Razmerje moči v najpreprostejšem električnem tokokrogu

V tem članku bomo razumeli, kakšno mora biti razmerje parametrov vira in sprejemnika, da bi dosegli optimalen način delovanja električnega tokokroga. Razmerja moči so pomembna tudi za tehnologije nizkega toka. Načeloma je ta vprašanja mogoče obravnavati s pomočjo primera najpreprostejši električni tokokrog.

Vezje je sestavljeno iz vira enosmernega toka z EMF E in notranjim uporom Rwatt, ki ustvarja električno energijo, in sprejemnika energije z uporom obremenitve Rn.

riž. 1. Shema za razlago razmerja moči v najpreprostejšem vezju

Ker ima vir notranji upor, se del električne energije, ki jo razvije, pretvori v samo toplotno energijo.

Tok v tokokrogu, prikazanem na sl. 1

Na podlagi te enačbe določimo moč sprejemnika (moč pretvorbe električne energije v druge vrste):

Podobno so izgube moči v viru:

Električna moč vira mora biti enaka vsoti moči, pretvorjenih v druge vrste v viru in sprejemniku, tj. obstajati mora ravnovesje moči (kot za vsa vezja):

V izraz za moč Pn lahko vpišemo tudi priključno napetost U.

Moč sprejemnika:

Koeficient učinkovitosti (COP), opredeljen kot razmerje med močjo sprejemnika (koristno) in razvito močjo:

Enačba kaže, da je učinkovitost odvisna od razmerja med uporom obremenitve in notranjim uporom. Vrednosti teh uporov so odločilni dejavnik pri porazdelitvi moči, ki jo razvije vir:

Moč Pn je treba šteti za koristno, izgube moči v viru Pvt določajo samo segrevanje vira in zato se ustrezna energija porabi neproduktivno.

Učinkovitost se poveča z večanjem razmerja Rn/Rvt.

Da bi dosegli visoko vrednost učinkovitosti, mora biti izpolnjeno razmerje Pn> Pwt, to pomeni, da mora vezje delovati v načinu blizu v način mirovanja.

V praksi je mogoče nastaviti dve različni zahtevi za razmerje moči: visoko učinkovitost in ujemanje moči. Zahteva po visokem izkoristku je postavljena na primer, ko je treba po žicah prenesti veliko količino energije ali to energijo pretvoriti v električne stroje. Že majhno povečanje učinkovitosti v takih primerih prinese velike prihranke.

Ker je uporaba visokih energij značilna predvsem za tehniko visokih tokov, je na tem področju potrebno delati v načinih, ki so blizu stanju mirovanja.Poleg tega se pri delovanju v takih načinih priključna napetost le malo razlikuje od izvorne emf.

V tehniki nizkega toka (zlasti v komunikacijski tehniki in merilni tehniki) se uporabljajo zelo nizki viri moči, ki imajo poleg tega veliko notranji upor… V takih primerih je učinkovitost, ki je značilna za proces prenosa moči, pogosto drugotnega pomena, poudarjena pa je zahteva po največji možni vrednosti moči, ki jo sprejme sprejemnik.

Medtem ko se pri visokotočni tehniki neuporabne ali celo škodljive energetske pretvorbe - izgube energije zmanjšujejo z naraščajočim izkoristkom, se pri slabotokovni tehniki s pravilnim usklajevanjem moči v električnih tokokrogih povečuje izkoristek izrabe postrojev in naprav.

Pogoj za pridobitev največje možne moči sprejemnika Pvmax iz vira z EMF in podatki o notranjem uporu:

Iz tega sledi, da je pogoj za največjo moč sprejemnika izpolnjen ob upoštevanju enakosti Rn = RВt

Torej, ko sta upornost sprejemnika in notranji upor vira enaka, je moč, ki jo sprejme sprejemnik, največja.

Če je Rn = Rw, potem

Za moč, ki jo sprejme sprejemnik, imamo:

Primer. S pomočjo termoelektrični pretvornik (termoelementi) z notranjim uporom Rw = 5 ohmov lahko dobite napetost 0,05 mV / ° C. Največja temperaturna razlika je 200 ° C. Katere električne podatke mora imeti indikatorska električna naprava (upor, moč, tok), če želi dobiti največja moč iz pretvornika.

Podajte rešitev za dva primera:

a) naprava je priključena neposredno na pretvornik;

b) naprava je povezana z dvema bakrenima žicama dolžine l= 1000 m vsaka s presekom C = 1 mm2.

Odgovori. Največja napetost na sponkah termoelektričnega pretvornika je enaka njegovemu EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

V tem primeru mora biti indikacija za napravo, priključeno na tokokrog, največja (na zgornji meji merjenja).

a) Da bi bila moč naprave največja, je potrebno uskladiti upore naprave in pretvornika. V ta namen izberemo upornost naprave Requal upornosti termočlena, t.j. Rn = Rt = 5 ohmov.

Najdemo največjo moč naprave:

Določite tok:

b) Če upora žic ni mogoče zanemariti, ga je treba upoštevati pri določanju skupnega notranjega upora aktivne dvopolne naprave, sestavljene iz termoelementa in dveh žic, saj v nasprotnem primeru pride do neusklajenosti med sprejemnikom in vir glede na moč.

Poiščimo upornost žic, glede na to, da je specifična upornost 0,0178 μOhm-m:

Tako je zahtevana raven odpornosti naprave:

Pri tej vrednosti notranjega upora bo moč naprave največja

Tok tokokroga:

Dobljeni rezultati kažejo, da je priporočljivo izbrati vire z nizko vrednostjo notranjega upora, površina preseka priključnih žic pa mora biti dovolj velika.

Zelo pogosto se pri izvajanju takšnih meritev izračun sovpadanja sprejemnika in vira zmanjša na dejstvo, da se izmed razpoložljivih instrumentov izbere tisti, ki za dano ali znano največjo vrednost izmerjene vrednosti pridobi največji odklon puščice in tako zagotavlja največjo natančnost odčitavanja lestvice.