Omjer snaga u najjednostavnijem električnom krugu

U ovom ćemo članku razumjeti kakav bi trebao biti omjer parametara izvora i prijemnika kako bi se postigao optimalan način rada električnog kruga. Omjeri snage također su važni za tehnologije niske struje. U načelu, ova se pitanja mogu riješiti uz pomoć primjera najjednostavniji električni krug.

Krug se sastoji od izvora istosmjerne struje s EMF E i unutarnjim otporom Rwatt, koji stvara električnu energiju, i prijamnika energije s otporom opterećenja Rn.

Riža. 1. Shema za objašnjenje odnosa snaga u najjednostavnijem strujnom krugu

Budući da izvor ima unutarnji otpor, tada se dio električne energije koju razvije pretvara u samu toplinsku energiju.

Struja u krugu prikazanom na sl. 1

Na temelju ove jednadžbe određujemo snagu prijemnika (snagu pretvaranja električne energije u druge vrste):

Slično, gubici snage u izvoru:

Električna snaga izvora mora biti jednaka zbroju snaga pretvorenih u druge vrste u izvoru i prijemniku, tj. mora postojati ravnoteža snaga (kao i za sve krugove):

U izraz za snagu Pn može se unijeti i napon na stezaljkama U.

Snaga prijemnika:

Koeficijent učinka (COP), definiran kao omjer snage prijemnika (korisne) i razvijene snage:

Jednadžba pokazuje da učinkovitost ovisi o omjeru otpora opterećenja i unutarnjeg otpora. Vrijednosti ovih otpora odlučujući su faktor u raspodjeli snage koju razvija izvor:

Snagu Pn treba smatrati korisnom, gubici snage u izvoru Pvt određuju samo zagrijavanje izvora i stoga se odgovarajuća energija troši neproduktivno.

Učinkovitost se povećava s povećanjem omjera Rn/Rvt.

Da bi se dobila velika vrijednost učinkovitosti, mora biti ispunjen omjer Pn> Pwt, odnosno krug mora raditi u načinu rada blizu na izvor u stanju mirovanja.

U praksi se mogu postaviti dva različita zahtjeva omjera snage: visoka učinkovitost i usklađenost snage. Zahtjev za visokom učinkovitošću postavlja se, primjerice, kada je potrebno prenijeti veliku količinu energije žicama ili tu energiju pretvoriti u električne strojeve. Čak i malo povećanje učinkovitosti donosi velike uštede u takvim slučajevima.

Budući da je korištenje visokih energija uglavnom karakteristično za tehniku ​​velikih struja, stoga je u ovom području potrebno raditi u režimima bliskim stanju mirovanja.Osim toga, pri radu u takvim načinima, napon terminala samo se malo razlikuje od izvorne emf.

U tehnici slabe struje (osobito u komunikacijskoj tehnici i mjernoj tehnici) koriste se izvori vrlo male snage, koji uz to imaju i velike unutarnji otpor… U takvim slučajevima, učinkovitost koja karakterizira proces prijenosa energije često je od sekundarne važnosti, a naglašen je zahtjev za maksimalnom mogućom vrijednošću snage koju prijamnik prima.

Dok se u tehnologiji jakih struja beskorisne ili čak štetne pretvorbe energije - gubici energije smanjuju povećanjem učinkovitosti, u tehnici slabih struja povećava se učinkovitost korištenja postrojenja i uređaja pravilnim usklađivanjem snaga u električnim krugovima.

Uvjet za dobivanje najveće moguće snage prijemnika Pvmax iz izvora s podacima o EMF-u i unutarnjem otporu:

Iz ovoga slijedi da je uvjet maksimalne snage prijemnika ispunjen uz jednakost Rn = RVt

Dakle, kada su otpori prijemnika i unutarnji otpor izvora jednaki, snaga koju prima prijemnik je najveća.

Ako je Rn = Rw, tada

Za snagu koju prima prijemnik imamo:

Primjer. Uz pomoć termoelektrični pretvarač (termoparovi) s unutarnjim otporom Rw = 5 ohma, možete dobiti napon od 0,05 mV / ° C. Najveća temperaturna razlika je 200 ° C. Koje električne podatke treba imati pokazni električni uređaj (otpor, snaga, struja) ako želi dobiti maksimalna snaga iz pretvarača.

Dajte rješenje za dva slučaja:

a) uređaj je spojen izravno na pretvarač;

b) uređaj je spojen s dvije bakrene žice duljine l= 1000 m svaka površine presjeka C = 1 mm2.

Odgovor. Maksimalni napon na stezaljkama termoelektričnog pretvarača jednak je njegovom EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

U tom slučaju, indikacija za uređaj spojen na krug trebala bi biti maksimalna (na gornjoj granici mjerenja).

a) Da bi snaga uređaja bila maksimalna, potrebno je uskladiti otpore uređaja i pretvarača. U tu svrhu biramo otpor uređaja Requal prema otporu termoelementa, tj. Rn = Rt = 5 ohma.

Nalazimo maksimalnu snagu uređaja:

Odredite struju:

b) Ako se otpor žica ne može zanemariti, mora se uzeti u obzir pri određivanju ukupnog unutarnjeg otpora aktivnog uređaja s dva priključka koji se sastoji od termoelementa i dvije žice, jer u suprotnom postoji neusklađenost između prijemnika i izvor s obzirom na snagu.

Nađimo otpor žica, s obzirom da je specifični otpor 0,0178 μOhm-m:

Dakle, potrebna razina otpora uređaja je:

Na ovoj vrijednosti unutarnjeg otpora, snaga uređaja će biti maksimalna

Struja kruga:

Dobiveni rezultati pokazuju da je preporučljivo odabrati izvore s niskom vrijednošću unutarnjeg otpora, a površina poprečnog presjeka spojnih žica treba biti dovoljno velika.

Vrlo često se kod izvođenja ovakvih mjerenja izračunavanje podudarnosti prijemnika i izvora svodi na to da se od dostupnih instrumenata odabere onaj koji za zadanu ili poznatu maksimalnu vrijednost mjerene veličine dobije najveći otklon strelice i stoga osigurava najveću točnost očitanja mjerila.