יחס הספק במעגל החשמלי הפשוט ביותר

במאמר זה נבין מה צריך להיות היחס בין פרמטרי המקור והמקלט על מנת להשיג את אופן הפעולה האופטימלי של המעגל החשמלי. יחסי הספק חשובים גם עבור טכנולוגיות זרם נמוך. באופן עקרוני, ניתן להתייחס לשאלות אלו בעזרת הדוגמה המעגל החשמלי הפשוט ביותר.

המעגל מורכב ממקור זרם ישר עם EMF E והתנגדות פנימית Rwatt, המייצרת אנרגיה חשמלית, ומקלט אנרגיה קולט עם התנגדות עומס Rn.

אורז. 1. סכמטי להסבר יחס ההספק במעגל הפשוט ביותר

מכיוון שלמקור יש התנגדות פנימית, אז חלק מהאנרגיה החשמלית שהוא מפתח מומרת לאנרגיית חום עצמה.

הזרם במעגל המוצג באיור. 1

בהתבסס על משוואה זו, אנו קובעים את כוחו של המקלט (הכוח של המרת אנרגיה חשמלית לסוגים אחרים):

באופן דומה, הפסדי החשמל במקור:

ההספק החשמלי של המקור חייב להיות שווה לסכום ההספקים המומרים לסוגים אחרים במקור ובמקלט, כלומר. חייב להיות איזון כוח (כמו לכל המעגלים):

ניתן להזין את מתח המסוף U בביטוי עבור ההספק Pn.

כוח מקלט:

מקדם ביצועים (COP), מוגדר כיחס בין כוח המקלט (שימושי) להספק המפותח:

המשוואה מראה שהיעילות תלויה ביחס בין התנגדות העומס להתנגדות הפנימית. הערכים של התנגדויות אלו הם הגורם הקובע בחלוקת הכוח שפותח על ידי המקור:

ההספק Pn צריך להיחשב שימושי, הפסדי ההספק במקור Pvt קובעים רק את החימום של המקור ולכן האנרגיה המתאימה מושקעת בצורה לא פרודוקטיבית.

היעילות עולה עם הגדלת יחס Rn / Rvt.

על מנת לקבל ערך יעילות גדול יש למלא את היחס Pn> Pwt, כלומר המעגל חייב לפעול במצב קרוב ל למצב סרק מקור.

בפועל, ניתן להגדיר שתי דרישות יחס הספק שונות: יעילות גבוהה והתאמת הספק. הדרישה ליעילות גבוהה נקבעת, למשל, כאשר יש צורך להעביר כמות גדולה של אנרגיה על חוטים או להמיר אנרגיה זו למכונות חשמליות. אפילו עלייה קטנה ביעילות מניבה חיסכון גדול במקרים כאלה.

מכיוון שהשימוש באנרגיות גבוהות מאפיין בעיקר את הטכניקה של זרמים גבוהים, לכן בתחום זה יש צורך לעבוד במצבים הקרובים למצב סרק.בנוסף, כאשר פועלים במצבים כאלה, מתח המסוף שונה רק במעט מה-emf של המקור.

בטכנולוגיית זרם נמוך (במיוחד בטכנולוגיית תקשורת וטכנולוגיית מדידה) משתמשים במקורות כוח נמוכים מאוד, שבנוסף יש להם גדולים התנגדות פנימית... במקרים כאלה, היעילות המאפיינת את תהליך העברת הכוח היא לרוב בעלת חשיבות משנית, ומודגשת הדרישה לערך המרבי האפשרי של ההספק שמקבל המקלט.

בעוד שבטכנולוגיית זרם גבוה המרות אנרגיה חסרות תועלת או אפילו מזיקה - הפסדי אנרגיה מצטמצמים עם היעילות הגוברת, בטכנולוגיית זרם נמוך יעילות השימוש בצמחים והתקנים מוגברת עם תיאום נכון של הכוחות במעגלים חשמליים.

התנאי לקבלת הספק המרבי האפשרי Pvmax ממקור עם EMF ונתוני התנגדות פנימיים:

מכאן נובע שהתנאי להספק המרבי של המקלט מתקיים בכפוף לשוויון Rn = RВt

לפיכך, כאשר ההתנגדויות של המקלט וההתנגדות הפנימית של המקור שוות, ההספק שמקבל המקלט הוא מקסימלי.

אם Rn = Rw, אז

עבור הכוח שקיבל המקלט, יש לנו:

דוגמה. עם העזרה ממיר תרמואלקטרי (צמדים תרמיים) עם התנגדות פנימית Rw = 5 אוהם, אתה יכול לקבל מתח של 0.05 mV / ° C. הפרש הטמפרטורות הגדול ביותר הוא 200 ° C. אילו נתונים חשמליים צריכים להיות למכשיר חשמלי מצביע (התנגדות, הספק, זרם) אם רוצים לקבל הספק מקסימלי מהממיר.

תן פתרון לשני מקרים:

א) המכשיר מחובר ישירות לממיר;

ב) המכשיר מחובר באמצעות שני חוטי נחושת באורך l = 1000 מ' כל אחד עם שטח חתך C = 1 מ"מ.

תשובה. המתח המרבי במסופים של הממיר התרמו-אלקטרי שווה ל-EMF שלו E = 200 * 0.05 = 10 mV.

במקרה זה, האינדיקציה עבור המכשיר המחובר למעגל צריכה להיות מקסימלית (בגבול המדידה העליון).

א) על מנת שההספק של המכשיר יהיה מקסימלי, יש צורך להתאים את ההתנגדויות של המכשיר והממיר. לשם כך, אנו בוחרים את ההתנגדות של המכשיר Requal להתנגדות של הצמד התרמי, כלומר. Rn = Rt = 5 אוהם.

אנו מוצאים את ההספק המרבי של המכשיר:

קבע את הזרם:

ב) אם לא ניתן להזניח את ההתנגדות של החוטים, יש לקחת אותה בחשבון בעת ​​קביעת ההתנגדות הפנימית הכוללת של מכשיר דו-טרמינלי פעיל המורכב מצמד תרמי ושני חוטים, שכן אחרת יש חוסר התאמה בין המקלט ל- מקור ביחס לכוח.

בואו נמצא את ההתנגדות של החוטים, בהתחשב בכך שההתנגדות הספציפית היא 0.0178 μOhm-m:

לפיכך, רמת ההתנגדות הנדרשת של המכשיר היא:

בערך זה של התנגדות פנימית, הספק של המכשיר יהיה מקסימלי

זרם מעגל:

התוצאות שהתקבלו מראות כי רצוי לבחור מקורות בעלי ערך נמוך של התנגדות פנימית, ושטח החתך של חוטי החיבור צריך להיות גדול מספיק.

לעתים קרובות מאוד, בעת ביצוע מדידות כאלה, חישוב צירוף המקרים של המקלט והמקור מסתכם בעובדה שמהמכשירים הזמינים נבחר זה שבעבור ערך מרבי נתון או ידוע של הערך הנמדד, משיג את הערך הגדול ביותר. סטיה של החץ ולכן מספקת את דיוק הקריאה בקנה מידה הגדול ביותר.