อัตราส่วนกำลังในวงจรไฟฟ้าที่ง่ายที่สุด

ในบทความนี้เราจะเข้าใจว่าอัตราส่วนของพารามิเตอร์แหล่งที่มาและตัวรับควรเป็นอย่างไรเพื่อให้ได้โหมดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดของวงจรไฟฟ้า อัตราส่วนพลังงานยังมีความสำคัญสำหรับเทคโนโลยีปัจจุบันต่ำ โดยหลักการแล้ว คำถามเหล่านี้สามารถแก้ไขได้ด้วยความช่วยเหลือของตัวอย่าง วงจรไฟฟ้าที่ง่ายที่สุด.

วงจรประกอบด้วยแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงที่มี EMF E และความต้านทานภายใน Rwatt ซึ่งสร้างพลังงานไฟฟ้า และตัวรับพลังงานที่ได้รับซึ่งมีความต้านทานโหลด Rn

ข้าว. 1. แผนผังอธิบายอัตราส่วนกำลังในวงจรที่ง่ายที่สุด

เนื่องจากแหล่งกำเนิดมีความต้านทานภายใน ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าบางส่วนที่พัฒนาขึ้นจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน

กระแสในวงจรที่แสดงในรูป 1

จากสมการนี้ เรากำหนดกำลังของเครื่องรับ (พลังของการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นประเภทอื่น):

ในทำนองเดียวกัน การสูญเสียพลังงานในแหล่งที่มา:

กำลังไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดต้องเท่ากับผลรวมของกำลังไฟฟ้าที่แปลงเป็นชนิดอื่นในแหล่งกำเนิดและตัวรับ เช่น จะต้องมีความสมดุลของพลังงาน (สำหรับวงจรทั้งหมด):

นอกจากนี้ยังสามารถป้อนแรงดันขั้วต่อ U ในนิพจน์สำหรับกำลัง Pn

กำลังรับ:

ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ (COP) กำหนดเป็นอัตราส่วนของกำลังรับ (มีประโยชน์) ต่อกำลังที่พัฒนาแล้ว:

สมการแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความต้านทานโหลดต่อความต้านทานภายใน ค่าของความต้านทานเหล่านี้เป็นปัจจัยกำหนดในการกระจายพลังงานที่พัฒนาโดยแหล่งที่มา:

Pn ของพลังงานควรได้รับการพิจารณาว่ามีประโยชน์ การสูญเสียพลังงานใน Pvt ของแหล่งที่มาจะกำหนดเฉพาะความร้อนของแหล่งที่มา ดังนั้นพลังงานที่สอดคล้องกันจึงถูกใช้อย่างไม่ก่อผล

ประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราส่วน Rn / Rvt เพิ่มขึ้น

เพื่อให้ได้ค่าประสิทธิภาพมาก อัตราส่วน Pn> Pwt จะต้องเป็นไปตามที่กำหนด นั่นคือ วงจรต้องทำงานในโหมดใกล้เคียงกับ ไปที่โหมดว่างของแหล่งที่มา.

ในทางปฏิบัติ สามารถตั้งค่าความต้องการอัตราส่วนพลังงานได้สองแบบ: ประสิทธิภาพสูงและการจับคู่พลังงาน มีการกำหนดข้อกำหนดสำหรับประสิทธิภาพสูง เช่น เมื่อจำเป็นต้องส่งพลังงานจำนวนมากผ่านสายไฟหรือเพื่อแปลงพลังงานนี้เป็นเครื่องจักรไฟฟ้า แม้แต่การเพิ่มประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อยก็ช่วยประหยัดได้มากในกรณีเช่นนี้

เนื่องจากการใช้พลังงานสูงเป็นลักษณะเฉพาะของเทคนิคกระแสสูงดังนั้นในสาขานี้จึงจำเป็นต้องทำงานในโหมดที่ใกล้เคียงกับโหมดว่างนอกจากนี้ เมื่อทำงานในโหมดดังกล่าว แรงดันไฟฟ้าของขั้วต่อจะแตกต่างจาก EMF ของต้นทางเพียงเล็กน้อยเท่านั้น

ในเทคโนโลยีปัจจุบันต่ำ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีการสื่อสารและเทคโนโลยีการวัด) มีการใช้แหล่งพลังงานที่ต่ำมากซึ่งนอกจากจะมีขนาดใหญ่แล้ว ความต้านทานภายใน… ในกรณีเช่นนี้ ประสิทธิภาพที่เป็นลักษณะของกระบวนการส่งกำลังมักมีความสำคัญรองลงมา และข้อกำหนดสำหรับค่าพลังงานสูงสุดที่เป็นไปได้ที่เครื่องรับได้รับนั้นจะเน้นย้ำ

ในขณะที่เทคโนโลยีปัจจุบันสูงการแปลงพลังงานที่ไม่มีประโยชน์หรือแม้แต่อันตราย - การสูญเสียพลังงานจะลดลงด้วยประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น ในเทคโนโลยีปัจจุบันต่ำ ประสิทธิภาพของการใช้พืชและอุปกรณ์จะเพิ่มขึ้นด้วยการประสานที่ถูกต้องของพลังงานในวงจรไฟฟ้า

เงื่อนไขในการรับกำลังรับสูงสุดที่เป็นไปได้ Pvmax จากแหล่งที่มี EMF และข้อมูลความต้านทานภายใน:

จากนี้ไปเงื่อนไขสำหรับพลังงานสูงสุดของเครื่องรับจะเป็นไปตามความเท่าเทียมกัน Rn = RВt

ดังนั้น เมื่อความต้านทานของเครื่องรับและความต้านทานภายในของแหล่งกำเนิดเท่ากัน พลังงานที่เครื่องรับได้รับจะสูงสุด

ถ้า Rn = Rw แล้ว

สำหรับพลังงานที่ได้รับจากเครื่องรับ เรามี:

ตัวอย่าง. ด้วยความช่วยเหลือ ตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริก (เทอร์โมคัปเปิล) ด้วยความต้านทานภายใน Rw = 5 โอห์ม คุณจะได้รับแรงดันไฟฟ้า 0.05 mV / ° C ความแตกต่างของอุณหภูมิที่ใหญ่ที่สุดคือ 200 ° C ข้อมูลทางไฟฟ้าใดที่อุปกรณ์ไฟฟ้าบ่งชี้ควรมี (ความต้านทาน กำลังไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า) หากต้องการได้รับ พลังงานสูงสุดจากตัวแปลง

ให้ทางออกสำหรับสองกรณี:

ก) อุปกรณ์เชื่อมต่อโดยตรงกับตัวแปลง

b) อุปกรณ์เชื่อมต่อโดยใช้สายทองแดงสองเส้นที่มีความยาว l= 1,000 ม. โดยแต่ละเส้นมีพื้นที่หน้าตัด C = 1 mm2

คำตอบ. แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ขั้วของตัวแปลงเทอร์โมอิเล็กทริกเท่ากับ EMF E = 200 * 0.05 = 10 mV

ในกรณีนี้ ตัวบ่งชี้สำหรับอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับวงจรควรมีค่าสูงสุด (ที่ขีดจำกัดการวัดด้านบน)

ก) เพื่อให้อุปกรณ์มีกำลังไฟสูงสุด จำเป็นต้องปรับความต้านทานของอุปกรณ์และตัวแปลงให้ตรงกัน เพื่อจุดประสงค์นี้ เราเลือกความต้านทานของอุปกรณ์เท่ากับความต้านทานของเทอร์โมคัปเปิล เช่น Rn = Rt = 5 โอห์ม

เราพบพลังสูงสุดของอุปกรณ์:

กำหนดปัจจุบัน:

b) หากไม่สามารถละเลยความต้านทานของสายไฟได้ จะต้องนำมาพิจารณาเมื่อกำหนดความต้านทานภายในรวมของอุปกรณ์สองขั้วที่แอ็คทีฟซึ่งประกอบด้วยเทอร์โมคัปเปิลและสายไฟสองเส้น เนื่องจากไม่ตรงกันระหว่างตัวรับและตัวรับ แหล่งที่มาเกี่ยวกับอำนาจ

ลองหาความต้านทานของสายไฟโดยพิจารณาว่าความต้านทานเฉพาะคือ 0.0178 μOhm-m:

ดังนั้น ระดับความต้านทานที่ต้องการของอุปกรณ์คือ:

ที่ค่าความต้านทานภายในนี้ พลังของอุปกรณ์จะสูงสุด

วงจรปัจจุบัน:

ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นว่าควรเลือกแหล่งที่มาที่มีค่าความต้านทานภายในต่ำและพื้นที่หน้าตัดของสายเชื่อมต่อควรมีขนาดใหญ่เพียงพอ

บ่อยครั้งมากเมื่อทำการวัดดังกล่าว การคำนวณความบังเอิญของเครื่องรับและแหล่งที่มานั้นมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเครื่องมือที่มีอยู่นั้นถูกเลือกซึ่งสำหรับค่าสูงสุดที่กำหนดหรือที่ทราบของค่าที่วัดได้นั้น จะได้ค่าที่ใหญ่ที่สุด การโก่งตัวของลูกศรจึงให้ความแม่นยำในการอ่านมาตราส่วนที่ใหญ่ที่สุด