نسبة الطاقة في أبسط دائرة كهربائية

في هذه المقالة ، سوف نفهم ما يجب أن تكون عليه نسبة معلمات المصدر والمستقبل من أجل تحقيق الوضع الأمثل لتشغيل الدائرة الكهربائية. تعتبر نسب الطاقة مهمة أيضًا لتقنيات التيار المنخفض. من حيث المبدأ ، يمكن معالجة هذه الأسئلة بمساعدة المثال أبسط دائرة كهربائية.

تتكون الدائرة من مصدر تيار مباشر مع EMF E ومقاومة داخلية روات ، والتي تولد طاقة كهربائية ، وجهاز استقبال طاقة مع مقاومة الحمل Rn.

أرز. 1. تخطيطي لشرح نسبة القدرة في أبسط دائرة

نظرًا لأن المصدر لديه مقاومة داخلية ، فإن بعض الطاقة الكهربائية التي يطورها يتم تحويلها إلى طاقة حرارية بحد ذاتها.

التيار في الدائرة الموضحة في الشكل. 1

بناءً على هذه المعادلة ، نحدد قوة المستقبل (قوة تحويل الطاقة الكهربائية إلى أنواع أخرى):

وبالمثل ، فقد الطاقة في المصدر:

يجب أن تكون الطاقة الكهربائية للمصدر مساوية لمجموع القوى المحولة إلى أنواع أخرى في المصدر والمستقبل ، أي يجب أن يكون هناك توازن طاقة (كما هو الحال بالنسبة لجميع الدوائر):

يمكن أيضًا إدخال الجهد الطرفي U في التعبير عن الطاقة Pn.

قوة المستقبل:

معامل الأداء (COP) ، المُعرَّف على أنه نسبة قدرة المستقبِل (المفيدة) إلى القدرة المطورة:

توضح المعادلة أن الكفاءة تعتمد على نسبة مقاومة الحمل إلى المقاومة الداخلية. قيم هذه المقاومات هي العامل المحدد في توزيع القوة التي طورها المصدر:

يجب اعتبار الطاقة Pn مفيدة ، حيث تحدد خسائر الطاقة في المصدر Pvt فقط تسخين المصدر ، وبالتالي يتم إنفاق الطاقة المقابلة بشكل غير منتج.

تزداد الكفاءة مع زيادة نسبة Rn / Rvt.

من أجل الحصول على قيمة كفاءة كبيرة ، يجب استيفاء النسبة Pn> Pwt ، أي ، يجب أن تعمل الدائرة في وضع قريب من لمصدر وضع الخمول.

في الممارسة العملية ، يمكن تعيين متطلبين مختلفين لنسبة الطاقة: الكفاءة العالية ومطابقة الطاقة. يتم تحديد متطلبات الكفاءة العالية ، على سبيل المثال ، عندما يكون من الضروري نقل كمية كبيرة من الطاقة عبر الأسلاك أو تحويل هذه الطاقة إلى آلات كهربائية. حتى الزيادة الصغيرة في الكفاءة تؤدي إلى وفورات كبيرة في مثل هذه الحالات.

نظرًا لأن استخدام الطاقات العالية هو سمة أساسية لتقنية التيارات العالية ، فمن الضروري في هذا المجال العمل في أوضاع قريبة من وضع الخمول.بالإضافة إلى ذلك ، عند التشغيل في مثل هذه الأوضاع ، يختلف الجهد الطرفي قليلاً فقط عن مصدر emf.

في تكنولوجيا التيار المنخفض (خاصة في تكنولوجيا الاتصالات وتكنولوجيا القياس) ، يتم استخدام مصادر طاقة منخفضة جدًا ، بالإضافة إلى أنها كبيرة المقاومة الداخلية... في مثل هذه الحالات ، غالبًا ما تكون الكفاءة التي تميز عملية نقل القدرة ذات أهمية ثانوية ، ويتم التأكيد على متطلبات أقصى قيمة ممكنة للقدرة التي يتلقاها المستقبِل.

بينما في تقنيات التيار العالي غير المجدية أو حتى عمليات تحويل الطاقة الضارة - يتم تقليل فقد الطاقة مع زيادة الكفاءة ، في تكنولوجيا التيار المنخفض ، تزداد كفاءة استخدام المصانع والأجهزة مع التنسيق الصحيح للقوى في الدوائر الكهربائية.

شرط الحصول على أقصى قدرة مستقبلية ممكنة Pvmax من مصدر به بيانات EMF ومقاومة داخلية:

ويترتب على ذلك استيفاء شرط القدرة القصوى للمستقبل وفقًا للمساواة Rn = RВt

وبالتالي ، عندما تكون مقاومات جهاز الاستقبال والمقاومة الداخلية للمصدر متساوية ، تكون القدرة التي يتلقاها جهاز الاستقبال هي الحد الأقصى.

إذا كان Rn = Rw ، إذن

بالنسبة للطاقة التي يتلقاها جهاز الاستقبال ، لدينا:

مثال. مع المساعدة المحول الكهروحراري (المزدوجات الحرارية) مع مقاومة داخلية Rw = 5 أوم ، يمكنك الحصول على جهد 0.05 مللي فولت / درجة مئوية. أكبر فرق في درجة الحرارة هو 200 درجة مئوية. أقصى طاقة من المحول.

أعط حلاً لحالتين:

أ) الجهاز متصل مباشرة بالمحول ؛

ب) يتم توصيل الجهاز باستخدام سلكين نحاسيين بطول l = 1000 م لكل منهما مساحة المقطع العرضي C = 1 مم 2.

إجابة. الحد الأقصى للجهد عند أطراف المحول الحراري يساوي EMF E = 200 * 0.05 = 10 مللي فولت.

في هذه الحالة ، يجب أن تكون إشارة الجهاز المتصل بالدائرة بحد أقصى (عند الحد الأعلى للقياس).

أ) من أجل أن تكون طاقة الجهاز بحد أقصى ، من الضروري مطابقة مقاومات الجهاز والمحول. لهذا الغرض ، نختار مقاومة الجهاز Requal لمقاومة المزدوجات الحرارية ، أي Rn = Rt = 5 أوم.

نجد القوة القصوى للجهاز:

تحديد التيار:

ب) إذا كان لا يمكن إهمال مقاومة الأسلاك ، فيجب أن تؤخذ في الاعتبار عند تحديد المقاومة الداخلية الكلية لجهاز نشط ذي طرفين يتكون من ازدواج حراري وسلكين ، لأنه بخلاف ذلك يكون هناك عدم تطابق بين جهاز الاستقبال و مصدر فيما يتعلق بالسلطة.

لنجد مقاومة الأسلاك ، بالنظر إلى أن المقاومة المحددة هي 0.0178 ميكرومتر - م:

وبالتالي ، فإن مستوى المقاومة المطلوب للجهاز هو:

عند هذه القيمة للمقاومة الداخلية ، ستكون قوة الجهاز القصوى

تيار الدائرة:

تظهر النتائج التي تم الحصول عليها أنه من المستحسن اختيار مصادر ذات قيمة منخفضة للمقاومة الداخلية ، ويجب أن تكون مساحة المقطع العرضي للأسلاك الموصلة كبيرة بدرجة كافية.

في كثير من الأحيان ، عند إجراء مثل هذه القياسات ، ينخفض ​​حساب مصادفة المستقبِل والمصدر إلى حقيقة أنه من الأدوات المتاحة ، يتم اختيار الشخص الذي يحصل ، لقيمة قصوى معينة أو معروفة للقيمة المقاسة ، على أكبر انحراف السهم وبالتالي يوفر أكبر دقة قراءة للمقياس.