Koji je razlog za želju niske otpornosti u opterbu za izvore strujnog napona i visoke otpornosti u opterbu za izvore strujnog napona promjenjive snage

Pri raspravi o zahtjevima za otpor opterećenja u izvorima naponstva pravog toka (DC) usporedno s izvorima naponstva izmjenjivog toka (AC), važno je napomenuti da ne postoji univerzalno pravilo prema kojem izvori naponstva pravog toka uvijek zahtijevaju nizak otpor opterećenja, dok izvori naponstva izmjenjivog toka uvijek zahtijevaju visok otpor opterećenja. Stvarni zahtjevi ovisi o specifičnoj primjeni, dizajnu kruga i principima podudaranja između izvora snage i opterećenja. Ipak, određene primjene mogu preferirati određene rasponove otpora opterećenja, što se može razumjeti iz nekoliko perspektiva:

1. Podudaranje internog otpora izvora snage s otporom opterećenja

Oba tipa izvora snage, DC i AC, imaju neki interni otpor (ili ekvivalentni serijinski otpor). Teoretski, za maksimizaciju prijenosa snage, otpor opterećenja trebao bi biti jednak internom otporu izvora snage (prema teoremu maksimalnog prijenosa snage). Međutim, u praktičnim primjenama, to podudaranje nije uvijek željeno jer:

Izvori naponstva pravog toka: U mnogim DC primjenama, posebno onima napajanim baterijama, cilj je često osigurati stabilan izlazni napon umjesto maksimiziranja prijenosa snage. Stoga je otpor opterećenja tipično puno veći od internog otpora izvora snage kako bi se osigurala minimalna padanja napona i održana stabilnost izlaznog napona. Ako je otpor opterećenja prenizak, značajni struja će protjecati kroz interni otpor, što uzrokuje značajno padanje napona, što može utjecati na stabilnost izlaznog napona.

Izvori naponstva izmjenjivog toka: U AC sustavima, posebno u mrežno napajanim aplikacijama, interni otpor izvora snage obično je vrlo mali, približavajući se nuli. U tim slučajevima, viši otpor opterećenja pomaže u smanjenju struje, time smanjujući potrošnju snage i generiranje topline. Također, AC opterećenja često uključuju induktivne ili kapacitivne elemente, čije impedancije variraju s frekvencijom. Stoga, dizajn otpora opterećenja mora uzeti u obzir ukupno podudaranje impedancija sustava. U nekim slučajevima, viši otpor opterećenja može pojednostaviti podudaranje impedancija, smanjiti harmonijsku distorziju i minimizirati refleksije.

2. Zahtjevi za strujom i snagom

Izvori naponstva pravog toka: U nekim DC primjenama, poput pogona motora ili LED svjetiljke, opterećenje može zahtijevati značajnu struju. Da bi se osigurala dovoljna struja na nižem naponu, otpor opterećenja često je dizajniran da bude relativno nizak. Na primjer, u električnim vozilima, paket baterija mora isporučiti velike struje motoru, tako da je ekvivalentni otpor motora relativno nizak.

Izvori naponstva izmjenjivog toka: U AC sustavima, posebno u visokonaponskim mrežama prijenosa i distribucije, želi se smanjiti struja kako bi se smanjile gubitke pri prijenosu. Prema Ohmovom zakonu I=V/R, viši otpor opterećenja rezultira nižom strujom, smanjujući gubitke snage u vodovima Pwire=I2R).

Stoga, u visokonaponskim sistemima prijenosa, otpor opterećenja tipično je viši kako bi se osigurala niža struja i smanjeni gubitci energije.

3. Stabilnost i učinkovitost

Izvori naponstva pravog toka: Za izvore naponstva pravog toka, posebno one koristene u uređajima napajanim baterijama, nizak otpor opterećenja može dovesti do prekomjerne struje, povećavajući opterećenje izvora snage, skraćujući vijek trajanja baterije i potencijalno uzrokujući pregrejavanje ili oštećenje. Stoga je otpor opterećenja obično dizajniran da bude dovoljno visok kako bi se osigurala stabilnost i dugotrajnost izvora snage.

Izvori naponstva izmjenjivog toka: U AC sustavima, posebno u mrežno napajanim aplikacijama, viši otpor opterećenja može pomoći u održavanju stabilnosti sustava smanjujući fluktuacije struje i potrošnju snage. Također, AC opterećenja često imaju složene karakteristike impedancije, stoga dizajn otpora opterećenja mora uzeti u obzir ukupnu performansu i stabilnost sustava.

4. Mekhanizmi zaštite

Izvori naponstva pravog toka: U DC sustavima, nizak otpor opterećenja može uzrokovati stanja prekomjerne struje, pokrećući mehanizme zaštite od prekomjerne struje izvora snage. Da bi se to spriječilo, otpor opterećenja obično je dizajniran da bude viši kako bi se osiguralo da struja ostane unutar sigurnih granica.

Izvori naponstva izmjenjivog toka: U AC sustavima, viši otpor opterećenja pomaže u smanjenju struje, smanjujući rizik od pretjerane opterećenosti i kratkih spojeva. Nadalje, mehanizmi zaštite AC-a (poput prekidača struje i štapića) često su temeljeni na pragovima struje, pa viši otpor opterećenja može smanjiti vjerojatnost aktivacije tih mehanizama zaštite.

5. Posebni scenariji primjene

Izvori naponstva pravog toka: U određenim specijaliziranim primjenama, poput solarnih panela ili gorivnih celija, dizajn otpora opterećenja mora biti optimiziran na temelju karakteristika izvora snage. Na primjer, izlazni napon i struja solarnih panela variraju s intenzitetom svjetlosti, tako da se otpor opterećenja odabire kako bi se optimiziralo praćenje maksimalne točke snage (MPPT) kako bi se osigurala maksimalna izlazna snaga pod različitim uvjetima osvetljenja.

Izvori naponstva izmjenjivog toka: U primjenama poput audio pojačala ili transformatora, dizajn otpora opterećenja mora uzeti u obzir frekvencijsku odgovornost i podudaranje impedancija. Viši otpor opterećenja može pomoći u smanjenju distorzije i poboljšanju kvalitete zvuka.

Sažetak

Izvori naponstva pravog toka: U većini slučajeva, otpor opterećenja za izvore naponstva pravog toka dizajniran je da bude viši kako bi se osigurala stabilnost napona, smanjio rizik od prekomjerne struje i proširen vijek trajanja izvora snage. Međutim, u primjenama koje zahtijevaju visoku struju, otpor opterećenja može biti dizajniran da bude niži.

Izvori naponstva izmjenjivog toka: U AC sustavima, otpor opterećenja često je viši, posebno u visokonaponskim mrežama prijenosa i distribucije, kako bi se smanjila struja i gubitci pri prijenosu. Međutim, u određenim primjenama, dizajn otpora opterećenja mora uzeti u obzir podudaranje impedancija, frekvencijsku odgovornost i druge faktore.

Stoga, izbor otpora opterećenja ne ovisi samo o tome je li izvor snage DC ili AC, već o specifičnoj primjeni, karakteristikama izvora snage i ukupnom dizajnu sustava.