Tenk på en lukket uforgrenet krets som består av en strømkilde og en motstand.
La oss bruke loven om bevaring av energi på hele kretsen:
.
Fordi 
, og for en lukket krets faller punktene 1 og 2 sammen, kraften til elektriske krefter i en lukket krets er null. Dette tilsvarer uttalelsen om potensialet til det elektriske likestrømfeltet, som allerede ble nevnt tidligere.
Så inn I en lukket krets frigjøres all varme på grunn av arbeidet med eksterne krefter:, eller , og vi kommer igjen til Ohms lov, nå for en lukket krets: .
Full kraft kretsen kalles kraften til eksterne krefter, den er også lik den totale termiske effekten:
Nyttig kall den termiske kraften som frigjøres i den eksterne kretsen (uavhengig av om den er nyttig eller skadelig i dette spesielle tilfellet):
(3).
Rollen til elektriske krefter i en krets. I den eksterne kretsen, på lasten R, elektriske krefter utfører positivt arbeid, og når du flytter en ladning inne i en strømkilde - den samme negative verdien. I den eksterne kretsen frigjøres varme på grunn av arbeidet med det elektriske feltet. Arbeidet gitt i den eksterne kretsen elektrisk felt"tilbake" til seg selv inne i gjeldende kilde. Som et resultat blir all varmen i kretsen "betalt" av arbeidet til eksterne krefter: strømkilden mister gradvis den kjemiske (eller annen) energien som er lagret i den. Det elektriske feltet spiller rollen som en "bud" som leverer energi til den eksterne kretsen.
Avhengighet av total, nyttig kraft og effektivitet på belastningsmotstand R
.
Disse avhengighetene er hentet fra formler (1 – 2) og Ohms lov for hele kjeden:
. (4)
. (5)
Du kan se grafene over disse avhengighetene i figuren.
Den totale kraften avtar monotont med økende , fordi strømmen i kretsen avtar. Maksimal bruttoeffekt er utgitt kl , dvs. på kortslutning. Den nåværende kilden gjør det maksimale arbeidet per tidsenhet, men alt går til oppvarming av selve kilden. Maksimal tilsynelatende kraft er
.
Den nyttige potensen har et maksimum på (som du kan verifisere ved å ta den deriverte av funksjon (5) og likestille den til null). Ved å erstatte med uttrykk (5), finner vi den maksimale nyttige kraften:
.
Avhengighet av strøm og effektivitet av strømkilden på lasten
Enheter og tilbehør: laboratoriepanel, to batterier, milliammeter, voltmeter, variable motstander.
Introduksjon. De mest brukte likestrømskildene er galvaniske celler, batterier og likerettere. La oss koble til strømkilden den delen som trenger sin elektriske energi (lyspære, radio, mikrokalkulator, etc.). Denne delen av den elektriske kretsen kalles vanligvis belastningen. Lasten har en viss elektrisk motstand R og bruker strøm fra kilden Jeg(Figur 1).
Lasten utgjør den eksterne delen av den elektriske kretsen. Men det er også en intern del av kretsen - dette er faktisk selve strømkilden, den har elektrisk motstand r, den samme strømmen flyter i den Jeg. Grensen mellom de interne og eksterne delene av kretsen er "+" og "–" terminalene til strømkilden, som forbrukeren er koblet til
I figur 1 er gjeldende kilde dekket av en stiplet omriss.
Strømkilde med elektromotorisk kraft E skaper en strøm i en lukket krets, hvis styrke bestemmes Ohms lov:
Når strømmen går gjennom motstander R Og r termisk energi frigjøres i dem, bestemt ved lov Joule-Lenz. Strøm i den ytre delen av kretsen R e – ekstern strøm
Denne kraften er nyttig.
Kraft på innsiden R Jeg – indre kraft. Den er ikke tilgjengelig for bruk og er derfor tap kildekraft
Full gjeldende kildekraft R er summen av disse to leddene,
Som det fremgår av definisjoner (2,3,4), er hver av potensene avhengig av både den flytende strømmen og motstanden til den tilsvarende delen av kretsen. La oss vurdere denne avhengigheten separat.
MaktavhengighetP e , P Jeg , P fra belastningsstrømmen.
Med hensyn til Ohms lov (1), kan den totale effekten skrives som følger:
Dermed, Kildens totale effekt er direkte proporsjonal nåværende forbruk.
Strøm frigjort ved belastningen ( utvendig), Det er
Det er lik null i to tilfeller:
1) jeg = 0 og 2) E – Ir = 0. (7)
Den første betingelsen er gyldig for en åpen krets når R , den andre tilsvarer den såkalte kortslutning kilde når den eksterne kretsmotstanden R = 0 . I dette tilfellet når strømmen i kretsen (se formel (1)) sin høyeste verdi - kortslutning.
Ved denne strømmen full makten blir størst
R NB = EI kortslutning =E 2 / r. (9)
Hun skiller seg imidlertid ut inne i kilden.
La oss finne ut under hvilke forhold ekstern kraft blir maksimum. Maktavhengighet P e fra strømmen er (se formel (6)) parabolsk:
.
Plasseringen til maksimumet av funksjonen bestemmes fra betingelsen:
dP e /dI = 0, dP e /dI = E – 2Ir.
Den nyttige kraften når sin maksimale verdi ved strøm
som er halvparten av strømmen kortslutning(8), (se fig. 2):
Den eksterne kraften ved denne strømmen er
(12)
de. maksimal ekstern effekt er en fjerdedel av maksimum full kraft kilde.
Kraft frigjort av intern motstand under strøm Jeg max er definert som følger:
,
(13)
de. er også en fjerdedel av den maksimale totale effekten til gjeldende kilde. Merk at for øyeblikket Jeg maks
P e = P Jeg . (14)
Når strømmen i kretsen tenderer til sin største verdi Jeg kortslutning , indre kraft
de. lik den høyeste kraften til kilden (9). Dette betyr at all kraften til kilden er allokert til dens innvendig motstand, som selvfølgelig er skadelig med tanke på sikkerheten til gjeldende kilde.
Karakteristiske punkter i avhengighetsgrafen P e = P e (Jeg) vist i fig. 2.
Effektivitet driften av gjeldende kilde er estimert effektivitet. Effektivitet er forholdet mellom nyttig kraft og den totale kraften til kilden:
= P e / P.
Ved å bruke formel (6) kan uttrykket for effektivitet skrives som følger:
.
(15)
Fra formel (1) er det klart at E – Ir = IR det er spenning U på ytre motstand. Derfor effektivitet
= U/ E . (16)
Av uttrykk (15) følger det også at
= (17)
de. Effektiviteten til kilden avhenger av strømmen i kretsen og har en tendens til den høyeste verdien, lik enhet, ved strøm Jeg 0 (fig.3) . Når strømmen øker, synker virkningsgraden lineært og går til null ved en kortslutning, når strømmen i kretsen blir størst. Jeg kortslutning = E/ r .
Fra den parabolske naturen til avhengigheten av ekstern kraft av strøm (6) følger det at den samme kraften på lasten P e kan oppnås ved to forskjellige verdier av strøm i kretsen. Fra formel (17) og fra grafen (fig. 3) er det klart at for å oppnå større effektivitet fra kilden er det å foretrekke å operere ved lavere belastningsstrømmer, hvor denne koeffisienten er høyere.
2. StrømavhengighetP e , P Jeg , P fra belastningsmotstand.
La oss vurdere avhengighet komplett, nyttig og intern strøm fra eksternt motstandR i kildekretsen med EMF E og indre motstand r.
Full potensen utviklet av kilden kan skrives som følger hvis vi erstatter uttrykket for gjeldende (1) i formel (5):
Så den totale effekten avhenger av belastningsmotstanden R. Den er størst under en kortslutning, når belastningsmotstanden går til null (9). Med økende belastningsmotstand R Den totale effekten avtar, og tenderer til null ved R .
Skiller seg ut ved ytre motstand
(19)
Utvendig makt R e er en del av den totale kraften R og verdien avhenger av motstandsforholdet R/(R+ r) . Under en kortslutning er den eksterne strømmen null. Når motstanden øker R det øker først. På R r ekstern kraft har en tendens til å være full i størrelse. Men selve nyttekraften blir liten, siden den totale kraften avtar (se formel 18). På R ekstern kraft har en tendens til null, og det samme gjør total effekt.
Hva bør være lastmotstanden for å motta fra denne kilden maksimum ekstern (nyttig) strøm (19)?
La oss finne maksimum av denne funksjonen fra betingelsen:
Løser vi denne ligningen, får vi R maks = r.
Dermed, Maksimal kraft frigjøres i den eksterne kretsen hvis motstanden er lik den interne motstanden til strømkilden. Under denne tilstanden er strømmen i kretsen lik E/2 r, de. halvparten av kortslutningsstrømmen (8). Maksimal nyttig kraft ved denne motstanden
som sammenfaller med det som ble oppnådd ovenfor (12).
Strøm frigjøres ved den indre motstanden til kilden
På R P Jeg P, og når R=0 når sin største verdi P Jeg NB = P NB = E 2 / r. På R= r intern strøm er halvfull, P Jeg = P/2 . På R r den avtar nesten på samme måte som den fulle (18).
Effektivitetens avhengighet av motstanden til den eksterne delen av kretsen uttrykkes som følger:
=
(23)
Fra den resulterende formelen følger det at virkningsgraden har en tendens til null når belastningsmotstanden nærmer seg null, og virkningsgraden tenderer til den høyeste verdien lik enhet når belastningsmotstanden øker til R r. Men nyttekraften avtar nesten like mye som 1/ R (se formel 19).
Makt R e når sin maksimale verdi kl R maks = r, effektiviteten er lik, i henhold til formel (23), = r/(r+ r) = 1/2. Dermed, betingelsen for å oppnå maksimal nytteeffekt er ikke sammenfallende med betingelsen for å oppnå størst effektivitet.
Det viktigste resultatet av vurderingen er optimal tilpasning av kildeparametrene med belastningens art. Tre områder kan skilles ut her: 1) R r, 2)R r, 3) R r. Først tilfellet oppstår der lav strøm kreves fra kilden i lang tid, for eksempel i elektroniske klokker, mikrokalkulatorer. Størrelsen på slike kilder er liten, tilførselen av elektrisk energi i dem er liten, den må brukes økonomisk, så de må fungere med høy effektivitet.
Sekund tilfelle - en kortslutning i lasten, der all kraften til kilden frigjøres i den og ledningene som kobler kilden til lasten. Dette fører til overdreven oppvarming og er en ganske vanlig årsak til brann og brann. Derfor er en kortslutning av strømkilder med høy effekt (dynamoer, batterier, likerettere) ekstremt farlig.
I tredje tilfelle, de ønsker å få maksimal kraft fra kilden i det minste for en kort tid, for eksempel når du starter en bilmotor ved hjelp av en elektrisk starter, er effektivitetsverdien ikke så viktig. Starteren slår seg på en kort tid. Langsiktig drift av kilden i denne modusen er praktisk talt uakseptabel, da det fører til rask utladning av bilbatteriet, dets overoppheting og andre problemer.
For å sikre driften av kjemiske strømkilder i ønsket modus, er de koblet til hverandre på en bestemt måte til såkalte batterier. Cellene i batteriet kan kobles i serie, parallelt og inn blandet opplegg. Dette eller det tilkoblingsskjemaet bestemmes av belastningsmotstanden og mengden strøm som forbrukes.
Det viktigste driftskravet for kraftverk er deres høye effektivitet. Fra formel (23) er det klart at effektiviteten har en tendens til enhet hvis indre motstand strømkilden er liten sammenlignet med belastningsmotstanden
Parallelt kan du koble elementer som har det samme EMF. Hvis tilkoblet n identiske elementer, så fra et slikt batteri kan du få strøm
Her r 1 - motstand av ett element, E 1 – EMF av ett element.
En slik kobling er fordelaktig å bruke ved lavmotstandsbelastninger, dvs. på R r. Siden den totale interne motstanden til batteriet når det kobles parallelt reduseres med n ganger sammenlignet med motstanden til ett element, så kan det lages nær belastningsmotstanden. Takket være dette øker effektiviteten til kilden. Øker inn n tider og energikapasiteten til batterielementene.
r, da er det mer lønnsomt å koble elementene i et batteri i serie. I dette tilfellet vil emf på batteriet være n ganger større enn EMF for ett element og den nødvendige strømmen kan fås fra kildenHensikt dette laboratoriearbeidet er eksperimentell verifisering De teoretiske resultatene oppnådd ovenfor på avhengigheten av den totale, interne og eksterne (netto) kraften og effektiviteten til kilden på både kraften til den forbrukte strømmen og belastningsmotstanden.
Beskrivelse av installasjonen. For å studere driftskarakteristikkene til strømkilden, brukes en elektrisk krets, hvis diagram er vist i fig. 4. To NKN-45 alkaliske batterier brukes som strømkilde, som kobles til sekvensielt inn i ett batteri gjennom en motstand r , modellering av den indre motstanden til kilden.
Dens inkludering kunstigøker den interne motstanden til batteriene, som 1) beskytter dem mot overbelastning når de bytter til kortslutningsmodus og 2) gjør det mulig å endre den interne motstanden til kilden på forespørsel fra eksperimentatoren. Som last (ekstern kretsmotstand) s 
to variable motstander brukes R 1
Og R 2
. (den ene grovjustering, den andre fin), som gir jevn strømregulering over et bredt område.
Alle instrumenter er montert på et laboratoriepanel. Motstandene er festet under panelet deres kontrollknotter og terminaler er plassert på toppen, nær hvilke det er tilsvarende inskripsjoner.
Målinger. 1.Installer bryteren P til nøytral stilling, bytt VCåpen. Vri motstandsknottene mot klokken til de stopper (dette tilsvarer den høyeste belastningsmotstanden).
Sett sammen den elektriske kretsen i henhold til diagrammet (fig. 4), ikke blir med foreløpig aktuelle kilder.
Etter å ha kontrollert den sammensatte kretsen av en lærer eller laboratorieassistent, koble til batteriene E 1 Og E 2 , observerer polaritet.
Still inn kortslutningsstrømmen. For å gjøre dette, sett bryteren P til posisjon 2 (ekstern motstand er null) og ved hjelp av en motstand r still milliammeternålen til grensen (lengst til høyre) inndeling av instrumentskalaen - 75 eller 150 mA. Takket være motstanden r V laboratorieinstallasjon Det er mulighet til å regulere indre motstand til strømkilden. Faktisk er intern motstand en konstant verdi for denne typen kilde og kan ikke endres.
Still inn bryteren På posisjonere 1 , og dermed skru på den eksterne motstanden (belastning) R= R 1 + R 2 inn i kildekretsen.
Ved å endre strømmen i kretsen gjennom 5...10 mA fra høyeste til laveste verdi ved hjelp av motstander R 1 Og R 2 , registrer milliammeter- og voltmeteravlesningene (lastspenning U) inn i tabellen.
Still inn bryteren P til nøytral posisjon. I dette tilfellet er bare et voltmeter koblet til strømkilden, som har en ganske stor motstand sammenlignet med den interne motstanden til kilden, så voltmeteravlesningen vil være litt mindre enn kildens emk. Siden du ikke har noen annen måte å definere det på eksakt verdi, gjenstår det å ta voltmeteravlesningen som E. (Se lab #311 for mer informasjon om dette.)
|
s |
mA |
P e , |
P Jeg , |
R, |
||||
Behandler resultatene. 1. For hver gjeldende verdi, beregn:
total effekt i henhold til formel (5),
ekstern (nyttig) kraft i henhold til formelen,
intern kraft fra forholdet
motstanden til den eksterne delen av kretsen fra Ohms lov R= U/ Jeg,
Effektiviteten til gjeldende kilde i henhold til formel (16).
Bygg avhengighetsgrafer:
total, nyttig og intern kraft fra strøm Jeg (på ett nettbrett),
total, nyttig og indre kraft fra motstand R(også på en tablett); det er mer rimelig å konstruere bare en del av grafen som tilsvarer dens lavresistivitetsdel, og forkaste 4-5 eksperimentelle poeng av 15 i høyresistivitetsområdet,
Kildeeffektivitet kontra strømforbruk Jeg,
Effektivitet kontra lastmotstand R.
Fra grafer P e fra Jeg Og P e fra R bestemme maksimal nettoeffekt i den eksterne kretsen P e maks.
Fra grafen P e fra R bestemme den interne motstanden til strømkilden r.
Fra grafer P e fra Jeg Og P e fra R finn effektiviteten til gjeldende kilde på Jeg maks og kl R maks .
Kontrollspørsmål
1.Tegn et diagram over den elektriske kretsen som brukes i arbeidet.
2.Hva er en gjeldende kilde? Hva er belastningen? Hva er den indre delen av kjeden? Hvor begynner og slutter den ytre delen av kjeden? Hvorfor er en variabel motstand installert? r ?
3.Hva kalles ekstern, nyttig, intern, total kraft? Hvor mye strøm går tapt?
4. Hvorfor foreslås det å beregne nyttekraften i dette arbeidet ved å bruke formelen P e = IU, og ikke i henhold til formel (2)? Begrunn disse anbefalingene.
5. Sammenlign de eksperimentelle resultatene du oppnådde med de beregnede som er gitt i den metodiske håndboken, både når du studerer effektens avhengighet av strøm og lastmotstand.
Kilder nåværendeAbstrakt >> Fysikk
Pågående fra 3 til 30 min. avhengigheter fra temperatur... makt(opptil 1,2 kW/kg). Utladningstiden overstiger ikke 15 minutter. 2.2. Ampulle kilder nåværende...for å jevne ut vibrasjoner laster i kraftsystemer i... skal tilskrives relativt lav Effektivitet(40-45%) og...
Makt harmoniske oscillasjoner i elektriske kretser
Forelesning >> Fysikk... fra kilde V laste det nødvendige gjennomsnittet kommer makt. Siden komplekse påkjenninger og strømmer ... laste og utviklet av generatoren makt, er lik = 0,5. Med økende RF – gjennomsnitt makt avtagende, men vokser Effektivitet. Rute avhengigheter Effektivitet ...
... makt enheter - konsumert makt enheter - fridag makt enheter - Effektivitet enheter godta Effektivitet...som i avhengigheter fra reguleringsdybde... konstant uansett fra Endringer nåværende laster. U kilder mat med...
... makt UPS-er er delt inn i Kilder avbruddsfri strømforsyning liten makt(med full makt ... fra batterier, minus – reduksjon Effektivitet ... nåværende sammenlignet med nominell verdi nåværende laster. ... 115 V avhengigheter fra laster; Attraktivt utseende...
Makt teknisk utstyr eller kraftverk (enheter, enheter), gitt av dem for å utføre arbeid, er angitt i deres tekniske spesifikasjoner. Men dette betyr ikke at alt brukes til det tiltenkte formålet for å oppnå resultater. Kun nyttig kraft brukes til å utføre arbeid.
Definisjon og formel for nyttig kraft
Det er verdt å vurdere konseptet med nyttig kraft og formelen ved å bruke eksemplet på en elektrisk krets. Effekten som strømkilden (PS), spesielt strøm, utvikler i en lukket krets vil være den totale effekten.
Kretsen inkluderer: en strømkilde med EMF (E), en ekstern krets med en last R og en intern krets til en strømforsyning hvis motstand er R0. Formelen for total (total) kraft er:
Her er I verdien av strømmen som går gjennom kretsen (A), og E er verdien av emk (B).
Merk følgende! Spenningsfallet i hver seksjon vil være lik henholdsvis U og U0.
Så formelen vil ha formen:
Ptotal = E*I = (U + U0) *I = U*I + U0*I.
Det kan sees at verdien av produktet U*I er lik kraften som leveres av kilden til lasten og tilsvarer nytteeffekten Ppol.
Verdien lik produktet U0*I tilsvarer strømmen som går tapt inne i strømforsyningen for oppvarming og overvinnelse av den indre motstanden R0. Dette er strømtapet P0.
Verdiene substituert i formelen viser at summen av nyttig og tapt kraft utgjør den totale kraften til IP:
Ptotal=Pgulv+P0.
Viktig! Når du bruker et hvilket som helst apparat (mekanisk eller elektrisk), vil den nyttige kraften være den som gjenstår å yte nødvendig arbeid etter å ha overvunnet faktorene som forårsaker tap (oppvarming, friksjon, motvirkende krefter).
Strømforsyningsparametere
I praksis må du ofte tenke på hva kraften til strømkilden skal være, hvor mange watt (W) eller kilowatt (kW) som trengs for å sikre uavbrutt drift av enheten. For å forstå essensen, må du ha en forståelse av slike konsepter som brukes i fysikk som:
- total kretsenergi;
- EMF og spenning;
- indre motstand av strømforsyningen;
- tap innen den enkelte gründer;
- nyttig kraft.
Uavhengig av hva slags energi kilden produserer (mekanisk, elektrisk, termisk), bør kraften velges med en liten margin (5-10%).
Total kretsenergi
Når en last er koblet til kretsen, som vil forbruke energi fra en strømkilde (IT), vil strømmen fungere. Energien som frigjøres av alle forbrukere og kretselementer som inngår i kretsen (ledninger, elektroniske komponenter osv.) kalles totalenergi. Energikilden kan være hvilken som helst: generator, batteri, termisk kjele. Den totale energiverdien vil være summen av energien kilden bruker på tap og beløpet brukt på å utføre spesifikt arbeid.
EMF og spenning
Hva er forskjellen mellom disse to konseptene?
EMF er elektromotorisk kraft, det er spenningen som eksterne krefter ( kjemisk reaksjon, elektromagnetisk induksjon) opprettes inne i strømkilden (IT). EMF er kraften til bevegelse av elektriske ladninger i IT.
Til din informasjon. Det ser ut til å være mulig å måle verdien av E (EMF) bare i inaktiv modus (tomgang). Tilkobling av en hvilken som helst last fører til et tap av spenning inne i strømforsyningen.
Spenning (U) er en fysisk størrelse som representerer potensialforskjellen ϕ1 og ϕ2 ved utgangen til spenningskilden (VS).
Netto kraft
Definisjonen av begrepet totalmakt brukes ikke bare ift elektriske kretser. Den er også anvendelig for elektriske motorer, transformatorer og andre enheter som er i stand til å forbruke både aktive og reaktive energikomponenter.
Tap inne i strømforsyningen
Lignende tap oppstår ved den interne motstanden til et to-terminalnettverk. For et batteri er dette elektrolyttmotstanden for en generator, dette er viklingsmotstanden, hvis blytråder kommer ut av huset.
Intern motstand mot strømforsyning
Du vil ikke bare kunne måle R0 med en tester, du trenger definitivt å vite det for å beregne P0-tap. Derfor brukes indirekte metoder.
En indirekte metode for å bestemme R0 er som følger:
- i x.x-modus mål E (B);
- når belastningen Rн (Ohm) er slått på, måles Uout (V) og strøm I (A);
- Spenningsfallet inne i kilden beregnes ved hjelp av formelen:
På siste trinn er R0=U0/I funnet.
Sammenheng mellom nyttig kraft og effektivitet
Effektivitetsfaktor (effektivitet) er en dimensjonsløs størrelse, uttrykt numerisk i prosent. Effektivitet er angitt med bokstaven η.
Formelen ser slik ut:
- A – nyttig arbeid (energi);
- Q – energi brukt.
Ettersom effektiviteten øker i forskjellige motorer, er det tillatt å bygge følgende linje:
- elektrisk motor - opptil 98%;
- ICE - opptil 40%;
- dampturbin – opptil 30 %.
Når det gjelder kraft, er effektivitet lik forholdet mellom nyttig kraft og den totale kraften levert av kilden. I alle fall, η ≤ 1.
Viktig! Effektivitet og Ppol er ikke det samme. I ulike arbeidsprosesser oppnår de maksimalt av det ene eller det andre.
Oppnå maksimal energi ved utgangen av IP
Til din informasjon. For å øke effektiviteten til kraner, injeksjonspumper eller flymotorer, er det nødvendig å redusere friksjonskreftene til mekanismer eller luftmotstand. Dette oppnås ved å bruke en rekke smøremidler, installere høyere klasse lagre (erstatte glidning med rullende), endre vingegeometri, etc.
Maksimal energi eller effekt ved utgangen av IP kan oppnås ved å matche belastningsmotstanden Rн og den interne motstanden R0 til IP. Dette betyr at Rн = R0. I dette tilfellet er effektiviteten 50%. Dette er ganske akseptabelt for lavstrømskretser og radioenheter.
Imidlertid er dette alternativet ikke egnet for elektriske installasjoner. For å unngå sløsing med store mengder strøm er driftsmodusen til generatorer, likerettere, transformatorer og elektriske motorer slik at effektiviteten er nærmer seg 95 % og over.
Oppnå maksimal effektivitet
Formelen for effektiviteten til en strømkilde er:
η = Pн/Ptotal = R/Rн+r,
- Pn – lastekraft;
- Ptotal – total effekt;
- R er den totale motstanden til kretsen;
- Rн – belastningsmotstand;
- r – intern motstand av IT.
Som det fremgår av grafen vist i fig. høyere, har effekten Pn en tendens til null når strømmen i kretsen avtar. Effektiviteten vil på sin side nå sin maksimale verdi når kretsen er åpen og strømmen lik null, ved kortslutning i kretsen vil den bli null.
Hvis vi ser på en elementær varmemotor som består av et stempel og en sylinder, er kompresjonsforholdet lik ekspansjonsforholdet. Å øke effektiviteten til en slik motor er mulig hvis:
- opprinnelig høye parametere: trykk og temperatur på arbeidsvæsken før ekspansjonen begynner;
- bringe verdiene deres nærmere parameterne miljø ved fullført utvidelse.
Å oppnå ηmax er bare mulig med den mest effektive endringen i trykket til arbeidskomponenten under rotasjonsbevegelse aksel
Til din informasjon. Den termiske virkningsgraden øker med økende andel varme som tilføres arbeidsvæsken, som omdannes til arbeid. Den tilførte varmen deles inn i to energityper: intern i form av temperatur- og trykkenergi.
Mekanisk arbeid utføres faktisk bare av den andre typen energi. Dette genererer hele linjen ulemper som bremser prosessen med å øke effektiviteten:
- noe av presset går til det ytre miljø;
- å oppnå maksimal effektivitet er umulig uten å øke prosentandelen av trykkenergi som brukes for konvertering til arbeid;
- det er umulig å øke effektiviteten til varmemotorer uten å endre S overflaten av trykkpåføring, og uten å fjerne denne overflaten fra rotasjonspunktet;
- bruk av bare en gassformig arbeidsvæske bidrar ikke til å øke η av varmemotorer.
For å oppnå en høy effektivitet av en varmemotor, må du ta en rekke beslutninger. Følgende enhetsmodeller bidrar til dette:
- introdusere en annen arbeidsvæske med forskjellige fysiske egenskaper i ekspansjonssyklusen;
- få mest mulig ut av begge energityper av arbeidsfluidet før ekspansjon;
- generere ekstra arbeidsvæske direkte under gassformig ekspansjon.
Informasjon. Alle motormodifikasjoner intern forbrenning i form av: en turbolader, organisering av flere eller distribuerte injeksjoner, samt økende luftfuktighet, bringe drivstoffet under injeksjon til en tilstand av damp, ga ikke håndgripelige resultater i en kraftig økning i effektivitet.
Belastningseffektivitet
Uansett kraften til kilden, vil effektiviteten til elektriske apparater aldri være 100 %.
Unntak. Prinsipp varmepumpe, brukt i driften av kjøleskap og klimaanlegg, bringer effektiviteten deres nærmere 100%. Der fører oppvarming av den ene radiatoren til avkjøling av den andre.
Ellers brukes energi på ytre effekter. For å redusere denne utgiften, må du ta hensyn til følgende faktorer:
- når du arrangerer belysning - på utformingen av lamper, utformingen av reflektorer og fargen på lokalene (reflekterende eller lysabsorberende);
- når du organiserer oppvarming - for termisk isolasjon av varmerør, installasjon av, isolering av vegger, tak og gulv, installasjon av høykvalitets doble vinduer;
- når du organiserer elektriske ledninger, velg riktig merke og tverrsnitt av ledere i henhold til den fremtidige tilkoblede belastningen;
- ved installasjon av elektriske motorer, transformatorer og andre AC-forbrukere - etter cosϕ-verdien.
Å redusere kostnadene for tap fører klart til en økning i effektiviteten når energikilden utfører arbeid på lasten.
Å redusere påvirkningen av faktorer som forårsaker effekttap øker prosentandelen av nyttig kraft som kreves for å utføre arbeid. Dette er mulig ved å identifisere årsakene til tap og eliminere dem.
Video
Når du kobler elektriske apparater til det elektriske nettverket, er det vanligvis kun kraften og effektiviteten til selve det elektriske apparatet som betyr noe. Men når du bruker en strømkilde i en lukket krets, er den nyttige kraften den produserer viktig. Kilden kan være en generator, akkumulator, batteri eller elementer i et solkraftverk. Dette er ikke av grunnleggende betydning for beregninger.
Strømforsyningsparametere
Når du kobler elektriske apparater til strømforsyningen og oppretter en lukket krets, i tillegg til energien P som forbrukes av lasten, tas følgende parametere i betraktning:
- Rane. (total kraft til strømkilden) frigitt i alle deler av kretsen;
- EMF er spenningen som genereres av batteriet;
- P (netto strøm) forbrukes av alle deler av nettverket, bortsett fra gjeldende kilde;
- Po (tap strøm) brukt inne i batteriet eller generatoren;
- intern motstand av batteriet;
- Effektiviteten til strømforsyningen.
Merk følgende! Effektiviteten til kilden og lasten må ikke forveksles. Hvis batterikoeffisienten i et elektrisk apparat er høy, kan den være lav på grunn av tap i ledningene eller selve enheten, og omvendt.
Mer om dette.
Total kretsenergi
Ved forbikjøring elektrisk strøm varme frigjøres langs kretsen, eller annet arbeid utføres. Et batteri eller generator er intet unntak. Energien som frigjøres på alle elementer, inkludert ledninger, kalles total. Den beregnes ved hjelp av formelen Rob.=Ro.+Rpol., hvor:
- Rane. - full kraft;
- Ro. – interne tap;
- Rpol. – nyttig kraft.
Merk følgende! Konseptet med total effekt brukes ikke bare i beregninger av en komplett krets, men også i beregninger av elektriske motorer og andre enheter som bruker reaktiv energi sammen med aktiv energi.
EMF, eller elektromotorisk kraft, er spenningen som genereres av en kilde. Det kan kun måles i X.X-modus. (tomgang). Når en last er tilkoblet og en strøm vises, trekkes Uo fra EMF-verdien. – spenningstap inne i strømforsyningsenheten.
Netto kraft
Nyttig er energien som frigjøres i hele kretsen, bortsett fra strømforsyningen. Det beregnes med formelen:
- "U" - spenning på terminaler,
- "I" - strøm i kretsen.
I en situasjon der belastningsmotstanden er lik motstanden til strømkilden, er den maksimal og lik 50% av full verdi.
Når belastningsmotstanden avtar, øker strømmen i kretsen sammen med interne tap, og spenningen fortsetter å falle, og når den når null, vil strømmen være maksimal og bare begrenset av Ro. Dette er K.Z-modus. - kortslutning. I dette tilfellet er tapsenergien lik totalen.
Når belastningsmotstanden øker, faller strøm- og indre tap, og spenningen stiger. Når man når en uendelig stor verdi (nettverksbrudd) og I=0, vil spenningen være lik EMF. Dette er X..X-modus. - tomgangsbevegelse.
Tap inne i strømforsyningen
Batterier, generatorer og andre enheter har intern motstand. Når strøm flyter gjennom dem, frigjøres tapsenergi. Det beregnes ved hjelp av formelen:
hvor "U®" er spenningsfallet inne i enheten eller forskjellen mellom EMF og utgangsspenningen.
Intern motstand mot strømforsyning
For å beregne tap Ro. du trenger å kjenne den interne motstanden til enheten. Dette er motstanden til generatorviklingene, elektrolytten i batteriet eller av andre grunner. Det er ikke alltid mulig å måle det med et multimeter. Vi må bruke indirekte metoder:
- når enheten er slått på i hvilemodus, måles E (EMF);
- når lasten er tilkoblet, bestemmes Uout. (utgangsspenning) og strøm I;
- Spenningsfallet inne i enheten beregnes:
- intern motstand beregnes:
Nyttig energi P og effektivitet
Avhengig av de spesifikke oppgavene kreves maksimal nytteeffekt P eller maksimal effektivitet. Betingelsene for dette samsvarer ikke:
- P er maksimum ved R=Ro, med effektivitet = 50%;
- Effektiviteten er 100 % i H.H.-modus, med P = 0.
Oppnå maksimal energi ved utgangen av strømforsyningsenheten
Maksimal P oppnås forutsatt at motstandene R (last) og Ro (elektrisitetskilde) er like. I dette tilfellet er effektivitet = 50 %. Dette er "matched load"-modusen.
Utenom dette er to alternativer mulig:
- Motstand R synker, strømmen i kretsen øker, og spenningstapene Uo og Po inne i enheten øker. I kortslutningsmodus (kortslutning) lastmotstanden er "0", I og Po er maksimale, og effektiviteten er også 0%. Denne modusen er farlig for batterier og generatorer, så den brukes ikke. Unntaket er sveisegeneratorer og bilbatterier som er praktisk talt ute av bruk, som, når du starter motoren og slår på starteren, fungerer i en modus nær "kortslutning";
- Belastningsmotstanden er større enn den interne. I dette tilfellet faller belastningsstrømmen og kraften P, og med en uendelig stor motstand er de lik "0". Dette er X.H. (tomgangsbevegelse). Interne tap i nær-C.H-modus er svært små, og effektiviteten er nær 100%.
Følgelig er "P" maksimal når de interne og eksterne motstandene er like og er minimal i andre tilfeller på grunn av høye interne tap under kortslutning og lav strøm i kald modus.
Den maksimale nettoeffektmodusen ved 50 % effektivitet brukes i elektronikk ved lave strømmer. For eksempel i et telefonapparat Pout. mikrofon - 2 milliwatt, og det er viktig å overføre den til nettverket så mye som mulig, samtidig som du ofrer effektiviteten.
Oppnå maksimal effektivitet
Maksimal effektivitet oppnås i H.H.-modus. på grunn av fravær av strømtap inne i Po-spenningskilden. Når belastningsstrømmen øker, synker effektiviteten lineært i kortslutningsmodus. er lik "0". Modus maksimal effektivitet brukes i kraftverksgeneratorer hvor matchet belastning, maksimal netto Po og 50 % virkningsgrad ikke er aktuelt pga. store tap, som utgjør halvparten av all energi.
Belastningseffektivitet
Effektiviteten til elektriske apparater er ikke avhengig av batteriet og når aldri 100%. Unntaket er klimaanlegg og kjøleskap som opererer etter prinsippet om en varmepumpe: kjøling av en radiator skjer ved å varme opp den andre. Hvis du ikke tar hensyn til dette punktet, vil effektiviteten være over 100 %.
Energi brukes ikke bare på utførelse nyttig arbeid, men også for oppvarming av ledninger, friksjon og andre typer tap. I lamper, i tillegg til effektiviteten til selve lampen, bør du være oppmerksom på utformingen av reflektoren, i luftvarmere - på effektiviteten av å varme opp rommet, og i elektriske motorer - på cos φ.
Å kjenne den nyttige kraften til strømforsyningselementet er nødvendig for å utføre beregninger. Uten dette er det umulig å oppnå maksimal effektivitet av hele systemet.
Video
