Jaudas attiecība vienkāršākajā elektriskā ķēdē

Šajā rakstā mēs sapratīsim, kādai jābūt avota un uztvērēja parametru attiecībai, lai sasniegtu optimālu elektriskās ķēdes darbības režīmu. Jaudas attiecība ir svarīga arī zemas strāvas tehnoloģijām. Principā šos jautājumus var risināt ar piemēra palīdzību vienkāršākā elektriskā ķēde.

Ķēde sastāv no līdzstrāvas avota ar EMF E un iekšējo pretestību Rwatt, kas ģenerē elektrisko enerģiju, un uztverošās enerģijas uztvērēja ar slodzes pretestību Rn.

Rīsi. 1. Shēma, lai izskaidrotu jaudas attiecību vienkāršākajā shēmā

Tā kā avotam ir iekšēja pretestība, daļa no tā radītās elektriskās enerģijas tiek pārveidota par pašu siltumenerģiju.

Strāva ķēdē, kas parādīta attēlā. 1

Pamatojoties uz šo vienādojumu, mēs nosakām uztvērēja jaudu (jaudu, kas pārvērš elektroenerģiju citos veidos):

Tāpat jaudas zudumi avotā:

Avota elektriskajai jaudai jābūt vienādai ar to jaudu summu, kas avotā un uztvērējā pārveidotas citos veidos, t.i. jābūt jaudas līdzsvaram (kā visām shēmām):

Termināla spriegumu U var ievadīt arī jaudas Pn izteiksmē.

Uztvērēja jauda:

Veiktspējas koeficients (COP), kas definēts kā uztvērēja jaudas (lietderīgā) attiecība pret attīstīto jaudu:

Vienādojums parāda, ka efektivitāte ir atkarīga no slodzes pretestības attiecības pret iekšējo pretestību. Šo pretestību vērtības ir noteicošais faktors avota izstrādātās jaudas sadalījumā:

Jauda Pn jāuzskata par lietderīgu, jaudas zudumi avotā Pvt nosaka tikai avota sildīšanu un tāpēc atbilstošā enerģija tiek iztērēta neproduktīvi.

Efektivitāte palielinās, palielinoties Rn / Rvt attiecībai.

Lai iegūtu lielu lietderības vērtību, ir jāizpilda attiecība Pn> Pwt, tas ir, ķēdei jādarbojas režīmā, kas tuvu uz avota dīkstāves režīmu.

Praksē var iestatīt divas dažādas jaudas attiecības prasības: augsta efektivitāte un jaudas saskaņošana. Prasība pēc augstas efektivitātes tiek noteikta, piemēram, kad nepieciešams pārvadīt lielu enerģijas daudzumu pa vadiem vai pārveidot šo enerģiju elektromašīnās. Pat neliels efektivitātes pieaugums šādos gadījumos dod lielus ietaupījumus.

Tā kā lielu enerģiju izmantošana galvenokārt ir raksturīga lielu strāvu tehnikai, tāpēc šajā jomā ir nepieciešams strādāt režīmos, kas ir tuvu tukšgaitas režīmam.Turklāt, darbojoties šādos režīmos, spailes spriegums tikai nedaudz atšķiras no avota emf.

Vājas strāvas tehnoloģijās (īpaši sakaru tehnoloģijā un mērīšanas tehnoloģijā) tiek izmantoti ļoti zemas jaudas avoti, kuriem papildus ir lieli iekšējā pretestība… Šādos gadījumos efektivitātei, kas raksturo enerģijas pārvades procesu, bieži ir otršķirīga nozīme, un tiek uzsvērta prasība pēc uztvērēja saņemtās jaudas maksimāli iespējamās vērtības.

Ja augstas strāvas tehnoloģijās bezjēdzīgas vai pat kaitīgas enerģijas pārveides - enerģijas zudumi tiek samazināti, palielinoties efektivitātei, tad zemstrāvas tehnoloģijā iekārtu un ierīču izmantošanas efektivitāte tiek palielināta, pareizi koordinējot jaudus elektriskajās ķēdēs.

Nosacījums maksimālās iespējamās uztvērēja jaudas Pvmax iegūšanai no avota ar EMF un iekšējās pretestības datiem:

No tā izriet, ka uztvērēja maksimālās jaudas nosacījums ir izpildīts, ievērojot vienādību Rn = RВt

Tādējādi, ja uztvērēja pretestības un avota iekšējā pretestība ir vienādas, uztvērēja saņemtā jauda ir maksimāla.

Ja Rn = Rw, tad

Uztvērēja saņemtajai jaudai mums ir:

Piemērs. Ar palīdzību termoelektriskais pārveidotājs (termopāri) ar iekšējo pretestību Rw = 5 omi, jūs varat iegūt spriegumu 0,05 mV / ° C. Lielākā temperatūras starpība ir 200 ° C. Kādiem elektriskajiem datiem jābūt indikatīvai elektroierīcei (pretestība, jauda, ​​strāva), ja vēlas iegūt maksimālā jauda no pārveidotāja.

Sniedziet risinājumu diviem gadījumiem:

a) ierīce ir tieši savienota ar pārveidotāju;

b) ierīce ir savienota, izmantojot divus vara vadus, kuru garums ir l= 1000 m, katrs ar šķērsgriezuma laukumu C = 1 mm2.

Atbilde. Maksimālais spriegums termoelektriskā pārveidotāja spailēs ir vienāds ar tā EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

Šajā gadījumā ķēdei pievienotās ierīces indikācijai jābūt maksimālai (pie augšējās mērījumu robežas).

a) Lai ierīces jauda būtu maksimāla, ir jāsaskaņo ierīces un pārveidotāja pretestības. Šim nolūkam mēs izvēlamies ierīces pretestību Requal ar termopāra pretestību, t.i. Rn = Rt = 5 omi.

Mēs atrodam ierīces maksimālo jaudu:

Nosakiet strāvu:

b) Ja nevar neievērot vadu pretestību, tā ir jāņem vērā, nosakot kopējo iekšējo pretestību aktīvai divu spaiļu ierīcei, kas sastāv no termopāra un diviem vadiem, jo ​​pretējā gadījumā pastāv nesakritība starp uztvērēju un avots attiecībā uz jaudu.

Noskaidrosim vadu pretestību, ņemot vērā, ka īpatnējā pretestība ir 0,0178 μOhm-m:

Tādējādi nepieciešamais ierīces pretestības līmenis ir:

Pie šīs iekšējās pretestības vērtības ierīces jauda būs maksimāla

Ķēdes strāva:

Iegūtie rezultāti liecina, ka ir ieteicams izvēlēties avotus ar zemu iekšējās pretestības vērtību, un savienojošo vadu šķērsgriezuma laukumam jābūt pietiekami lielam.

Ļoti bieži, veicot šādus mērījumus, uztvērēja un avota sakritības aprēķins ir saistīts ar faktu, ka no pieejamajiem instrumentiem tiek izvēlēts tas, kurš noteiktai vai zināmai izmērītās vērtības maksimālajai vērtībai iegūst lielāko. bultiņas novirzi un tādējādi nodrošina vislielāko skalas nolasīšanas precizitāti.