Výkonový pomer v najjednoduchšom elektrickom obvode

V tomto článku pochopíme, aký by mal byť pomer parametrov zdroja a prijímača, aby sa dosiahol optimálny režim prevádzky elektrického obvodu. Výkonové pomery sú dôležité aj pre nízkoprúdové technológie. V zásade sa tieto otázky dajú vyriešiť pomocou príkladu najjednoduchší elektrický obvod.

Obvod pozostáva zo zdroja jednosmerného prúdu s EMF E a vnútorným odporom Rwatt, ktorý generuje elektrickú energiu, a prijímača energie so záťažovým odporom Rn.

Ryža. 1. Schéma na vysvetlenie pomeru výkonu v najjednoduchšom obvode

Keďže zdroj má vnútorný odpor, časť elektrickej energie, ktorú vyvinie, sa premení na samotnú tepelnú energiu.

Prúd v obvode znázornenom na obr. 1

Na základe tejto rovnice určíme výkon prijímača (výkon premeny elektrickej energie na iné typy):

Podobne straty výkonu v zdroji:

Elektrický výkon zdroja sa musí rovnať súčtu výkonov prepočítaných na iné typy v zdroji a prijímači, t.j. musí existovať rovnováha výkonu (ako pre všetky okruhy):

Svorkové napätie U možno zadať aj vo výraze pre výkon Pn.

Výkon prijímača:

Koeficient výkonu (COP), definovaný ako pomer výkonu prijímača (užitočného) k vyvinutému výkonu:

Rovnica ukazuje, že účinnosť závisí od pomeru záťažového odporu k vnútornému odporu. Hodnoty týchto odporov sú určujúcim faktorom pri distribúcii výkonu vyvinutého zdrojom:

Výkon Pn treba považovať za užitočný, straty výkonu v zdroji Pvt určujú len ohrev zdroja a preto sa zodpovedajúca energia vynakladá neproduktívne.

Účinnosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa pomerom Rn / Rvt.

Aby sa získala veľká hodnota účinnosti, musí byť splnený pomer Pn> Pwt, to znamená, že obvod musí pracovať v režime blízkom do režimu nečinnosti zdroja.

V praxi možno nastaviť dve rôzne požiadavky na pomer výkonu: vysoká účinnosť a prispôsobenie výkonu. Požiadavka na vysokú účinnosť je stanovená napríklad vtedy, keď je potrebné preniesť veľké množstvo energie po drôtoch alebo túto energiu premeniť na elektrické stroje. Aj malé zvýšenie účinnosti prináša v takýchto prípadoch veľké úspory.

Keďže použitie vysokých energií je charakteristické hlavne pre techniku ​​vysokých prúdov, preto je v tejto oblasti potrebné pracovať v režimoch blízkych kľudovému režimu.Navyše, pri prevádzke v takýchto režimoch sa svorkové napätie len mierne líši od zdrojového emf.

V slaboprúdovej technike (najmä v komunikačnej a meracej technike) sa používajú zdroje s veľmi nízkym výkonom, ktoré majú navyše veľké vnútorný odpor… V takýchto prípadoch je účinnosť, ktorá charakterizuje proces prenosu energie, často druhoradá a zdôrazňuje sa požiadavka na maximálnu možnú hodnotu výkonu prijímaného prijímačom.

Kým pri silnoprúdovej technike sa zbytočné alebo dokonca škodlivé premeny energie - straty energie znižujú so zvyšujúcou sa účinnosťou, pri slaboprúdovej technike sa pri správnej koordinácii výkonov v elektrických obvodoch zvyšuje efektívnosť využívania rastlín a zariadení.

Podmienka pre získanie maximálneho možného výkonu prijímača Pvmax zo zdroja s údajmi EMF a vnútorného odporu:

Z toho vyplýva, že podmienka pre maximálny výkon prijímača je splnená pri rovnosti Rn = RВt

Keď sú teda odpory prijímača a vnútorný odpor zdroja rovnaké, výkon prijímaný prijímačom je maximálny.

Ak Rn = Rw, potom

Pre výkon prijímaný prijímačom máme:

Príklad. S pomocou termoelektrický konvertor (termočlánky) s vnútorným odporom Rw = 5 ohmov môžete získať napätie 0,05 mV / ° C. Najväčší teplotný rozdiel je 200 ° C. Aké elektrické údaje by malo mať indikačné elektrické zariadenie (odpor, výkon, prúd), ak chce maximálny výkon z meniča.

Uveďte riešenie pre dva prípady:

a) zariadenie je pripojené priamo k meniču;

b) zariadenie je pripojené pomocou dvoch medených vodičov dĺžky l= 1000 m, každý s plochou prierezu C = 1 mm2.

Odpoveď. Maximálne napätie na svorkách termoelektrického meniča sa rovná jeho EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

V tomto prípade by mala byť indikácia pre zariadenie pripojené k okruhu maximálna (na hornej hranici merania).

a) Aby bol výkon zariadenia maximálny, je potrebné zosúladiť odpory zariadenia a prevodníka. Na tento účel volíme odpor zariadenia Rovnaký odporu termočlánku, t.j. Rn = Rt = 5 ohmov.

Nájdeme maximálny výkon zariadenia:

Určte prúd:

b) Ak odpor vodičov nemožno zanedbať, treba ho vziať do úvahy pri určovaní celkového vnútorného odporu aktívneho dvojsvorkového zariadenia pozostávajúceho z termočlánku a dvoch vodičov, pretože inak dôjde k nesúladu medzi prijímačom a zdroj s ohľadom na výkon.

Nájdite odpor vodičov, keďže špecifický odpor je 0,0178 μOhm-m:

Požadovaná úroveň odporu zariadenia je teda:

Pri tejto hodnote vnútorného odporu bude výkon zariadenia maximálny

Prúd obvodu:

Získané výsledky ukazujú, že je vhodné voliť zdroje s nízkou hodnotou vnútorného odporu a plocha prierezu spojovacích vodičov by mala byť dostatočne veľká.

Veľmi často pri vykonávaní takýchto meraní výpočet zhody prijímača a zdroja vychádza z toho, že z dostupných prístrojov sa vyberie ten, ktorý pre danú alebo známu maximálnu hodnotu nameranej hodnoty získa najväčšiu vychýlenie šípky a preto poskytuje najväčšiu presnosť čítania stupnice.