Výkonový poměr v nejjednodušším elektrickém obvodu

V tomto článku pochopíme, jaký by měl být poměr parametrů zdroje a přijímače, aby bylo dosaženo optimálního režimu provozu elektrického obvodu. Výkonové poměry jsou také důležité pro nízkoproudé technologie. V zásadě lze tyto otázky vyřešit pomocí příkladu nejjednodušší elektrický obvod.

Obvod se skládá ze zdroje stejnosměrného proudu s EMF E a vnitřním odporem Rwatt, který generuje elektrickou energii, a přijímače energie se zátěžovým odporem Rn.

Rýže. 1. Schéma pro vysvětlení poměru výkonu v nejjednodušším obvodu

Vzhledem k tomu, že zdroj má vnitřní odpor, část elektrické energie, kterou vyvine, se přemění na tepelnou energii samotnou.

Proud v obvodu znázorněném na obr. 1

Na základě této rovnice určíme výkon přijímače (výkon přeměny elektrické energie na jiné typy):

Podobně ztráty výkonu ve zdroji:

Elektrický výkon zdroje se musí rovnat součtu výkonů převedených na jiné typy ve zdroji a přijímači, tzn. musí existovat rovnováha výkonu (jako u všech obvodů):

Svorkové napětí U lze zadat i do výrazu pro výkon Pn.

Výkon přijímače:

Koeficient výkonu (COP), definovaný jako poměr výkonu přijímače (užitečný) k vyvinutému výkonu:

Rovnice ukazuje, že účinnost závisí na poměru zátěžového odporu k vnitřnímu odporu. Hodnoty těchto odporů jsou určujícím faktorem v distribuci výkonu vyvinutého zdrojem:

Výkon Pn je třeba považovat za užitečný, výkonové ztráty ve zdroji Pvt určují pouze ohřev zdroje a proto je odpovídající energie vynakládána neproduktivně.

Účinnost se zvyšuje se zvyšujícím se poměrem Rn / Rvt.

Pro získání velké hodnoty účinnosti musí být splněn poměr Pn> Pwt, to znamená, že obvod musí pracovat v režimu blízkém do režimu nečinnosti zdroje.

V praxi lze nastavit dva různé požadavky na poměr výkonu: vysoká účinnost a přizpůsobení výkonu. Požadavek na vysokou účinnost je stanoven například tehdy, když je potřeba přenést velké množství energie po drátech nebo tuto energii přeměnit na elektrické stroje. I malé zvýšení účinnosti přináší v takových případech velké úspory.

Protože použití vysokých energií je charakteristické především pro techniku ​​vysokých proudů, je v tomto oboru nutné pracovat v režimech blízkých klidovému režimu.Navíc při provozu v takových režimech se svorkové napětí jen nepatrně liší od emf zdroje.

V slaboproudé technice (zejména v komunikační technice a měřicí technice) se používají zdroje velmi nízkého výkonu, které mají navíc velké vnitřní odpor… V takových případech je účinnost, která charakterizuje proces přenosu výkonu, často druhořadá a je zdůrazněn požadavek na maximální možnou hodnotu výkonu přijímaného přijímačem.

Zatímco v silnoproudé technice se zbytečné nebo dokonce škodlivé přeměny energie - energetické ztráty snižují se zvyšující se účinností, v slaboproudé technice se zvyšuje účinnost využití rostlin a zařízení správnou koordinací výkonů v elektrických obvodech.

Podmínka pro získání maximálního možného výkonu přijímače Pvmax ze zdroje s EMF a údaji o vnitřním odporu:

Z toho vyplývá, že podmínka pro maximální výkon přijímače je splněna za předpokladu rovnosti Rn = RВt

Když jsou tedy odpory přijímače a vnitřní odpor zdroje stejné, výkon přijímaný přijímačem je maximální.

Pokud Rn = Rw, pak

Pro výkon přijímaný přijímačem máme:

Příklad. S pomocí termoelektrický konvertor (termočlánky) s vnitřním odporem Rw = 5 ohmů lze získat napětí 0,05 mV / ° C. Největší teplotní rozdíl je 200 ° C. Jaké elektrické údaje by mělo mít indikační elektrické zařízení (odpor, výkon, proud), pokud chce získat maximální výkon z měniče.

Uveďte řešení pro dva případy:

a) zařízení je připojeno přímo k převodníku;

b) zařízení je připojeno pomocí dvou měděných vodičů o délce l= 1000 m každý o průřezu C = 1 mm2.

Odpovědět. Maximální napětí na svorkách termoelektrického měniče se rovná jeho EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

V tomto případě by měla být indikace pro zařízení připojené k obvodu maximální (na horní hranici měření).

a) Aby byl výkon zařízení maximální, je nutné sladit odpory zařízení a převodníku. Pro tento účel volíme odpor zařízení Odpovídající odporu termočlánku, tzn. Rn = Rt = 5 ohmů.

Zjistíme maximální výkon zařízení:

Určete proud:

b) Nelze-li odpor vodičů zanedbat, je třeba jej zohlednit při určování celkového vnitřního odporu aktivního dvousvorkového zařízení sestávajícího z termočlánku a dvou vodičů, protože jinak dochází k nesouladu mezi přijímačem a přijímačem. zdroj s ohledem na výkon.

Pojďme najít odpor vodičů, vzhledem k tomu, že specifický odpor je 0,0178 μOhm-m:

Požadovaná úroveň odporu zařízení je tedy:

Při této hodnotě vnitřního odporu bude výkon zařízení maximální

Proud obvodu:

Ze získaných výsledků vyplývá, že je vhodné volit zdroje s nízkou hodnotou vnitřního odporu a plocha průřezu propojovacích vodičů by měla být dostatečně velká.

Velmi často při provádění takových měření dochází při výpočtu koincidence přijímače a zdroje k tomu, že z dostupných přístrojů se vybere ten, který pro danou nebo známou maximální hodnotu měřené hodnoty získá největší vychýlení šipky, a proto poskytuje největší přesnost čtení stupnice.