Võimsussuhe kõige lihtsamas elektriahelas

Selles artiklis mõistame, milline peaks olema allika ja vastuvõtja parameetrite suhe, et saavutada elektriahela optimaalne töörežiim. Võimsussuhted on olulised ka nõrkvoolutehnoloogiate puhul. Põhimõtteliselt saab neid küsimusi näite abil lahendada lihtsaim elektriskeem.

Ahel koosneb EMF E ja sisetakistusega Rwatt alalisvooluallikast, mis toodab elektrienergiat, ja vastuvõtvast energia vastuvõtjast koormustakistusega Rn.

Riis. 1. Skeem võimsussuhte selgitamiseks kõige lihtsamas vooluringis

Kuna allikal on sisetakistus, muundatakse osa selle poolt toodetud elektrienergiast ise soojusenergiaks.

Voolu vooluringis näidatud joonisel fig. 1

Selle võrrandi põhjal määrame vastuvõtja võimsuse (võimsuse elektrienergia muundamiseks muudeks tüüpideks):

Samamoodi on allika võimsuskaod:

Allika elektrivõimsus peab olema võrdne allikas ja vastuvõtjas teist tüüpi võimsuste summaga, s.o. peab olema võimsuse tasakaal (nagu kõigi vooluahelate puhul):

Klemmpinge U saab sisestada ka võimsuse Pn avaldisesse.

Vastuvõtja võimsus:

Toimivustegur (COP), mis on määratletud vastuvõtja võimsuse (kasuliku) ja arendatud võimsuse suhtena:

Võrrand näitab, et efektiivsus sõltub koormustakistuse ja sisetakistuse suhtest. Nende takistuste väärtused on määrav tegur allika poolt välja töötatud võimsuse jaotuses:

Võimsus Pn tuleks lugeda kasulikuks, võimsuskaod allikas Pvt määravad ainult allika kuumutamise ja seetõttu kulutatakse vastav energia ebaproduktiivselt.

Tõhusus suureneb Rn / Rvt suhte suurenedes.

Suure kasuteguri väärtuse saamiseks peab olema täidetud suhe Pn> Pwt, see tähendab, et ahel peab töötama lähedases režiimis allikaks ooterežiimi.

Praktikas saab seada kaks erinevat võimsussuhte nõuet: kõrge efektiivsus ja võimsuse sobitamine. Kõrge kasuteguri nõue seatakse näiteks siis, kui on vaja üle juhtmete edastada suur hulk energiat või muuta see energia elektrimasinateks. Isegi väike efektiivsuse tõus annab sellistel juhtudel suure kokkuhoiu.

Kuna suurte energiate kasutamine on peamiselt iseloomulik suurte voolude tehnikale, siis on selles valdkonnas vaja töötada tühikäigurežiimile lähedastes režiimides.Lisaks erineb sellistes režiimides töötades klemmi pinge allika emf-st vaid veidi.

Nõrkvoolutehnoloogias (eriti sidetehnoloogias ja mõõtmistehnoloogias) kasutatakse väga madalaid vooluallikaid, millel on lisaks suured sisemine takistus… Sellistel juhtudel on jõuülekande protsessi iseloomustav efektiivsus sageli teisejärguline ja rõhutatakse vastuvõtja poolt vastuvõetava võimsuse maksimaalse võimaliku väärtuse nõuet.

Kui kõrge voolutehnoloogias kasutud või isegi kahjulikud energia muundamised - energiakaod vähenevad efektiivsuse suurenedes, siis nõrkvoolutehnoloogias suurendatakse seadmete ja seadmete kasutamise efektiivsust võimsuste õige koordineerimisega elektriahelates.

EMF-i ja sisetakistuse andmetega allikast maksimaalse võimaliku vastuvõtja võimsuse Pvmax saamise tingimus:

Sellest järeldub, et vastuvõtja maksimaalse võimsuse tingimus on täidetud tingimusel, et Rn = RВt

Seega, kui vastuvõtja takistused ja allika sisetakistus on võrdsed, on vastuvõtja vastuvõetav võimsus maksimaalne.

Kui Rn = Rw, siis

Vastuvõtja vastuvõetud võimsuse jaoks on meil:

Näide. Abiga termoelektriline muundur (termopaarid) sisetakistusega Rw = 5 oomi, saate pinge 0,05 mV / ° C. Suurim temperatuuride erinevus on 200 ° C. Millised elektriandmed peaksid olema näidikul elektriseadmel (takistus, võimsus, vool), kui soovite saada muunduri maksimaalne võimsus.

Andke lahendus kahele juhtumile:

a) seade on ühendatud otse muunduriga;

b) seade ühendatakse kahe l= 1000 m pikkuse vaskjuhtmega ristlõike pindalaga C = 1 mm2.

Vastus. Termoelektrilise muunduri klemmide maksimaalne pinge on võrdne selle EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

Sel juhul peaks vooluringiga ühendatud seadme näit olema maksimaalne (mõõtmise ülemisel piiril).

a) Selleks, et seadme võimsus oleks maksimaalne, on vaja sobitada seadme ja muunduri takistused. Selleks valime seadme takistuseks Requal termopaari takistusega, st. Rn = Rt = 5 oomi.

Leiame seadme maksimaalse võimsuse:

Määrake vool:

b) Kui juhtmete takistust ei saa tähelepanuta jätta, tuleb seda arvestada termopaarist ja kahest juhtmest koosneva aktiivse kaheklemmilise seadme sisemise kogutakistuse määramisel, kuna vastasel juhul tekib vastuvõtja ja vastuvõtja vahel ebakõla. allikas võimsuse suhtes.

Leiame juhtmete takistuse, arvestades, et eritakistus on 0,0178 μOhm-m:

Seega on seadme nõutav takistustase:

Selle sisemise takistuse väärtuse korral on seadme võimsus maksimaalne

Vooluahela vool:

Saadud tulemused näitavad, et soovitav on valida väikese sisetakistuse väärtusega allikad ja ühendusjuhtmete ristlõikepindala peaks olema piisavalt suur.

Väga sageli taandub selliste mõõtmiste tegemisel vastuvõtja ja allika kokkulangevuse arvutamine sellele, et saadaolevatest instrumentidest valitakse see, mis mõõdetud väärtuse antud või teadaoleva maksimumväärtuse korral saab suurima noole kõrvalekaldumine ja tagab seetõttu suurima skaala lugemise täpsuse.