Чему равна полезная мощность в режиме согласования
Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.
Она определяется по формуле
где Pоб-полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, вт;
Е- э. д. с. источника, в;
I-величина тока в цепи, а.
В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R0 (сопротивлением источника тока).
Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим
Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI.
Величина UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, Ее называют мощностью потерь Po=UoI.
Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь Pоб=Pпол+P0.
Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η.
Из определения следует
При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.
Если выразить мощности через величину тока и сопротивления участков цепи, получим
Таким образом, к. п. д. зависит от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением потребителя.
Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.
Для практической электротехники особый интерес представляют два вопроса:
1. Условие получения наибольшей полезной мощности
2. Условие получения наибольшего к. п. д.
Наибольшую полезную мощность( мощность на нагрузке) электрический ток развивает в том случае, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника тока.
Эта наибольшая мощность равна половине всей мощности (50%) развиваемой источником тока во всей цепи.
Половина мощности развивается на нагрузке и половина развивается на внутреннем сопротивлении источника тока.
Если будем уменьшать сопротивление нагрузки, то мощность развиваемая на нагрузке будет уменьшаться а мощность развиваемая на внутреннем сопротивлении источника тока будет увеличиваться.
Если сопротивление нагрузки равно нулю то ток в цепи будет максимальным, это режим короткого замыкания (КЗ). Почти вся мощность будет развивается на внутреннем сопротивлении источника тока. Этот режим опасен для источника тока а также для всей цепи.
Если сопротивление нагрузки будем увеличивать, то ток в цепи будет уменьшатся, мощность на нагрузке также будет уменьшатся. При очень большом сопротивлении нагрузки тока в цепи вообще не будет. Это сопротивление называется бесконечно большим. Если цепь разомкнута то ее сопротивление бесконечно большое. Такой режим называется режимом холостого хода.
Таким образом, в режимах, близких к короткому замыканию и к холостому ходу, полезная мощность мала в первом случае за счет малой величины напряжения, а во втором за счет малой величины тока.
Коэффициент полезного действия (к. п. д.) равен 100% при холостом ходе ( в этом случае полезная мощность не выделяется, но в то же время и не затрачивается мощность источника).
По мере увеличения тока нагрузки к. п. д. уменьшается по прямолинейному закону.
В режиме короткого замыкания к. п. д. равен нулю ( полезной мощности нет, а мощность развиваемая источником, полностью расходуется внутри него).
Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать выводы.
Условие получения максимальной полезной мощности( R=R0) и условие получения максимального к. п. д. (R=∞) не совпадают. Более того, при получении от источника максимальной полезной мощности ( режим согласованной нагрузки) к. п. д.составляет 50%, т.е. половина развиваемой источником мощности бесполезно затрачивается внутри него.
В мощных электрических установках режим согласованной нагрузки является неприемлемым, так как при этом происходит бесполезная затрата больших мощностей. Поэтому для электрических станций и подстанций режимы работы генераторов, трансформаторов, выпрямителей рассчитываются так, чтобы обеспечивался высокий к. п. д. ( 90% и более).
Иначе обстоит дело в технике слабых токов. Возьмем, например, телефонный аппарат. При разговоре перед микрофоном в схеме аппарата создается электрический сигнал мощностью около 2 мвт. Очевидно, что для получения наибольшей дальности связи необходимо передать в линию как можно большую мощность, а для этого требуется выполнить режим согласованного включения нагрузки. Имеет ли в данном случае существенное значение к. п. д.? Конечно нет, так как потери энергии исчисляются долями или единицами милливатт.
Режим согласованной нагрузки применяется в радиоаппаратуре. В том случае, когда согласованный режим при непосредственном соединении генератора и нагрузки не обеспечивается, применяют меры согласования их сопротивлений.
Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.
Она определяется по формуле
где Pоб-полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, вт;
Е- э. д. с. источника, в;
I-величина тока в цепи, а.
В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R0 (сопротивлением источника тока).
Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим
Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI.
Величина UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, Ее называют мощностью потерь Po=UoI.
Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь Pоб=Pпол+P0.
Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η.
Из определения следует
При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.
Если выразить мощности через величину тока и сопротивления участков цепи, получим
Таким образом, к. п. д. зависит от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением потребителя.
Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.
Для практической электротехники особый интерес представляют два вопроса:
1. Условие получения наибольшей полезной мощности
2. Условие получения наибольшего к. п. д.
Наибольшую полезную мощность( мощность на нагрузке) электрический ток развивает в том случае, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника тока.
Эта наибольшая мощность равна половине всей мощности (50%) развиваемой источником тока во всей цепи.
Половина мощности развивается на нагрузке и половина развивается на внутреннем сопротивлении источника тока.
Если будем уменьшать сопротивление нагрузки, то мощность развиваемая на нагрузке будет уменьшаться а мощность развиваемая на внутреннем сопротивлении источника тока будет увеличиваться.
Если сопротивление нагрузки равно нулю то ток в цепи будет максимальным, это режим короткого замыкания (КЗ). Почти вся мощность будет развивается на внутреннем сопротивлении источника тока. Этот режим опасен для источника тока а также для всей цепи.
Если сопротивление нагрузки будем увеличивать, то ток в цепи будет уменьшатся, мощность на нагрузке также будет уменьшатся. При очень большом сопротивлении нагрузки тока в цепи вообще не будет. Это сопротивление называется бесконечно большим. Если цепь разомкнута то ее сопротивление бесконечно большое. Такой режим называется режимом холостого хода.
Таким образом, в режимах, близких к короткому замыканию и к холостому ходу, полезная мощность мала в первом случае за счет малой величины напряжения, а во втором за счет малой величины тока.
Коэффициент полезного действия (к. п. д.) равен 100% при холостом ходе ( в этом случае полезная мощность не выделяется, но в то же время и не затрачивается мощность источника).
По мере увеличения тока нагрузки к. п. д. уменьшается по прямолинейному закону.
В режиме короткого замыкания к. п. д. равен нулю ( полезной мощности нет, а мощность развиваемая источником, полностью расходуется внутри него).
Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать выводы.
Условие получения максимальной полезной мощности( R=R0) и условие получения максимального к. п. д. (R=∞) не совпадают. Более того, при получении от источника максимальной полезной мощности ( режим согласованной нагрузки) к. п. д.составляет 50%, т.е. половина развиваемой источником мощности бесполезно затрачивается внутри него.
В мощных электрических установках режим согласованной нагрузки является неприемлемым, так как при этом происходит бесполезная затрата больших мощностей. Поэтому для электрических станций и подстанций режимы работы генераторов, трансформаторов, выпрямителей рассчитываются так, чтобы обеспечивался высокий к. п. д. ( 90% и более).
Иначе обстоит дело в технике слабых токов. Возьмем, например, телефонный аппарат. При разговоре перед микрофоном в схеме аппарата создается электрический сигнал мощностью около 2 мвт. Очевидно, что для получения наибольшей дальности связи необходимо передать в линию как можно большую мощность, а для этого требуется выполнить режим согласованного включения нагрузки. Имеет ли в данном случае существенное значение к. п. д.? Конечно нет, так как потери энергии исчисляются долями или единицами милливатт.
Режим согласованной нагрузки применяется в радиоаппаратуре. В том случае, когда согласованный режим при непосредственном соединении генератора и нагрузки не обеспечивается, применяют меры согласования их сопротивлений.
Ïðåäìåòîì äàííîé ñòàòüè áóäåò îñâåùåíèå â îáùåì âèäå ðåæèìîâ ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêîé ñåòè â óñëîâèÿõ ñîãëàñîâàíèÿ èñòî÷íèêà è íàãðóçêè. ×òî ýòî çà óñëîâèÿ è êîãäà è äëÿ ÷åãî îíè íóæíû? Îñîáîãî âíèìàíèÿ çàñëóæèâàåò ñîãëàñîâàííûé ðåæèì (ïî ìîùíîñòè), íî ìû ðàññìîòðèì ìåæäó ïðî÷èì è äðóãèå ðåæèìû ñîãëàñîâàíèÿ.
Ñîãëàñîâàííûì ðåæèìîì, â îáùåì ñìûñëå, íàçûâàåòñÿ òàêîé ðåæèì ðàáîòû ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, êîãäà íà íàãðóçêå, ïîäêëþ÷åííîé ê äàííîìó èñòî÷íèêó, âûäåëÿåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, êîòîðóþ ñïîñîáåí äàòü ýòîò èñòî÷íèê â òåêóùåì åãî ñîñòîÿíèè.
Óñëîâèåì, ïðè êîòîðîì èìååò ìåñòî äàííûé ðåæèì, ÿâëÿåòñÿ ðàâåíñòâî ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè âíóòðåííåìó ñîïðîòèâëåíèþ èñòî÷íèêà äëÿ öåïåé ïîñòîÿííîãî òîêà, èëè ðàâåíñòâî ñîáñòâåííîãî èìïåäàíñà èñòî÷íèêà êîìïëåêñíîìó èìïåäàíñó íàãðóçêè äëÿ öåïåé ïåðåìåííîãî òîêà.
Î÷åâèäíî, ÷òî äëÿ ðåàëüíûõ èñòî÷íèêîâ ýëåêòðîýíåðãèè, îáëàäàþùèõ îïðåäåëåííûì êîíå÷íûì âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì, ñïðàâåäëèâî óòâåðæäåíèå, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè íà÷èíàÿ îò íóëÿ, âûäåëÿåìàÿ íà íåé ìîùíîñòü ñíà÷àëà íåëèíåéíî âîçðàñòàåò, çàòåì äîñòèãàåòñÿ ïèê âûäåëÿåìîé íà íàãðóçêå ìîùíîñòè (äëÿ äàííîãî èñòî÷íèêà), è ñ äàëüíåéøèì óâåëè÷åíèåì ñîïðîòèâëåíèÿ íàãðóçêè, âûäåëÿåìàÿ íà íåé ìîùíîñòü íåëèíåéíî ñíèæàåòñÿ, ïðèáëèæàÿñü ê íóëþ.
Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî òîê èñòî÷íèêà ñâÿçàí íå òîëüêî ñ ñîïðîòèâëåíèåì íàãðóçêè R, íî è ñ ñîáñòâåííûì ñîïðîòèâëåíèåì èñòî÷íèêà r:
Òàê èëè èíà÷å, ñ öåëüþ ñîãëàñîâàíèÿ íàãðóçêè è èñòî÷íèêà, ïîäáèðàþò èìåííî òàêîå ñîîòíîøåíèå ìåæäó âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì èñòî÷íèêà è ñîïðîòèâëåíèåì öåïè íàãðóçêè, ÷òîáû ïîëó÷åííàÿ ñèñòåìà â ðåçóëüòàòå ïðîÿâëÿëà áû èìåííî òå ñâîéñòâà, êîòîðûå îò íåå äëÿ êîíêðåòíîé çàäà÷è òðåáóþòñÿ. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ñóùåñòâóåò íåñêîëüêî âàðèàíòîâ ñîãëàñîâàíèÿ íàãðóçêè è èñòî÷íèêà, è äàâàéòå ñïðàâåäëèâîñòè ðàäè îñíîâíûå èç íèõ îòìåòèì: ïî íàïðÿæåíèþ, ïî òîêó, ïî ìîùíîñòè, ïî âîëíîâîìó ñîïðîòèâëåíèþ.
Ñîãëàñîâàíèå íàãðóçêè è èñòî÷íèêà ïî íàïðÿæåíèþ
Ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ íà íàãðóçêå ìàêñèìàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ, åå ñîïðîòèâëåíèå ïîäáèðàþò òàêèì, ÷òîáû îíî îêàçàëîñü ìíîãî áîëüøå âíóòðåííåãî ñîïðîòèâëåíèÿ èñòî÷íèêà. Òî åñòü â ïðåäåëå èñòî÷íèê äîëæåí ðàáîòàòü ïîä íàãðóçêîé, íî ïðè ýòîì â ðåæèìå õîëîñòîãî õîäà, òîãäà íàïðÿæåíèå íà íàãðóçêå áóäåò ðàâíî ÝÄÑ èñòî÷íèêà. Òàêîå ñîãëàñîâàíèå ïðèìåíÿþò â ÷àñòíîñòè â ýëåêòðîííûõ ñèñòåìàõ, â êîòîðûõ íàïðÿæåíèå ñëóæèò íîñèòåëåì èíôîðìàöèè, íîñèòåëåì ñèãíàëà, è íåîáõîäèìî ÷òîáû ïðè ïåðåäà÷å ýòîãî ñèãíàëà ïîòåðè áûëè áû ìèíèìàëüíûìè.
Ñîãëàñîâàíèå íàãðóçêè è èñòî÷íèêà ïî òîêó
Êîãäà íà íàãðóçêå òðåáóåòñÿ ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíûé òîê, ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè ïîäáèðàþò êàê ìîæíî ìåíüøèì, ìíîãî ìåíüøèì ÷åì âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà. Òî åñòü èñòî÷íèê ðàáîòàåò â ðåæèìå êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ, è ïðè ýòîì ÷åðåç íàãðóçêó òå÷åò òîê, ðàâíûé òîêó êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ.
Òàêîå ðåøåíèå ïðèìåíÿåòñÿ â ÷àñòíîñòè â ýëåêòðîííûõ ñõåìàõ, ãäå íîñèòåëåì ñèãíàëà ÿâëÿåòñÿ òîê. Ê ïðèìåðó, áûñòðîäåéñòâóþùèé ôîòîäèîä ïåðåäàåò ñèãíàë èìåííî òîêîì, êîòîðûé çàòåì ïðåîáðàçóåòñÿ â íåîáõîäèìîãî óðîâíÿ íàïðÿæåíèå. Áëàãîäàðÿ ìàëîìó âõîäíîãî ñîïðîòèâëåíèþ ðåøàåòñÿ ïðîáëåìà çàóæåíèÿ ïîëîñû èç-çà ïàðàçèòíîãî RC-ôèëüòðà.
Ñîãëàñîâàíèå íàãðóçêè è èñòî÷íèêà ïî ìîùíîñòè (ñîãëàñîâàííûé ðåæèì)
Íà íàãðóçêå ïîëó÷àåòñÿ ìàêñèìàëüíàÿ ìîùíîñòü, êîòîðóþ ñïîñîáåí äàòü èñòî÷íèê. Ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè ðàâíî âíóòðåííåìó ñîïðîòèâëåíèþ èñòî÷íèêà (èìïåäàíñó). Ìîùíîñòü, âûäåëÿåìàÿ â äàííîì ðåæèìå íà íàãðóçêå, îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:
Ñîãëàñîâàíèå íàãðóçêè è èñòî÷íèêà ïî âîëíîâîìó ñîïðîòèâëåíèþ
 òåîðèè äëèííûõ ëèíèé è â ÑÂ× òåõíèêå ýòî îñîáåííî çíà÷èìûé òèï ñîãëàñîâàíèÿ. Ïðè ñîãëàñîâàíèè ïî âîëíîâîìó ñîïðîòèâëåíèþ, â ëèíèè ïåðåäà÷è ïîëó÷àåòñÿ ìàêñèìàëüíûé êîýôôèöèåíò áåãóùåé âîëíû, ÷òî òîæäåñòâåííî, ïðèìåíèòåëüíî ê äëèííûì ëèíèÿì, ñîãëàñîâàíèþ ïî ìîùíîñòè â îáû÷íûõ öåïÿõ ïåðåìåííîãî òîêà.
Ïðè ñîãëàñîâàíèè ïî âîëíîâîìó ñîïðîòèâëåíèþ, âîëíîâîå ñîïðîòèâëåíèå íàãðóçêè äîëæíî áûòü ðàâíî âíóòðåííåìó ñîïðîòèâëåíèþ èñòî÷íèêà âîëíû. Âñþäó â ÑÂ× òåõíèêå ïðèìåíÿþò ñîãëàñîâàíèå ïî âîëíîâîìó ñîïðîòèâëåíèþ.
Êñòàòè, ïðèìåíèòåëüíî ê àëüòåðíàòèâíîé ýíåðãåòèêå áëèæàéøåãî áóäóùåãî, êîãäà èñòî÷íèê ýëåêòðîýíåðãèè îáëàäàåò èíäèâèäóàëüíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ñèëüíî îòëè÷àþùèìèñÿ îò òðàäèöèîííûõ, íåîáõîäèìî â ïåðâóþ î÷åðåäü îáåñïå÷èòü ñîãëàñîâàííûé ðåæèì ðàáîòû èñòî÷íèêà è ïðèåìíèêà, ïóòåì èçãîòîâëåíèÿ ïðèåìíèêà, êîòîðûé áóäåò ïîäõîäèòü ñâîèìè õàðàêòåðèñòèêàìè ê äàííîìó èñòî÷íèêó, à ëèøü çàòåì ïðåîáðàçîâûâàòü ïîëó÷åííóþ ýíåðãèþ â ïðèåìëåìûé äëÿ íàãðóçêè âèä.
Мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, называется полной мощностью.
Она определяется по формуле
где Pоб-полная мощность, развиваемая источником тока во всей цепи, вт;
Е- э. д. с. источника, в;
I-величина тока в цепи, а.
В общем виде электрическая цепь состоит из внешнего участка (нагрузки) с сопротивлением R и внутреннего участка с сопротивлением R0 (сопротивлением источника тока).
Заменяя в выражении полной мощности величину э. д. с. через напряжения на участках цепи, получим
Величина UI соответствует мощности, развиваемой на внешнем участке цепи (нагрузке), и называется полезной мощностью Pпол=UI.
Величина UoI соответствует мощности, бесполезно расходуемой внутри источника, Ее называют мощностью потерь Po=UoI.
Таким образом, полная мощность равна сумме полезной мощности и мощности потерь Pоб=Pпол+P0.
Отношение полезной мощности к полной мощности, развиваемой источником, называется коэффициентом полезного действия, сокращенно к. п. д.,и обозначается η.
Из определения следует
При любых условиях коэффициент полезного действия η ≤ 1.
Если выразить мощности через величину тока и сопротивления участков цепи, получим
Таким образом, к. п. д. зависит от соотношения между внутренним сопротивлением источника и сопротивлением потребителя.
Обычно электрический к. п. д. принято выражать в процентах.
Для практической электротехники особый интерес представляют два вопроса:
1. Условие получения наибольшей полезной мощности
2. Условие получения наибольшего к. п. д.
Наибольшую полезную мощность( мощность на нагрузке) электрический ток развивает в том случае, если сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника тока.
Эта наибольшая мощность равна половине всей мощности (50%) развиваемой источником тока во всей цепи.
Половина мощности развивается на нагрузке и половина развивается на внутреннем сопротивлении источника тока.
Если будем уменьшать сопротивление нагрузки, то мощность развиваемая на нагрузке будет уменьшаться а мощность развиваемая на внутреннем сопротивлении источника тока будет увеличиваться.
Если сопротивление нагрузки равно нулю то ток в цепи будет максимальным, это режим короткого замыкания (КЗ). Почти вся мощность будет развивается на внутреннем сопротивлении источника тока. Этот режим опасен для источника тока а также для всей цепи.
Если сопротивление нагрузки будем увеличивать, то ток в цепи будет уменьшатся, мощность на нагрузке также будет уменьшатся. При очень большом сопротивлении нагрузки тока в цепи вообще не будет. Это сопротивление называется бесконечно большим. Если цепь разомкнута то ее сопротивление бесконечно большое. Такой режим называется режимом холостого хода.
Таким образом, в режимах, близких к короткому замыканию и к холостому ходу, полезная мощность мала в первом случае за счет малой величины напряжения, а во втором за счет малой величины тока.
Коэффициент полезного действия (к. п. д.) равен 100% при холостом ходе ( в этом случае полезная мощность не выделяется, но в то же время и не затрачивается мощность источника).
По мере увеличения тока нагрузки к. п. д. уменьшается по прямолинейному закону.
В режиме короткого замыкания к. п. д. равен нулю ( полезной мощности нет, а мощность развиваемая источником, полностью расходуется внутри него).
Подводя итоги вышеизложенному, можно сделать выводы.
Условие получения максимальной полезной мощности( R=R0) и условие получения максимального к. п. д. (R=∞) не совпадают. Более того, при получении от источника максимальной полезной мощности ( режим согласованной нагрузки) к. п. д.составляет 50%, т.е. половина развиваемой источником мощности бесполезно затрачивается внутри него.
В мощных электрических установках режим согласованной нагрузки является неприемлемым, так как при этом происходит бесполезная затрата больших мощностей. Поэтому для электрических станций и подстанций режимы работы генераторов, трансформаторов, выпрямителей рассчитываются так, чтобы обеспечивался высокий к. п. д. ( 90% и более).
Иначе обстоит дело в технике слабых токов. Возьмем, например, телефонный аппарат. При разговоре перед микрофоном в схеме аппарата создается электрический сигнал мощностью около 2 мвт. Очевидно, что для получения наибольшей дальности связи необходимо передать в линию как можно большую мощность, а для этого требуется выполнить режим согласованного включения нагрузки. Имеет ли в данном случае существенное значение к. п. д.? Конечно нет, так как потери энергии исчисляются долями или единицами милливатт.
Режим согласованной нагрузки применяется в радиоаппаратуре. В том случае, когда согласованный режим при непосредственном соединении генератора и нагрузки не обеспечивается, применяют меры согласования их сопротивлений.