En basit elektrik devresinde güç oranı

Bu yazıda, elektrik devresinin optimum çalışma modunu elde etmek için kaynak ve alıcı parametrelerinin oranının ne olması gerektiğini anlayacağız. Düşük akım teknolojileri için güç oranları da önemlidir. Prensip olarak, bu sorular örnek yardımıyla ele alınabilir. en basit elektrik devresi.

Devre, elektrik enerjisi üreten EMF E ve iç dirençli Rwatt'a sahip bir doğru akım kaynağı ile yük direnci Rn olan bir alıcı enerji alıcısından oluşur.

Pirinç. 1. En basit devrede güç oranını açıklayan şematik

Kaynağın iç direnci olduğundan, geliştirdiği elektrik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşür.

Şekil l'de gösterilen devredeki akım. 1

Bu denkleme dayanarak, alıcının gücünü (elektrik enerjisini diğer türlere dönüştürme gücü) belirleriz:

Benzer şekilde, kaynaktaki güç kayıpları:

Kaynağın elektrik gücü, kaynakta ve alıcıda diğer türlere dönüştürülen güçlerin toplamına eşit olmalıdır, yani. bir güç dengesi olmalıdır (tüm devrelerde olduğu gibi):

Güç Pn ifadesinde terminal gerilimi U da girilebilir.

alıcı gücü:

Alıcı gücünün (yararlı) gelişmiş güce oranı olarak tanımlanan performans katsayısı (COP):

Denklem, verimliliğin yük direncinin iç dirence oranına bağlı olduğunu gösterir. Bu dirençlerin değerleri, kaynağın geliştirdiği gücün dağılımında belirleyici faktördür:

Pn gücü yararlı kabul edilmelidir, Pvt kaynağındaki güç kayıpları yalnızca kaynağın ısınmasını belirler ve bu nedenle karşılık gelen enerji verimsiz bir şekilde harcanır.

Artan Rn / Rvt oranı ile verim artar.

Büyük bir verim değeri elde etmek için Pn > Pwt oranının sağlanması yani devrenin şuna yakın bir modda çalışması gerekir. kaynak bekleme modu.

Uygulamada, iki farklı güç oranı gereksinimi ayarlanabilir: yüksek verimlilik ve güç eşleştirme. Örneğin, büyük miktarda enerjinin teller üzerinden iletilmesi veya bu enerjinin elektrikli makinelere dönüştürülmesi gerektiğinde, yüksek verimlilik gereksinimi belirlenir. Bu gibi durumlarda verimlilikteki küçük bir artış bile büyük tasarruf sağlar.

Yüksek enerjilerin kullanılması esas olarak yüksek akım tekniğinin özelliği olduğundan, bu nedenle bu alanda boş moda yakın modlarda çalışmak gerekir.Ek olarak, bu tür modlarda çalışırken, terminal voltajı kaynak emf'den sadece biraz farklıdır.

Düşük akım teknolojisinde (özellikle iletişim teknolojisinde ve ölçüm teknolojisinde), ek olarak büyük güce sahip çok düşük güç kaynakları kullanılır. iç direnç... Bu gibi durumlarda, güç aktarım sürecini karakterize eden verimlilik genellikle ikincil öneme sahiptir ve alıcı tarafından alınan gücün mümkün olan maksimum değerinin gerekliliği vurgulanır.

Yüksek akım teknolojisinde yararsız hatta zararlı enerji dönüşümleri -verim artışı ile enerji kayıpları azalırken, düşük akım teknolojisinde elektrik devrelerindeki güçlerin doğru koordinasyonu ile tesis ve cihazların kullanım verimliliği artırılmaktadır.

EMF ve dahili direnç verilerine sahip bir kaynaktan mümkün olan maksimum alıcı gücü Pvmax'ı elde etme koşulu:

Bundan, Rn = RВt eşitliğine bağlı olarak, alıcının maksimum gücü koşulunun yerine getirildiği sonucu çıkar.

Böylece, alıcının dirençleri ile kaynağın iç direnci eşit olduğunda, alıcının aldığı güç maksimumdur.

Rn = Rw ise, o zaman

Alıcı tarafından alınan güç için elimizde:

Bir örnek. Yardımla termoelektrik dönüştürücü (termokupllar) iç direnç Rw = 5 ohm ile, 0,05 mV / ° C'lik bir voltaj elde edebilirsiniz. En büyük sıcaklık farkı 200 ° C'dir. dönüştürücüden maksimum güç.

İki durum için bir çözüm verin:

a) cihaz doğrudan dönüştürücüye bağlıdır;

b) cihaz, her birinin kesit alanı C = 1 mm2 olan l= 1000 m uzunluğunda iki bakır tel kullanılarak bağlanır.

Cevap. Termoelektrik dönüştürücünün terminallerindeki maksimum voltaj, EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV'ye eşittir.

Bu durumda devreye bağlı cihazın göstergesi maksimum (üst ölçüm sınırında) olmalıdır.

a) Cihazın gücünün maksimum olabilmesi için cihazın ve dönüştürücünün dirençlerinin uyumlu olması gerekir. Bu amaçla, cihazın direncini termokuplun direncine eşit olarak seçiyoruz, yani. Rn = Rt = 5 ohm.

Cihazın maksimum gücünü buluyoruz:

Akımı belirleyin:

b) Tellerin direnci ihmal edilemiyorsa, bir termokupl ve iki telden oluşan aktif iki uçlu bir cihazın toplam iç direncini belirlerken dikkate alınmalıdır, aksi takdirde alıcı ile alıcı arasında uyumsuzluk oluşur. güç açısından kaynak.

Spesifik direncin 0,0178 μOhm-m olduğu göz önüne alındığında, tellerin direncini bulalım:

Böylece, cihazın gerekli direnç seviyesi:

Bu iç direnç değerinde, cihazın gücü maksimum olacaktır.

Devre Akımı:

Elde edilen sonuçlar, iç direnci düşük olan kaynakların seçilmesinin tavsiye edildiğini ve bağlantı tellerinin kesit alanının yeterince büyük olması gerektiğini göstermektedir.

Çoğu zaman, bu tür ölçümler yapılırken, alıcı ve kaynağın çakışmasının hesaplanması, mevcut araçlardan ölçülen değerin belirli veya bilinen bir maksimum değeri için en büyüğünü elde edenin seçildiği gerçeğine indirgenir. okun sapması ve bu nedenle en büyük ölçekli okuma doğruluğunu sağlar.