρεύμα κυκλώματος:

Τα ληφθέντα αποτελέσματα δείχνουν ότι είναι σκόπιμο να επιλέξετε πηγές με χαμηλή τιμή εσωτερικής αντίστασης και η περιοχή διατομής των καλωδίων σύνδεσης πρέπει να είναι αρκετά μεγάλη.

Πολύ συχνά, όταν εκτελούνται τέτοιες μετρήσεις, ο υπολογισμός της σύμπτωσης του δέκτη και της πηγής καταλήγει στο γεγονός ότι από τα διαθέσιμα όργανα επιλέγεται εκείνο που, για μια δεδομένη ή γνωστή μέγιστη τιμή της μετρούμενης τιμής, λαμβάνει τη μεγαλύτερη εκτροπή του βέλους και επομένως παρέχει τη μεγαλύτερη ακρίβεια ανάγνωσης της κλίμακας.