Tỉ số công suất trong mạch điện đơn giản nhất

Trong bài viết này, chúng ta sẽ hiểu tỷ lệ của các tham số nguồn và máy thu phải là bao nhiêu để đạt được chế độ hoạt động tối ưu của mạch điện. Tỷ lệ công suất cũng rất quan trọng đối với các công nghệ hiện tại thấp. Về nguyên tắc, những câu hỏi này có thể được giải quyết với sự trợ giúp của ví dụ mạch điện đơn giản nhất.

Mạch bao gồm một nguồn dòng điện trực tiếp với EMF E và điện trở trong Rwatt, tạo ra năng lượng điện và một máy thu năng lượng có điện trở tải Rn.

Cơm. 1. Sơ đồ giải thích tỉ số công suất trong mạch điện đơn giản nhất

Vì nguồn có điện trở trong, nên một số năng lượng điện mà nó phát triển được chuyển thành năng lượng nhiệt.

Cường độ dòng điện trong mạch như hình vẽ. 1

Dựa trên phương trình này, chúng tôi xác định công suất của máy thu (công suất chuyển đổi năng lượng điện thành các loại khác):

Tương tự, các tổn thất điện năng trong nguồn:

Công suất điện của nguồn phải bằng tổng công suất quy đổi thành các loại khác trong nguồn và máy thu, tức là phải có sự cân bằng năng lượng (như đối với tất cả các mạch):

Điện áp đầu cuối U cũng có thể được nhập vào biểu thức cho công suất Pn.

Công suất máy thu:

Hệ số hiệu suất (COP), được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất máy thu (hữu ích) với công suất phát triển:

Phương trình cho thấy hiệu quả phụ thuộc vào tỷ lệ giữa điện trở tải với điện trở trong. Các giá trị của các điện trở này là yếu tố quyết định sự phân bố công suất do nguồn phát triển:

Công suất Pn nên được coi là hữu ích, tổn thất công suất trong nguồn Pvt chỉ xác định sự nóng lên của nguồn và do đó năng lượng tương ứng được sử dụng một cách không hiệu quả.

Hiệu quả tăng khi tỷ lệ Rn/Rvt tăng.

Để thu được giá trị hiệu suất lớn thì phải thỏa mãn tỉ số Pn > Pwt, tức là mạch phải hoạt động ở chế độ gần với để nguồn chế độ nhàn rỗi.

Trong thực tế, có thể đặt hai yêu cầu tỷ lệ công suất khác nhau: hiệu suất cao và phù hợp với công suất. Yêu cầu về hiệu suất cao được đặt ra, ví dụ, khi cần truyền một lượng lớn năng lượng qua dây dẫn hoặc chuyển đổi năng lượng này thành các máy điện. Ngay cả một sự gia tăng nhỏ về hiệu quả cũng mang lại khoản tiết kiệm lớn trong những trường hợp như vậy.

Vì việc sử dụng năng lượng cao chủ yếu là đặc trưng của kỹ thuật dòng điện cao, nên trong lĩnh vực này cần phải làm việc ở các chế độ gần với chế độ không tải.Ngoài ra, khi hoạt động ở các chế độ như vậy, điện áp đầu cuối chỉ khác một chút so với emf nguồn.

Trong công nghệ dòng điện thấp (đặc biệt là trong công nghệ truyền thông và công nghệ đo lường), các nguồn năng lượng rất thấp được sử dụng, ngoài ra còn có công suất lớn. điện trở trong… Trong những trường hợp như vậy, hiệu quả đặc trưng cho quá trình truyền tải điện thường có tầm quan trọng thứ yếu và yêu cầu về giá trị tối đa có thể của công suất mà máy thu nhận được được nhấn mạnh.

Trong khi ở công nghệ hiện tại, việc chuyển đổi năng lượng vô ích hoặc thậm chí có hại - tổn thất năng lượng giảm khi tăng hiệu quả, thì ở công nghệ hiện tại, hiệu quả của việc sử dụng các nhà máy và thiết bị được tăng lên với sự phối hợp chính xác của các nguồn điện trong mạch điện.

Điều kiện để có được công suất máy thu tối đa có thể Pvmax từ một nguồn có EMF và dữ liệu điện trở trong:

Từ đó, điều kiện để có công suất cực đại của máy thu được thỏa mãn theo đẳng thức Rn = RВt

Như vậy, khi điện trở của máy thu và điện trở trong của nguồn bằng nhau thì công suất mà máy thu nhận được là cực đại.

Nếu Rn = Rw thì

Đối với công suất mà máy thu nhận được, chúng ta có:

Một ví dụ. Với sự giúp đỡ bộ chuyển đổi nhiệt điện (cặp nhiệt điện) với điện trở trong Rw = 5 ohms, bạn có thể nhận được điện áp 0,05 mV / ° C. Chênh lệch nhiệt độ lớn nhất là 200 ° C. Một thiết bị điện chỉ thị cần có dữ liệu điện nào (điện trở, công suất, dòng điện) nếu muốn lấy công suất tối đa từ bộ chuyển đổi.

Đưa ra giải pháp cho hai trường hợp:

a) thiết bị được kết nối trực tiếp với bộ chuyển đổi;

b) thiết bị được kết nối bằng hai dây đồng dài l = 1000 m, mỗi dây có tiết diện C = 1 mm2.

Trả lời. Điện áp tối đa ở các cực của bộ chuyển đổi nhiệt điện bằng EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV của nó.

Trong trường hợp này, chỉ báo cho thiết bị được kết nối với mạch phải ở mức tối đa (ở giới hạn đo trên).

a) Để công suất của thiết bị đạt mức tối đa, điện trở của thiết bị và bộ chuyển đổi phải phù hợp. Với mục đích này, chúng tôi chọn điện trở của thiết bị bằng với điện trở của cặp nhiệt điện, tức là. Rn = Rt = 5 ôm.

Chúng tôi tìm thấy sức mạnh tối đa của thiết bị:

Xác định dòng điện:

b) Nếu không thể bỏ qua điện trở của các dây thì phải tính đến điện trở này khi xác định tổng điện trở trong của thiết bị hai cực đang hoạt động bao gồm một cặp nhiệt điện và hai dây, vì nếu không thì sẽ có sự không phù hợp giữa máy thu và dây. nguồn đối với quyền lực.

Hãy tìm điện trở của các dây, với điều kiện là điện trở cụ thể là 0,0178 μOhm-m:

Như vậy, mức điện trở yêu cầu của thiết bị là:

Tại giá trị nội trở này, công suất của thiết bị sẽ cực đại

Mạch hiện tại:

Kết quả thu được cho thấy nên chọn các nguồn có giá trị nội trở thấp, tiết diện các dây nối phải đủ lớn.

Rất thường xuyên, khi thực hiện các phép đo như vậy, việc tính toán sự trùng khớp của máy thu và nguồn dẫn đến thực tế là từ các công cụ có sẵn, một công cụ được chọn sao cho giá trị lớn nhất đã biết hoặc đã biết của giá trị đo được, thu được giá trị lớn nhất độ lệch của mũi tên và do đó cung cấp độ chính xác đọc tỷ lệ lớn nhất.