Rasio daya dalam rangkaian listrik paling sederhana

Pada artikel ini, kita akan memahami seperti apa rasio parameter sumber dan penerima untuk mencapai mode operasi sirkuit listrik yang optimal. Rasio daya juga penting untuk teknologi arus rendah. Pada prinsipnya, pertanyaan-pertanyaan ini dapat dijawab dengan bantuan contoh rangkaian listrik paling sederhana.

Rangkaian terdiri dari sumber arus searah dengan EMF E dan resistansi internal Rwatt, yang menghasilkan energi listrik, dan penerima energi penerima dengan resistansi beban Rn.

Beras. 1. Skema untuk menjelaskan rasio daya pada rangkaian paling sederhana

Karena sumber memiliki resistansi internal, maka sebagian energi listrik yang dihasilkannya diubah menjadi energi panas itu sendiri.

Arus di sirkuit ditunjukkan pada Gambar. 1

Berdasarkan persamaan ini, kami menentukan kekuatan penerima (kekuatan mengubah energi listrik menjadi jenis lain):

Demikian pula, kerugian daya di sumber:

Daya listrik sumber harus sama dengan jumlah daya yang dikonversi ke jenis lain di sumber dan penerima, yaitu. harus ada keseimbangan daya (seperti untuk semua sirkuit):

Tegangan terminal U juga dapat dimasukkan dalam ekspresi untuk daya Pn.

Daya penerima:

Koefisien kinerja (COP), didefinisikan sebagai rasio daya penerima (berguna) terhadap daya yang dikembangkan:

Persamaan menunjukkan bahwa efisiensi bergantung pada rasio resistansi beban terhadap resistansi internal. Nilai-nilai resistansi ini adalah faktor penentu dalam distribusi daya yang dikembangkan oleh sumber:

Daya Pn harus dianggap berguna, kehilangan daya pada sumber Pvt hanya menentukan pemanasan sumber dan oleh karena itu energi yang sesuai dihabiskan secara tidak produktif.

Efisiensi meningkat dengan meningkatnya rasio Rn/Rvt.

Untuk mendapatkan nilai efisiensi yang besar, rasio Pn> Pwt harus dipenuhi, yaitu rangkaian harus beroperasi dalam mode mendekati ke sumber mode siaga.

Dalam praktiknya, dua persyaratan rasio daya yang berbeda dapat diatur: efisiensi tinggi dan pencocokan daya. Persyaratan untuk efisiensi tinggi ditetapkan, misalnya, bila diperlukan untuk mengirimkan energi dalam jumlah besar melalui kabel atau mengubah energi ini menjadi mesin listrik. Bahkan peningkatan kecil dalam efisiensi menghasilkan penghematan besar dalam kasus seperti itu.

Karena penggunaan energi tinggi terutama merupakan karakteristik dari teknik arus tinggi, oleh karena itu di bidang ini perlu bekerja dalam mode yang dekat dengan mode diam.Selain itu, saat beroperasi dalam mode seperti itu, tegangan terminal hanya berbeda sedikit dari ggl sumber.

Dalam teknologi arus rendah (terutama dalam teknologi komunikasi dan teknologi pengukuran) digunakan sumber daya yang sangat rendah, yang selain itu memiliki besar resistensi internal… Dalam kasus seperti itu, efisiensi yang mencirikan proses transmisi daya seringkali merupakan kepentingan sekunder, dan persyaratan untuk nilai daya maksimum yang mungkin diterima oleh penerima ditekankan.

Sementara dalam teknologi arus tinggi konversi energi yang tidak berguna atau bahkan berbahaya - kehilangan energi berkurang dengan meningkatnya efisiensi, dalam teknologi arus rendah efisiensi penggunaan tanaman dan perangkat meningkat dengan koordinasi daya yang benar di sirkuit listrik.

Kondisi untuk mendapatkan Pvmax daya penerima maksimum yang mungkin dari sumber dengan EMF dan data resistansi internal:

Oleh karena itu, kondisi untuk daya maksimum penerima terpenuhi dengan persamaan Rn = RВt

Jadi, ketika resistansi penerima dan resistansi internal sumber sama, daya yang diterima penerima maksimum.

Jika Rn = Rw, maka

Untuk daya yang diterima oleh penerima, kami memiliki:

Sebuah contoh. Dengan bantuan konverter termoelektrik (termokopel) dengan resistansi internal Rw = 5 ohm, Anda bisa mendapatkan tegangan 0,05 mV / ° C. Perbedaan suhu terbesar adalah 200 ° C. Data kelistrikan apa yang harus dimiliki perangkat listrik penunjuk (hambatan, daya, arus) jika ingin mendapatkannya daya maksimum dari konverter.

Berikan solusi untuk dua kasus:

a) perangkat terhubung langsung ke konverter;

b) alat dihubungkan menggunakan dua kabel tembaga dengan panjang masing-masing l= 1000 m dengan luas penampang C = 1 mm2.

Menjawab. Tegangan maksimum pada terminal konverter termoelektrik sama dengan EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

Dalam hal ini, indikasi perangkat yang terhubung ke sirkuit harus maksimal (pada batas pengukuran atas).

a) Agar daya perangkat maksimal, perlu untuk mencocokkan resistansi perangkat dan konverter. Untuk tujuan ini, kami memilih resistansi perangkat yang sama dengan resistansi termokopel, mis. Rn = Rt = 5 ohm.

Kami menemukan daya maksimum perangkat:

Tentukan arus:

b) Jika resistansi kabel tidak dapat diabaikan, itu harus diperhitungkan saat menentukan resistansi internal total perangkat dua terminal aktif yang terdiri dari termokopel dan dua kabel, karena jika tidak ada ketidaksesuaian antara penerima dan penerima sumber sehubungan dengan kekuasaan.

Mari kita temukan resistansi kabel, mengingat resistansi spesifiknya adalah 0,0178 μOhm-m:

Dengan demikian, tingkat resistansi perangkat yang diperlukan adalah:

Pada nilai resistansi internal ini, daya perangkat akan maksimal

Sirkuit Saat Ini:

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa disarankan untuk memilih sumber dengan nilai resistansi internal yang rendah, dan luas penampang kabel penghubung harus cukup besar.

Sangat sering, ketika melakukan pengukuran seperti itu, perhitungan kebetulan penerima dan sumber bermuara pada fakta bahwa instrumen yang tersedia dipilih yang, untuk nilai maksimum yang diberikan atau diketahui dari nilai terukur, diperoleh yang terbesar defleksi panah dan karenanya memberikan akurasi pembacaan skala terbesar.