Съотношение на мощността в най -простата електрическа верига

В тази статия ще разберем какво трябва да бъде съотношението на параметрите на източника и приемника, за да се постигне оптимален режим на работа на електрическата верига. Съотношенията на енергия също са важни за ниско текущите технологии. По принцип тези въпроси могат да бъдат разгледани с помощта на примера най -простата електрическа верига.

Веригата се състои от източник на постоянен ток с ЕМП E и вътрешно съпротивление Rват, който генерира електрическа енергия, и приемащ енергиен приемник с устойчивост на натоварване Rн.

Ориз. 1. Схема за обяснение на съотношението на мощността в най -простата верига

Тъй като източникът има вътрешно съпротивление, тогава част от електрическата енергия, която развива, се превръща в топлинна енергия сама по себе си.

Токът във веригата, показан на фиг. 1

Въз основа на това уравнение определяме мощността на приемника (силата на преобразуване на електрическата енергия в други видове):

 По същия начин загубите на мощност в източника:

Електрическата мощност на източника трябва да бъде равна на сумата от мощностите, преобразувани в други типове в източника и приемника, т.е. трябва да има баланс на мощността (както за всички вериги):

В израза за мощността Рн може да се въведе и напрежението на клемите U.

Мощност на приемника:

Коефициент на производителност (COP), определен като съотношението на мощността на приемника (полезно) към развитата мощност:

Уравнението показва, че ефективността зависи от съотношението на съпротивлението на натоварването към вътрешното съпротивление. Стойностите на тези съпротивления са определящият фактор в разпределението на мощността, развита от източника:

Мощността Рн трябва да се счита за полезна, загубите на мощност в източника Рвт определят само нагряването на източника и следователно съответната енергия се изразходва непродуктивно.

Ефективността се увеличава с увеличаване на съотношението Rn / Rvt.

За да се получи голяма стойност на ефективността, трябва да се изпълни съотношението Pn> Pwt, тоест електрическата верига трябва да работи в режим, близък до към режим на празен ход на източника.

На практика могат да бъдат зададени две различни изисквания за съотношението на мощността: висока ефективност и съвпадение на мощността. Изискването за висока ефективност се поставя например, когато е необходимо да се предаде голямо количество енергия по проводници или да се преобразува тази енергия в електрически машини. Дори малко увеличение на ефективността дава големи спестявания в такива случаи.

Тъй като използването на високи енергии е характерно предимно за техниката на силни токове, следователно в тази област е необходимо да се работи в режими, близки до режима на празен ход. В допълнение, при работа в такива режими, напрежението на клемите само малко се различава от ЕМП на източника.

В технологията на слаби токове (особено в комуникационните технологии и измервателните технологии) се използват източници с много ниска мощност, които освен това имат големи вътрешно съпротивление… В такива случаи ефективността, която характеризира процеса на предаване на енергия, често е от второстепенно значение и се подчертава изискването за максимално възможна стойност на мощността, получена от приемника.

Докато в технологията на силни токове безполезни или дори вредни преобразувания на енергия — загубите на енергия се намаляват с увеличаване на ефективността, в технологията на ниски токове ефективността от използването на инсталации и устройства се увеличава с правилната координация на мощностите в електрическите вериги.

Условието за получаване на максимално възможна мощност на приемника Рвмах от източник с данни за ЕМП и вътрешно съпротивление:

Оттук следва, че условието за максимална мощност на приемника е изпълнено при спазване на равенството Rн = RВт

По този начин, когато съпротивленията на приемника и вътрешното съпротивление на източника са равни, получената от приемника мощност е максимална.

Ако Rn = Rw, тогава

За мощността, получена от приемника, имаме:

Пример. С помощта термоелектрически преобразувател (термодвойки) с вътрешно съпротивление Rw = 5 ома, можете да получите напрежение от 0,05 mV / ° C. Най -голямата температурна разлика е 200 ° C. Какви електрически данни трябва да има едно показващо електрическо устройство (съпротивление, мощност, ток), ако иска да получи максимална мощност от преобразувателя.

Дайте решение за два случая:

а) устройството е свързано директно към преобразувателя;

б) устройството е свързано с помощта на два медни проводника с дължина л= 1000 м всеки с площ на напречното сечение С = 1 мм2.

Решение. Максималното напрежение на клемите на термоелектрическия преобразувател е равно на неговото EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

В този случай индикацията за устройството, свързано към веригата, трябва да бъде максимална (при горната граница на измерване).

а) За да бъде мощността на устройството максимална, е необходимо да се съпоставят съпротивленията на устройството и преобразувателя. За тази цел избираме съпротивлението на устройството Rравно на съпротивлението на термоелемента, т.е. Rn = Rt = 5 ома.

Намираме максималната мощност на устройството:

Определете тока:

б) Ако съпротивлението на проводниците не може да бъде пренебрегнато, то трябва да се вземе предвид при определяне на общото вътрешно съпротивление на активно двутерминално устройство, състоящо се от термоелемент и два проводника, тъй като в противен случай има несъответствие между приемника и източника по отношение на мощността.

Нека да намерим съпротивлението на проводниците, като се има предвид, че специфичното съпротивление е 0,0178 μOhm-m:

По този начин необходимото ниво на съпротивление на устройството е:

При тази стойност на вътрешно съпротивление мощността на устройството ще бъде максимална

Ток на веригата:

Получените резултати показват, че е препоръчително да се избират източници с ниска стойност на вътрешното съпротивление, а площта на напречното сечение на свързващите проводници трябва да бъде достатъчно голяма.

Много често при извършване на такива измервания изчисляването на съвпадението на приемника и източника се свежда до факта, че от наличните инструменти се избира този, който при дадена или известна максимална стойност на измерената стойност получава най -голямо отклонение на стрелката и следователно осигурява най -голяма точност на четене по скалата.