Relació de potència en el circuit elèctric més simple
En aquest article, entendrem quina ha de ser la relació entre els paràmetres de la font i el receptor per tal d'aconseguir el mode de funcionament òptim del circuit elèctric. Les relacions de potència també són importants per a les tecnologies de baix corrent. En principi, aquestes preguntes es poden resoldre amb l'ajuda de l'exemple el circuit elèctric més senzill.
El circuit consta d'una font de corrent continu amb EMF E i resistència interna Rwatt, que genera energia elèctrica, i un receptor d'energia receptor amb resistència de càrrega Rn.
Arròs. 1. Esquema per explicar la relació de potències en el circuit més simple
Com que la font té resistència interna, una part de l'energia elèctrica que desenvolupa es converteix en energia tèrmica.
El corrent al circuit que es mostra a la Fig. 1
A partir d'aquesta equació, determinem la potència del receptor (la potència de convertir l'energia elèctrica en altres tipus):
De la mateixa manera, les pèrdues de potència a la font:
La potència elèctrica de la font ha de ser igual a la suma de les potències convertides a altres tipus en la font i el receptor, és a dir. hi ha d'haver un equilibri de potència (com per a tots els circuits):
La tensió terminal U també es pot introduir en l'expressió de la potència Pn.
Potència del receptor:
Coeficient de rendiment (COP), definit com la relació entre la potència del receptor (útil) i la potència desenvolupada:
L'equació mostra que l'eficiència depèn de la relació entre la resistència de càrrega i la resistència interna. Els valors d'aquestes resistències són el factor determinant en la distribució de la potència desenvolupada per la font:
La potència Pn s'ha de considerar útil, les pèrdues de potència a la font Pvt determinen només l'escalfament de la font i per tant l'energia corresponent es gasta de manera improductiva.
L'eficiència augmenta amb l'augment de la relació Rn / Rvt.
Per obtenir un gran valor d'eficiència, s'ha de complir la relació Pn> Pwt, és a dir, el circuit ha de funcionar en un mode proper a al mode inactiu d'origen.
A la pràctica, es poden establir dos requisits de relació de potència diferents: alta eficiència i adaptació de potència. El requisit d'alta eficiència s'estableix, per exemple, quan cal transmetre una gran quantitat d'energia per cables o convertir aquesta energia en màquines elèctriques. Fins i tot un petit augment de l'eficiència genera grans estalvis en aquests casos.
Atès que l'ús d'altes energies és principalment característic de la tècnica dels alts corrents, per tant, en aquest camp cal treballar en modes propers al mode inactiu.A més, quan es treballa en aquests modes, la tensió del terminal només difereix lleugerament de la fem de font.
En tecnologia de poca intensitat (especialment en tecnologia de comunicació i tecnologia de mesura) s'utilitzen fonts de potència molt baixes, que a més tenen grans resistència interna… En aquests casos, l'eficiència que caracteritza el procés de transmissió de potència és sovint d'importància secundària, i es subratlla el requisit del màxim valor possible de la potència rebuda pel receptor.
Mentre que en la tecnologia d'alta intensitat les conversions d'energia inútils o fins i tot perjudicials - les pèrdues d'energia es redueixen amb l'augment de l'eficiència, en la tecnologia de baixa intensitat l'eficiència d'utilitzar plantes i dispositius s'incrementa amb la correcta coordinació de potències en els circuits elèctrics.
Condició per obtenir la màxima potència possible del receptor Pvmax a partir d'una font amb EMF i dades de resistència interna:
D'això es dedueix que la condició per a la màxima potència del receptor es compleix amb la igualtat Rn = RВt
Així, quan les resistències del receptor i la resistència interna de la font són iguals, la potència rebuda pel receptor és màxima.
Si Rn = Rw, aleshores
Per a la potència rebuda pel receptor, tenim:
Un exemple. Amb l'ajuda convertidor termoelèctric (termoparells) amb una resistència interna Rw = 5 ohms, podeu obtenir una tensió de 0,05 mV / °C. La diferència de temperatura més gran és de 200 °C. Quines dades elèctriques hauria de tenir un dispositiu elèctric indicador (resistència, potència, corrent) si vol obtenir potència màxima del convertidor.
Doneu una solució per a dos casos:
a) el dispositiu està connectat directament al convertidor;
b) el dispositiu es connecta mitjançant dos cables de coure de longitud l= 1000 m cadascun amb una secció transversal C = 1 mm2.
Respon. La tensió màxima als terminals del convertidor termoelèctric és igual a la seva EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.
En aquest cas, la indicació del dispositiu connectat al circuit hauria de ser màxima (al límit superior de mesura).
a) Perquè la potència del dispositiu sigui màxima, cal fer coincidir les resistències del dispositiu i del convertidor. Per a això, escollim la resistència del dispositiu igual a la resistència del termopar, és a dir. Rn = Rt = 5 ohms.
Trobem la potència màxima del dispositiu:
Determineu el corrent:
b) Si no es pot descuidar la resistència dels cables, s'ha de tenir en compte a l'hora de determinar la resistència interna total d'un dispositiu actiu de dos terminals format per un termoparell i dos cables, ja que, en cas contrari, hi ha un desajust entre el receptor i el font pel que fa al poder.
Trobem la resistència dels cables, atès que la resistència específica és de 0,0178 μOhm-m:
Per tant, el nivell de resistència requerit del dispositiu és:
Amb aquest valor de resistència interna, la potència del dispositiu serà màxima
Corrent del circuit:
Els resultats obtinguts mostren que s'aconsella triar fonts amb un valor baix de resistència interna, i l'àrea de la secció transversal dels cables de connexió hauria de ser prou gran.
Molt sovint, en realitzar aquestes mesures, el càlcul de la coincidència del receptor i la font es redueix al fet que dels instruments disponibles es selecciona aquell que, per a un valor màxim determinat o conegut del valor mesurat, obté el major desviació de la fletxa i, per tant, proporciona la major precisió de lectura a escala.