Wat is de reden voor het willen van een lage weerstand in de belasting voor gelijkspanningsbronnen en een hoge weerstand in de belasting voor wisselspanningsbronnen

Bij het bespreken van de eisen voor belastingweerstand bij gelijkspanningsbronnen versus wisselspanningsbronnen, is het belangrijk op te merken dat er geen universele regel bestaat die stelt dat gelijkspanningsbronnen altijd een lage belastingweerstand vereisen, terwijl wisselspanningsbronnen altijd een hoge belastingweerstand nodig hebben. De daadwerkelijke eisen zijn afhankelijk van de specifieke toepassing, het schakelingontwerp en de overeenkomstprincipes tussen de energiebron en de belasting. Sommige toepassingen kunnen echter bepaalde bereiken van belastingweerstand favoriseren, en dit kan vanuit verschillende perspectieven worden begrepen:

1. Aanpassing van de interne weerstand van de energiebron aan de belastingweerstand

Zowel gelijk- als wisselspanningsbronnen hebben enige interne weerstand (of equivalentieve reeksweerstand). Theoretisch gezien zou de belastingweerstand gelijk moeten zijn aan de interne weerstand van de energiebron om de krachtoverdracht te maximaliseren (volgens de Stelling van Maximale Krachtsoverdracht). In praktische toepassingen is deze match echter niet altijd wenselijk omdat:

Gelijkspanningsbronnen: In veel gelijkspanningstoepassingen, vooral die welke door batterijen worden aangedreven, is het doel vaak om een stabiele spanning uitvoer te leveren in plaats van de krachtsoverdracht te maximaliseren. Daarom is de belastingweerstand meestal veel hoger dan de interne weerstand van de energiebron om een minimale spanningdaling te waarborgen en de stabiliteit van de uitvoerspanning te behouden. Als de belastingweerstand te laag is, zal er een aanzienlijke stroom door de interne weerstand stromen, wat een aanzienlijke spanningdaling veroorzaakt, wat de stabiliteit van de uitvoerspanning kan beïnvloeden.

Wisselspanningsbronnen: In wisselspanningssystemen, vooral in netwerkgestuurde toepassingen, is de interne weerstand van de energiebron meestal zeer klein, naderend nul. In deze gevallen helpt een hogere belastingweerstand om de stroom te verminderen, waardoor het energieverbruik en warmte-ontwikkeling worden verlaagd. Bovendien bevatten wisselbelastingen vaak inductieve of capacitaire elementen, waarvan de impedantie varieert met de frequentie. Daarom moet het ontwerp van de belastingweerstand rekening houden met de algemene impedantie-aanpassing van het systeem. In sommige gevallen kan een hogere belastingweerstand de impedantie-aanpassing vereenvoudigen, harmonische vervorming verminderen en reflecties minimaliseren.

2. Strom- en krachteisen

Gelijkspanningsbronnen: In sommige gelijkspanningstoepassingen, zoals motordrijvingen of LED-verlichting, kan de belasting aanzienlijke stroom vereisen. Om voldoende stroom bij een lagere spanning te leveren, wordt de belastingweerstand vaak ontworpen om relatief laag te zijn. Bijvoorbeeld, in elektrische voertuigen moet de accupack grote stromen leveren aan de motor, dus de equivalente weerstand van de motor is relatief laag.

Wisselspanningsbronnen: In wisselspanningssystemen, vooral in hoogspannings-overdrachts- en distributienetwerken, is het wenselijk om de stroom te verminderen om transmissieverliezen te minimaliseren. Volgens Ohms wet I=V/R leidt een hogere belastingweerstand tot een lagere stroom, waardoor de krachtverliezen in de transmissieleidingen Pwire=I2R worden verlaagd.

Daarom is de belastingweerstand in hoogspannings-overdrachtssystemen meestal hoger om een lagere stroom te waarborgen en energieverlies te verminderen.

3. Stabiliteit en efficiëntie

Gelijkspanningsbronnen: Voor gelijkspanningsbronnen, vooral die welke worden gebruikt in batterijgevoede apparaten, kan een lage belastingweerstand leiden tot een excessieve stroom, waardoor de belasting op de energiebron toeneemt, de levensduur van de batterij verkort en potentieel oververhitting of schade veroorzaakt. Daarom wordt de belastingweerstand meestal ontworpen om voldoende hoog te zijn om de stabiliteit en levensduur van de energiebron te waarborgen.

Wisselspanningsbronnen: In wisselspanningssystemen, vooral in netwerkgestuurde toepassingen, kan een hogere belastingweerstand helpen om de systeemstabiliteit te handhaven door stroomfluctuaties en energieverbruik te verminderen. Bovendien hebben wisselbelastingen vaak complexe impedantie-eigenschappen, dus het ontwerp van de belastingweerstand moet rekening houden met de algemene prestaties en stabiliteit van het systeem.

4. Beschermingsmechanismen

Gelijkspanningsbronnen: In gelijkspanningssystemen kan een lage belastingweerstand overstromingssituaties veroorzaken, waardoor de overstromingsbeschermingsmechanismen van de energiebron worden geactiveerd. Om dit te voorkomen, wordt de belastingweerstand meestal ontworpen om hoger te zijn om ervoor te zorgen dat de stroom binnen veilige grenzen blijft.

Wisselspanningsbronnen: In wisselspanningssystemen helpt een hogere belastingweerstand om de stroom te verminderen, waardoor het risico op overbelasting en korte sluitingen wordt verlaagd. Bovendien zijn wisselbeschermingsmechanismen (zoals circuitbrekers en vuses) vaak gebaseerd op stroomdrempels, dus een hogere belastingweerstand kan de kans op het activeren van deze beschermingsmechanismen verminderen.

5. Speciale toepassingsscenario's

Gelijkspanningsbronnen: In bepaalde gespecialiseerde toepassingen, zoals zonnepanelen of brandstofcellen, moet het ontwerp van de belastingweerstand worden geoptimaliseerd op basis van de eigenschappen van de energiebron. Bijvoorbeeld, de uitvoerspanning en -stroom van zonnepanelen variëren met de lichtintensiteit, dus wordt de belastingweerstand gekozen om de maximale kracht-punttracking (MPPT) te optimaliseren om de maximale krachtuitvoer onder verschillende lichtcondities te waarborgen.

Wisselspanningsbronnen: In toepassingen zoals audioversterkers of transformatoren, moet het ontwerp van de belastingweerstand rekening houden met de frequentie-respons en impedantie-aanpassing. Een hogere belastingweerstand kan helpen om vervorming te verminderen en de audiokwaliteit te verbeteren.

Samenvatting

Gelijkspanningsbronnen: In de meeste gevallen wordt de belastingweerstand voor gelijkspanningsbronnen ontworpen om hoger te zijn om de spanningstabiliteit te waarborgen, het risico van een excessieve stroom te verminderen en de levensduur van de energiebron te verlengen. Echter, in toepassingen die hoge stroom vereisen, kan de belastingweerstand worden ontworpen om lager te zijn.

Wisselspanningsbronnen: In wisselspanningssystemen is de belastingweerstand meestal hoger, vooral in hoogspannings-overdrachts- en distributienetwerken, om de stroom en transmissieverliezen te verminderen. Echter, in bepaalde toepassingen moet het ontwerp van de belastingweerstand ook rekening houden met impedantie-aanpassing, frequentie-respons en andere factoren.

Dus, de keuze van de belastingweerstand wordt niet alleen bepaald door of de energiebron gelijkspanning of wisselspanning is, maar hangt af van de specifieke toepassing, de eigenschappen van de energiebron en het algemene ontwerp van het systeem.