Rapporto di potenza nel circuito elettrico più semplice

In questo articolo, capiremo quale dovrebbe essere il rapporto tra i parametri sorgente e ricevitore per ottenere la modalità ottimale di funzionamento del circuito elettrico. I rapporti di potenza sono importanti anche per le tecnologie a bassa corrente. In linea di principio, queste domande possono essere affrontate con l'aiuto dell'esempio il circuito elettrico più semplice.

Il circuito è costituito da una sorgente di corrente continua con EMF E e resistenza interna Rwatt, che genera energia elettrica, e da un ricevitore di energia ricevente con resistenza di carico Rn.

Riso. 1. Schema per spiegare il rapporto di potenza nel circuito più semplice

Poiché la sorgente ha una resistenza interna, parte dell'energia elettrica che sviluppa viene convertita in energia termica stessa.

La corrente nel circuito mostrato in Fig. 1

Sulla base di questa equazione, determiniamo la potenza del ricevitore (la potenza di conversione dell'energia elettrica in altri tipi):

Allo stesso modo, le perdite di potenza nella sorgente:

La potenza elettrica della sorgente deve essere uguale alla somma delle potenze convertite in altri tipi nella sorgente e nel ricevitore, cioè ci deve essere un equilibrio di potenza (come per tutti i circuiti):

La tensione ai morsetti U può anche essere inserita nell'espressione per la potenza Pn.

Potenza del ricevitore:

Coefficiente di prestazione (COP), definito come il rapporto tra la potenza del ricevitore (utile) e la potenza sviluppata:

L'equazione mostra che l'efficienza dipende dal rapporto tra resistenza di carico e resistenza interna. I valori di queste resistenze sono il fattore determinante nella distribuzione della potenza sviluppata dalla sorgente:

La potenza Pn è da considerarsi utile, le perdite di potenza nella sorgente Pvt determinano solo il riscaldamento della sorgente e quindi l'energia corrispondente viene spesa in modo improduttivo.

L'efficienza aumenta con l'aumentare del rapporto Rn/Rvt.

Per ottenere un valore di efficienza elevato, deve essere soddisfatto il rapporto Pn> Pwt, ovvero il circuito deve operare in una modalità prossima a per generare la modalità inattiva.

In pratica, è possibile impostare due diversi requisiti di rapporto di potenza: alta efficienza e adattamento di potenza. Il requisito dell'elevata efficienza viene stabilito, ad esempio, quando è necessario trasmettere una grande quantità di energia tramite cavi o convertire questa energia in macchine elettriche. In questi casi, anche un piccolo aumento dell'efficienza produce grandi risparmi.

Poiché l'uso di alte energie è principalmente caratteristico della tecnica delle alte correnti, quindi in questo campo è necessario lavorare in modalità vicine all'idle mode.Inoltre, quando si opera in tali modalità, la tensione del terminale differisce solo leggermente dalla fem della sorgente.

Nella tecnologia a bassa corrente (soprattutto nella tecnologia di comunicazione e nella tecnologia di misurazione) vengono utilizzate fonti di alimentazione molto basse, che in aggiunta hanno grandi resistenza interna… In tali casi, l'efficienza che caratterizza il processo di trasmissione della potenza è spesso di secondaria importanza, e viene enfatizzata l'esigenza del massimo valore possibile della potenza ricevuta dal ricevitore.

Mentre nella tecnologia ad alta corrente conversioni energetiche inutili o addirittura dannose - le perdite di energia si riducono con l'aumentare dell'efficienza, nella tecnologia a bassa corrente l'efficienza dell'utilizzo di impianti e dispositivi viene aumentata con il corretto coordinamento delle potenze nei circuiti elettrici.

La condizione per ottenere la massima potenza possibile del ricevitore Pvmax da una sorgente con EMF e dati di resistenza interna:

Ne consegue che la condizione per la massima potenza del ricevitore è soddisfatta soggetta all'uguaglianza Rn = RВt

Pertanto, quando le resistenze del ricevitore e la resistenza interna della sorgente sono uguali, la potenza ricevuta dal ricevitore è massima.

Se Rn = Rw, allora

Per la potenza ricevuta dal ricevitore si ha:

Un esempio. Con l'aiuto convertitore termoelettrico (termocoppie) con una resistenza interna Rw = 5 ohm, è possibile ottenere una tensione di 0,05 mV / ° C. La differenza di temperatura maggiore è di 200 ° C. Quali dati elettrici deve avere un dispositivo elettrico indicatore (resistenza, potenza, corrente) se vuole ottenere massima potenza dal convertitore.

Fornire una soluzione per due casi:

a) il dispositivo è collegato direttamente al convertitore;

b) il dispositivo è collegato tramite due fili di rame di lunghezza l= 1000 m ciascuno con sezione C = 1 mm2.

Risposta. La tensione massima ai terminali del convertitore termoelettrico è pari alla sua EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

In questo caso, l'indicazione per il dispositivo collegato al circuito dovrebbe essere massima (al limite superiore della misura).

a) Affinché la potenza del dispositivo sia massima, è necessario far corrispondere le resistenze del dispositivo e del convertitore. A tale scopo, scegliamo la resistenza del dispositivo Requal alla resistenza della termocoppia, ad es. Rn = Rt = 5 ohm.

Troviamo la potenza massima del dispositivo:

Determina la corrente:

b) Se la resistenza dei fili non può essere trascurata, deve essere presa in considerazione quando si determina la resistenza interna totale di un dispositivo attivo a due terminali costituito da una termocoppia e due fili, poiché altrimenti c'è una discrepanza tra il ricevitore e il fonte rispetto alla potenza.

Troviamo la resistenza dei fili, dato che la resistenza specifica è 0,0178 μOhm-m:

Pertanto, il livello di resistenza richiesto del dispositivo è:

A questo valore di resistenza interna, la potenza del dispositivo sarà massima

Corrente del circuito:

I risultati ottenuti mostrano che è consigliabile scegliere sorgenti con un basso valore di resistenza interna e l'area della sezione trasversale dei fili di collegamento dovrebbe essere sufficientemente grande.

Molto spesso, nell'effettuare tali misure, il calcolo della coincidenza del ricevitore e della sorgente si riduce al fatto che tra gli strumenti disponibili viene selezionato quello che, per un dato o noto valore massimo del valore misurato, ottiene il massimo deflessione della freccia e quindi fornisce la massima precisione di lettura della scala.