Galios santykis paprasčiausioje elektros grandinėje

Šiame straipsnyje mes suprasime, koks turėtų būti šaltinio ir imtuvo parametrų santykis, kad būtų pasiektas optimalus elektros grandinės veikimo režimas. Galios santykiai taip pat svarbūs mažos srovės technologijoms. Iš esmės šiuos klausimus galima spręsti pasitelkus pavyzdį Paprasčiausia elektros grandinė.

Grandinę sudaro nuolatinės srovės šaltinis su EMF E ir vidine varža Rwatt, kuris generuoja elektros energiją, ir priėmimo energijos imtuvas su apkrovos varža Rn.

Ryžiai. 1. Schema, paaiškinanti galios santykį paprasčiausioje grandinėje

Kadangi šaltinis turi vidinę varžą, dalis jo sukurtos elektros energijos paverčiama pačia šilumos energija.

Srovė grandinėje, parodyta fig. 1

Remdamiesi šia lygtimi, nustatome imtuvo galią (elektros energijos konvertavimo į kitų tipų galią):

Panašiai galios nuostoliai šaltinyje:

Šaltinio elektros galia turi būti lygi galių, konvertuotų į kitus tipus šaltinyje ir imtuve, sumai, t.y. turi būti galios balansas (kaip ir visose grandinėse):

Gnybtų įtampą U taip pat galima įrašyti į galios Pn išraišką.

Imtuvo galia:

Veikimo koeficientas (COP), apibrėžiamas kaip imtuvo galios (naudingos) ir išvystytos galios santykis:

Iš lygties matyti, kad efektyvumas priklauso nuo atsparumo apkrovai ir vidinės varžos santykio. Šių varžų vertės yra lemiamas šaltinio sukurtos galios pasiskirstymo veiksnys:

Galia Pn turėtų būti laikoma naudinga, galios nuostoliai šaltinyje Pvt lemia tik šaltinio šildymą, todėl atitinkama energija išleidžiama neproduktyviai.

Efektyvumas didėja didėjant Rn / Rvt santykiui.

Norint gauti didelę naudingumo vertę, turi būti įvykdytas santykis Pn> Pwt, tai yra, grandinė turi veikti režimu, artimu į šaltinio laukimo režimą.

Praktikoje gali būti nustatyti du skirtingi galios santykio reikalavimai: didelis efektyvumas ir galios atitikimas. Didelio efektyvumo reikalavimas keliamas, pavyzdžiui, kai reikia laidais perduoti didelį energijos kiekį arba šią energiją paversti elektros mašinomis. Net nedidelis efektyvumo padidėjimas tokiais atvejais leidžia sutaupyti daug.

Kadangi didelių energijų naudojimas daugiausia būdingas didelių srovių technikai, todėl šioje srityje reikia dirbti režimais, artimais tuščiosios eigos režimui.Be to, veikiant tokiais režimais, gnybtų įtampa tik nežymiai skiriasi nuo šaltinio emf.

Mažos srovės technologijose (ypač ryšių technologijose ir matavimo technologijose) naudojami labai mažos galios šaltiniai, kurie be to turi didelius vidinis pasipriešinimas… Tokiais atvejais energijos perdavimo procesą charakterizuojantis efektyvumas dažnai yra antraeilis ir akcentuojamas reikalavimas dėl didžiausios galimos imtuvo gaunamos galios vertės.

Tuo tarpu didelės srovės technologijoje nenaudingos ar net kenksmingos energijos konversijos – energijos nuostoliai mažinami didėjant efektyvumui, tai žemos srovės technologijoje augalų ir prietaisų naudojimo efektyvumas didėja tinkamai derinant galias elektros grandinėse.

Sąlyga norint gauti maksimalią galimą imtuvo galią Pvmax iš šaltinio su EMF ir vidinės varžos duomenimis:

Iš to išplaukia, kad imtuvo didžiausios galios sąlyga yra įvykdyta atsižvelgiant į lygybę Rn = RВt

Taigi, kai imtuvo varžos ir šaltinio vidinė varža yra lygios, imtuvo gaunama galia yra maksimali.

Jei Rn = Rw, tada

Imtuvo gaunamai galiai turime:

Pavyzdys. Su pagalba termoelektrinis keitiklis (termoporos) esant vidinei varžai Rw = 5 omai, galite gauti 0,05 mV / ° C įtampą. Didžiausias temperatūrų skirtumas yra 200 ° C. Kokius elektrinius duomenis turėtų turėti rodantis elektros prietaisas (varža, galia, srovė), jei nori gauti maksimali keitiklio galia.

Pateikite sprendimą dviem atvejais:

a) prietaisas yra tiesiogiai prijungtas prie keitiklio;

b) įrenginys prijungtas dviem variniais l= 1000 m ilgio laidais, kurių skerspjūvio plotas C = 1 mm2.

Atsakymas. Maksimali įtampa termoelektrinio keitiklio gnybtuose yra lygi jo EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

Tokiu atveju prie grandinės prijungto įrenginio indikacija turėtų būti maksimali (viršutinė matavimo riba).

a) Kad įrenginio galia būtų maksimali, būtina suderinti įrenginio ir keitiklio varžas. Tam tikslui pasirenkame įrenginio varžą Requal su termoporos varža, t.y. Rn = Rt = 5 omai.

Mes nustatome maksimalią įrenginio galią:

Nustatykite srovę:

b) Jei laidų varžos negalima nepaisyti, į ją reikia atsižvelgti nustatant aktyvaus dviejų gnybtų įrenginio, susidedančio iš termoporos ir dviejų laidų, bendrą vidinę varžą, nes priešingu atveju imtuvas ir šaltinis galios atžvilgiu.

Raskime laidų varžą, atsižvelgiant į tai, kad savitoji varža yra 0,0178 μOhm-m:

Taigi reikalingas įrenginio atsparumo lygis yra:

Esant šiai vidinio pasipriešinimo vertei, įrenginio galia bus maksimali

Grandinės srovė:

Gauti rezultatai rodo, kad patartina rinktis šaltinius su maža vidinės varžos verte, o jungiamųjų laidų skerspjūvio plotas turi būti pakankamai didelis.

Labai dažnai atliekant tokius matavimus imtuvo ir šaltinio sutapimo apskaičiavimas nukrenta į tai, kad iš turimų prietaisų parenkamas tas, kuris, esant nurodytai arba žinomai didžiausiai išmatuotos vertės vertei, gauna didžiausią. rodyklės nukrypimas ir todėl užtikrina didžiausią skalės skaitymo tikslumą.