Relação de potência no circuito elétrico mais simples

Neste artigo, entenderemos qual deve ser a proporção dos parâmetros da fonte e do receptor para obter o modo ideal de operação do circuito elétrico. As taxas de potência também são importantes para tecnologias de baixa corrente. Em princípio, essas questões podem ser abordadas com a ajuda do exemplo o circuito elétrico mais simples.

O circuito consiste em uma fonte de corrente contínua com EMF E e resistência interna Rwatt, que gera energia elétrica, e um receptor de energia receptora com resistência de carga Rn.

Arroz. 1. Esquema para explicar a relação de potência no circuito mais simples

Como a fonte tem resistência interna, parte da energia elétrica que ela desenvolve é convertida em energia térmica.

A corrente no circuito mostrado na Fig. 1

Com base nessa equação, determinamos a potência do receptor (a potência de conversão de energia elétrica em outros tipos):

Da mesma forma, as perdas de energia na fonte:

A potência elétrica da fonte deve ser igual à soma das potências convertidas para outros tipos na fonte e no receptor, ou seja, deve haver um equilíbrio de potência (como para todos os circuitos):

A tensão terminal U também pode ser inserida na expressão para a potência Pn.

Potência do receptor:

Coeficiente de desempenho (COP), definido como a razão entre a potência do receptor (útil) e a potência desenvolvida:

A equação mostra que a eficiência depende da relação entre a resistência da carga e a resistência interna. Os valores dessas resistências são o fator determinante na distribuição da potência desenvolvida pela fonte:

A potência Pn deve ser considerada útil, as perdas de potência na fonte Pvt determinam apenas o aquecimento da fonte e portanto a energia correspondente é gasta de forma improdutiva.

A eficiência aumenta com o aumento da relação Rn / Rvt.

Para obter um grande valor de eficiência, a relação Pn > Pwt deve ser atendida, ou seja, o circuito deve operar em um modo próximo a para o modo inativo de origem.

Na prática, dois requisitos diferentes de relação de potência podem ser definidos: alta eficiência e correspondência de potência. A exigência de alta eficiência é estabelecida, por exemplo, quando é necessário transmitir uma grande quantidade de energia por fios ou converter essa energia em máquinas elétricas. Mesmo um pequeno aumento na eficiência gera grandes economias nesses casos.

Como o uso de altas energias é característico principalmente da técnica de altas correntes, portanto, neste campo, é necessário trabalhar em modos próximos ao modo inativo.Além disso, ao operar em tais modos, a tensão terminal difere apenas ligeiramente da fem da fonte.

Na tecnologia de baixa corrente (especialmente em tecnologia de comunicação e tecnologia de medição) são usadas fontes de energia muito baixas, que além disso têm grandes Resistencia interna… Nesses casos, a eficiência que caracteriza o processo de transmissão de energia é muitas vezes de importância secundária, e a exigência do valor máximo possível da potência recebida pelo receptor é enfatizada.

Enquanto na tecnologia de alta corrente as conversões de energia inúteis ou mesmo nocivas - as perdas de energia são reduzidas com o aumento da eficiência, na tecnologia de baixa corrente a eficiência do uso de plantas e dispositivos é aumentada com a correta coordenação de potências em circuitos elétricos.

A condição para obter a potência máxima possível do receptor Pvmax de uma fonte com EMF e dados de resistência interna:

Segue-se que a condição para a potência máxima do receptor é satisfeita sujeita à igualdade Rn = RВt

Assim, quando as resistências do receptor e a resistência interna da fonte são iguais, a potência recebida pelo receptor é máxima.

Se Rn = Rw, então

Para a potência recebida pelo receptor, temos:

Um exemplo. Com a ajuda conversor termoelétrico (termopares) com uma resistência interna Rw = 5 ohms, você pode obter uma tensão de 0,05 mV / ° C. A maior diferença de temperatura é de 200 ° C. Quais dados elétricos um dispositivo elétrico indicador deve ter (resistência, potência, corrente) se deseja obter potência máxima do conversor.

Dê uma solução para dois casos:

a) o dispositivo está conectado diretamente ao conversor;

b) o dispositivo é conectado por meio de dois fios de cobre de comprimento l = 1000 m cada um com área de seção transversal C = 1 mm2.

Responder. A tensão máxima nos terminais do conversor termoelétrico é igual ao seu EMF E = 200 * 0,05 = 10 mV.

Neste caso, a indicação do dispositivo conectado ao circuito deve ser máxima (no limite superior de medição).

a) Para que a potência do dispositivo seja máxima, é necessário igualar as resistências do dispositivo e do conversor. Para isso, escolhemos a resistência do dispositivo Requal à resistência do termopar, ou seja, Rn = Rt = 5 ohms.

Encontramos a potência máxima do dispositivo:

Determinar a corrente:

b) Se a resistência dos fios não puder ser desprezada, ela deve ser levada em consideração ao determinar a resistência interna total de um dispositivo ativo de dois terminais composto por um termopar e dois fios, pois, caso contrário, haverá uma incompatibilidade entre o receptor e o fonte em relação ao poder.

Vamos encontrar a resistência dos fios, dado que a resistência específica é 0,0178 μOhm-m:

Assim, o nível de resistência requerido do dispositivo é:

Neste valor de resistência interna, a potência do dispositivo será máxima

Corrente do Circuito:

Os resultados obtidos mostram que é aconselhável escolher fontes com baixo valor de resistência interna, e a área da seção transversal dos fios de conexão deve ser grande o suficiente.

Muitas vezes, ao realizar tais medições, o cálculo da coincidência do receptor e da fonte se resume ao fato de que, dos instrumentos disponíveis, é selecionado aquele que, para um valor máximo dado ou conhecido do valor medido, obtém o maior deflexão da flecha e, portanto, fornece a maior precisão de leitura da escala.