КПД источника тока
КПД источника тока
В электрических или электронных схемах есть два типа компонентов: пассивные компоненты и активные компоненты. Активные компоненты непрерывно обеспечивают энергией схему – аккумуляторы, генераторы. Пассивные компоненты – резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности – потребляют только энергию.
Что такое источник тока
Источник тока — это устройство, которое непрерывно подает питание в цепь. Это может быть как постоянный, так и переменный ток. Аккумулятор является источником постоянного тока, а электрическая розетка — источником переменного тока.
Одним из наиболее интересных свойств источников питания является их способность преобразовывать неэлектрическую энергию в электрическую, например:
- химикаты в батареях;
- машины в генераторах;
- Солнечная энергетика и т.д.
Блок питания делится на:
- независимый;
- Зависимый (управляемый), его выходной сигнал зависит от напряжения или тока в другом месте цепи и может быть постоянным или изменяться со временем. Используется в качестве эквивалентного источника питания для электронного оборудования.
Говоря о законах цепи и анализе, источник питания часто считают идеальным, то есть теоретически способным без потерь отдавать бесконечное количество энергии, имея при этом свойства, представленные прямой линией. Однако в реальном или практическом источнике всегда существует внутреннее сопротивление, влияющее на его выходную мощность.
Важно! Для параллельного подключения SP должны иметь одинаковое значение напряжения. Последовательное соединение повлияет на выходное напряжение.
Тип IP-соединения
Внутреннее сопротивление источника питания появляется последовательно с цепью.
Мощность источника тока и внутреннее сопротивление
Давайте рассмотрим простую схему, в которой батарея имеет электродвижущую силу E и внутреннее сопротивление r и подает ток I на внешний резистор, имеющий сопротивление R. Внешний резистор может быть любой активной нагрузкой. Основное назначение этой схемы — передача энергии от аккумулятора к нагрузке, где она выполняет какую-то полезную операцию, например, освещение комнаты.
Можно вывести зависимость полезной мощности от сопротивления:
- Эквивалентное сопротивление цепи равно R+r (поскольку нагрузочный резистор включен последовательно с внешней нагрузкой);
- Ток, текущий в цепи, определяется следующим выражением:
Рикки = E x I = E²/(R + r);
- Мощность, рассеиваемая в виде тепла за счет внутреннего сопротивления батареи:
Pr = I²xr = E²xr/(R + r)²;
Читайте также статью: как в айфоне настроить фейс айди
P(R) = I² x R = E² x R/(R + r)²;
- Рикки = Pr + P(R).
Поэтому часть выходной энергии аккумулятора сразу теряется из-за рассеивания тепла через внутреннее сопротивление.
Теперь вы можете построить зависимость P(R) от R и узнать, при какой нагрузке полезная мощность будет максимальной. При анализе крайних значений функции обнаруживается, что по мере увеличения R P(R) будет монотонно возрастать до тех пор, пока R не станет равным r. В этот момент полезная мощность достигнет максимума, а затем начнет монотонно уменьшаться по мере дальнейшего увеличения R.
Когда R = r, P(R)max = E²/4r. В этом случае I = E/2r.
Важно! Это очень важный результат в области электротехники. Передача энергии между источником питания и внешней нагрузкой наиболее эффективна, когда сопротивление нагрузки соответствует внутреннему сопротивлению источника тока.
Если сопротивление нагрузки слишком велико, ток, протекающий через цепь, слишком мал, чтобы передавать энергию нагрузке со значительной скоростью. Если сопротивление нагрузки слишком низкое, большая часть выходной энергии будет рассеиваться в виде тепла внутри самого источника питания.
График мощности и эффективности против сопротивления
Такая ситуация называется координацией. Примером согласования импеданса источника с внешними нагрузками являются аудиоусилители и динамики. Выходное сопротивление усилителя Zout установлено в диапазоне от 4 до 8 Ом, тогда как номинальное входное сопротивление Zin динамика составляет всего 8 Ом. Затем, если вы подключите динамик сопротивлением 8 Ом к выходу усилителя, усилитель будет воспринимать динамик как нагрузку 8 Ом. Соединение двух динамиков сопротивлением 8 Ом параллельно друг другу эквивалентно подключению усилителя к одному динамику сопротивлением 4 Ом, и обе конфигурации находятся в пределах выходных характеристик усилителя.
КПД источника тока
Когда электрический ток действительно работает, происходит преобразование энергии. Вся работа, совершаемая источником питания, используется для преобразования энергии во всей цепи, тогда как полезная работа совершается только в цепи, подключенной к источнику питания.
Видео: 8 класс. Тепловое действие тока. КПД источника тока.
Количественная оценка эффективности источника тока осуществляется через важнейший показатель, определяющий скорость работы, – мощность:
Не вся выходная мощность ИП используется потребителями энергии. Отношение потребляемой энергии к энергии, обеспечиваемой источником, представляет собой формулу эффективности:
Η = полезная мощность/выходная мощность = Pпол./Pвых.
Важно! Поскольку Ppol почти в любом случае меньше Pout, то эта не может быть больше 1.
Расчет эффективности источника тока
Эту формулу можно преобразовать, возведя выражение в степень:
Рикки = I x E = I² x (R + r) xt;
Рпол. = I x U = I² x R xt;
η = Pпол./Pвых. = (I² x R xt)/(I² x (R + r) xt) = R/(R + r).
То есть эффективность источника тока определяется соотношением резисторов: внутреннего сопротивления и нагрузки.
Показатели эффективности часто используются в процентной форме. Тогда формула примет вид:
Из полученного выражения видно, что при выполнении условия совмещения (R = r) коэффициент η = (R/2 x R) x 100% = 50%. При наиболее эффективной передаче энергии эффективность самого источника питания составляет только 50%.
С помощью этого коэффициента можно оценить эффективность работы индивидуальных индивидуальных предпринимателей и потребителей электроэнергии.
Пример значения эффективности:
- Газовые турбины – 40%;
- Солнечные батареи – 15-20%;
- Литий-ионные аккумуляторы – 89-90%;
- Электрический нагреватель – близко к 100%;
- Лампа накаливания – 5-10%;
- светодиодные фонари – 5-50%;
- Холодильные установки – 20-50%.
Показатели полезной мощности рассчитываются для разных потребителей в зависимости от вида выполняемых работ.
Читайте также статью: Гипсовая лепнина для потолка: руководство по выбору и установке
