Surse de energie electrica. Teorema transferului maxim de putere

Surse de energie electrica. Teorema transferului maxim de putere

Sursele electronice de energie electrica reprezinta un circuit care transforma energia electrica de intrare (curent alternativ sau curent continuu, sau, prescurtat, c.a. sau c.c.) in alta forma de energie electrica (c.a. sau c.c.), cu parametri diferiti. Prin aceasta definitie se exclud sursele de energie electrica de tipul masinilor rotative si face distinctie in raport cu sursele care se bazeaza pe transformarea unei alte forme de energie in energie electrica (ex. pile, baterii solare, pile de combustie).

In functie de tipul semnalelor de intrare si de iesire, sursele electronice de energie electrica pot fi impartite in patru mari categorii:

1. Intrare c.a., iesire c.a. - regulatoare de retea sau schimbatoare de frecventa;
2. Intrare c.c., iesire c.c. - convertoare sau regulatoare de c.c/;
3. Intrare c.c., iesire a.c. - invertoare;
4. Intrare c.a., iesire c.c.

Ultima categorie este cel mai des intalnita in practica, denumindu-se, generic (dar nu tocmai corect), "surse electronice de curent". In privinta caracteristicilor de iesire, sursele din ultima categorie mentionata anterior se impart, la randul lor, in 4 categorii:

1. Surse de tensiune constanta: Tensiunea la iesirea sursei se mentine constanta, indiferent de variatiile rezistentei de sarcina, a tensiunii de retea, a temperaturii. etc.;
2. Surse de curent constant: Curentul furnizat de sursa la iesire se mentine constant, indiferent de variatiile rezistentei de sarcina, a tensiunii de retea, a temperaturii. etc.;
3. Surse cu limitare a potentialului: Tensiunea la iesirea sursei se mentine relativ constanta, fara a depasi o anumita valoare prestabilita;
4. Surse cu limitare a curentului: Curentul la iesirea sursei se mentine relativ constant, fara a depasi o anumita valoare prestabilita;

In functie de aplicatia vizata, sursa utilizata poate reprezenta o combinatie a celor 4 variante prezentate anterior (de ex. tensiune constanta cu limitare a curentului)

Surse de tensiune constanta

O sursa de tensiune constanta ideala ar trebui sa aiba (la orice frecventa) o rezistenta interna nula. Altfel spus, asa cum se poate observa in Figura 1, tensiunea de iesire stabilizata, E_S,   ar trebui sa ramana perfect constanta, indiferent de curentul solicitat de consumator.

Schema simplificata a unei surse de tensiune constanta cu regulator linear serie este prezentata in Figura 2. Montajul se alimenteaza, de obicei, de la reteaua de curent alternativ (in Romania, U = 220 V, f = 50 Hz) prin intermediul unui transformator. Tensiunea alternativa din secundarul transformatorului este redresata cu ajutorul unei punti de diode semiconductoare, iar pulsatiile sunt atenuate cu ajutorul unui filtru capacitiv.

Unitatea de control a sursei preia informatii despre tensiunea furnizata la iesire precum si despre curentul ce strabate consumatorul R_L si actioneaza asupra elementului regulator, ajustand in mod corespunzator conductia acestuia pentru a mentine tensiunea constanta.

Performantele unei surse de tensiune constanta reale se apreciaza prin rezistenta de iesire, R_OUT, si coeficientul de stabilizare, K_U, definiti prin relatiile:

si

Surse de curent constant

O sursa ideala de curent constant ar trebui sa aiba (la orice frecventa) o rezistenta interna infinita (admitanta 0). Altfel spus, asa cum se poate observa in Figura 3, sursa ar trebui sa-si adapteze tensiunea de iesire astfel incat curentul prin sarcina, I_S, sa ramana perfect constant, indiferent de valoarea rezistentei consumatorului.

Performantele unei surse reale de curent constant se apreciaza prin admitanta de iesire, G_OUT, si coeficientul de stabilizare, K_I, definiti prin relatiile:

si

Constructia surselor reale de curent constant sau potential constant trebuie sa tina cont de o serie de criterii practice, obiective. Astfel, la sursele de tensiune constanta, in cazul unui scurt-circuit la bornele de iesire, curentul ar trebui sa capete valori infinite. Similar, la sursele de curent constant, in cazul deconectarii sarcinii, tensiunea la bornele de iesire ar trebui sa capete valori infinite. Deoarece nici una din aceste situatii nu este posibila in practica, se apeleaza, de obicei, surse cu functie dubla, tensiune constanta/curent constant. Trecerea montajului dintr-un regim in altul realizandu-se automat, in functie de parametrii programati si valoarea rezistentei de sarcina. Altfel spus, sursa furnizeaza o tensiune constanta atata vreme cat nu se depaseste un curent prestabilit sau impune un curent constant prin consumator atata vreme cat nu se depaseste o tensiune la borne prestabilita. Schema unei astfel de surse este similara celei prezentate in Figura 2.

Aplicatie

Studiati instructiunile de folosire si caracteristicile tehnice pentru sursa dubla de tensiune continua stabilizata I-4102. Ulterior, determinati rezistenta de iesire a acesteia prin masurarea diferentei de tensiune la bornele fiecarei surse la curent 0 si pentru un curent de 1 A.

TEOREMA TRANSFERULUI MAXIM DE PUTERE

Pentru a verifica practic teorema transferului maxim de putere, realizati montajul descris in Figura 4, utilizand o sursa stabilizata I-4102, o rezistenta de valoare fixa (R), una variabila (R_V) si doua multimetre DT830D (mA si V).

Dupa realizarea montajului, aduceti rezistenta R_V la valoarea minima, reglati sursa de tensiune la valoarea 0, apoi porniti sursa. Cresteti cu grija tensiunea furnizata de sursa pana cand curentul inregistrat pe miliampermetru este de circa 1,8 - 1,9 mA. Lasati tensiunea la aceasta valoare si incepeti sa cresteti valoarea R_V rotind axul acesteia cu cate un sfert de rotatie (primele 10 valori) apoi cu cate o jumatate de tura. Pentru fiecare pozitie a rezistentei variabile, notati valoarea curentului masurat si a tensiunii la bornele rezistentei variabile. Datele obtinute treceti-le intr-un tabel de forma:

Calculati valoarea rezistentei R_V cu relatia:

R_V = U / I

si puterea disipata de aceasta cu relatia:

P = U * I sau P = U² / R_V sau P = I² * R

Treceti valorile calculate in tabel si reprezentati grafic P = f(R_V) iar din grafic identificati valoarea lui R_V pentru care P are valoarea maxima.

Indicati o metoda analitica de a calcula valoarea R_V­ pentru un transfer maxim de putere si enuntati teoria.