توان در مقابل ولتاژ: تحلیل مقایسه ای و حقایق

این مقاله به طور مفصل به بحث قدرت در مقابل ولتاژ می‌پردازد، مانند رابطه بین توان در مقابل ولتاژ، توان راکتیو، توان موتور، ضریب توان و غیره.

مقایسه توان و ولتاژ:

قدرتولتاژ
توان میزان انرژی جذب شده یا تامین شده با توجه به زمان است. ولتاژ افت پتانسیل بین دو نقطه است.
تعریف ریاضی توان عبارت است از ضرب یا حاصل ضرب ولتاژ لحظه ای و جریان لحظه ای مدار. تعریف ریاضی ولتاژ (به عنوان قانون اهم) حاصل ضرب یا ضرب مقاومت و جریان یک مسیر یا شاخه از مدار است.
P = VI V = IR

آیا توان برابر با ولتاژ است?

ولتاژ افت پتانسیل بین دو نقطه است، در حالی که توان میزان انرژی جذب شده یا تامین شده با توجه به زمان است.

توان لحظه ای (یا فوری) هر مدار را می توان به عنوان حاصل ضرب جریان لحظه ای (یا فوری) (i) و ولتاژ آنی (یا فوری) (v) توصیف کرد. واحد اندازه گیری (یا جزء) توان وات است. ولتاژ نیروی محرکه الکتریکی است و واحد اندازه گیری آن ولت است.

رابطه آن با ولتاژ و توان چیست؟?

توان میزان جذب و تامین انرژی نسبت به زمان است و واحد اندازه گیری آن وات می باشد.

برای تعریف رابطه بین توان و ولتاژ، از فیزیک، ما می دانیم که

p = dw/dt

 جایی که p توان بر حسب وات، w انرژی بر حسب ژول و t زمان بر حسب ثانیه است.

p = dw/dt = vi

بنابراین p =vi

در اینجا p توان لحظه ای، کمیت زمانی متغیر، v ولتاژ لحظه ای و i جریان لحظه ای است.

جهت قطبیت جریان و ولتاژ علامت قدرت را تعیین می کند. وقتی قدرت در علامت مثبت است، آنگاه قدرت با مشاهده یک عنصر تحویل داده می شود. اگر قدرت در علامت منفی باشد، برق توسط هر عنصری تامین می شود.

فایل:RMS ولتاژ متوسط ​​power.svg
تصویر های اعتباری: امگاترونتوان متوسط ​​ولتاژ RMSCC BY-SA 4.0

طبق قرارداد علامت غیرفعال، جریان از طریق قطب مثبت منبع ولتاژ وارد می شود. وقتی توان مثبت است، که قدرت جذب را نشان می دهد، و اگر توان منفی است، به این معنی است که عنصر در حال رهاسازی یا تامین توان است.

حد توان در مقابل ولتاژ هسته

اصطلاحات ولتاژ هسته و حد توان اصطلاحات تعریف شده برای ریزپردازنده ها هستند.

محدودیت قدرت حداکثر قدرتی است که می تواند توسط سیستم تولید یا مصرف شود. در برخی موارد، زمانی که مصرف انرژی از محدودیت های توان ویژه برای پردازنده بیشتر می شود، در این حالت است که پردازنده به طور خودکار فرکانس هسته را کاهش می دهد تا توان را در محدوده مورد نیاز خود به حداقل برساند.

همزمان، ولتاژ اصلی یک منبع ولتاژ مشخص با ولتاژ به هسته پردازنده یک ریزپردازنده است. هر ریزپردازنده دارای محدوده خاصی از ولتاژ هسته است، که نشان می دهد محدوده ولتاژ هسته می تواند با سازنده یا نوع ریزپردازنده متفاوت باشد، به این معنی که سازنده ممکن است پردازنده را طوری پیکربندی کند که از هر ولتاژی در محدوده ولتاژ هسته تعریف شده استفاده کند.

کنترل ضریب قدرت در مقابل کنترل ولتاژ

سطح ولتاژ را می توان با کنترل جذب تولید و جریان توان راکتیو در یک مدار کنترل کرد.

دستگاه ها یا روش های مختلف کنترل جستجوی ولتاژ به عنوان منبع یا سینک توان راکتیو مانند

کنترل ضریب قدرت می توان برای افزایش بار ضریب توان، بهبود کارایی سیستم توزیع استفاده کرد. برای کنترل ضریب توان می توان از سلف، خازن، یکسو کننده و غیره استفاده کرد.

تجهیزات خاصی وجود دارد که برای کنترل ضریب توان استفاده می شود. آنها هستند:

  • خازن های ساکن،
  • کندانسور سنکرون،
  • پیشرفت فاز.

افت برق در مقابل افت ولتاژ

افت ولتاژ عبارت است از افت یا کاهش پتانسیل الکتریکی در مدار، در حالی که افت توان اتلاف انرژی الکتریکی است.

افت ولتاژ در یک مدار عموماً به دلیل مقاومت جریان جریان از طریق یک هادی ایجاد می شود، یا سیم به هر طول یا اندازه سیمی گفته می شود که مقداری مقاومت داشته باشد. و جریان عبوری از سیم باعث افت ولتاژ با افزایش طول سیم، افزایش مقاومت و در نتیجه افت ولتاژ قابل توجهی در مدار می شود. در عین حال، افت توان می تواند به دلیل هر گونه خرابی در مدار یا به دلیل راندمان پایین مدار کلی باشد. تلفات برق عموماً به دلیل اتصال کوتاه، خرابی آبشاری، فیوز، نویز، اتلاف ناخواسته برق و غیره ایجاد می شود.

افت ولتاژ در مدار را می توان با مقدار امپدانس مدار کلی تعیین کرد. در عین حال، تلفات برق در مدار را می توان با اختلاف توان ورودی و خروجی مدار تعیین کرد.

با افزایش ولتاژ، تمام جریان از طریق مدار افزایش می یابد، که می تواند باعث اتلاف توان بیشتر در هر جزء یا سیم مدار شود.

قدرت در مقابل ولتاژ
تصویر های اعتباری: "ولتاژ بالا" by الفلوریو تحت مجوز است CC BY-SA 2.0

قدرت DB در مقابل ولتاژ DB

بهره ولتاژ یا توان یا هر بهره در الکترونیک را می توان بر حسب دسی بل تعریف کرد.

بهره ولتاژ بر حسب DB (به معنی دسی بل) را می توان به عنوان تفاوت بین سطح ولتاژ خروجی (یا سطح پتانسیل الکتریکی ورودی) در دسی بل در سطح ولتاژ ورودی (یا سطح پتانسیل الکتریکی خروجی) در دسی بل تعریف کرد. 

مقدار نیز برابر است با 20 برابر ورود استاندارد نسبت ولتاژ خروجی Vout به ولتاژ ورودی Vin.

db = 20 log10 Vo/Vi

جایی که Vo ولتاژ خروجی و vi ولتاژ ورودی است

افزایش توان در DB را می توان به عنوان تفاوت بین توان تولید شده در خروجی مدار بر حسب دسی بل و توان ورودی مدار بر حسب دسی بل توصیف کرد.

مقدار افزایش توان برابر است با 10 برابر لگاریتم مشترک نسبت توان تولید شده در خروجی مدار به توان ورودی به مدار.

db= 10 log10 Po/Pi

جایی که Po توان تولید شده در خروجی مدار است.

و Pi توان ورودی مدار است.

افزایش قدرت در مقابل افزایش ولتاژ

گاهی اوقات، بهره قدرت از نظر توان ورودی و خروجی مشخص نیست.

La افزایش قدرت یک مدار را می توان به عنوان نسبت توان خروجی تولید شده به توان ورودی اعمال شده به مدار توصیف کرد. را افزایش ولتاژ را می توان به عنوان نسبت ولتاژ خروجی تولید شده در مدار به ولتاژ ورودی اعمال شده به مدار تعریف کرد.

تقویت کننده قدرت در مقابل تقویت کننده ولتاژ

آمپلی فایر دستگاهی است که برای افزایش یا افزایش توان کلی یک سیگنال استفاده می شود.

A تقویت کننده ولتاژ برای بالا بردن سطح ولتاژ (یا سطح پتانسیل الکتریکی) در خروجی تقویت کننده استفاده می شود. همچنین به نام تقویت کننده سیگنال کوچک است. کوپلینگ مورد استفاده در این آمپلی فایر کوپلینگ RC می باشد. در حالی که یک تقویت کننده قدرت برای افزایش سطح توان در خروجی تقویت کننده استفاده می شود، این تقویت کننده نیز به عنوان یک تقویت کننده سیگنال بزرگ شناخته می شود. کوپلینگ مورد استفاده در این آمپلی فایر کوپلینگ ترانسفورماتور می باشد.

بزرگی سیگنال ورودی از آمپلی فایر قدرت نسبتاً گسترده تر از سیگنال ورودی یک تقویت کننده ولتاژ است. مقدار بتا هر تقویت کننده قدرت بسیار بالاتر از تقویت کننده ولتاژ است. اتلاف گرما در تقویت کننده های قدرت بیشتر از تقویت کننده های ولتاژ است. امپدانس بار برای تقویت کننده های ولتاژ نسبتاً بیشتر از تقویت کننده های قدرت است.

تهویه برق در مقابل رگولاتور ولتاژ

تهویه کننده برق دستگاهی است که از دستگاه در برابر نوسانات برق یا جهش محافظت می کند.

A تهویه مطبوع عمدتاً برای بهبود کیفیت توانی که در شرف تحویل به تجهیزات بارگیری است، استفاده می شود. معمولاً یک تهویه کننده برق دارای فیلتر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) و تداخل فرکانس رادیویی (RFI) است.

فایل:بازخورد op-amp ولتاژ amplifier.png
تصویر های اعتباری: Brews ohareتقویت کننده ولتاژ op-amp فیدبکCC0 1.0

La تنظیم کننده اختلاف سطح وسیله ای است که برای حفظ ولتاژ در یک مقدار ثابت یا در محدوده از پیش تعریف شده استفاده می شود. ولتاژ کمتر یا ولتاژ بیش از حد می تواند بر عملکرد یا سلامت دستگاه های الکترونیکی تأثیر بگذارد.

در برخی موارد، یک تهویه کننده قدرت را می توان با یک تنظیم کننده ولتاژ به همراه مدارهای دیگر طراحی کرد که حداقل یک عملکرد دیگر را برای بهبود کیفیت توان انجام می دهد، مانند جداسازی نویز، تصحیح ضریب توان، حفاظت از ضربه گذرا و غیره.

تصویر های اعتباری: نانیتتاشو تنظیم کننده ولتاژCC0 1.0

توان دینامیک در مقابل ولتاژ

مجموع اتلاف توان یک مدار CMOS مجموع اتلاف توان پویا و استاتیک یا نشتی است.

توان دینامیکی به جزء اتلاف توان کل مدار CMOS گفته می شود که مدار CMOS حالت منطقی خود را از منطقی به منطق دیگر تغییر می دهد. توان دینامیکی تابع فرکانس سوئیچینگ ولتاژ تغذیه و بار خروجی ترانزیستور است.

اتلاف توان دینامیکی در رابطه ولتاژ تغذیه را می توان به صورت تعریف کرد 

P = CV2

جایی که V ولتاژ تغذیه و f فرکانس سوئیچینگ است.

و ولتاژ تغذیه کاهش می یابد توان دینامیکی نیز کاهش می یابد.

توان الکتریکی در مقابل ولتاژ

توان الکتریکی را می توان به عنوان انرژی تلف شده یا تولید شده در واحد زمان تعریف کرد. جزء اندازه گیری قدرت وات است.

La قدرت الکتریکی یک مدار را می توان به عنوان حاصل ضرب ولتاژ (یا انرژی پتانسیل الکتریکی) و جریان عبوری از مدار توصیف کرد. توان از طریق مدار را می توان با استفاده از قدرت سنج اندازه گیری کرد.

ولتاژ را می توان به عنوان افت احتمالی بین دو نقطه توصیف کرد. واحد اندازه گیری ولتاژ ولت است. ولتاژ را می توان به عنوان حاصل ضرب ولت و شارژ تعریف کرد. ولتاژ یک مدار را می توان با یک ولت متر اندازه گیری کرد.

قدرت نشتی در مقابل ولتاژ

توان نشتی تابعی از ولتاژ آستانه ولتاژ اعمال شده و اندازه ترانزیستور است. توان نشتی را می توان با ولتاژ کاری کمتر کاهش داد.

در CMOS قدرت نشتیانرژی زمانی مصرف می شود که ترانزیستور در ناحیه آستانه فرعی باشد، به این معنی که مصرف برق توسط جریان زیرآستانه (جریان بین منبع و تخلیه در طول آستانه زیرآستانه ترانزیستور) و دیود بایاس معکوس در ترانزیستور CMOS به عنوان توان نشتی شناخته می شود. قدرت نشتی می تواند به تغییر آن بستگی داشته باشد ترانزیستور ولتاژ آستانه. قدرت نشتی نتیجه جریان نشتی ناخواسته در کانال آستانه زمانی است که ترانزیستور کار نمی کند.

قدرت موتور در مقابل ولتاژ

موتور الکتریکی ماشینی است که فرمت الکتریکی انرژی را در قالب مکانیکی انرژی تبدیل یا تبدیل می کند.

توان یک موتور را می توان محصول نرخ بقای تولید انرژی در واحد زمان تعریف کرد.

رابطه بین توان و ولتاژ را می توان به این صورت تعریف کرد که حاصل ضرب ولتاژ لحظه ای و جریان لحظه ای برابر با توان لحظه ای است که قدرت موتور ثابت باشد. با این حال، زمانی که ولتاژ کاهش می یابد، جریان روی موتور افزایش می یابد و هنگامی که ولتاژ افزایش می یابد، جریان کشیده شده توسط موتور یا گرمای تولید شده توسط موتور کاهش می یابد. با این حال، ولتاژ بالا می تواند جزء مغناطیسی موتور را اشباع کند.

موتور الکتریکی E-Twow
اعتبار تصویر: موتور الکتریکی E-Twow by کاسپارسدامبیس تحت مجوز است CC BY 2.0

هنگامی که بین ولتاژ و جریان اختلاف فاز وجود دارد، قدرت موتور به عنوان حاصلضرب ضریب توان با جریان و ولتاژ تعریف می شود.

تا زمانی که موتور جریان کافی را از منبع تغذیه می گیرد، همان مقدار نیرو تولید می شود، با مقادیر متفاوت ولتاژ، یعنی با ولتاژ بالاتر، به این معنی نیست که موتور قدرت بیشتری تولید می کند.

توان RF در مقابل ولتاژ

RF power مخفف قدرت فرکانس رادیویی است. فرکانس رادیویی نرخ نوسان بالای جریان AC یا ولتاژ هر میدان الکتریکی، مغناطیسی یا الکترومغناطیسی است.

تقویت کننده توان فرکانس رادیویی (RF) نوعی تقویت کننده است که سیگنال فرکانس رادیویی کم توان را در سیگنال فرکانس رادیویی پرقدرت تبدیل یا تغییر می دهد. 

به طور کلی در آنتن فرستنده از تقویت کننده قدرت RF استفاده می شود. توان فرکانس رادیویی (یا RF) یا توان RF به معنای کلی در dBm توصیف می‌شود (dBm یک واحد لگاریتمی توان مورد استفاده در الکترونیک رادیویی و مایکروویو است) با ولتاژ برای امپدانس تعیین‌شده.

در الکترونیک، توان بر حسب میلی‌وات اندازه‌گیری می‌شود و می‌توان آن را با کمک افت ولتاژ در دو طرف تعریف کرد مقاومت ظاهری توان مدار RF در سراسر مدار RF را می توان به صورت تعریف کرد

P = VxV/z

جایی که P توان، V ولتاژ و Z امپدانس است.

توان راکتیو در مقابل ولتاژ

از طریق مثلث قدرترابطه بین توان ظاهری، توان واقعی و توان راکتیو را می توان تعریف کرد.

بیایید رابطه بین توان راکتیو و ولتاژ را تعریف کنیم. بصورت تک فاز مدار AC با یک بار امپدانس Z، جریان و ولتاژ لحظه ای را می توان به صورت تعریف کرد

من - گناه wt

جایی که I = V/Z

اکنون توان لحظه ای تحویل شده به بار را می توان به صورت تعریف کرد

p = iv = 2VIsinωtsin(ωt-θ)

در معادله فوق مولفه ربع جریان I sin تتا مولفه نوسان توان فرکانس 2\ امگا به لرد با مقدار متوسط ​​صفر است. این جزء توان به عنوان توان راکتیو شناخته می شود.

قدرت واکنشی همچنین می تواند به عنوان معیار تبادل انرژی بین منبع و بخش راکتیو بار تعریف شود.

توان راکتیو بین منبع و بار به عقب و جلو منتقل می شود که نشان دهنده یک مبادله بدون تلفات بین منبع و بار است. توان راکتیو برای بار مقاومتی صفر است، در حالی که برای بار خازنی کمتر از صفر و برای بار القایی قابل توجه تر از صفر است.

توان راکتیو با Q نشان داده می شود و واحد توان راکتیو ولت آمپر راکتیو است.

به طور کلی، ولتاژ با افزایش توان راکتیو افزایش می یابد، در حالی که ولتاژ با کاهش توان راکتیو کاهش می یابد. کدام ولتاژ اولیه با توان راکتیو نسبت مستقیم دارد، wهنگامی که توان راکتیو ثابت است، ولتاژ کاهش می یابد که باعث افزایش جریان برای حفظ منبع تغذیه می شودکه باعث می شود هر سیستمی توان راکتیو بیشتری مصرف کند و در نتیجه ولتاژ افت بیشتری پیدا کند.

در مدار AC، ولتاژ با حفظ تولید و جذب توان راکتیو کنترل می شود.

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخشهای موردنیاز علامتگذاری شدهاند *

رفته به بالا