Relación de potencia en el circuito eléctrico más simple.
En este artículo, comprenderemos cuál debe ser la relación de los parámetros de fuente y receptor para lograr el modo óptimo de operación del circuito eléctrico. Las relaciones de potencia también son importantes para las tecnologías de baja corriente. En principio, estas preguntas se pueden abordar con la ayuda del ejemplo. el circuito electrico mas simple.
El circuito consta de una fuente de corriente continua con EMF E y resistencia interna Rwatt, que genera energía eléctrica, y un receptor de energía receptor con resistencia de carga Rn.
Arroz. 1. Esquema para explicar la relación de potencias en el circuito más simple
Dado que la fuente tiene resistencia interna, parte de la energía eléctrica que desarrolla se convierte en energía térmica.
La corriente en el circuito mostrado en la Fig. 1
Con base en esta ecuación, determinamos la potencia del receptor (la potencia de convertir la energía eléctrica en otros tipos):
Del mismo modo, las pérdidas de potencia en la fuente:
La potencia eléctrica de la fuente debe ser igual a la suma de las potencias convertidas a otros tipos en la fuente y el receptor, es decir debe haber un equilibrio de potencia (como para todos los circuitos):
La tensión terminal U también se puede introducir en la expresión de la potencia Pn.
Potencia del receptor:
Coeficiente de rendimiento (COP), definido como la relación entre la potencia del receptor (útil) y la potencia desarrollada:
La ecuación muestra que la eficiencia depende de la relación entre la resistencia de carga y la resistencia interna. Los valores de estas resistencias son el factor determinante en la distribución de la potencia desarrollada por la fuente:
La potencia Pn debe considerarse útil, las pérdidas de potencia en la fuente Pvt determinan únicamente el calentamiento de la fuente y por tanto la energía correspondiente se gasta improductivamente.
La eficiencia aumenta con el aumento de la relación Rn / Rvt.
Para obtener un valor de eficiencia grande, se debe cumplir la relación Pn> Pwt, es decir, el circuito debe operar en un modo cercano a al modo inactivo de origen.
En la práctica, se pueden establecer dos requisitos de relación de potencia diferentes: alta eficiencia y adaptación de potencia. El requisito de alta eficiencia se establece, por ejemplo, cuando es necesario transmitir una gran cantidad de energía a través de cables o convertir esta energía en máquinas eléctricas. Incluso un pequeño aumento en la eficiencia produce grandes ahorros en tales casos.
Dado que el uso de altas energías es principalmente característico de la técnica de altas corrientes, en este campo es necesario trabajar en modos cercanos al modo inactivo.Además, cuando se opera en tales modos, el voltaje del terminal difiere solo levemente de la fem de la fuente.
En tecnología de baja corriente (especialmente en tecnología de comunicación y tecnología de medición) se utilizan fuentes de potencia muy bajas, que además tienen grandes resistencia interna… En tales casos, la eficiencia que caracteriza el proceso de transmisión de energía es a menudo de importancia secundaria, y se enfatiza el requisito del valor máximo posible de la energía recibida por el receptor.
Mientras que en la tecnología de alta corriente las conversiones de energía son inútiles o incluso dañinas: las pérdidas de energía se reducen con el aumento de la eficiencia, en la tecnología de baja corriente la eficiencia del uso de plantas y dispositivos aumenta con la correcta coordinación de potencias en los circuitos eléctricos.
La condición para obtener la máxima potencia posible del receptor Pvmax de una fuente con EMF y datos de resistencia interna:
De esto se deduce que la condición para la potencia máxima del receptor se cumple sujeto a la igualdad Rn = RВt
Así, cuando las resistencias del receptor y la resistencia interna de la fuente son iguales, la potencia recibida por el receptor es máxima.
Si Rn = Rw, entonces
Para la potencia recibida por el receptor, tenemos:
Un ejemplo. Con la ayuda convertidor termoeléctrico (termopares) con una resistencia interna Rw = 5 ohmios, se puede obtener un voltaje de 0,05 mV/°C. La mayor diferencia de temperatura es de 200°C. ¿Qué datos eléctricos debe tener un dispositivo indicador eléctrico (resistencia, potencia, corriente) si se quiere obtener máxima potencia del convertidor.
Dar una solución para dos casos:
a) el dispositivo está conectado directamente al convertidor;
b) el dispositivo está conectado mediante dos hilos de cobre de longitud l = 1000 m cada uno con un área de sección transversal C = 1 mm2.
Respuesta. El voltaje máximo en los terminales del convertidor termoeléctrico es igual a su EMF E = 200 * 0.05 = 10 mV.
En este caso, la indicación para el dispositivo conectado al circuito debe ser máxima (en el límite superior de medición).
a) Para que la potencia del dispositivo sea máxima, es necesario hacer coincidir las resistencias del dispositivo y del convertidor. Para ello, elegimos la resistencia del dispositivo Igual a la resistencia del termopar, es decir Rn = Rt = 5 ohmios.
Encontramos la potencia máxima del dispositivo:
Determinar la corriente:
b) Si no se puede despreciar la resistencia de los hilos, se debe tener en cuenta al determinar la resistencia interna total de un dispositivo activo de dos terminales formado por un termopar y dos hilos, ya que de lo contrario se produce un desajuste entre el receptor y el fuente con respecto a la potencia.
Encontremos la resistencia de los cables, dado que la resistencia específica es 0.0178 μOhm-m:
Por lo tanto, el nivel de resistencia requerido del dispositivo es:
A este valor de resistencia interna, la potencia del dispositivo será máxima
Corriente del circuito:
Los resultados obtenidos muestran que es recomendable elegir fuentes con un valor bajo de resistencia interna, y el área de la sección transversal de los cables de conexión debe ser lo suficientemente grande.
Muy a menudo, al realizar tales mediciones, el cálculo de la coincidencia del receptor y la fuente se reduce al hecho de que, de los instrumentos disponibles, se selecciona el que, para un valor máximo dado o conocido del valor medido, obtiene el mayor desviación de la flecha y, por lo tanto, proporciona la mayor precisión de lectura de escala.