Virtalähteen koko piirissä kehittämää tehoa kutsutaan täysi voima.

Se määräytyy kaavan mukaan

Siten tehokkuus riippuu lähteen sisäisen vastuksen ja kuluttajan vastuksen välisestä suhteesta.

Sähköinen hyötysuhde on tapana ilmaista prosentteina.

Käytännön sähkötekniikan kannalta kaksi kysymystä ovat erityisen kiinnostavia:

1. Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi

2. Korkeimman tehokkuuden saavuttamisen ehto

Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi (teho kuormassa)

Sähkövirta kehittää suurimman hyötytehon (teho kuormituksella), jos kuormitusvastus on yhtä suuri kuin virtalähteen vastus.

Tämä maksimiteho on puolet virtalähteen koko piirissä kehittämästä kokonaistehosta (50 %).

Puolet tehosta kehitetään kuormalla ja puolet virtalähteen sisäisellä resistanssilla.

Jos vähennämme kuormitusvastusta, kuormalla kehitetty teho pienenee ja virtalähteen sisäisellä resistanssilla kehitetty teho kasvaa.

Jos kuormitusvastus on nolla, virta piirissä on suurin, tämä oikosulkutila (oikosulku) . Lähes kaikki teho kehitetään virtalähteen sisäisellä resistanssilla. Tämä tila on vaarallinen sekä virtalähteelle että koko piirille.

Jos lisäämme kuormitusvastusta, virta piirissä pienenee, myös kuorman teho pienenee. Kun kuormitusvastus on erittäin suuri, piirissä ei ole virtaa ollenkaan. Tätä vastusta kutsutaan äärettömän suureksi. Jos piiri on auki, sen vastus on äärettömän suuri. Tätä tilaa kutsutaan tyhjäkäyntitila.

Näin ollen oikosulkua lähellä olevissa tiloissa ja joutokäynnillä hyötyteho on pieni ensimmäisessä tapauksessa alhaisen jännitearvon vuoksi ja toisessa pienestä virta-arvosta johtuen.

Edellytys korkeimman hyötysuhteen saamiseksi

Hyötysuhdekerroin (hyötysuhde) on 100% tyhjäkäynnillä (tässä tapauksessa hyödyllistä tehoa ei vapauteta, mutta samalla lähdetehoa ei kuluteta).

Kun kuormitusvirta kasvaa, hyötysuhde laskee suoraviivaisesti.

Oikosulkutilassa hyötysuhde on nolla (hyödyllistä tehoa ei ole, ja lähteen kehittämä teho kuluu kokonaan sen sisällä).

Yhteenvetona edellä olevasta voimme tehdä johtopäätöksiä.

Maksimihyödyllisen tehon (R=R 0) ja maksimihyötysuhteen (R=∞) saamisen ehto eivät täsmää. Lisäksi, kun otetaan vastaan ​​suurin hyötyteho lähteestä (sovitettu kuormitustila), hyötysuhde on 50 %, ts. puolet lähteen kehittämästä tehosta menee hukkaan sen sisällä.

Tehokkaissa sähköasennuksissa sovitettua kuormitusta ei voida hyväksyä, koska tämä johtaa turhaan suurten tehojen kulutukseen. Siksi voimalaitoksille ja sähköasemille generaattoreiden, muuntajien, tasasuuntaajien toimintatilat lasketaan siten, että varmistetaan korkea hyötysuhde (90% tai enemmän).

Tilanne on toinen heikkojen virtojen tekniikassa. Otetaan esimerkiksi puhelin. Mikrofonin edessä puhuttaessa laitteen piiriin syntyy sähköinen signaali, jonka teho on noin 2 mW. On selvää, että suurimman kommunikaatioalueen saavuttamiseksi on välttämätöntä siirtää mahdollisimman paljon tehoa linjalle ja tätä varten on suoritettava koordinoitu kuormanvaihtotila. Onko tehokkuudella väliä tässä tapauksessa? Ei tietenkään, koska energiahäviöt lasketaan murto-osissa tai milliwattien yksiköissä.

Sovitettu kuormitustila on käytössä radiolaitteissa. Siinä tapauksessa, että yhtenäistä tilaa ei ole järjestetty suoralla yhteydellä generaattorin ja kuorman välillä, käytetään toimenpiteitä niiden vastusten sovittamiseksi.

Virtalähteen koko piirissä kehittämää tehoa kutsutaan täysi voima.

Se määräytyy kaavan mukaan

missä P noin on virtalähteen koko piirissä kehittämä kokonaisteho watteina;

E-e. d.s. lähde, sisään;

Virran I-arvo piirissä, a.

Yleensä sähköpiiri koostuu ulkoisesta osasta (kuormasta), jossa on vastus R ja sisäosa vastuksella R0(virtalähteen vastus).

Korvataan e:n arvo kokonaistehon lausekkeessa. d.s. piiriosien jännitteiden kautta saamme

Arvo UI vastaa piirin ulkoisessa osassa kehitettyä tehoa (kuorma), ja sitä kutsutaan hyödyllistä voimaa P kerros = UI.

Arvo U o I vastaa lähteen sisällä hukattua tehoa, sitä kutsutaan tehohäviö P o =U o I.

Siten näennäisteho on yhtä suuri kuin hyötytehon ja tehohäviöiden summa P noin \u003d P kerros + P 0.

Hyödyllisen tehon suhdetta lähteen kehittämään kokonaistehoon kutsutaan hyötysuhteeksi, lyhennettynä hyötysuhteeksi, ja sitä merkitään η:lla.

Se seuraa määritelmästä

Kaikissa olosuhteissa hyötysuhde η ≤ 1.

Jos ilmaistamme tehon piiriosien virralla ja resistanssilla, saamme

Siten tehokkuus riippuu lähteen sisäisen vastuksen ja kuluttajan vastuksen välisestä suhteesta.

Sähköinen hyötysuhde on tapana ilmaista prosentteina.

Käytännön sähkötekniikan kannalta kaksi kysymystä ovat erityisen kiinnostavia:

1. Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi

2. Korkeimman tehokkuuden saavuttamisen ehto

Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi (teho kuormassa)

Sähkövirta kehittää suurimman hyötytehon (teho kuormituksella), jos kuormitusvastus on yhtä suuri kuin virtalähteen vastus.

Tämä maksimiteho on puolet virtalähteen koko piirissä kehittämästä kokonaistehosta (50 %).

Puolet tehosta kehitetään kuormalla ja puolet virtalähteen sisäisellä resistanssilla.

Jos vähennämme kuormitusvastusta, kuormalla kehitetty teho pienenee ja virtalähteen sisäisellä resistanssilla kehitetty teho kasvaa.

Jos kuormitusvastus on nolla, virta piirissä on suurin, tämä oikosulkutila (oikosulku) . Lähes kaikki teho kehitetään virtalähteen sisäisellä resistanssilla. Tämä tila on vaarallinen sekä virtalähteelle että koko piirille.

Jos lisäämme kuormitusvastusta, virta piirissä pienenee, myös kuorman teho pienenee. Kun kuormitusvastus on erittäin suuri, piirissä ei ole virtaa ollenkaan. Tätä vastusta kutsutaan äärettömän suureksi. Jos piiri on auki, sen vastus on äärettömän suuri. Tätä tilaa kutsutaan tyhjäkäyntitila.

Näin ollen oikosulkua lähellä olevissa tiloissa ja joutokäynnillä hyötyteho on pieni ensimmäisessä tapauksessa alhaisen jännitearvon vuoksi ja toisessa pienestä virta-arvosta johtuen.

Edellytys korkeimman hyötysuhteen saamiseksi

Hyötysuhdekerroin (hyötysuhde) on 100% tyhjäkäynnillä (tässä tapauksessa hyödyllistä tehoa ei vapauteta, mutta samalla lähdetehoa ei kuluteta).

Kun kuormitusvirta kasvaa, hyötysuhde laskee suoraviivaisesti.

Oikosulkutilassa hyötysuhde on nolla (hyödyllistä tehoa ei ole, ja lähteen kehittämä teho kuluu kokonaan sen sisällä).

Yhteenvetona edellä olevasta voimme tehdä johtopäätöksiä.

Maksimihyödyllisen tehon (R=R 0) ja maksimihyötysuhteen (R=∞) saamisen ehto eivät täsmää. Lisäksi, kun otetaan vastaan ​​suurin hyötyteho lähteestä (sovitettu kuormitustila), hyötysuhde on 50 %, ts. puolet lähteen kehittämästä tehosta menee hukkaan sen sisällä.

Tehokkaissa sähköasennuksissa sovitettua kuormitusta ei voida hyväksyä, koska tämä johtaa turhaan suurten tehojen kulutukseen. Siksi voimalaitoksille ja sähköasemille generaattoreiden, muuntajien, tasasuuntaajien toimintatilat lasketaan siten, että varmistetaan korkea hyötysuhde (90% tai enemmän).

Tilanne on toinen heikkojen virtojen tekniikassa. Otetaan esimerkiksi puhelin. Mikrofonin edessä puhuttaessa laitteen piiriin syntyy sähköinen signaali, jonka teho on noin 2 mW. On selvää, että suurimman kommunikaatioalueen saavuttamiseksi on välttämätöntä siirtää mahdollisimman paljon tehoa linjalle ja tätä varten on suoritettava koordinoitu kuormanvaihtotila. Onko tehokkuudella väliä tässä tapauksessa? Ei tietenkään, koska energiahäviöt lasketaan murto-osissa tai milliwattien yksiköissä.

Sovitettu kuormitustila on käytössä radiolaitteissa. Siinä tapauksessa, että yhtenäistä tilaa ei ole järjestetty suoralla yhteydellä generaattorin ja kuorman välillä, käytetään toimenpiteitä niiden vastusten sovittamiseksi.

Sähkö- tai elektroniikkapiirissä on kahdenlaisia ​​elementtejä: passiivisia ja aktiivisia. Aktiivinen elementti pystyy jatkuvasti syöttämään energiaa piiriin - akkuun, generaattoriin. Passiiviset elementit - vastukset, kondensaattorit, induktorit, kuluttavat vain energiaa.

Mikä on nykyinen lähde

Virtalähde on laite, joka syöttää jatkuvasti sähköä piiriin. Se voi olla tasa- ja vaihtovirran lähde. Akut ovat tasavirtalähteitä, ja pistorasia on vaihtovirta.

Yksi mielenkiintoisimmista virtalähteiden ominaisuuksista– ne pystyvät muuttamaan ei-sähköenergiaa sähköenergiaksi, esimerkiksi:

• kemikaalit akuissa;
• mekaaniset generaattorit;
• aurinko jne.

Sähkölähteet on jaettu:

1. Itsenäinen;
2. Riippuva (ohjattu), jonka lähtö riippuu muualla piirissä olevasta jännitteestä tai virrasta, joka voi olla joko vakio tai muuttuva ajan myötä. Käytetään vastaavana IP-osoitteena elektronisille laitteille.

Piirilakeista ja -analyysistä puhuttaessa sähkövirtalähteitä pidetään usein ihanteellisina, eli teoriassa kykenevinä tuottamaan äärettömän määrän energiaa ilman häviötä, samalla kun niillä on suoran kuvaamat ominaisuudet. Todellisissa tai käytännöllisissä lähteissä on kuitenkin aina sisäinen vastus, joka vaikuttaa niiden tuottoon.

Tärkeä! Virtalähteet voidaan kytkeä rinnan vain, jos niillä on sama jännitearvo. Sarjakytkentä vaikuttaa lähtöjännitteeseen.

Virtalähteen sisäinen resistanssi esitetään sarjaan kytkettynä piirin kanssa.

Virtalähdeteho ja sisäinen vastus

Tarkastellaan yksinkertaista piiriä, jossa akussa on EMF E ja sisäinen vastus r ja se syöttää virtaa I ulkoiseen vastukseen, jonka vastus on R. Ulkoinen vastus voi olla mikä tahansa resistiivinen kuorma. Piirin päätarkoitus on siirtää energiaa akusta kuormaan, jossa se tekee jotain hyödyllistä, kuten huoneen valaisemista.

Voit johtaa hyötytehon riippuvuuden resistanssista:

1. Piirin ekvivalenttiresistanssi on R + r (koska kuormitusvastus on kytketty sarjaan ulkoisen kuorman kanssa);
2. Piirissä kulkeva virta määräytyy lausekkeella:

1. EMF-lähtöteho:

Murskatappio. = E x I = E2/(R + r);

1. Lämmönä haihtunut teho, sisäisellä akun resistanssilla:

Pr = I2xr = E2xr/(R + r)2;

1. Kuormaan siirretty teho:

P(R) = I2 x R = E2 x R/(R + r)2;

1. Murskatappio. = Pr + P(R).

Siten osa akun lähtöenergiasta menetetään välittömästi sisäisen vastuksen lämmön haihtumisen vuoksi.

Nyt voit piirtää P(R):n vs. R:n ja selvittää, millä kuormituksella hyötyteho saa maksimiarvon. Kun analysoidaan funktiota ääripäälle, käy ilmi, että kun R kasvaa, myös P(R) kasvaa monotonisesti, kunnes R ei ole yhtä suuri kuin r. Tässä vaiheessa hyötyteho on maksimi, ja alkaa sitten laskea monotonisesti R:n kasvaessa.

P(R)max = E²/4r, kun R = r. Tässä tapauksessa I = E/2r.

Tärkeä! Tämä on erittäin merkittävä tulos sähkötekniikassa. Tehonsiirto teholähteen ja ulkoisen kuorman välillä on tehokkainta, kun kuormitusvastus vastaa virtalähteen sisäistä vastusta.

Jos kuormitusvastus on liian suuri, piirin läpi kulkeva virta on tarpeeksi pieni siirtääkseen energiaa kuormaan huomattavalla nopeudella. Jos kuormitusvastus on liian alhainen, suurin osa lähtöenergiasta haihtuu lämpönä itse teholähteessä.

Tätä ehtoa kutsutaan sopimukseksi. Yksi esimerkki lähteen impedanssin ja ulkoisen kuormituksen yhteensovittamisesta on äänenvahvistin ja kaiutin. Vahvistimen lähtöimpedanssi Zout on asetettu 4 - 8 ohmiin ja kaiuttimen Zin nimellistuloimpedanssi on vain 8 ohmia. Sitten, jos 8 ohmin kaiutin on kytketty vahvistimen lähtöön, se näkee kaiuttimen 8 ohmin kuormana. Kahden 8 ohmin kaiuttimen kytkeminen rinnakkain vastaa yhtä 4 ohmin kaiutinta käyttävää vahvistinta, ja molemmat kokoonpanot ovat vahvistimen lähtömäärittelyjen mukaisia.

Nykyisen lähteen tehokkuus

Sähkötyötä tehtäessä energiaa muutetaan. Lähteen tekemä täysi työ menee energian muuntamiseen koko sähköpiirissä ja hyödyllinen työ on vain IP:hen kytketyssä piirissä.

Virtalähteen tehokkuuden määrällinen arviointi suoritetaan merkittävimmän työn nopeuden määrittävän indikaattorin mukaan, – teho:

Energiankuluttaja ei käytä kaikkea IP:n lähtötehoa. Lähteen kulutetun ja tuottaman energian suhde on hyötysuhdekertoimen kaava:

η = hyötyteho/lähtöteho = Ppol/Pout

Tärkeä! Koska Ppol. melkein joka tapauksessa se on pienempi kuin Pout, η ei voi olla suurempi kuin 1.

Tämä kaava voidaan muuntaa korvaamalla potenssit lausekkeilla:

1. Lähtöteho:

Murskatappio. = I x E = I 2 x (R + r) x t;

1. Kulutettu energia:

Rpol. = I x U = I2 x R x t;

1. Kerroin:

η = Рpol./Рout. = (I2 x R x t)/(I2 x (R + r) x t) = R/(R + r).

Eli virtalähteen tehokkuus määräytyy vastusten suhteen: sisäinen ja kuormitus.

Usein tehokkuusindikaattoria käytetään prosentteina. Sitten kaava saa muotoa:

η = R/(R + r) x 100 %.

Saadusta lausekkeesta voidaan nähdä, että sovitusehdon (R = r) mukaan kerroin η = (R/2 x R) x 100% = 50%. Kun siirrettävä energia on tehokkainta, itse IP:n hyötysuhde on vain 50 %.

Tämän kertoimen avulla arvioidaan eri IP- ja sähkönkuluttajien hyötysuhdetta.

Esimerkkejä tehokkuusarvoista:

• kaasuturbiini - 40%;
• aurinkoakku - 15-20%;
• litiumioniakku - 89-90%;
• sähkölämmitin - lähes 100%;
• hehkulamppu - 5-10%;
• LED-lamppu - 5-50%;
• jäähdytysyksiköt - 20-50%.

Hyödylliset tehoindikaattorit lasketaan eri kuluttajille suoritetun työn tyypistä riippuen.

Video

Virtalähteen tehon ja hyötysuhteen riippuvuus kuormasta

Instrumentit ja tarvikkeet: laboratoriopaneeli, kaksi paristoa, milliammetri, volttimittari, säädettävät vastukset.

Johdanto. Yleisimmät tasavirran lähteet ovat galvaaniset kennot, akut, tasasuuntaajat. Yhdistetään virtalähteeseen se osa, joka tarvitsee sen sähköenergiaa (lamppu, radiovastaanotin, mikrolaskin jne.). Tätä sähköpiirin osaa kutsutaan yleissanaksi - kuorma. Kuormalla on jonkin verran sähkövastusta R ja kuluttaa virtaa lähteestä minä(Kuva 1).

Kuorma muodostaa sähköpiirin ulkoosan. Mutta piirissä on myös sisäinen osa - tämä on itse asiassa itse virtalähde, sillä on sähkövastus r, sen läpi kulkee sama virta minä. Piirin sisäisen ja ulkoisen osan välinen raja on virtalähteen "+" ja "-" -navat, joihin kuluttaja on kytketty

Kuvassa 1 virtalähde on peitetty katkoviivalla.

Virtalähde sähkömoottorilla E muodostaa suljetussa piirissä virran, jonka voimakkuuden määrää Ohmin laki:

Kun virta kulkee vastusten läpi R Ja r niissä vapautuu lämpöenergiaa, jonka määrää laki Joule-Lenz. Virta piirin ulkoosassa R e – ulkoinen virtalähde

Tämä voima on hyödyllinen.

Voimaa sisällä R i – sisäinen teho. Se ei ole käytettävissä ja siksi on tappioita lähdevoimaa

Saattaa loppuun nykyisen lähteen teho R on näiden kahden ehdon summa,

Kuten määritelmistä (2,3,4) voidaan nähdä, jokainen teho riippuu sekä virtausvirrasta että vastaavan piirin osan resistanssista. Tarkastellaan tätä riippuvuutta erikseen.

TehoriippuvuusP e , P i , P kuormitusvirrasta.

Ottaen huomioon Ohmin lain (1), kokonaisteho voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Täten, lähteen kokonaisteho on suoraan verrannollinen kulutettua virtaa.

Teho haihtunut kuormituksella ( ulkoinen), On

Se on nolla kahdessa tapauksessa:

1) I = 0 ja 2) E – Ir = 0. (7)

Ensimmäinen ehto pätee avoimelle piirille, kun R , toinen vastaa ns oikosulku lähde, kun ulkoisen piirin vastus R = 0 . Tässä tapauksessa virta piirissä (katso kaava (1)) saavuttaa maksimiarvon - oikosulkuvirta.

Tällä virralla saattaa loppuun teho on korkeimmillaan

R Huom = EI kz =E 2 / r. (9)

Kuitenkin se kaikki erottuu sisäinen lähde.

Selvitetään, missä olosuhteissa ulkoisesta voimasta tulee maxi-pieni. Tehoriippuvuus P e virrasta on (katso kaava (6)) parabolinen:

.

Funktion maksimin paikka määräytyy ehdosta:

dP e /dl = 0, dP e /dl = E - 2Ir.

Hyödyllinen teho saavuttaa maksimiarvonsa virralla

joka on puolet oikosulkuvirrasta (8), (katso kuva 2):

Ulkoinen teho tällä virralla on

(12)

nuo. suurin ulkoinen teho on neljäsosa lähteen suurimmasta näennäistehosta.

Teho hävisi sisäisessä resistanssissa virralla minä max , määritellään seuraavasti:

, (13)

nuo. on myös neljäsosa virtalähteen enimmäiskokonaistehosta. Huomaa, että tällä hetkellä minä max

P e = P i . (14)

Kun virta piirissä pyrkii korkeimpaan arvoon minä kz , sisäinen voima

nuo. on yhtä suuri kuin lähteen maksimiteho (9). Tämä tarkoittaa, että lähteen koko teho on varattu sille kotimainen vastus, mikä on tietysti haitallista virtalähteen turvallisuuden kannalta.

Riippuvuusgraafin ominaispisteet P e = P e (minä) esitetty kuvassa. 2.

Tehokkuus nykyisen lähteen työ arvioidaan sen perusteella tehokkuutta. Hyötysuhde on hyötytehon suhde lähteen kokonaistehoon:

 = P e / P.

Kaavan (6) avulla tehokkuuden lauseke voidaan kirjoittaa seuraavasti:

. (15)

Kaavasta (1) voidaan nähdä, että E – Ir = IR on jännitystä U ulkoisen vastuksen suhteen. Siksi tehokkuus

 = U/ E . (16)

Lausekkeesta (15) seuraa myös, että

 = (17)

nuo. Lähteen hyötysuhde riippuu virtapiirissä olevasta virrasta ja pyrkii korkeimpaan arvoon, joka on yhtä suuri kuin virta minä  0 (kuva 3) . Virran kasvaessa hyötysuhde laskee lineaarisesti ja katoaa oikosulun sattuessa, kun virtapiirissä oleva virta tulee suurimmaksi minä kz = E/ r .

Ulkoisen tehon virrasta (6) riippuvuuden parabolisesta luonteesta seuraa, että sama teho kuormituksella P e voidaan saada kahdella eri virran arvolla piirissä. Kaavasta (17) ja kaaviosta (kuva 3) voidaan nähdä, että suuremman hyötysuhteen saamiseksi lähteestä on parempi työskennellä pienemmillä kuormitusvirroilla, joissa tämä kerroin on suurempi.

2. TehoriippuvuusP e , P i , P kuormituskestävyydestä.

Harkitse riippuvuus täydellinen, hyödyllinen ja sisäinen virtaa ulkopuolelta vastusR lähdepiirissä EMF:llä E ja sisäinen vastus r.

Saattaa loppuun lähteen kehittämä teho voidaan kirjoittaa seuraavasti, jos virran (1) lauseke korvataan kaavalla (5):

Joten kokonaisteho riippuu kuormitusvastuksesta R. Se on suurin oikosulun aikana, kun kuormitusvastus häviää (9). Kasvavan kuormituskestävyyden myötä R kokonaisteho laskee ja pyrkii nollaan R   .

Ulkoinen vastus on varattu

(19)

Ulkoinen tehoa R e on osa kokonaisvaltaa R ja sen arvo riippuu vastusten suhteesta R/(R+ r) . Oikosulun sattuessa ulkoinen teho on nolla. Kasvavan vastuksen myötä R se ensin kasvaa. klo R  r ulkoisen tehon suuruus on yleensä täynnä. Mutta itse hyötyteho tulee tässä tapauksessa pieneksi, koska kokonaisteho pienenee (katso kaava 18). klo R  ulkoinen teho on yleensä nolla sekä täynnä.

Mikä pitäisi olla tästä lähteestä vastaanotettava kuormitusvastus enimmäismäärä ulkoinen (hyödyllinen) teho (19)?

Etsitään tämän funktion maksimi ehdosta:

Ratkaisemalla tämän yhtälön saamme R max= r.

Täten, suurin teho vapautuu ulkoisessa piirissä, jos sen vastus on yhtä suuri kuin virtalähteen sisäinen vastus. Tässä tilanteessa virtapiirissä on E/2 r, nuo. puolet oikosulkuvirrasta (8). Suurin hyötyteho tällä vastuksella

(21)

mikä vastaa edellä saatua (12).

Tehoa hajaantui lähteen sisäisessä resistanssissa

(22)

klo R P i  P, ja milloin R=0 saavuttaa maksiminsa P i Huom = P Huom = E 2 / r. klo R= r sisäinen teho on puolet täydestä, P i = P/2 . klo R r se pienenee lähes samalla tavalla kuin kokonaismäärä (18).

Tehokkuuden riippuvuus piirin ulkoisen osan resistanssista ilmaistaan ​​seuraavasti:

 = (23)

Saadusta kaavasta seuraa, että hyötysuhde pyrkii nollaan kuormituskestävyyden lähestyessä nollaa ja hyötysuhde pyrkii korkeimpaan arvoon, joka on yhtä suuri, kun kuormitusvastus kasvaa R r. Mutta hyötyteho pienenee melkein yhtä paljon 1/ R (katso kaava 19).

Tehoa R e saavuttaa maksimiarvonsa klo R max = r, hyötysuhde on tässä tapauksessa kaavan (23) mukaan,  = r/(r+ r) = 1/2. Täten, ehto suurimman hyötytehon saamiseksi ei ole sama kuin suurimman hyötysuhteen saamisen ehto.

Tarkastuksen tärkein tulos on lähdeparametrien optimaalinen vastaavuus kuormituksen luonteeseen. Tässä voidaan erottaa kolme aluetta: 1) R r, 2)R r, 3) R r. Ensimmäinen tapaus tapahtuu, kun lähteestä vaaditaan pitkään vähän tehoa, esimerkiksi elektronisissa kelloissa, mikrolaskimissa. Tällaisten lähteiden mitat ovat pieniä, sähköenergian tarjonta niissä on pieni, se on käytettävä säästeliäästi, joten niiden on toimittava korkealla hyötysuhteella.

Toinen tapaus - oikosulku kuormassa, jossa kaikki lähteen teho hajoaa siihen ja johdot, jotka yhdistävät lähteen kuormaan. Tämä johtaa niiden liialliseen kuumenemiseen ja on melko yleinen tulipalojen ja tulipalojen syy. Siksi suuritehoisten virtalähteiden (dynamot, akut, tasasuuntaajat) oikosulku on erittäin vaarallinen.

SISÄÄN kolmas tapauksessa he haluavat saada suurimman tehon lähteestä ainakin lyhyt aika, esimerkiksi käynnistettäessä auton moottoria sähkökäynnistimellä, hyötysuhde ei ole niin tärkeä. Käynnistin käynnistyy hetkeksi. Lähteen pitkäaikainen käyttö tässä tilassa on käytännössä mahdotonta hyväksyä, koska se johtaa auton akun nopeaan purkamiseen, sen ylikuumenemiseen ja muihin ongelmiin.

Kemiallisten virtalähteiden toiminnan varmistamiseksi halutussa tilassa ne on liitetty tietyllä tavalla ns. akkuihin. Akun kennot voidaan kytkeä sarjaan, rinnan tai sekoitettuna. Tämä tai tuo kytkentäkaavio määräytyy kuormitusvastuksen ja kulutetun virran määrän mukaan.

Voimalaitosten tärkein toiminnallinen vaatimus on niiden toiminnan korkea hyötysuhde. Kaavasta (23) voidaan nähdä, että hyötysuhde pyrkii yhteyteen, jos virtalähteen sisäinen resistanssi on pieni verrattuna kuormitusvastukseen

Samanaikaisesti voit yhdistää elementtejä, joilla on sama EMF. Jos kytketty n identtiset elementit, niin tällaisesta akusta saat virran

Tässä r 1 - yhden elementin vastus, E 1 - Yhden elementin EMF.

Tällaista liitäntää on edullista käyttää matalavastuksen kuormituksella, ts. klo R r. Koska akun sisäinen kokonaisvastus pienenee rinnakkain kytkettynä n kertaa yhden elementin vastukseen verrattuna, niin se voidaan tehdä lähelle kuormitusvastusta. Tämä lisää lähteen tehokkuutta. Lisääntyy n ajat ja akkukennojen energiakapasiteetti.

 r, silloin on kannattavampaa kytkeä akun elementit sarjaan. Tässä tapauksessa akun emf on sisällä n kertaa enemmän yhden elementin EMF:ää ja tarvittavaa virtaa voidaan saada lähteestä

tavoite tämä laboratoriotyö on kokeellinen tarkastus edellä saadut teoreettiset tulokset kokonais-, sisäisen ja ulkoisen (hyödyllisen) tehon ja lähteen hyötysuhteen riippuvuudesta sekä kulutetun virran voimakkuudesta että kuormitusresistanssista.

Kuvaus asennuksesta. Virtalähteen suorituskyvyn tutkimiseen käytetään sähköpiiriä, jonka piiri on esitetty kuvassa. 4. Virtalähteenä käytetään kahta NKN-45 alkaliparistoa, jotka on kytketty peräkkäin yhdessä akussa vastuksen kautta r , mallintaa lähteen sisäistä vastusta.

Sen sisällyttäminen keinotekoisesti lisää paristojen sisäistä vastusta, mikä 1) suojaa niitä ylikuormitukselta oikosulkutilaan siirtyessä ja 2) mahdollistaa lähteen sisäisen resistanssin muuttamisen kokeen tekijän pyynnöstä. Kuormana (ulkoisen piirin resistanssi) n
käytetään kahta muuttuvaa vastusta R 1 Ja R 2 . (yksi karkeasäätöä, toinen hienosäätöä varten), joka tarjoaa tasaisen virransäädön laajalla alueella.

Kaikki instrumentit on asennettu laboratoriopaneeliin. Vastukset on kiinnitetty paneelin alle, niiden ohjausnupit ja liittimet nostetaan ylös, joiden lähellä on vastaavat merkinnät.

Mitat. 1.Aseta kytkin P vapaa-asentoon, kytkin VC avata. Käännä vastusten nuppeja vastapäivään, kunnes ne pysähtyvät (tämä vastaa suurinta kuormitusvastusta).

Kokoa sähköpiiri kaavion mukaan (kuva 4), älä liittyminen hei nykyiset lähteet.

Kun opettaja tai laboratorioavustaja on tarkistanut kootun piirin, kytke paristot E 1 Ja E 2 napaisuuden tarkkaileminen.

Aseta oikosulkuvirta. Tee tämä asettamalla kytkin P asentoon 2 (ulkoinen vastus on nolla) ja käyttämällä vastusta r aseta milliammetrin nuoli laitteen asteikon raja-arvoon (oikea äärimmäinen) - 75 tai 150 mA. Kiitos vastuksen r laboratorioympäristössä kyky säädellä virtalähteen sisäinen vastus. Itse asiassa sisäinen vastus on vakioarvo tämän tyyppisille lähteille, eikä sitä voi muuttaa.

Laita kytkin P paikalleen 1 , jolloin ulkoinen vastus (kuorma) kytkeytyy päälle R= R 1 + R 2 lähdepiiriin.

Muuttamalla virtapiirissä 5 ... 10 mA suurimmasta pienimpään arvoon vastusten avulla R 1 Ja R 2 , kirjoita muistiin milliampeerimittarin ja volttimittarin lukemat (kuorman jännite U) pöytään.

Laita kytkin P neutraaliin asentoon. Tässä tapauksessa virtalähteeseen on kytketty vain volttimittari, jolla on melko suuri vastus verrattuna lähteen sisäiseen resistanssiin, joten volttimittarin lukema on hieman pienempi kuin lähteen EMF. Koska sinulla ei ole muuta tapaa määrittää sen tarkkaa arvoa, on edelleen otettava volttimittarin lukema E. (Katso Lab #311 saadaksesi lisää tästä.)

s	mA				P e ,	P i ,	R,

Tulosten käsittely. 1. Laske jokaiselle nykyiselle arvolle:

täysi teho kaavan (5) mukaan,

ulkoinen (hyödyllinen) teho kaavan mukaan,

sisäinen teho suhteesta

piirin ulkoosan vastus Ohmin lain mukaan R= U/ minä,

Virtalähteen tehokkuus kaavan (16) mukaan.

Piirrä riippuvuuskaaviot:

näennäinen, hyödyllinen ja sisäinen teho virrasta minä (yhdellä tabletilla),

kokonaisvaltainen, hyödyllinen ja sisäinen teho vastusta R(myös yhdellä tabletilla); on järkevämpää rakentaa vain osa kuvaajasta, joka vastaa sen matalaresistanssista osaa, ja hylätä 4-5 kokeellista pistettä 15:stä korkean vastuksen alueella,

Lähteen tehokkuus kulutetun virran määrään minä,

Tehokkuus kuormituskestävyydestä R.

Kaavioista P e alkaen minä Ja P e alkaen R määritä ulkoisen piirin suurin hyötyteho P e max.

Kaaviosta P e alkaen R määrittää virtalähteen sisäisen resistanssin r.

Kaavioista P e alkaen minä Ja P e alkaen R etsi virtalähteen tehokkuus osoitteessa minä max ja klo R max .

Kontrollikysymykset

1. Piirrä kaavio työssä käytetystä sähköpiiristä.

2. Mikä on virtalähde? Mikä on kuorma? Mikä on ketjun sisäinen osa? Mistä ketjun ulompi osa alkaa ja mihin se päättyy? Mihin muuttuva vastus on tarkoitettu? r ?

3. Mitä kutsutaan ulkoiseksi, hyödylliseksi, sisäiseksi, täydeksi tehoksi? Mikä on tehohäviö?

4. Miksi hyödyllinen teho tässä työssä ehdotetaan laskettavaksi kaavalla P e = IU, eikä kaavan (2) mukaan? Perustele nämä suositukset.

5. Vertaa saamiasi kokeellisia tuloksia menetelmäoppaassa annettuihin laskettuihin tuloksiin sekä tehon riippuvuuden että kuormitusvastuksen tutkimuksessa.

Lähteet nykyinenTiivistelmä >> Fysiikka

Jatkuu alkaen 3-30 min. riippuvuuksia alkaen lämpötila... tehoa(1,2 kW/kg asti). Purkausaika ei ylitä 15 minuuttia. 2.2. Ampulli lähteet nykyinen... tasoittaa tärinää kuormia sähköjärjestelmissä ... pitäisi katsoa suhteellisen alhaiseksi tehokkuutta(40-45%) ja...

Tehoa harmoniset värähtelyt sähköpiireissä

Luento >> Fysiikka

... alkaen lähde V ladata vaadittu keskiarvo tehoa. Koska monimutkainen korostaa ja virrat ... ladata ja generaattorin kehittämä tehoa, on yhtä suuri kuin  = 0,5. RH:n lisääntyessä - keskiarvo tehoa vähenee, mutta kasvaa tehokkuutta. Ajoittaa riippuvuuksia tehokkuutta ...

Tiivistelmä >> Viestintä ja viestintä

... tehoa laitteet - kulutustavarat tehoa laitteet - vapaapäivä tehoa laitteet - tehokkuutta laitteet Hyväksy tehokkuutta...joka sisällä riippuvuuksia alkaen säätösyvyys... vakio riippumatta alkaen muutoksia nykyinen kuormia. klo lähteet ruokaa...

Opintojaksot >> Fysiikka

... tehoa UPS on jaettu Lähteet pieni keskeytymätön virtalähde tehoa(täydellä tehoa ... alkaen paristot, miinus - vähennys tehokkuutta ... nykyinen nimellisarvoon verrattuna nykyinen kuormia. ... 115 V riippuvuuksia alkaen kuormia; Houkutteleva ulkonäkö...

Virtalähteen koko piirissä kehittämää tehoa kutsutaan täysi voima.

Se määräytyy kaavan mukaan

missä P noin on virtalähteen koko piirissä kehittämä kokonaisteho watteina;

E-e. d.s. lähde, sisään;

Virran I-arvo piirissä, a.

Yleensä sähköpiiri koostuu ulkoisesta osasta (kuormasta), jossa on vastus R ja sisäosa vastuksella R0(virtalähteen vastus).

Korvataan e:n arvo kokonaistehon lausekkeessa. d.s. piiriosien jännitteiden kautta saamme

Arvo UI vastaa piirin ulkoisessa osassa kehitettyä tehoa (kuorma), ja sitä kutsutaan hyödyllistä voimaa P kerros = UI.

Arvo U o I vastaa lähteen sisällä hukattua tehoa, sitä kutsutaan tehohäviö P o =U o I.

Siten näennäisteho on yhtä suuri kuin hyötytehon ja tehohäviöiden summa P noin \u003d P kerros + P 0.

Hyödyllisen tehon suhdetta lähteen kehittämään kokonaistehoon kutsutaan hyötysuhteeksi, lyhennettynä hyötysuhteeksi, ja sitä merkitään η:lla.

Se seuraa määritelmästä

Kaikissa olosuhteissa hyötysuhde η ≤ 1.

Jos ilmaistamme tehon piiriosien virralla ja resistanssilla, saamme

Siten tehokkuus riippuu lähteen sisäisen vastuksen ja kuluttajan vastuksen välisestä suhteesta.

Sähköinen hyötysuhde on tapana ilmaista prosentteina.

Käytännön sähkötekniikan kannalta kaksi kysymystä ovat erityisen kiinnostavia:

1. Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi

2. Korkeimman tehokkuuden saavuttamisen ehto

Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi (teho kuormassa)

Sähkövirta kehittää suurimman hyötytehon (teho kuormituksella), jos kuormitusvastus on yhtä suuri kuin virtalähteen vastus.

Tämä maksimiteho on puolet virtalähteen koko piirissä kehittämästä kokonaistehosta (50 %).

Puolet tehosta kehitetään kuormalla ja puolet virtalähteen sisäisellä resistanssilla.

Jos vähennämme kuormitusvastusta, kuormalla kehitetty teho pienenee ja virtalähteen sisäisellä resistanssilla kehitetty teho kasvaa.

Jos kuormitusvastus on nolla, virta piirissä on suurin, tämä oikosulkutila (oikosulku) . Lähes kaikki teho kehitetään virtalähteen sisäisellä resistanssilla. Tämä tila on vaarallinen sekä virtalähteelle että koko piirille.

Jos lisäämme kuormitusvastusta, virta piirissä pienenee, myös kuorman teho pienenee. Kun kuormitusvastus on erittäin suuri, piirissä ei ole virtaa ollenkaan. Tätä vastusta kutsutaan äärettömän suureksi. Jos piiri on auki, sen vastus on äärettömän suuri. Tätä tilaa kutsutaan tyhjäkäyntitila.

Näin ollen oikosulkua lähellä olevissa tiloissa ja joutokäynnillä hyötyteho on pieni ensimmäisessä tapauksessa alhaisen jännitearvon vuoksi ja toisessa pienestä virta-arvosta johtuen.

Edellytys korkeimman hyötysuhteen saamiseksi

Hyötysuhdekerroin (hyötysuhde) on 100% tyhjäkäynnillä (tässä tapauksessa hyödyllistä tehoa ei vapauteta, mutta samalla lähdetehoa ei kuluteta).

Kun kuormitusvirta kasvaa, hyötysuhde laskee suoraviivaisesti.

Oikosulkutilassa hyötysuhde on nolla (hyödyllistä tehoa ei ole, ja lähteen kehittämä teho kuluu kokonaan sen sisällä).

Yhteenvetona edellä olevasta voimme tehdä johtopäätöksiä.

Maksimihyödyllisen tehon (R=R 0) ja maksimihyötysuhteen (R=∞) saamisen ehto eivät täsmää. Lisäksi, kun otetaan vastaan ​​suurin hyötyteho lähteestä (sovitettu kuormitustila), hyötysuhde on 50 %, ts. puolet lähteen kehittämästä tehosta menee hukkaan sen sisällä.

Tehokkaissa sähköasennuksissa sovitettua kuormitusta ei voida hyväksyä, koska tämä johtaa turhaan suurten tehojen kulutukseen. Siksi voimalaitoksille ja sähköasemille generaattoreiden, muuntajien, tasasuuntaajien toimintatilat lasketaan siten, että varmistetaan korkea hyötysuhde (90% tai enemmän).

Tilanne on toinen heikkojen virtojen tekniikassa. Otetaan esimerkiksi puhelin. Mikrofonin edessä puhuttaessa laitteen piiriin syntyy sähköinen signaali, jonka teho on noin 2 mW. On selvää, että suurimman kommunikaatioalueen saavuttamiseksi on välttämätöntä siirtää mahdollisimman paljon tehoa linjalle ja tätä varten on suoritettava koordinoitu kuormanvaihtotila. Onko tehokkuudella väliä tässä tapauksessa? Ei tietenkään, koska energiahäviöt lasketaan murto-osissa tai milliwattien yksiköissä.

Sovitettu kuormitustila on käytössä radiolaitteissa. Siinä tapauksessa, että yhtenäistä tilaa ei ole järjestetty suoralla yhteydellä generaattorin ja kuorman välillä, käytetään toimenpiteitä niiden vastusten sovittamiseksi.