Суммарная максимальная мощность энергопринимающих устройств: Что такое максимальная мощность энергопринимающ…

Россети Урал — ОАО “МРСК Урала”

Согласие на обработку персональных данных

В соответствии с требованиями Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных» принимаю решение о предоставлении моих персональных данных и даю согласие на их обработку свободно, своей волей и в своем интересе.

Наименование и адрес оператора, получающего согласие субъекта на обработку его персональных данных:

ОАО «МРСК Урала», 620026, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 140 Телефон: 8-800-2501-220.

Цель обработки персональных данных:

Обеспечение выполнения уставной деятельности «МРСК Урала».

Перечень персональных данных, на обработку которых дается согласие субъекта персональных данных:

• — фамилия, имя, отчество;
• — место работы и должность;
• — электронная почта;
• — адрес;
• — номер контактного телефона.

Перечень действий с персональными данными, на совершение которых дается согласие:

Любое действие (операция) или совокупность действий (операций) с персональными данными, включая сбор, запись, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передачу, обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение.

Персональные данные в ОАО «МРСК Урала» могут обрабатываться как на бумажных носителях, так и в электронном виде только в информационной системе персональных данных ОАО «МРСК Урала» согласно требованиям Положения о порядке обработки персональных данных контрагентов в ОАО «МРСК Урала», с которым я ознакомлен(а).

Согласие на обработку персональных данных вступает в силу со дня передачи мною в ОАО «МРСК Урала» моих персональных данных.

Согласие на обработку персональных данных может быть отозвано мной в письменной форме. В случае отзыва согласия на обработку персональных данных.

ОАО «МРСК Урала» вправе продолжить обработку персональных данных при наличии оснований, предусмотренных в п. 2-11 ч. 1 ст. 6 Федерального Закона от 27.07.2006 №152-ФЗ «О персональных данных».

Срок хранения моих персональных данных – 5 лет.

В случае отсутствия согласия субъекта персональных данных на обработку и хранение своих персональных данных ОАО «МРСК Урала» не имеет возможности принятия к рассмотрению заявлений (заявок).

Ростехнадзор разъясняет: Допуск в эксплуатацию электроустановок (энергоустановок) для физ.лиц

Вопрос от 09.06.2016:

Требуется ли согласование с Ростехнадзором для физического лица на допуск в эксплуатацию энергопринимающих устройств, суммарная мощность которых составляет 25 кВт, категория надёжности третья (частный дом)?

Ответ: Ответ на данный вопрос подготовлен специалистами Управления государственного энергетического надзора Ростехнадзора.

Согласно п. 7 г) Правил технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям, утверждённых постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 № 861, в случае технологического присоединения энергопринимающих устройств физического лица, максимальная мощность которых составляет более 15 кВт, использующихся для бытовых и иных нужд, не связанных с осуществлением предпринимательской деятельности, и электроснабжение которых предусматривается по одному источнику (третья категория надёжности), требуется получение разрешения органа федерального государственного энергетического надзора на допуск их в эксплуатацию.

Вопрос от 27.04.2017:

В Ростехнадзор поступило обращение гражданина с вопросом: Нужно ли получать допуск в эксплуатацию объектов заявителя физического лица с максимальной мощностью энергопринимающих устройств до 150 кВт, по 2 категории надежности и уровнем напряжения до 20 кВ?

Ответ: Ответ на данный вопрос был подготовлен специалистами Управления государственного энергетического надзора Ростехнадзора.

В соответствии с пунктом 7 Правил технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям (далее – Правила), утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 № 861, процедура технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии предусматривает получение разрешения органа Ростехнадзора на допуск в эксплуатацию объектов заявителя в установленных случаях.

Данное требование распространяется на энергопринимающие устройства физических лиц, максимальная мощность которых составляет выше 15 кВт (с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств), которые используются для бытовых и иных нужд, не связанных с осуществлением предпринимательской деятельности, а также на энергопринимающие устройства физических лиц с максимальной мощностью менее 15 кВт, электроснабжение которых осуществляется по двум и более источникам.

Таким образом, в случае технологического присоединения энергопринимающих устройств физического лица максимальной мощностью до 150 кВт, электроснабжение которых осуществляется по двум источникам питания (вторая категория надежности), необходимо получение разрешения органа Ростехнадзора.

Вопрос от 02.02.2018:

В управление поступило обращение о некоторых вопросах по технологическому присоединению энергопринимающих устройств физических лиц к электрическим сетям электросетевой организации?

Ответ: В соответствии с приказом Министерства энергетики России от 08. 07.02 № 204 требования Правил устройства электроустановок обязательны для всех организаций независимо от форм собственности и организационно-правовых форм, а также для физических лиц, занятых предпринимательской деятельностью без образования юридического лица.

При выполнении мероприятий по технологическому присоединению, определенных Правилами технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям (далее — Правила технологического присоединения), утвержденных постановлением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2004 года № 861, следует учитывать особенности технологического присоединения электроустановок физических лиц, использующих электроэнергию для бытовых нужд, не связанных с предпринимательской деятельностью. (См. решение Федерального Арбитражного суда Северо-Западного округа №062/2012-46405 (1) по делу №А56-50110/2011, в отношении ОАО «Ленэнерго»).

Федеральный закон от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании (далее по тексту – Закон о техническом регулировании) регулирует отношения, возникающие при:

• разработке, принятии, применении и исполнении обязательных требований к продукции, в том числе зданиям и сооружениям (далее — продукция), или к продукции и связанным с требованиями к продукции процессам проектирования (включая изыскания), производства, строительства, монтажа, наладки, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации.

Согласно статьи 5.1. Закона о техническом регулировании, особенности технического регулирования в области обеспечения безопасности зданий и сооружений устанавливаются Федеральным законом «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

В соответствии с п. 1 ст. 6 Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» постановлением Правительства РФ от 26 декабря 2014 года № 1521 утвержден Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Таким образом, при обследовании энергопринимающих устройств на соответствие правилам и нормам в рамках технологического присоединения, следует учитывать, в том числе, требования указанных федеральных законов, действующих технических регламентов, стандартов и сводов правил.

Споры, которые могут возникнуть при исполнении, изменении и расторжении договора об осуществлении технологического присоединения к электрическим сетям, стороны разрешают в соответствии с законодательством Российской Федерации.

При выполнении монтажа системы электроснабжения энергопотребляющих устройств заявителя следует учитывать следующее.

Применительно к вопросу о монтаже сетевой организацией провода СИП до вводного устройства дома заявителя сообщаем, что согласно п. 16 Правил технологического присоединения договор о технологическом присоединении должен содержать перечень мероприятий по технологическому присоединению (определяется в технических условиях, являющихся неотъемлемой частью договора) и обязательства сторон по их выполнению.

В соответствии с п. 16.3. Правил технологического присоединения обязательства сторон по выполнению мероприятий по технологическому присоединению в случае заключения договора с лицами, указанными в пунктах 12(1), 14 и 34 Правил технологического присоединения, распределяются следующим образом:

• заявитель исполняет указанные обязательства в пределах границ участка, на котором расположены присоединяемые энергопринимающие устройства заявителя;
• сетевая организация исполняет указанные обязательства (в том числе в части урегулирования отношений с иными лицами) до границ участка, на котором расположены присоединяемые энергопринимающие устройства заявителя.

При этом, согласно п. 16.1. Правил технологического присоединения заявители несут балансовую и эксплуатационную ответственность в границах своего участка, до границ участка заявителя балансовую и эксплуатационную ответственность несет сетевая организация, если иное не установлено соглашением между сетевой организацией и заявителем, заключенным на основании его обращения в сетевую организацию.

Управление Ростехнадзора обращает внимание, что согласно п. 2 постановления Правительства РФ от 27 декабря 2004 года № 861, уполномоченным федеральным органом исполнительной власти по обеспечению контроля за соблюдением Правил технологического присоединения определена Федеральная антимонопольная служба.

Вопрос от 12.04.2018:

В Ростехнадзор поступило обращение гражданина с просьбой о разъяснении порядка и необходимости получения согласования на установку и допуск в эксплуатацию дизельной электростанции контейнерного типа.

Ответ: Ответ на данный вопрос был подготовлен специалистами Управления государственного энергетического надзора Ростехнадзора.

В соответствии с требованиями п. 1.3.2 Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей, утвержденных приказом Минэнерго России от 13.01.2003 № 6 (далее — ПТЭП), до начала монтажа или реконструкции электроустановок необходимо:

• получить технические условия в энергоснабжающей организации;
• выполнить проектную документацию;
• согласовать проектную документацию с энергоснабжающей организацией, выдавшей технические условия;

Также до ввода в эксплуатацию дизельной электростанции контейнерного типа, работа которой возможна параллельно с сетью энергоснабжающей организации, должна быть разработана и согласована с энергоснабжающей организацией инструкция, определяющая режим работы дизельной электростанции контейнерного типа (п. 3.3.7 ПТЭП).

Кроме того, в связи со вступлением в силу приказа Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 20.08.2008 № 182 «Об отмене отдельных положений Порядка организации работ по выдаче разрешений на допуск в эксплуатацию энергоустановок», которым отменены некоторые положения Порядка организации работ по выдаче разрешений на допуск в эксплуатацию энергоустановок, утвержденного приказом Ростехнадзора от 07.04.2008 № 212, а также в соответствии с ч. 16 ст. 48 Градостроительного кодекса Российской Федерации сообщается, что согласование проектной документации по энергоустановкам с Ростехнадзором не требуется.

Вопрос от 02.2019:

Нужно ли получать допуск в эксплуатацию электроустановки для физического лица, максимальная мощность которой более 15 кВт?

Ответ: Процедура присоединения энергопринимающих устройств к электрическим сетям сетевой организации установлена «Правилами технологического присоединения энергопринимающих устройств потребителей электрической энергии, объектов по производству электрической энергии, а также объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих сетевым организациям и иным лицам, к электрическим сетям», утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 27. 12.2004 № 861 (далее – Правила).

В соответствии с п. 7 (г), п. 14 Правил получения разрешения органа федерального государственного энергетического надзора на допуск в эксплуатацию объектов не требуется для физических лиц в целях технологического присоединения энергопринимающих устройств, максимальная мощность которых составляет до 15 кВт включительно, которые используются для бытовых и иных нужд, не связанных с осуществлением предпринимательской деятельности.

Получение разрешения органа федерального государственного энергетического надзора на допуск в эксплуатацию электроустановки физического лица, максимальная мощность которой более 15 кВт, является обязательным.

Проведение Ростехнадзором мероприятий по допуску в эксплуатацию энергоустановок осуществляется в соответствии с Порядком организации работ по выдаче разрешений на допуск в эксплуатацию энергоустановок, утвержденным приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 07. 04.2008 № 212.

См. также пересекающиеся темы:

Потребителям с максимальной мощностью не менее 670 кВт

Клиентский офис *

Абзелиловский клиентский офисАльшеевский клиентский офисАскинский клиентский офисАургазинский клиентский офисБаймакский клиентский офисБакалинский клиентский офисБалтачевский клиентский офисБелебеевский клиентский офисБелокатайский клиентский офисБелорецкий клиентский офисБижбулякский клиентский офисБирский клиентский офисБлаговарский клиентский офисБлаговещенский клиентский офисБуздякский клиентский офисБураевский клиентский офисБурзянский клиентский офисВосточное отделение Белорецкая зона обслуживанияВосточное отделение Сибайская зона обслуживанияГафурийский клиентский офисДавлекановский клиентский офисДемский клиентский офисДополнительный офис Нефтекамского отделенияДуванский клиентский офисДюртюлинский клиентский офисЕрмекеевский клиентский офисЗападный клиентский офисЗианчуринский клиентский офисЗилаирский клиентский офисИглинский клиентский офисИлишевский клиентский офисИшимбайский клиентский офисКалтасинский клиентский офисКараидельский клиентский офисКармаскалинско-Архангельский клиентский офисКигинско-Салаватский клиентский офисКугарчинский клиентский офисКумертауский городской клиентский офисКумертауское отделениеКушнаренковский клиентский офисКуюргазинский клиентский офисМелеузовский клиентский офисМечетлинско-Белокатайский клиентский офисМишкинский клиентский офисМиякинский клиентский офисНефтекамский клиентский офисНефтекамское отделениеНуримановский клиентский офисОктябрьский клиентский офисСалаватский клиентский офисСеверный клиентский офисСибайский клиентский офисСипайловский абонентский участок Центрального клиентского офисаСтерлибашевский клиентский офисСтерлитамакский клиентский офисСтерлитамакское отделениеТатышлинский клиентский офисТуймазинский клиентский офисУфимский клиентский офисУфимское отделениеУчалинский клиентский офисФедоровский клиентский офисХайбуллинский клиентский офисЦентральное отделение Северо-Восточная зона обслуживанияЦентральное отделение Центральная зона обслуживанияЦентральный абонентский участок Восточного клиентского офисаЧекмагушевский клиентский офисЧерниковский абонентский участок Северного клиентского офисаЧишминский клиентский офисШакшинский абонентский участок Северного клиентского офиса Шаранский клиентский офисЮго-Восточный клиентский офисЮго-Западное отделение Белебеевская зона обслуживанияЮго-Западное отделение Октябрьская зона обслуживанияЮжный клиентский офисЯнаульский клиентский офис

Потребители с максимальной мощностью не менее 670 кВт (почасовой учет)

С 1 июля 2013 г. в отношении потребителей, максимальная мощность энергопринимающих устройств которых в границах балансовой принадлежности составляет не менее 670 кВт в соответствии с п. 97 «Основных положений функционирования розничных рынков электрической энергии», утв. постановлением Правительства РФ № 442 от 04.05.2012 г. (далее – Положения) выбор ценовой категории осуществляется только между 3-6 ценовой категорией. При этом данные ценовые категории предполагают обязательное наличие почасового учета. Если потребитель не выбрал ценовую категорию (между 3-6), то он автоматически с 1 июля 2013 г. попадает в 3 или 4 ценовую категорию. Таким образом, в отношении потребителей, максимальная мощность которых равна или более 670 кВт ценовая категория выбирается с 1 июля 2013г. без возможности выбора и применения первой и второй ценовых категорий.

Потребители с максимальной мощностью не менее 670 кВт осуществляют выбор ценовой категории самостоятельно посредством уведомления гарантирующего поставщика в течение 1 месяца с даты принятия решения об установлении тарифов на услуги по передаче электрической энергии в соответствующем субъекте Российской Федерации (при этом выбранная ценовая категория применяется для расчетов за электрическую энергию (мощность) с даты введения в действие указанных тарифов на услуги по передаче электрической энергии) и имеют право выбрать:

• третью ценовую категорию — в случае, если энергопринимающие устройства, в отношении которых приобретается электрическая энергия (мощность), оборудованы приборами учета, позволяющими измерять почасовые объемы потребления электрической энергии, при условии выбора одноставочного варианта тарифа на услуги по передаче электрической энергии;
• четвертую ценовую категорию — в случае, если энергопринимающие устройства, в отношении которых приобретается электрическая энергия (мощность), оборудованы приборами учета, позволяющими измерять почасовые объемы потребления электрической энергии, при условии выбора двухставочного варианта тарифа на услуги по передаче электрической энергии или осуществления расчетов по двухставочному варианту тарифа на услуги по передаче электрической энергии без выбора варианта тарифа на услуги по передаче электрической энергии;
• пятую ценовую категорию — в случае, если энергопринимающие устройства, в отношении которых приобретается электрическая энергия (мощность), оборудованы приборами учета, позволяющими измерять почасовые объемы потребления электрической энергии, при условии выбора одноставочного варианта тарифа на услуги по передаче электрической энергии и включения в договор энергоснабжения (купли-продажи (поставки) электрической энергии (мощности)) условия о планировании объемов потребления электрической энергии по часам суток;
• шестую ценовую категорию — в случае, если энергопринимающие устройства, в отношении которых приобретается электрическая энергия (мощность), оборудованы приборами учета, позволяющими измерять почасовые объемы потребления электрической энергии, при условии выбора двухставочного варианта тарифа на услуги по передаче электрической энергии или осуществления расчетов по двухставочному варианту тарифа на услуги по передаче электрической энергии без выбора варианта тарифа на услуги по передаче электрической энергии, а также при включении в договор энергоснабжения (купли-продажи (поставки) электрической энергии (мощности)) условия о планировании объемов потребления электрической энергии по часам суток.

При этом в случае отсутствия уведомления о выборе ценовой категорий применяется третья ценовая категория (для случая применения одноставочного тарифа на услуги по передаче электрической энергии) или четвертая ценовая категория (для случая применения двухставочного тарифа на услуги по передаче электрической энергии).

Изменение ценовой категории, осуществляется путем направления уведомления гарантирующему поставщику за 10 рабочих дней до начала расчетного периода, с которого предполагается изменить ценовую категорию. При этом изменение уже выбранного на текущий период регулирования (расчетный период регулирования в пределах долгосрочного периода регулирования в соответствии с Основами ценообразования в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике (далее –Основы ценообразования) варианта расчета за услуги по передаче электрической энергии не допускается, если иное не предусмотрено Положением, а также Основами ценообразования.

Так как действующим законодательством РФ для потребителей третьей-шестой ценовой категории (с максимальной мощностью не менее 670 кВт) предусмотрена обязательная двухставочная цена (оплата за электрическую энергию и мощность), то данным потребителям необходимо наличие почасового учета.

Также в соответствии с п. 139 Положений для учета электрической энергии потребителям с максимальной мощностью не менее 670 кВт подлежат использованию приборы учета классом точности 0,5S и выше, а также обеспечивающее хранение данных о почасовых объемах потребления электрической энергии за последние 120 дней и более. При этом, в соответствии с п. 143 Положений, если у потребители несколько точек поставки, то все эти точки поставки должны быть оборудованы приборами учета, позволяющими измерять почасовые объемы потребления электроэнергии.

Для получения более подробной информации об изменениях в действующем законодательстве в сфере электроэнергетики, потребитель можно обращаться в отдел розничного рынка ОАО «Мордовская энергосбытовая компания», контактные телефоны: 8(8342) 23-24-45.

Типовые формы документов

Условия договоров об оказании услуг по передаче электрической энергии регулируются  «Правилами недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг», утвержденными Постановлением   Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2004 года N 861 Опубликовано: Российская газета, N 7, 19. 01.2005

Акт передачи электрических нагрузок

Акт Приема-передачи выполненных работ (оказанных услуг)

Типовой договор об осуществлении технологического присоединения к электрическим сетям (для юридических лиц или индивидуальных предпринимателей в целях технологического присоединения энергопринимающих устройств, максимальная мощность которых составляет свыше 15 до 150 кВт включительно (с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств))

Типовой договор об осуществлении технологического присоединения к электрическим сетям (для юридических лиц или индивидуальных предпринимателей в  целях технологического присоединения энергопринимающих устройств, максимальная мощность которых свыше 150 кВт и менее 670 кВт, а также осуществления технологического присоединения по индивидуальному проекту

Типовой договор об осуществлении технологического присоединения к электрическим сетям (для физических лиц в целях технологического присоединения энергопринимающих устройств, максимальная мощность которых составляет до 15 кВт включительно (с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств) и которые используются для бытовых и иных нужд, не связанных с осуществлением предпринимательской деятельности)

Заявка на технологическое присоединение  по одному источнику электроснабжения энергоустановок юридических лиц, индивидуальных предпринимателей,  максимальная мощность которых составляет до 150 кВт включительно (с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств)

Заявка на технологическое присоединение энергопринимающих устройств физических лиц, максимальная мощность которых составляет до 15 кВт включительно ( с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств), которые используются для бытовых и иных нужд, не связанных с осуществлением предпринимательской деятельности, и электроснабжение которых предусматривается по одному источнику питания.

Заявка на технологическое присоединение энергопринимающих устройств юридических лиц или индивидуальных предпринимателей, максимальная мощность энергопринимающих устройств которых составляет свыше 150 кВт и менее 670 кВт.

Заявка на технологическое присоединение энергоустановок юридических лиц, индивидуальных предпринимателей,  суммарная максимальная мощность энергопринимающих устройств которых свыше 670 кВт и физических лиц запрашиваемой максимальной мощностью от 15 кВт и выше.

Заявка на технологическое присоединение  по одному источнику электроснабжения энергоустановок юридических лиц, индивидуальных предпринимателей,  максимальная мощность которых до 150 кВт включительно (с учетом ранее присоединенных в данной точке присоединения энергопринимающих устройств)

Заявление на переоформление документов о технологическом присоединении в связи со сменой собственника или иного законного владельца ранее присоединенных энергопринимающих устройств

Заявление на переоформление документово технологическом присоединении с целью указания в них информации о максимальной мощности энергопринимающих устройств либо наступлением иных обстоятельств, требующих внесения изменений в документы о технологическом присоединении, в том числе связанных с опосредственным технологическим присоединением энергопринимающих устройств.

Заявление на восстановление утраченных документов о технологическом присоединении

Акт об осуществлении технологического присоединения

Акт осмотра (обследования) электроустановки

Акт о выполнении технических условий

Акт разграничения эксплуатационной ответственности сторон

Акт разграничения границ балансовой принадлежности сторон

Понимание теоремы о максимальной мощности

Теорема о максимальной мощности, более известная как теорема о максимальной мощности, является важным инструментом для обеспечения успешного проектирования системы. Проще говоря, эта теорема утверждает, что максимальная мощность, которая может быть передана от источника к нагрузке, составляет 50%, что происходит, когда полное сопротивление источника точно соответствует сопротивлению нагрузки. Однако теорема не так проста, как кажется на первый взгляд, и ее легко понять неправильно.

Фактически, сам Джеймс Прескотт Джоуль не до конца понимал эту теорему.Во время первоначального проектирования современного двигателя он сказал, что мощность, подаваемая на электродвигатель, всегда будет такой же, как тепловыделение в системе, и, таким образом, никогда не сможет достичь эффективности более 50%. Хотя он был прав в своем первом утверждении, он ошибся в своих выводах об эффективности двигателя. В действительности максимальный КПД двигателя — или любой схемы в условиях передачи максимальной мощности согласования импеданса — составляет 50%, но это не максимально возможный КПД.Может быть достигнута более высокая эффективность.

Томас Эдисон осознал, что максимальная передача мощности и максимальная эффективность — разные сущности. Если сопротивление нагрузки увеличивается, можно достичь более высокого КПД. КПД — это процент входной мощности, рассеиваемой нагрузкой. Теорема о передаче максимальной мощности сообщает нам сопротивление нагрузки, которое получит максимальную мощность, передаваемую ей источником. Однако входная мощность от источника зависит от нагрузки; если сопротивление нагрузки увеличивается, общая мощность уменьшается по величине, но процент входной мощности, передаваемой на нагрузку, увеличивается.Другими словами, когда сопротивление нагрузки увеличивается, в нагрузке рассеивается больше мощности, чем в импедансе источника. Следовательно, эффективность увеличивается. Однако величина общей мощности снижается из-за повышенного сопротивления. Точно так же, если сопротивление нагрузки уменьшается, меньший процент общей входной мощности рассеивается в нагрузке, и эффективность снижается.

Теорема о передаче максимальной мощности касается согласованного импеданса. И хотя это помогает в разработке эффективных схем, это совсем не совпадает с максимальной эффективностью потребляемой мощности.Так зачем нам согласование импеданса? Давайте посмотрим на детали.

Основы теоремы о максимальной передаче мощности

Цель теоремы о максимальной мощности — найти оптимальное отношение импеданса нагрузки к импедансу источника для передачи мощности. Теорема, по сути, утверждает, что максимальная величина мощности — а не КПД, который является отношением — будет рассеиваться сопротивлением нагрузки, когда это сопротивление равно сопротивлению Тевенина-Нортона питающей сети.Когда напряжение и величина внутреннего сопротивления источника фиксированы, иногда идеально, чтобы на нагрузку передавалась максимальная мощность за счет оптимального КПД. Когда мощность ограничена, очень важно передать как можно больше, а согласование импеданса очень важно.

Соответствующие таблицы и формулы

При решении в виде математической задачи и выражении в уравнениях закона Ома максимальная передаваемая мощность выглядит так:

Vs и Rs — эквивалентное Тевенину напряжение и сопротивление источника соответственно.RL — сопротивление нагрузки. Ток через нагрузку

Мощность, рассеиваемая в нагрузке, определяется по формуле:

Так как Vs и Rs являются эквивалентами Thevenin и постоянная мощность зависит от RL. Чтобы найти значение RL, для которого мощность максимальна, приведенное выше выражение дифференцируется относительно RL и затем приравнивается к нулю. Полученное значение для R _L составляет:

Таким образом, мощность, рассеиваемая в нагрузке, является максимальной, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению источника.Или, когда мы говорим о цепях переменного тока, мы говорим, что полное сопротивление нагрузки равно комплексно-сопряженному сопротивлению источника.

Практическое применение: условия согласования

В практических приложениях, как правило, безопасно применять правило согласованных условий: активное устройство или источник питания передает максимальную мощность на внешнее устройство, когда полное сопротивление указанного устройства точно совпадает с сопротивлением источника питания.

Для повседневных применений это полезно, когда максимально возможная величина мощности должна передаваться от фиксированного источника. Для систем, в которых входное напряжение обычно не меняется и требуется максимальная мощность, достижение максимальной эффективности не имеет значения. Например, импеданс усилителя согласован с громкоговорителем, чтобы получить максимальную передаваемую мощность и, следовательно, максимальную громкость звука.

Это играет ключевую роль в конструкции радиопередатчика, так как полное сопротивление линии передачи или антенны должно точно соответствовать конечной мощности усилителя для максимальной выходной радиочастоты.

Непревзойденные условия: неэффективная схема

Хотя точное сбалансированное согласование импеданса в некоторых случаях может привести к желаемой максимальной передаче мощности, несовместимая система может привести к потерям.Чрезмерная потеря мощности, рассеивание тепла и даже отказ цепи могут быть результатом неправильного согласования импеданса. В этих случаях снижение эффективности является результатом неправильного согласования, что приводит к чрезмерным потерям мощности.

Например, в линиях передачи импеданс согласовывается для предотвращения отражения. Отражение сигнала в линиях передачи приводит к дополнительным потерям мощности и потерям, зависящим от частоты. В этих случаях снижение эффективности не связано напрямую с рассогласованием импеданса, а связано с дополнительными потерями мощности, вызванными отражением, которое является следствием рассогласования импеданса.Здесь мощность рассеивается не только в источнике и нагрузке, но также за счет третьего коэффициента потерь мощности, что приводит к снижению эффективности.

Трансформаторы согласования импеданса

В случаях, когда требуется согласование импеданса, в игру вступают согласующие трансформаторы.

Трансформаторы согласования импеданса

предназначены для обеспечения максимальной передачи мощности от источника к нагрузке, изменяя импедансы цепи для обеспечения необходимого согласования. Применяя соответствующее соотношение витков к отношению импеданса нагрузки к выходному сопротивлению, эти устройства преобразуют сопротивление на одной стороне цепи в требуемое значение на другой стороне.

Чтобы проиллюстрировать это далее, возьмем пример лампового усилителя. Лампы дают максимальную мощность при довольно высоких напряжениях (300-400 вольт) и малых токах, в то время как большинству динамиков требуется гораздо больший ток при гораздо более низких напряжениях. Например, для мощности 128 Вт на динамик на 8 Ом требуется 32 В (В) при 4 А (А). Если на выходе лампы 384 В, для поддержки 128 Вт требуется всего 0,333 А. Импеданс динамика 32 В / 4 А = 8 Ом; сопротивление усилителя 384 В / 0.333 А = 1152 Ом. Для передачи максимальной мощности нам нужно «согласовать» 8 Ом с 1152 Ом. Мы можем сделать это, используя трансформатор, чтобы уменьшить напряжение в 12 раз (с 384 В до 32 В) и пропорционально увеличить ток в 12 раз (с 0,333 А до 4 А). Эти трансформаторы особенно полезны при работе с переменным напряжением. Обратите внимание, что отношение импеданса 1152: 8 Ом (отношение 144: 1) в точности равно квадрату отношения напряжений 384: 32 В (отношение 12: 1).

Эффективные решения от Triad Magnetics

Команда Triad Magnetics предлагает инновационные индивидуальные услуги по проектированию магнитных устройств и инженерные услуги, подтвержденные сертификатом ISO 9001: 2015. У нас есть складской каталог, содержащий более 1000 деталей, и мы можем разработать индивидуальные решения по мере необходимости — независимо от того, требуются ли клиентам импульсные / высокочастотные или настенные варианты подключения, силовые трансформаторы, катушки индуктивности или звуковые трансформаторы. Обладая более чем 50-летним опытом, мы гордимся тем, что являемся лидерами в этой области.

Чтобы узнать больше о важности теоремы о максимальной передаче мощности и о том, как надежно сбалансировать импеданс цепи, ознакомьтесь с нашей новой электронной книгой «Трансформаторы, согласующие сопротивление».

Электроэнергия и энергия | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Рассчитайте мощность, рассеиваемую резистором, и мощность, подаваемую источником питания.
• Рассчитайте стоимость электроэнергии при различных обстоятельствах.

Мощность в электрических цепях

Мощность ассоциируется у многих с электричеством. Зная, что мощность — это коэффициент использования или преобразования энергии, каково выражение для электроэнергии ? На ум могут прийти линии электропередачи. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним лампочку на 25 Вт с лампой на 60 Вт.(См. Рис. 1 (а).) Поскольку оба работают от одинакового напряжения, лампа мощностью 60 Вт должна потреблять больше тока, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампы на 60 Вт должно быть ниже, чем у лампы на 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от 120 В, подключена к 240 В, она на короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электрической мощностью?

Рис. 1. (a) Какая из этих лампочек, лампа мощностью 25 Вт (вверху слева) или лампа мощностью 60 Вт (вверху справа), имеет большее сопротивление? Что потребляет больше тока? Что потребляет больше всего энергии? По цвету можно сказать, что нить накаливания мощностью 25 Вт круче? Является ли более яркая лампочка другого цвета, и если да, то почему? (кредиты: Дикбаух, Wikimedia Commons; Грег Вестфол, Flickr) (б) Этот компактный люминесцентный светильник (КЛЛ) излучает такую ​​же интенсивность света, как и лампа мощностью 60 Вт, но при входной мощности от 1/4 до 1/10. (кредит: dbgg1979, Flickr)

Электрическая энергия зависит как от напряжения, так и от перемещаемого заряда. Наиболее просто это выражается как PE = qV , где q — это перемещенный заряд, а V, — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость перемещения энергии, поэтому электрическая мощность равна

.

[латекс] P = \ frac {PE} {t} = \ frac {qV} {t} \\ [/ latex].

Учитывая, что ток равен I = q / t (обратите внимание, что Δ t = t здесь), выражение для мощности принимает вид

P = IV

Электрическая мощность ( P ) — это просто произведение тока на напряжение.Мощность имеет знакомые единицы ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность выражается в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 A ⋅V = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. {2} R \\ [/ latex].

Обратите внимание, что первое уравнение всегда верно, тогда как два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не полной мощностью в цепи.) Из трех различных выражений для электрической мощности можно получить различное понимание. Например, P = В ² / R означает, что чем меньше сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше подаваемая мощность.Кроме того, поскольку напряжение возведено в квадрат в P = V ² / R , эффект от приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение увеличивается вдвое до лампочки мощностью 25 Вт, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампы оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также будет выше.

Пример 1. Расчет рассеиваемой мощности и тока: горячая и холодная энергия

(a) Рассмотрим примеры, приведенные в Законе Ома: сопротивление и простые цепи и сопротивление и удельное сопротивление.Затем найдите мощность, рассеиваемую фарами автомобиля в этих примерах, как в горячую, так и в холодную погоду. б) Какой ток он потребляет в холодном состоянии?

Стратегия для (а)

Для горячей фары нам известны напряжение и ток, поэтому мы можем использовать P = IV , чтобы найти мощность. Для холодной фары нам известны напряжение и сопротивление, поэтому мы можем использовать P = V ² / R , чтобы найти мощность.

Решение для (a)

Вводя известные значения тока и напряжения для горячей фары, получаем

P = IV = (2. {2}} {0,350 \ text {} \ Omega} = 411 \ text {W} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

30 Вт, рассеиваемые горячей фарой, являются стандартными. Но 411 Вт в холодную погоду на удивление выше. Начальная мощность быстро уменьшается по мере увеличения температуры лампы и увеличения ее сопротивления.

Стратегия и решение для (b)

Ток при холодной лампочке можно найти несколькими способами. Переставляем одно из уравнений мощности, P = I ² R , и вводим известные значения, получая

[латекс] I = \ sqrt {\ frac {P} {R}} = \ sqrt {\ frac {411 \ text {W}} {{0.350} \ text {} \ Omega}} = 34,3 \ text {A} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Холодный ток значительно выше, чем установившееся значение 2,50 А, но ток будет быстро снижаться до этого значения при повышении температуры лампы. Большинство предохранителей и автоматических выключателей (используемых для ограничения тока в цепи) спроектированы так, чтобы выдерживать очень высокие токи на короткое время при включении устройства. В некоторых случаях, например, с электродвигателями, ток остается высоким в течение нескольких секунд, что требует применения специальных плавких предохранителей.

Чем больше электроприборов вы используете и чем дольше они остаются включенными, тем выше ваш счет за электричество. Этот знакомый факт основан на соотношении энергии и мощности. Вы платите за использованную энергию. Поскольку P = E / t , мы видим, что

E = Pt

— это энергия, используемая устройством, использующим мощность P для временного интервала t . Например, чем больше горело лампочек, тем больше использовалось P ; чем дольше они работают, тем больше т .Единицей измерения энергии в счетах за электричество является киловатт-час (кВт ч), что соответствует соотношению E = Pt . Стоимость эксплуатации электроприборов легко оценить, если у вас есть некоторое представление об их потребляемой мощности в ваттах или киловаттах, времени их работы в часах и стоимости киловатт-часа для вашей электросети. Киловатт-часы, как и все другие специализированные единицы энергии, такие как пищевые калории, можно преобразовать в джоули. Вы можете доказать себе, что 1 кВт ⋅ ч = 3.6 × 10 ⁶ Дж.

Потребляемая электрическая энергия ( E ) может быть уменьшена либо за счет сокращения времени использования, либо за счет снижения энергопотребления этого прибора или приспособления. Это не только снизит стоимость, но и снизит воздействие на окружающую среду. Улучшение освещения — это один из самых быстрых способов снизить потребление электроэнергии в доме или на работе. Около 20% энергии в доме расходуется на освещение, в то время как для коммерческих предприятий эта цифра приближается к 40%.Флуоресцентные лампы примерно в четыре раза эффективнее ламп накаливания — это верно как для длинных ламп, так и для компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). (См. Рисунок 1 (b).) Таким образом, лампу накаливания мощностью 60 Вт можно заменить на КЛЛ мощностью 15 Вт, которая имеет такую ​​же яркость и цвет. КЛЛ имеют изогнутую трубку внутри шара или спиралевидную трубку, все они подключены к стандартному привинчиваемому основанию, которое подходит к стандартным патронам для ламп накаливания. (В последние годы были решены оригинальные проблемы с цветом, мерцанием, формой и высокими начальными затратами на КЛЛ.) Теплопередача от этих КЛЛ меньше, и они служат до 10 раз дольше. В следующем примере рассматривается важность инвестиций в такие лампы. Новые белые светодиодные фонари (представляющие собой группу небольших светодиодных лампочек) еще более эффективны (в два раза больше, чем у КЛЛ) и служат в 5 раз дольше, чем КЛЛ. Однако их стоимость по-прежнему высока.

Установление соединений: энергия, мощность и время

Отношение E = Pt может оказаться полезным во многих различных контекстах.Энергия, которую ваше тело использует во время упражнений, зависит, например, от уровня мощности и продолжительности вашей активности. Степень нагрева источником энергии зависит от уровня мощности и времени ее применения. Даже доза облучения рентгеновского изображения зависит от мощности и времени воздействия.

Пример 2. Расчет рентабельности компактных люминесцентных ламп (КЛЛ)

Если стоимость электроэнергии в вашем районе составляет 12 центов за кВтч, какова общая стоимость (капитальные плюс эксплуатация) использования лампы накаливания мощностью 60 Вт в течение 1000 часов (срок службы этой лампы), если стоимость лампы составляет 25 центов? (б) Если мы заменим эту лампочку компактной люминесцентной лампой, которая обеспечивает такой же световой поток, но составляет четверть мощности и стоит 1 доллар.50, но длится в 10 раз дольше (10 000 часов), какова будет общая стоимость?

Стратегия

Чтобы найти эксплуатационные расходы, мы сначала находим используемую энергию в киловатт-часах, а затем умножаем ее на стоимость киловатт-часа.

Решение для (a)

Энергия, используемая в киловатт-часах, определяется путем ввода мощности и времени в выражение для энергии:

E = Pt = (60 Вт) (1000 ч) = 60,000 Вт ч

В киловатт-часах это

E = 60. 0 кВт ⋅ ч.

Сейчас стоимость электроэнергии

стоимость = (60,0 кВт ч) (0,12 долл. США / кВт час) = 7,20 долл. США.

Общая стоимость составит 7,20 доллара за 1000 часов (примерно полгода при 5 часах в день).

Решение для (b)

Поскольку CFL потребляет только 15 Вт, а не 60 Вт, стоимость электроэнергии составит 7,20 доллара США / 4 = 1,80 доллара США. КЛЛ прослужит в 10 раз дольше, чем лампа накаливания, так что инвестиционные затраты будут составлять 1/10 стоимости лампы за этот период использования или 0.1 (1,50 доллара США) = 0,15 доллара США. Таким образом, общая стоимость 1000 часов составит 1,95 доллара США.

Обсуждение

Следовательно, использование КЛЛ намного дешевле, даже если первоначальные вложения выше. Повышенная стоимость рабочей силы, которую бизнес должен включать для более частой замены ламп накаливания, здесь не учитывается.

Подключение: Эксперимент на вынос — Инвентаризация использования электроэнергии

1) Составьте список номинальной мощности для ряда приборов в вашем доме или комнате. Объясните, почему что-то вроде тостера имеет более высокий рейтинг, чем цифровые часы. Оцените количество энергии, потребляемой этими приборами в среднем за день (оценивая время их использования). Некоторые приборы могут указывать только рабочий ток. Если бытовое напряжение 120 В, тогда используйте P = IV . 2) Проверьте общую мощность, используемую в туалетах на этаже или в здании вашей школы. (Возможно, вам придется предположить, что используемые длинные люминесцентные лампы рассчитаны на 32 Вт.) Предположим, что здание было закрыто все выходные, и что эти огни были оставлены включенными с 6 часов вечера.{2} R \\ [/ латекс].

• Энергия, используемая устройством с мощностью P за время t , составляет E = Pt .

Концептуальные вопросы

1. Почему лампы накаливания тускнеют в конце жизни, особенно незадолго до того, как их нити оборвутся?

Мощность, рассеиваемая в резисторе, определяется как P = V ² / R , что означает, что мощность уменьшается при увеличении сопротивления. Тем не менее, эта мощность также определяется соотношением P = I ² R , что означает, что мощность увеличивается при увеличении сопротивления.Объясните, почему здесь нет противоречия.

Задачи и упражнения

1. Какова мощность разряда молнии 1,00 × 10 ² МВ при токе 2,00 × 10 ⁴ A ?

2. Какая мощность подается на стартер большого грузовика, который потребляет 250 А тока от аккумуляторной батареи 24,0 В?

3. Заряд в 4,00 Кл проходит через солнечные элементы карманного калькулятора за 4,00 часа. Какова выходная мощность, если выходное напряжение вычислителя равно 3.00 В? (См. Рисунок 2.)

Рис. 2. Полоса солнечных элементов прямо над клавишами этого калькулятора преобразует свет в электричество для удовлетворения своих потребностей в энергии. (Источник: Эван-Амос, Wikimedia Commons)

4. Сколько ватт проходит через него фонарик с 6,00 × 10 ² за 0,500 ч использования, если его напряжение составляет 3,00 В?

5. Найдите мощность, рассеиваемую в каждом из этих удлинителей: (a) удлинительный шнур с сопротивлением 0,0600 Ом, через который 5.00 А течет; (б) более дешевый шнур с более тонким проводом и сопротивлением 0,300 Ом.

6. Убедитесь, что единицами измерения вольт-ампер являются ватты, как следует из уравнения P = IV .

7. Покажите, что единицы 1V ² / Ω = 1W, как следует из уравнения P = V ² / R .

8. Покажите, что единицы 1 A ² Ω = 1 Вт, как следует из уравнения P = I ² R .

9. Проверьте эквивалент единиц энергии: 1 кВт ч = 3,60 × 10 ⁶ Дж.

10. Электроны в рентгеновской трубке ускоряются до 1,00 × 10 ² кВ и направляются к мишени для получения рентгеновских лучей. Вычислите мощность электронного луча в этой трубке, если она имеет ток 15,0 мА.

11. Электрический водонагреватель потребляет 5,00 кВт за 2,00 часа в сутки. Какова стоимость его эксплуатации в течение одного года, если электроэнергия стоит 12,0 центов / кВт · ч? См. Рисунок 3.

Рисунок 3. Водонагреватель электрический по запросу. Тепло в воду подается только при необходимости. (кредит: aviddavid, Flickr)

12. Сколько электроэнергии необходимо для тостера с тостером мощностью 1200 Вт (время приготовления = 1 минута)? Сколько это стоит при 9,0 цента / кВт · ч?

13. Какова будет максимальная стоимость КЛЛ, если общая стоимость (капиталовложения плюс эксплуатация) будет одинаковой как для КЛЛ, так и для ламп накаливания мощностью 60 Вт? Предположим, что стоимость лампы накаливания составляет 25 центов, а электричество стоит 10 центов / кВтч.Рассчитайте стоимость 1000 часов, как в примере с КЛЛ.

14. Некоторые модели старых автомобилей имеют электрическую систему напряжением 6,00 В. а) Каково сопротивление горячему свету у фары мощностью 30,0 Вт в такой машине? б) Какой ток течет через него?

15. Щелочные батареи имеют то преимущество, что они выдают постоянное напряжение почти до конца своего срока службы. Как долго щелочная батарея с номиналом 1,00 А · ч и 1,58 В будет поддерживать горение лампы фонарика мощностью 1,00 Вт?

16.Прижигатель, используемый для остановки кровотечения в хирургии, выдает 2,00 мА при 15,0 кВ. а) Какова его выходная мощность? б) Какое сопротивление пути?

17. Говорят, что в среднем телевизор работает 6 часов в день. Оцените ежегодные затраты на электроэнергию для работы 100 миллионов телевизоров, предполагая, что их потребляемая мощность составляет в среднем 150 Вт, а стоимость электроэнергии составляет в среднем 12,0 центов / кВт · ч.

18. Старая лампочка потребляет всего 50,0 Вт, а не 60,0 Вт из-за истончения ее нити за счет испарения.Во сколько раз уменьшается его диаметр при условии равномерного утонения по длине? Не обращайте внимания на эффекты, вызванные перепадами температур.

Медная проволока калибра 19. 00 имеет диаметр 9,266 мм. Вычислите потери мощности в километре такого провода, когда он пропускает 1,00 × 10 ² A.

Холодные испарители пропускают ток через воду, испаряя ее при небольшом повышении температуры. Одно такое домашнее устройство рассчитано на 3,50 А и использует 120 В переменного тока с эффективностью 95,0%.а) Какова скорость испарения в граммах в минуту? (b) Сколько воды нужно налить в испаритель за 8 часов работы в ночное время? (См. Рисунок 4.)

Рис. 4. Этот холодный испаритель пропускает ток непосредственно через воду, испаряя ее напрямую с относительно небольшим повышением температуры.

21. Integrated Concepts (a) Какая энергия рассеивается разрядом молнии, имеющим ток 20 000 А, напряжение 1,00 × 10 ² МВ и длину 1.00 мс? (б) Какую массу древесного сока можно было бы поднять с 18ºC до точки кипения, а затем испарить за счет этой энергии, если предположить, что сок имеет такие же тепловые характеристики, как вода?

22. Integrated Concepts Какой ток должен вырабатывать подогреватель бутылочек на 12,0 В, чтобы нагреть 75,0 г стекла, 250 г детской смеси и 3,00 × 10 ² алюминия от 20 ° C до 90º за 5,00 мин?

23. Integrated Concepts Сколько времени требуется хирургическому прижигателю, чтобы поднять температуру на 1.00 г ткани от 37º до 100, а затем кипятить 0,500 г воды, если она выдает 2,00 мА при 15,0 кВ? Не обращайте внимания на передачу тепла в окружающую среду.

24. Integrated Concepts Гидроэлектрические генераторы (см. Рисунок 5) на плотине Гувера вырабатывают максимальный ток 8,00 × 10 ³ A при 250 кВ. а) Какая выходная мощность? (b) Вода, питающая генераторы, входит и покидает систему с низкой скоростью (таким образом, ее кинетическая энергия не изменяется), но теряет 160 м в высоте.Сколько кубических метров в секунду необходимо при КПД 85,0%?

Рисунок 5. Гидроэлектрические генераторы на плотине Гувера. (кредит: Джон Салливан)

25. Integrated Concepts (a) Исходя из 95,0% эффективности преобразования электроэнергии электродвигателем, какой ток должны обеспечивать аккумуляторные батареи на 12,0 В 750-килограммового электромобиля: (a) Для ускорения от отдых до 25,0 м / с за 1,00 мин? (b) Подняться на холм высотой 2,00 × 10 ² м за 2,00 мин с постоянной 25.Скорость 0 м / с при приложении силы 5,00 × 10 ² Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? (c) Двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с, прилагая силу 5,00 × 10 ² Н для преодоления сопротивления воздуха и трения? См. Рисунок 6.

Рис. 6. Электромобиль REVAi заряжается на одной из улиц Лондона. (кредит: Фрэнк Хебберт)

26. Integrated Concepts Пригородный легкорельсовый поезд потребляет 630 А постоянного тока напряжением 650 В при ускорении.а) Какова его мощность в киловаттах? (b) Сколько времени нужно, чтобы достичь скорости 20,0 м / с, начиная с состояния покоя, если его загруженная масса составляет 5,30 × 10 ⁴ кг, при условии эффективности 95,0% и постоянной мощности? (c) Найдите его среднее ускорение. (г) Обсудите, как ускорение, которое вы обнаружили для легкорельсового поезда, сравнивается с тем, что может быть типичным для автомобиля.

27. Integrated Concepts (a) Линия электропередачи из алюминия имеет сопротивление 0,0580 Ом / км. Какова его масса на километр? б) Какова масса на километр медной линии с таким же сопротивлением? Более низкое сопротивление сократит время нагрева.Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

28. Integrated Concepts (a) Погружной нагреватель, использующий 120 В, может повысить температуру 1,00 × 10 ² -г алюминиевой чашки, содержащей 350 г воды, с 20 ° C до 95 ° C за 2,00 мин. Найдите его сопротивление, предполагая, что оно постоянно в процессе. (b) Более низкое сопротивление сократит время нагрева. Обсудите практические ограничения ускорения нагрева за счет снижения сопротивления.

29. Integrated Concepts (a) Какова стоимость нагрева гидромассажной ванны, содержащей 1500 кг воды, от 10 ° C до 40 ° C, исходя из эффективности 75,0% с учетом передачи тепла в окружающую среду? Стоимость электроэнергии 9 центов / кВт kWч. (b) Какой ток потреблял электрический нагреватель переменного тока 220 В, если на это потребовалось 4 часа?

30 . Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 ² МВт мощности при 480 В? (б) Какая мощность рассеивается линиями передачи, если они имеют 1.00 — сопротивление Ом? (c) Что необоснованного в этом результате? (d) Какие предположения необоснованны или какие посылки несовместимы?

31. Необоснованные результаты (a) Какой ток необходим для передачи 1,00 × 10 ² МВт мощности при 10,0 кВ? (b) Найдите сопротивление 1,00 км провода, которое приведет к потере мощности 0,0100%. (c) Каков диаметр медного провода длиной 1,00 км, имеющего такое сопротивление? (г) Что необоснованного в этих результатах? (e) Какие допущения необоснованны или какие посылки несовместимы?

32.Создайте свою проблему Представьте себе электрический погружной нагреватель, используемый для нагрева чашки воды для приготовления чая. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете необходимое сопротивление нагревателя, чтобы он увеличивал температуру воды и чашки за разумное время. Также рассчитайте стоимость электроэнергии, используемой в вашем технологическом процессе. Среди факторов, которые следует учитывать, — это используемое напряжение, задействованные массы и теплоемкости, тепловые потери и время, в течение которого происходит нагрев.Ваш инструктор может пожелать, чтобы вы рассмотрели тепловой предохранительный выключатель (возможно, биметаллический), который остановит процесс до достижения опасной температуры в погружном блоке.

Глоссарий

электрическая мощность:

скорость, с которой электрическая энергия передается источником или рассеивается устройством; это произведение тока на напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1. 2.00 × 10 ¹² Вт

5.{6} \ text {J} \\ [/ latex]

11. 438 $ / год

13. $ 6.25

15. 1.58 ч

17. 3,94 миллиарда долларов в год

19. 25,5 Вт

21. (а) 2,00 × 10 ⁹ Дж (б) 769 кг

23. 45.0 с

25. (а) 343 A (б) 2,17 × 10 ³ A (в) 1,10 × 10 ³ A

27. (а) 1,23 × 10 ³ кг (б) 2,64 × 10 ³ кг

29. (a) 2,08 × 10 ⁵ A
(b) 4,33 × 10 ⁴ МВт
(c) Линии передачи рассеивают больше мощности, чем они должны передавать.
(d) Напряжение 480 В является неоправданно низким для напряжения передачи. В линиях передачи на большие расстояния поддерживается гораздо более высокое напряжение (часто сотни киловольт) для уменьшения потерь мощности.

Сколько энергии потребляет ваша электроника, когда она выключена?

Когда-то была разница между включением и выключением. Теперь все сложнее: примерно 50 устройств и приборов в типичном американском доме всегда потребляют электроэнергию, даже если они кажутся выключенными, — оценивает Алан Мейер, старший научный сотрудник лаборатории Беркли при Министерстве энергетики.

Суммируется. Согласно исследованию Совета по защите природных ресурсов, проведенному в Северной Калифорнии, около четверти всего энергопотребления в жилых домах используется устройствами в режиме ожидания. Это означает, что устройства, которые «выключены», находятся в режиме ожидания или спящего режима, могут потреблять до эквивалента электроэнергии, эквивалентной 50 крупным электростанциям, и стоить более 19 миллиардов долларов в счетах за электроэнергию ежегодно. И есть экологические издержки: общее производство электроэнергии составляет около 37 процентов всех выбросов углекислого газа в Соединенных Штатах, что является одним из основных факторов изменения климата.

Во имя научного исследования я протестировал около 30 приборов из домов друзей, а также свою собственную, подключив устройства к измерителю мощности Kill-a-Watt, который может отслеживать потребляемую мощность (в ваттах). в любой момент.

Многие устройства используют столько же энергии в выключенном состоянии

Моя кабельная приставка потребляла 28 Вт, когда она была включена и записывала шоу, и 26 Вт, когда она была выключена и ничего не записывала. Даже если бы я никогда не смотрел телевизор, я бы все равно потреблял около 227 киловатт-часов в год.Чтобы выразить это в контексте, по оценкам Всемирного банка, это больше, чем средний человек использует в течение всего года в некоторых развивающихся странах, включая Кению и Камбоджу.

Всегда оставляя портативный компьютер включенным, даже когда он полностью заряжен, можно использовать такое же количество — 4,5 киловатт-часа электроэнергии в неделю или около 235 киловатт-часов в год. (Ваш пробег может отличаться в зависимости от модели и аккумулятора. Моему компьютеру несколько лет, и несколько читателей написали, что их MacBook потребляют гораздо меньше энергии.)

Многие устройства всегда подключены к сети

В 2014 году 73 процента американских домохозяйств имели высокоскоростное подключение к Интернету, для чего обычно требуется как минимум один модем и маршрутизатор.

Хотя ни один из них не потребляет много электроэнергии, в большинстве домов они никогда не отключаются. То же самое и со многими телевизорами.

Чтобы включить телевизор с помощью пульта дистанционного управления, он должен быть включен, чтобы принимать этот сигнал. Если это «умный» телевизор, он должен быть включен, чтобы оставаться в сети. А если ваш телевизор находится в режиме быстрого запуска — чтобы не мучиться 15-секундным ожиданием загрузки — он потребляет еще больше энергии.

Многие традиционные бытовые приборы — вещи, которыми владеет ваша бабушка — также перемещаются онлайн, как и ваша бабушка. Лампочки, духовки, холодильники, кофеварки — даже матрасы — теперь могут подключаться к Интернету, поэтому они также постоянно потребляют электроэнергию.

Бытовая техника типа «рабочая лошадка», такая как посудомоечная машина или стиральная машина, со временем стала намного эффективнее, но многие модели теперь имеют цифровые дисплеи, что означает, что они всегда потребляют немного энергии.

Есть много маленьких энергетиков

Даже по мере того, как приборы становятся более эффективными, их становится больше: в 1966 году средний американец использовал около 5 590 киловатт-часов в год, по данным Всемирного банка. По состоянию на 2013 год это число выросло до 12 985 киловатт-часов в год.

Отчасти это увеличение связано с электроникой: почти две трети населения имеют портативные компьютеры; у половины есть планшет или электронная книга; У 64% есть смартфоны; 36 процентов — все три.

Но некоторые традиционные кухонные приборы, появившиеся задолго до Интернета, потребляют много энергии, когда они включены, даже если они используются не так часто. Мой тест показал, что моя кофеварка со средней степенью перколяции потребляет более 900 Вт, хотя работает только на несколько минут за раз.Если кофеварке нужно 10 минут, чтобы заварить кастрюлю, и она заваривает одну порцию каждый день, получается около 50 киловатт-часов каждый год, или немного больше, чем то, что кто-то в Нигере использует каждый год.

Самый простой способ Сократить скрытую утечку электроэнергии

Многие коммунальные компании предоставляют почасовые данные о потреблении электроэнергии, а коммунальные предприятия в некоторых частях страны устанавливают интеллектуальные счетчики, которые позволяют вам (и коммунальному предприятию) чтобы отслеживать, сколько энергии потребляет ваш дом на почасовой основе.

Возможно, самый простой способ сократить потребление энергии — это использовать удлинитель для группирования устройств — телевизора, игровой консоли, активных динамиков, DVD-плеера, потоковых устройств — чтобы вы могли выключить их все одновременно. Однако д-р Майер предупредил, что, поскольку некоторые из этих продуктов имеют часы или подключение к Интернету, это соединение, время или другая информация могут быть потеряны, если вы выключите удлинитель.

А если вы используете игровую консоль для потоковой передачи фильмов, то не надо. По данным Совета по защите природных ресурсов, они могут потреблять в 45 раз больше энергии, чем консоли для потоковой передачи, в основном потому, что они не умеют использовать столько энергии, сколько требуется для выполнения текущей задачи.

Теорема о максимальной передаче мощности (MPTT)

В этом руководстве мы узнаем о теореме о максимальной передаче мощности (MPTT). Это один из основных, но важных законов, который устанавливает необходимое условие для передачи максимальной мощности (не путать с максимальной эффективностью).

Введение

В любой электрической цепи электрическая энергия от источника передается на нагрузку, где она преобразуется в полезную работу. Практически вся подаваемая мощность не будет присутствовать при нагрузке из-за эффекта нагрева и других ограничений в сети.Следовательно, существует определенная разница между способностями рисования и доставки.

Размер нагрузки всегда влияет на количество мощности, передаваемой от источника питания, т.е. любое изменение сопротивления нагрузки приводит к изменению передачи мощности на нагрузку. Таким образом, теорема о передаче максимальной мощности обеспечивает условие передачи максимальной мощности на нагрузку. Посмотрим, «как».

Вернуться к началу

Утверждение теоремы о передаче максимальной мощности

Теорема о передаче максимальной мощности утверждает, что в линейной двусторонней сети постоянного тока максимальная мощность передается в нагрузку, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника.

Если это независимый источник напряжения, то его последовательное сопротивление (внутреннее сопротивление Rs) или, если это независимый источник тока, то его параллельное сопротивление (внутреннее сопротивление Rs) должно равняться сопротивлению нагрузки RL для передачи максимальной мощности на нагрузку.

Вернуться к началу

Доказательство теоремы о максимальной передаче мощности

Теорема о передаче максимальной мощности обеспечивает значение сопротивления нагрузки, при котором максимальная мощность передается на нагрузку.

Рассмотрим нижеприведенную сеть с двумя терминалами постоянного тока (левая цепь), для которой определяется условие максимальной мощности, путем получения выражения мощности, потребляемой нагрузкой, с использованием методов ячеистого или узлового тока, а затем получения результирующего выражения относительно сопротивление нагрузки RL.

Но это довольно сложная процедура. Но в предыдущих статьях мы видели, что сложную часть сети можно заменить эквивалентом Тевенина, как показано ниже.

Первоначальная двухконтактная схема заменена эквивалентной схемой Тевенина через переменное сопротивление нагрузки. Ток через нагрузку при любом значении сопротивления нагрузки

.

В приведенном выше выражении передаваемая мощность зависит от значений R _TH и R _L . Однако эквивалент Тевенина постоянен, мощность, передаваемая от этого эквивалентного источника к нагрузке, полностью зависит от сопротивления нагрузки R _L .Чтобы найти точное значение RL, мы применяем дифференцирование к P _L относительно R _L и приравниваем его нулю как

.

Следовательно, это условие согласования нагрузки, при котором максимальная передача мощности происходит, когда сопротивление нагрузки равно сопротивлению Тевенина цепи. Подставляя R _th = R _L в уравнение 1, мы получаем

Максимальная мощность, передаваемая на нагрузку, составляет

Суммарная мощность переданная от источника

P _T = I _L ² (R _TH + R _L )

= 2 I _L ² R _L ……………. (2)

Следовательно, теорема о максимальной передаче мощности выражает состояние, при котором максимальная мощность передается на нагрузку, то есть когда сопротивление нагрузки равно эквивалентному сопротивлению Тевенина цепи. На рисунке ниже показана кривая мощности, подаваемой на нагрузку, в зависимости от сопротивления нагрузки.

Обратите внимание, что подаваемая мощность равна нулю, когда сопротивление нагрузки равно нулю, так как в этом состоянии нет падения напряжения на нагрузке. Кроме того, мощность будет максимальной, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению цепи (или эквивалентному сопротивлению Тевенина).Опять же, мощность равна нулю, поскольку сопротивление нагрузки достигает бесконечности, поскольку ток через нагрузку отсутствует.

Вернуться к началу

Эффективность передачи энергии

Мы должны помнить, что эта теорема приводит к максимальной передаче мощности, но не к максимальной эффективности. Если сопротивление нагрузки меньше сопротивления источника, мощность, рассеиваемая на нагрузке, уменьшается, в то время как большая часть мощности рассеивается на источнике, тогда эффективность становится ниже.

Рассмотрим общую мощность, получаемую из уравнения источника (уравнение 2), в котором мощность рассеивается в эквивалентном сопротивлении Тевенина R _TH источником напряжения V _TH .

Следовательно, КПД при передаче максимальной мощности составляет

Эффективность = Выход / Вход × 100

= I _L ² R _L /2 I _L ² R _L × 100

= 50%

Следовательно, при условии передачи максимальной мощности КПД составляет 50%, что означает, что половина процента генерируемой мощности передается на нагрузку, а при других условиях небольшой процент мощности подается на нагрузку, как указано в формуле КПД по сравнению с максимальной. мощность передачи кривых ниже.

Для некоторых приложений желательно передавать на нагрузку максимальную мощность, чем достигается высокий КПД, например, в усилителях и схемах связи.

С другой стороны, желательно достичь более высокого КПД, чем максимальная передача мощности в случае систем передачи энергии, где большое сопротивление нагрузки (намного большее значение, чем сопротивление внутреннего источника) помещается на нагрузку. Несмотря на высокий КПД, в этих случаях мощность будет меньше.

Вернуться к началу

Теорема о максимальной передаче мощности для цепей переменного тока

Можно сказать, что в активной сети максимальная мощность передается на нагрузку, когда полное сопротивление нагрузки равно комплексно-сопряженному эквивалентному сопротивлению данной сети, если смотреть со стороны клемм нагрузки.

Рассмотрим приведенную выше эквивалентную схему Тевенина на клеммах нагрузки, в которой ток, протекающий по цепи, равен

I = V _TH / Z _TH + Z _L

Где Z _{L =} R _L + jX _L

Z _TH = R _TH + jX _TH

Следовательно, I = V _TH / (R _L + jX _L + R _TH + jX _TH )

= V _TH / ((R _L + R _TH ) + j (X _L + X _TH ))

Мощность, передаваемая на нагрузку,

P _L = I ² R _L

P _L = V ² _{TH ×} R _L / ((R _L + R _TH ) ² + (X _L + X _TH ) ² ) …… (1)

Для максимальной мощности производная приведенного выше уравнения должна быть равна нулю, после упрощения получаем

X _L + X _TH = 0

X _L = — X _TH

Подставляя указанное выше соотношение в уравнение 1, получаем

P _L = V ² _{TH ×} R _L / ((R _L + R _TH ) ²

Опять же для максимальной передачи мощности вывод приведенного выше уравнения должен быть равен нулю, после упрощения получаем

R _L + R _TH = 2 R _L

R _L = R _TH

Следовательно, максимальная мощность будет передаваться на нагрузку от источника, если RL = RTH и XL = — XTH в цепи переменного тока. Это означает, что полное сопротивление нагрузки должно быть равно комплексно-сопряженному эквивалентному сопротивлению цепи,

.

Z _L = Z _TH

Где Z _TH — комплексное сопряжение эквивалентного импеданса цепи.

Эта максимальная передаваемая мощность, P _max = V ² _TH /4 R _TH или V ² _TH /4 R _L

Вернуться к началу

Пример применения максимальной передачи мощности к цепи постоянного тока

Рассмотрим схему ниже, для которой мы определяем значение сопротивления нагрузки, которое получает максимальную мощность от источника питания и максимальную мощность в условиях передачи максимальной мощности.

1. Отсоедините сопротивление нагрузки от клемм нагрузки a и b. Чтобы представить данную схему как эквивалент Тевенина, мы должны определить напряжение Тевенина V _TH и эквивалентное сопротивление Тевенина R _TH .

Напряжение Thevenin или напряжение на клеммах ab составляет V _ab = V _a — V _b

Va = V × R2 / (R1 + R2)

= 30 × 20 / × (20 + 15)

= 17.14 В

Vb = V × R4 / (R3 + R4)

= 30 × 5 / (10 + 5)

= 10 В

Vab = 17,14 — 10

= 7,14 В

В _TH = Vab = 7,14 В

2. Вычислите эквивалентное сопротивление Thevenin R _TH , заменив источники на их внутренние сопротивления (здесь предположим, что источник напряжения имеет нулевое внутреннее сопротивление, поэтому он замыкается накоротко).

Эквивалентное сопротивление Тевенина на клеммах ab равно

R _TH = Rab = [R1R2 / (R1 + R2)] + [R3R4 / (R3 + R4)]

= [(15 × 20) / (15 + 20)] + [(10 × 5) / (10+ 5)]

= 8.57 + 3.33

R _TH = 11,90 Ом

3. Эквивалентная схема Тевенина с вычисленными выше значениями путем повторного включения сопротивления нагрузки показана ниже.

Согласно теореме о передаче максимальной мощности, значение RL должно быть равно RTH, чтобы обеспечить максимальную мощность для нагрузки.

Следовательно, R _L = R _TH = 11,90 Ом

И максимальная передаваемая мощность при этом условии составляет

Pмакс = V ² _TH /4 R _TH

= (7.14) ² / (4 × 11,90)

= 50,97 / 47,6

= 1,07 Вт

Вернуться к началу

Применение максимальной передачи мощности к цепи переменного тока

Приведенная ниже сеть переменного тока состоит из импеданса нагрузки ZL, реактивная и резистивная части которого могут варьироваться. Следовательно, мы должны определить значение импеданса нагрузки, при котором достигается максимальная мощность, передаваемая от источника, и значение максимальной мощности.

Чтобы найти значение импеданса нагрузки, сначала мы находим эквивалентную схему Тевенина на клеммах нагрузки. Чтобы узнать напряжение Тевенина, отключите сопротивление нагрузки, как показано на рисунке ниже.

По правилу делителя напряжения, В _TH = 20∠0 × [j6 / (4 + j6)]

= 20∠0 × [6∠90 / 7,21∠56,3]

= 20∠0 × 0,825∠33,7

В _TH = 16,5∠33,7 В

Замыкая источник напряжения, мы вычисляем эквивалентное сопротивление Тевенина цепи, как показано на рисунке.

Следовательно, Z _TH = (4 × j6) / (4 + j6)

= (4 × 6∠90) / (7.21∠56,3)

= 3,33∠33,7 0r 2,77 + j1,85 Ом

Таким образом, эквивалентная схема Тевенина через клеммы нагрузки показана ниже.

Следовательно, чтобы передать максимальную мощность на нагрузку, значение полного сопротивления нагрузки должно быть

Z _L = Z × _TH

= 2,77 — j1,85 Ом

= 2,77 — j1,85 Ом

Максимальная передаваемая мощность, Pmax

= V ² _TH /4 R _TH

= (16. 5) ² / 4(2,77)

= 272,25 / 11,08

= 24,5 Вт

Вернуться к началу

Практическое применение теоремы о максимальной передаче мощности

Рассмотрим практический пример, когда динамик с сопротивлением 8 Ом приводится в действие усилителем звука с внутренним сопротивлением 500 Ом. Эквивалентная схема Тевенина также показана на рисунке.

Согласно теореме о передаче максимальной мощности, мощность максимальна на нагрузке, если полное сопротивление нагрузки составляет 500 Ом (такое же, как внутреннее сопротивление).В противном случае внутреннее сопротивление необходимо изменить на 8 Ом для достижения этого условия, однако это невозможно. Таким образом, это условие рассогласования импеданса, и его можно преодолеть с помощью согласующего трансформатора импеданса с коэффициентом трансформации импеданса 500: 8.

Вернуться к началу

Беспроводное питание

Wireless power готова к включению в нашу повседневную жизнь. Передатчики могут быть размещены в мебели, стенах, полах для эффективного и экономичного питания или зарядки наших электронных и электрических устройств на больших площадях и для нескольких устройств.

Технология магнитного резонанса является ключом к повсеместному внедрению, обеспечивая передачу с большой площадью поверхности, пространственную свободу для размещения приемных устройств и возможность одновременного питания нескольких устройств.

Видео галерея

EPC представляет Smart Desk 300 Вт на основе GaN с беспроводным питанием на выставке CES

Сокращение времени вывода на рынок — Демонстрационные комплекты беспроводной системы питания

EPC предлагает полный спектр эталонных схем приема и передачи, от зарядки одного устройства до одновременного питания нескольких устройств на большой площади.

В основе этих эталонных проектов EPC лежат полевые транзисторы и ИС eGaN ^® , работающие на частоте 6,78 МГц (что соответствует стандарту AirFuel Alliance), что обеспечивает максимальную эффективность беспроводной системы электропитания.

GaN обеспечивает высокую эффективность как для низкочастотных (Qi), так и для высокочастотных (AirFuel) стандартов, поддерживая более дешевое решение с одним усилителем передатчика, которое может заряжать устройства по беспроводной сети независимо от стандарта, используемого в приемном устройстве.

Все комплекты EPC для демонстрации беспроводной мощности содержат передающий блок (беспроводной усилитель мощности и передающую катушку) и приемный блок (и) устройства.Кроме того, усилители мощности и приемные устройства можно приобрести отдельно.

EPC9128, комплект 16 Вт, класс 3

Комплекты охватывают уровни мощности от AirFuel класса 2 до AirFuel класса 4, а также многорежимный демонстрационный комплект, охватывающий как AirFuel класса 2, так и индуктивный стандарт Qi в одном усилителе.

Беспроводные усилители мощности

Платы усилителя

доступны для клиентов, у которых есть собственная конструкция катушек.

EPC9512 Плата усилителя

Устройства приема

Устройства приема

теперь доступны для клиентов, которые хотят быстро вывести на рынок различные потребительские электронные продукты.

EPC9513 Приемный блок

Примеры приемных катушек устройств

Персональный помощник
(5 В, 5 Вт)

Офисная настольная лампа
(12 В, 6 Вт)

Компьютерный монитор
(100 В, 22 Вт)

полевые транзисторы и ИС eGaN для беспроводного питания

Устройства из нитрида галлия

EPC идеально подходят для беспроводного питания благодаря их способности эффективно работать на высоких частотах, обеспечивать высокую мощность и занимать небольшую площадь с низким профилем.

Благодаря низкой емкости, нулевому обратному восстановлению и низкому сопротивлению во включенном состоянии полевые транзисторы и микросхемы eGaN обеспечивают низкие рабочие потери, что ведет к повышению эффективности усилителя и помогает снизить уровень электромагнитных помех.

EPC2108	Dual с Bootstrap	60	240 240 3300	5,5 5,5 0,5	BGA 1,35 x 1,35	Главный силовой каскад в усилителе
EPC2107	Dual с Bootstrap	100	390 390 3300	3.8 3,8 0,5	BGA 1,35 x 1,35	Главный силовой каскад в усилителе
EPC2038	Одинарный с вентильным диодом	100	3300	0,5	BGA 0,9 x 0,9	Синхронный бутстрап в усилителе
EPC2037	Одноместный	100	550	2,4	BGA 0. 9 х 0,9	Главный силовой каскад в усилителе / ​​ Синхронный бутстреп в усилителе
EPC8010	Одноместный	100	160	7,5	LGA 2,1 x 0,85	Главный силовой каскад в усилителе
EPC2036	Одноместный	100	73	18	BGA 0,9 x 0.9	Предварительный регулятор SEPIC
EPC2007C	Одноместный	100	30	40	LGA 1,7 x 1,1	Главный силовой каскад в усилителе
EPC2115	Dual со встроенным драйвером	150	88	18	BGA 2,9 x 1,1	Главный силовой каскад в усилителе
EPC2012C	Одноместный	200	100	22	LGA 1.7 х 0,9	Главный силовой каскад в усилителе
EPC2019	Одноместный	200	50	42	LGA 2,8 x 0,95	Главный силовой каскад в усилителе / ​​ Повышающий полевой транзистор в цепи приема
EPC2112	Одинарный со встроенным драйвером	200	40	40	BGA 2. 9 х 1,1	Главный силовой каскад в усилителе

Технологические возможности для достижения будущего беспроводной энергетики уже здесь!

Руководство по беспроводной связи

Основной проблемой при реализации беспроводного питания является конструкция усилителя. Цель этого справочника — понять многие проблемы, возникающие при разработке усилителя для беспроводной сети, такие как излучаемые электромагнитные помехи, многорежимные системы и способы повышения эффективности.

купить сейчас

Трилогия беспроводной передачи энергии

«Трилогия беспроводной передачи энергии» состоит из трех частей: основные принципы беспроводной передачи энергии, системы беспроводной передачи энергии и приложения. Книга стоит 19 евро, ее можно заказать в Würth Elektronik eiSos или в книжных магазинах.

Узнать больше

Демонстрации беспроводного питания GaN

Как бытовая техника, стоящая на столе, может получать беспроводное питание

А вот и телевизор с беспроводным питанием!

RF power collection: обзор методологий и приложений проектирования | Письма Micro и Nano Systems

6.

Ackermann T, Söder L (2000) Технология ветроэнергетики и текущее состояние: обзор. Renew Sustain Energy Ред. 4: 315–374

Статья

Google ученый

34.

Chou JH, Lin DB, Weng KL, Li HJ (2014) Полностью поляризационная приемная ректенна со свойством подавления гармоник для беспроводной передачи энергии. IEEE Trans Antennas Propag 62: 5242–5249

Артикул

Google ученый

Каковы недостатки превышения выходного тока источника питания?

Добро пожаловать во вторую часть нашей серии статей «Выходя за границы», где мы углубляемся в вопрос, который часто слышим в CUI: «Что, если я использую свой источник питания за пределами определенного диапазона спецификаций?» В Части 1 мы рассмотрели спецификации входного напряжения.Теперь в части 2 мы рассмотрим выходной ток и проблемы, которые могут возникнуть при превышении спецификации выходного тока.

Прочтите часть 1 нашей серии статей «Выход за пределы» по входным напряжениям.
Прочтите часть 3 нашей серии статей «Преодолевая пределы» по рабочей температуре

Пределы выходного тока

Номинальный выходной ток является одной из наиболее важных характеристик выбор блока питания. Он играет большую роль в определении размера и стоимости устройства, что побуждает разработчиков выбирать источники питания, которые имеют достаточно тока, чтобы удовлетворить их требования.В этих случаях у разработчика возникает соблазн выбрать источник питания, рассчитанный на «нормальный» рабочий ток, чтобы сэкономить на стоимости и размере, предполагая, что он может выдерживать пиковые токи в течение короткого времени. То же самое относится и к минимальному пределу тока. Однако превышение максимальных или минимальных текущих спецификаций может привести к ряду проблем, включая снижение производительности, защищенное завершение работы или даже отказ компонента.

Превышение пределов выходного тока — проблемы с производительностью

Эффективность, регулирование и электромагнитное излучение (EMI) являются одними из наиболее важных характеристик, влияющих на работу источника питания за пределами его номинального выходного тока.

По мере увеличения выходного тока увеличивается и выходная мощность. Если бы КПД был фиксированным по нагрузке, дополнительный ток привел бы к линейному увеличению рассеиваемой мощности в источнике питания. Эти дополнительные потери мощности вызывают повышение температуры компонентов, что может привести к тепловому отказу. На практике маловероятно, что КПД останется постоянным, и, как показано на графике ниже, обычно источник питания достигает пика КПД до максимальной нагрузки, что приводит к снижению КПД по сравнению с номинальным током.Это приводит к экспоненциальному увеличению рассеиваемой мощности по отношению к увеличению нагрузки, в результате чего максимальная температура падает намного быстрее, чем если бы КПД был постоянным. Помимо проблем с температурой, снижение эффективности может привести к нарушению нормативов эффективности источника питания и / или системы. Как показано на графике, при работе источника питания на 20% выше номинальной нагрузки в 200 Вт КПД падает на полный процент ниже его 91% спецификации. Это приводит к увеличению рассеиваемой мощности на 30%.

КПД и рассеиваемая мощность блока питания переменного / постоянного тока 200 Вт

Регулировка нагрузки — еще одна проблемная спецификация при работе вне номинального выходного тока. Регулировка нагрузки сообщает пользователю максимальную величину, на которую можно ожидать изменения выходного напряжения при изменении нагрузки между холостым ходом и полной нагрузкой. На графике ниже показан пример регулирования нагрузки источника питания переменного / постоянного тока мощностью 200 Вт. Этот конкретный блок питания имеет выходное напряжение, которое падает с увеличением тока.Однако это не всегда так, поскольку у некоторых источников питания выходное напряжение увеличивается с нагрузкой. В любом случае, работа за пределами указанного диапазона тока может привести к выходу выходного напряжения за пределы его спецификации регулирования нагрузки, что приведет к проблемам в приложениях, которые не могут принимать напряжения за пределами этого диапазона.

Приложения с узкими диапазонами входного сигнала часто используют преимущества подключения внешнего датчика напряжения, которое будет регулировать выходное напряжение на нагрузке, а не на выходе источника питания.При внешнем считывании падение выходного напряжения, которое обычно происходит между источником питания и нагрузкой, компенсируется увеличением выходного напряжения источника. В результате часто существует спецификация максимального напряжения, которое может быть скомпенсировано, чтобы предотвратить повреждение источника питания из-за повышенного напряжения.

Регулировка выходного напряжения блока питания переменного / постоянного тока 200 Вт

В источниках питания с минимальным номинальным током работа ниже этого предела также может привести к тому, что блок будет работать за пределами его нормативных характеристик.Эти блоки питания часто представляют собой небольшие, менее дорогие блоки с простыми схемами управления, которые не предназначены для решения проблем, возникающих при малых нагрузках. Минимальный ток также может быть указан в источниках питания с несколькими выходами, который необходим для регулирования вторичных выходов в установленных пределах.

Последняя, ​​менее очевидная проблема, связанная с выходным током, — это повышенные EMI. Импульсные источники питания представляют собой устройства с электрическими шумами, и много места на плате отведено компонентам фильтров, чтобы помочь им соответствовать нормативным требованиям; обычно достаточно, чтобы пройти необходимое тестирование.Даже при работе в указанном диапазоне нагрузок проблемы все равно возникают при использовании с определенными нагрузками. В общем, ожидается, что величина EMI будет увеличиваться с нагрузкой, и работа за пределами максимальной нагрузки может подтолкнуть EMI выше порога отказа. Это еще больше усугубляется, если фильтр становится менее эффективным при более высоких нагрузках. Повышенные токи и / или температуры в этих компонентах также могут изменить их значения и изменить реакцию фильтра.

Превышение пределов выходного тока — защищенное отключение

Все описанные выше проблемы, связанные со спецификацией, предполагают, что источник питания позволит пользователю работать с превышением максимального выходного тока.Однако большинство источников питания оснащены защитой от перегрузки по току, которая предотвращает превышение нагрузкой определенного порогового значения тока.

Некоторые блоки питания имеют четко определенный порог, близкий к номинальному выходу, при превышении которого срабатывает защита от сверхтоков. Пользователи, которые пытаются подобрать источник питания для номинального тока и позволить потребляемому пиковому току превышать номинальный ток, также могут увидеть выход отключение из-за этой защиты.

Другие схемы защиты имеют более широкие допуски, которые позволяют нагрузке значительно превышать максимальную номинальную выходную мощность.Различия в порогах между отдельными расходными материалами могут вызвать проблемы, если защита включена в некоторых расходных материалах, но не включена в других. Если выход не отключается, источник питания будет работать с током выше максимального, что приведет к проблемам или отказам, связанным со спецификацией.

Кроме того, более сложные источники питания предлагают защиту от падения тока ниже минимального номинального, в то время как другие полностью отключают работу в этих условиях. Источники питания, которые не могут надежно регулировать себя при малых нагрузках, вызовут чрезмерное напряжение на выходе, что также может вызвать срабатывание защиты.

Превышение пределов выходного тока — отказ компонента

Хотя предыдущие проблемы не всегда приводят к отказу или повреждению компонентов источника питания, многие компоненты будут испытывать дополнительное напряжение и / или текущую нагрузку в результате повышенного тока нагрузки, вызывая их с большим риском.

С увеличением выходного тока происходит аналогичное увеличение токов компонентов во всей силовой передаче. Такие компоненты, как полевые МОП-транзисторы, диоды, резисторы и даже медные дорожки, будут испытывать повышенное рассеивание мощности и нагрев из-за повышенного тока.Диоды и другие компоненты с фиксированным напряжением будут наблюдать линейное увеличение рассеиваемой мощности, тогда как полевые МОП-транзисторы и компоненты с резистивными элементами будут демонстрировать экспоненциальный рост рассеиваемой мощности по отношению к увеличению нагрузки. В обоих случаях это приведет к повышенному повышению температуры, снижению надежности и повышенному риску отказа.

Магнитные компоненты, такие как дроссели и трансформаторы, хотя и испытывают повышенные потери проводимости, как и предыдущие компоненты, могут также столкнуться с повышенными потерями в сердечнике и оказаться в состоянии насыщения, вызывая дополнительные потери и тепловыделение.Насыщенные магнитные поля также могут привести к прекращению работы источника питания или возникновению повышенных токов в других компонентах, таких как полевые МОП-транзисторы и диоды. Например, в понижающем преобразователе пульсирующий ток напрямую связан с индуктивностью. Когда индуктивность начинает падать, пиковые токи в MOSFET и диоде в результате увеличиваются.

Помимо дискретных магнитных компонентов, существуют также паразитные индуктивности, такие как индуктивность рассеяния трансформатора.Эти паразитные компоненты вызывают скачки напряжения, когда переключатель меняет состояние, и величина этого скачка увеличивается с нагрузкой. В случае утечки трансформатора на полевой МОП-транзистор возникает скачок напряжения, который может привести к его выходу из строя, если он будет слишком большим. Другие компоненты, такие как те, которые определяют напряжения и токи, будут обнаруживать эти скачки напряжения, которые приведут к тому, что контроллер получит неверную информацию о напряжении и токе, что приведет к снижению производительности или отказу.

Заключение

Мощность, размер и стоимость являются важными факторами при выборе источника питания.К сожалению, улучшение одного часто обратно влияет на другие, при этом большая мощность обычно означает больший и / или более дорогой источник питания. Даже в этом случае пользователи часто будут пытаться заставить все три фактора открыть себя для потенциальных проблем. Выходной ток — это одна из таких областей, которая влияет практически на все компоненты источника питания. Некоторые эффекты очевидны, в то время как другие легко не заметить и вызывают немедленные или долгосрочные проблемы. Перед тем, как работать за пределами номинального выходного тока источника питания, пользователь должен проконсультироваться с изготовителем источника питания, чтобы понять возможные риски или найти альтернативное решение.

Категории:
Тестирование и анализ отказов

Дополнительные ресурсы

У вас есть комментарии к этому сообщению или темам, которые вы хотели бы, чтобы мы освещали в будущем?

Отправьте нам письмо по адресу powerblog @ cui.