Srovės šaltinio išvystyta galia visoje grandinėje vadinama pilna jėga.

Jis nustatomas pagal formulę

Taigi efektyvumas priklauso nuo šaltinio vidinės varžos ir vartotojo pasipriešinimo santykio.

Paprastai elektros efektyvumas išreiškiamas procentais.

Praktinei elektrotechnikai ypač svarbūs du klausimai:

1. Didžiausios naudingosios galios gavimo sąlyga

2. Sąlyga pasiekti didžiausią efektyvumą.

Sąlyga gauti didžiausią naudingąją galią (galia apkrovoje)

Elektros srovė išvysto didžiausią naudingąją galią (galią esant apkrovai), jei apkrovos varža lygi srovės šaltinio varžai.

Ši maksimali galia yra lygi pusei visos galios (50%), kurią sukuria srovės šaltinis visoje grandinėje.

Pusė galios išvystoma esant apkrovai, o pusė - esant srovės šaltinio vidinei varžai.

Jei sumažinsime apkrovos varžą, tada apkrovoje išvystyta galia sumažės, o srovės šaltinio vidine varža išvystyta galia padidės.

Jei apkrovos varža yra lygi nuliui, srovė grandinėje bus maksimali, tai yra trumpojo jungimo režimas (trumpasis jungimas) . Beveik visa galia bus išvystyta esant vidinei srovės šaltinio varžai. Šis režimas yra pavojingas srovės šaltiniui ir visai grandinei.

Jei padidinsime apkrovos varžą, srovė grandinėje sumažės, o apkrovos galia taip pat sumažės. Jei apkrovos varža labai didelė, grandinėje iš viso nebus srovės. Ši varža vadinama be galo dideliu. Jei grandinė atvira, jos varža yra be galo didelė. Šis režimas vadinamas tuščiosios eigos režimas.

Taigi režimuose, artimuose trumpajam jungimui ir be apkrovos, naudingoji galia pirmu atveju yra maža dėl žemos įtampos, o antruoju dėl mažos srovės.

Sąlyga pasiekti didžiausią efektyvumą

Naudingumo koeficientas (efektyvumas) tuščiąja eiga yra 100% (šiuo atveju neišleidžiama naudingoji galia, bet tuo pačiu ir nesunaudojama šaltinio galia).

Didėjant apkrovos srovei, efektyvumas mažėja pagal tiesinį dėsnį.

Trumpojo jungimo režimu efektyvumas yra lygus nuliui (naudingos galios nėra, o šaltinio sukurta galia visiškai sunaudojama).

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, galime padaryti išvadas.

Sąlyga gauti didžiausią naudingąją galią (R = R 0) ir sąlyga gauti didžiausią naudingumą (R = ∞) nesutampa. Be to, iš šaltinio gaunant maksimalią naudingąją galią (suderintos apkrovos režimas), efektyvumas yra 50%, t.y. pusė šaltinio sukurtos galios iššvaistoma jos viduje.

Galingose ​​elektros instaliacijose suderintos apkrovos režimas yra nepriimtinas, nes dėl to išeikvojamos didelės galios. Todėl elektros stotims ir pastotėms generatorių, transformatorių, lygintuvų darbo režimai skaičiuojami taip, kad būtų užtikrintas didelis efektyvumas (90% ir daugiau).

Situacija yra kitokia silpnos srovės technologijoje. Paimkime, pavyzdžiui, telefono aparatą. Kai kalbama prieš mikrofoną, įrenginio grandinėje sukuriamas apie 2 mW galios elektros signalas. Akivaizdu, kad norint pasiekti didžiausią ryšio diapazoną, į liniją reikia perduoti kuo daugiau galios, o tam reikalingas suderintas apkrovos perjungimo režimas. Ar šiuo atveju svarbus efektyvumas? Žinoma, ne, nes energijos nuostoliai skaičiuojami milivatų dalimis arba vienetais.

Radijo įrangoje naudojamas suderintas apkrovos režimas. Tuo atveju, kai nėra užtikrinamas suderintas režimas, kai generatorius ir apkrova yra tiesiogiai sujungti, naudojamos priemonės jų varžoms suderinti.

Srovės šaltinio išvystyta galia visoje grandinėje vadinama pilna jėga.

Jis nustatomas pagal formulę

čia P rev – visa srovės šaltinio išvystyta galia visoje grandinėje, W;

E-ah. d.s. šaltinis, in;

I yra srovės dydis grandinėje, a.

Apskritai elektros grandinė susideda iš išorinės sekcijos (apkrovos) su varža R ir vidinė sekcija su pasipriešinimu R0(srovės šaltinio varža).

e reikšmės pakeitimas bendros galios išraiškoje. d.s. per grandinės sekcijų įtampas gauname

Didumas UI atitinka išorinėje grandinės dalyje išvystytą galią (apkrovą) ir yra vadinama naudingos galios P aukštas = UI.

Didumas O aš atitinka šaltinio viduje nenaudingai išleidžiamą galią, Ji vadinama praradimo galia P o =O aš.

Taigi bendra galia yra lygi naudingosios galios ir nuostolingos galios sumai P ob = P aukštas + P 0.

Naudingosios galios ir visos šaltinio sukurtos galios santykis vadinamas efektyvumu, sutrumpintai vadinamas naudingumo koeficientu ir žymimas η.

Iš apibrėžimo išplaukia

Bet kokiomis sąlygomis efektyvumas η ≤ 1.

Jei išreiškiame galią grandinės sekcijų srove ir varža, gauname

Taigi efektyvumas priklauso nuo šaltinio vidinės varžos ir vartotojo pasipriešinimo santykio.

Paprastai elektros efektyvumas išreiškiamas procentais.

Praktinei elektrotechnikai ypač svarbūs du klausimai:

1. Didžiausios naudingosios galios gavimo sąlyga

2. Sąlyga pasiekti didžiausią efektyvumą.

Sąlyga gauti didžiausią naudingąją galią (galia apkrovoje)

Elektros srovė išvysto didžiausią naudingąją galią (galią esant apkrovai), jei apkrovos varža lygi srovės šaltinio varžai.

Ši maksimali galia yra lygi pusei visos galios (50%), kurią sukuria srovės šaltinis visoje grandinėje.

Pusė galios išvystoma esant apkrovai, o pusė - esant srovės šaltinio vidinei varžai.

Jei sumažinsime apkrovos varžą, tada apkrovoje išvystyta galia sumažės, o srovės šaltinio vidine varža išvystyta galia padidės.

Jei apkrovos varža yra lygi nuliui, srovė grandinėje bus maksimali, tai yra trumpojo jungimo režimas (trumpasis jungimas) . Beveik visa galia bus išvystyta esant vidinei srovės šaltinio varžai. Šis režimas yra pavojingas srovės šaltiniui ir visai grandinei.

Jei padidinsime apkrovos varžą, srovė grandinėje sumažės, o apkrovos galia taip pat sumažės. Jei apkrovos varža labai didelė, grandinėje iš viso nebus srovės. Ši varža vadinama be galo dideliu. Jei grandinė atvira, jos varža yra be galo didelė. Šis režimas vadinamas tuščiosios eigos režimas.

Taigi režimuose, artimuose trumpajam jungimui ir be apkrovos, naudingoji galia pirmu atveju yra maža dėl žemos įtampos, o antruoju dėl mažos srovės.

Sąlyga pasiekti didžiausią efektyvumą

Naudingumo koeficientas (efektyvumas) tuščiąja eiga yra 100% (šiuo atveju neišleidžiama naudingoji galia, bet tuo pačiu ir nesunaudojama šaltinio galia).

Didėjant apkrovos srovei, efektyvumas mažėja pagal tiesinį dėsnį.

Trumpojo jungimo režimu efektyvumas yra lygus nuliui (naudingos galios nėra, o šaltinio sukurta galia visiškai sunaudojama).

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, galime padaryti išvadas.

Sąlyga gauti didžiausią naudingąją galią (R = R 0) ir sąlyga gauti didžiausią naudingumą (R = ∞) nesutampa. Be to, iš šaltinio gaunant maksimalią naudingąją galią (suderintos apkrovos režimas), efektyvumas yra 50%, t.y. pusė šaltinio sukurtos galios iššvaistoma jos viduje.

Galingose ​​elektros instaliacijose suderintos apkrovos režimas yra nepriimtinas, nes dėl to išeikvojamos didelės galios. Todėl elektros stotims ir pastotėms generatorių, transformatorių, lygintuvų darbo režimai skaičiuojami taip, kad būtų užtikrintas didelis efektyvumas (90% ir daugiau).

Situacija yra kitokia silpnos srovės technologijoje. Paimkime, pavyzdžiui, telefono aparatą. Kai kalbama prieš mikrofoną, įrenginio grandinėje sukuriamas apie 2 mW galios elektros signalas. Akivaizdu, kad norint pasiekti didžiausią ryšio diapazoną, į liniją reikia perduoti kuo daugiau galios, o tam reikalingas suderintas apkrovos perjungimo režimas. Ar šiuo atveju svarbus efektyvumas? Žinoma, ne, nes energijos nuostoliai skaičiuojami milivatų dalimis arba vienetais.

Radijo įrangoje naudojamas suderintas apkrovos režimas. Tuo atveju, kai nėra užtikrinamas suderintas režimas, kai generatorius ir apkrova yra tiesiogiai sujungti, naudojamos priemonės jų varžoms suderinti.

Elektrinėje arba elektroninėje grandinėje yra dviejų tipų elementai: pasyvūs ir aktyvūs. Aktyvus elementas gali nuolat tiekti energiją į grandinę - akumuliatorių, generatorių. Pasyvieji elementai - rezistoriai, kondensatoriai, induktoriai, sunaudoja tik energiją.

Kas yra srovės šaltinis

Srovės šaltinis yra įrenginys, kuris nuolat tiekia grandinę elektra. Tai gali būti nuolatinės ir kintamosios srovės šaltinis. Baterijos yra nuolatinės srovės šaltiniai, o elektros lizdai yra kintamos srovės šaltiniai.

Viena įdomiausių energijos šaltinių charakteristikų– jie gali neelektrinę energiją paversti elektros energija, pavyzdžiui:

• cheminė medžiaga baterijose;
• mechaniniai generatoriuose;
• saulės ir kt.

Elektros šaltiniai skirstomi į:

1. Nepriklausomas;
2. Priklausomas (valdomas), kurio išėjimas priklauso nuo įtampos arba srovės kitur grandinėje, kuri gali būti pastovi arba kintanti laikui bėgant. Naudojamas kaip lygiavertis elektros prietaisų maitinimo šaltinis.

Kalbant apie grandinės dėsnius ir analizę, elektros maitinimo šaltiniai dažnai laikomi idealiais, ty teoriškai galinčiais tiekti begalinį energijos kiekį be nuostolių, o charakteristikas vaizduoja tiesia linija. Tačiau tikruose ar praktiniuose šaltiniuose visada yra vidinis pasipriešinimas, kuris turi įtakos jų išėjimui.

Svarbu! SP galima jungti lygiagrečiai tik tuo atveju, jei jų įtampos vertė yra tokia pati. Serijinis jungtis turės įtakos išėjimo įtampai.

Maitinimo šaltinio vidinė varža yra nuosekliai sujungta su grandine.

Srovės šaltinio galia ir vidinė varža

Panagrinėkime paprastą grandinę, kurioje akumuliatorius turi emf E ir vidinę varžą r ir tiekia srovę I į išorinį rezistorių, kurio varža R. Išorinis rezistorius gali būti bet kokia aktyvi apkrova. Pagrindinis grandinės tikslas yra perduoti energiją iš akumuliatoriaus į apkrovą, kur ji atlieka ką nors naudingo, pavyzdžiui, apšviečia kambarį.

Galite nustatyti naudingosios galios priklausomybę nuo pasipriešinimo:

1. Ekvivalentinė grandinės varža yra R + r (nes apkrovos varža yra nuosekliai sujungta su išorine apkrova);
2. Srovė, tekanti grandinėje, bus nustatyta pagal išraišką:

1. EMF išėjimo galia:

Rych. = E x I = E²/(R + r);

1. Galia, išsklaidyta kaip šiluma esant vidinei akumuliatoriaus varžai:

Pr = I² x r = E² x r/(R + r)²;

1. Apkrovai perduodama galia:

P(R) = I² x R = E² x R/(R + r)²;

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

Taigi dalis akumuliatoriaus išėjimo energijos iš karto prarandama dėl šilumos išsklaidymo per vidinę varžą.

Dabar galite nubraižyti P(R) priklausomybę nuo R ir sužinoti, kokiai apkrovai naudingoji galia įgis didžiausią vertę. Analizuojant ekstremumo funkciją, paaiškėja, kad didėjant R, P(R) monotoniškai didės iki taško, kai R nelygus r. Šiuo metu naudingoji galia bus maksimali, o tada pradeda monotoniškai mažėti toliau didinant R.

P(R)max = E²/4r, kai R = r. Šiuo atveju I = E/2r.

Svarbu! Tai labai reikšmingas rezultatas elektrotechnikos srityje. Energijos perdavimas tarp maitinimo šaltinio ir išorinės apkrovos yra efektyviausias, kai apkrovos varža atitinka vidinę srovės šaltinio varžą.

Jei apkrovos pasipriešinimas yra per didelis, srovė, tekanti per grandinę, yra pakankamai maža, kad energija būtų perduodama apkrovai pastebimu greičiu. Jei apkrovos pasipriešinimas yra per mažas, didžioji išėjimo energijos dalis yra išsklaidoma kaip šiluma pačiame maitinimo šaltinyje.

Ši sąlyga vadinama koordinacija. Vienas iš šaltinio varžos ir išorinės apkrovos suderinimo pavyzdžių yra garso stiprintuvas ir garsiakalbis. Stiprintuvo išėjimo varža Zout nustatyta nuo 4 iki 8 omų, o garsiakalbio vardinė įvesties varža Zin yra tik 8 omai. Tada, jei prie stiprintuvo išvesties prijungtas 8 omų garsiakalbis, jis matys garsiakalbį kaip 8 omų apkrovą. Dviejų 8 omų garsiakalbių prijungimas lygiagrečiai vienas su kitu prilygsta stiprintuvui, kuris valdo vieną 4 omų garsiakalbį, ir abi konfigūracijos atitinka stiprintuvo išvesties charakteristikas.

Srovės šaltinio efektyvumas

Kai darbas atliekamas elektros srove, vyksta energijos transformacijos. Visas šaltinio atliktas darbas pereina į energijos transformacijas visoje elektros grandinėje, o naudingas – tik grandinėje, prijungtoje prie maitinimo šaltinio.

Kiekybinis srovės šaltinio efektyvumo įvertinimas atliekamas pagal reikšmingiausią rodiklį, lemiantį darbo greitį, – galia:

Energijos vartotojas sunaudoja ne visą IP išėjimo galią. Suvartotos energijos ir šaltinio tiekiamos energijos santykis yra efektyvumo formulė:

η = naudingoji galia / išėjimo galia = Ppol./Pout.

Svarbu! Kadangi Ppol. beveik bet kokiu atveju mažesnis nei Pout, η negali būti didesnis nei 1.

Šią formulę galima paversti galias pakeičiant išraiškomis:

1. Šaltinio išėjimo galia:

Rych. = I x E = I² x (R + r) x t;

1. Sunaudota energija:

Rpol. = I x U = I² x R x t;

1. Koeficientas:

η = Ppol./Pout. = (I² x R x t)/(I² x (R + r) x t) = R/(R + r).

Tai yra, srovės šaltinio efektyvumą lemia varžų santykis: vidinė ir apkrova.

Dažnai efektyvumo rodiklis naudojamas procentais. Tada formulė bus tokia:

η = R/(R + r) x 100 %.

Iš gautos išraiškos aišku, kad jei atitikties sąlyga yra įvykdyta (R = r), koeficientas η = (R/2 x R) x 100% = 50%. Kai perduodama energija yra efektyviausia, paties maitinimo efektyvumas yra tik 50%.

Naudojant šį koeficientą, vertinamas įvairių individualių verslininkų ir elektros vartotojų efektyvumas.

Efektyvumo verčių pavyzdžiai:

• dujų turbina – 40 %;
• saulės baterija – 15-20%;
• ličio jonų baterija – 89-90%;
• elektrinis šildytuvas – beveik 100%;
• kaitrinė lempa – 5-10%;
• LED lempa – 5-50%;
• šaldymo agregatai – 20-50%.

Naudingosios galios rodikliai skaičiuojami skirtingiems vartotojams, priklausomai nuo atliekamo darbo pobūdžio.

Vaizdo įrašas

Srovės šaltinio galios ir efektyvumo priklausomybė nuo apkrovos

Prietaisai ir priedai: laboratorinis skydelis, dvi baterijos, miliametras, voltmetras, kintamieji rezistoriai.

Įvadas. Plačiausiai naudojami nuolatinės srovės šaltiniai yra galvaniniai elementai, baterijos ir lygintuvai. Prie srovės šaltinio prijungkime dalį, kuriai reikia elektros energijos (lemputė, radijas, mikroskaičiuotuvas ir kt.). Ši elektros grandinės dalis paprastai vadinama apkrova. Krovinys turi tam tikrą elektrinę varžą R ir sunaudoja srovę iš šaltinio aš(1 pav.).

Apkrova sudaro išorinę elektros grandinės dalį. Tačiau yra ir vidinė grandinės dalis - tai iš tikrųjų yra pats srovės šaltinis, jis turi elektrinę varžą r, jame teka ta pati srovė aš. Riba tarp vidinės ir išorinės grandinės sekcijų yra srovės šaltinio „+“ ir „–“ gnybtai, prie kurių prijungtas vartotojas.

1 paveiksle srovės šaltinis yra padengtas punktyriniu kontūru.

Srovės šaltinis su elektrovaros jėga E uždaroje grandinėje sukuria srovę, kurios stiprumas nustatomas Omo dėsnis:

Kai srovė teka per varžas R Ir r juose išsiskiria šiluminė energija, nustatoma pagal įstatymus Džaulis-Lenzas. Maitinimas išorinėje grandinės dalyje R e – išorinė galia

Ši galia yra naudinga.

Maitinimas viduje R i – vidinė galia. Jo negalima naudoti, todėl yra nuostoliaišaltinio galia

Pilnas srovės šaltinio galia R yra šių dviejų terminų suma,

Kaip matyti iš apibrėžimų (2,3,4), kiekviena iš galių priklauso ir nuo tekančios srovės, ir nuo atitinkamos grandinės dalies varžos. Panagrinėkime šią priklausomybę atskirai.

Priklausomybė nuo galiosP e , P i , P nuo apkrovos srovės.

Atsižvelgiant į Ohmo dėsnį (1), bendrą galią galima parašyti taip:

Taigi, Bendra šaltinio galia yra tiesiogiai proporcinga srovės suvartojimas.

Galia, išleista esant apkrovai ( išorinis), Yra

Jis yra lygus nuliui dviem atvejais:

1) I = 0 ir 2) E – Ir = 0. (7)

Pirmoji sąlyga galioja atvirai grandinei, kai R , antrasis atitinka vadinamąjį trumpas sujungimasšaltinis, kai išorinės grandinės varža R = 0 . Šiuo atveju srovė grandinėje (žr. (1) formulę) pasiekia didžiausią vertę – trumpojo jungimo srovė.

Prie šios srovės pilnas galia tampa didžiausia

R nb = EI trumpas sujungimas =E 2 / r. (9)

Tačiau ji visa išsiskiria šaltinio viduje.

Išsiaiškinkime, kokiomis sąlygomis tampa išorinė galia maksimalus. Priklausomybė nuo galios P e nuo srovės yra (žr. (6) formulę) parabolinis:

.

Funkcijos maksimumo padėtis nustatoma pagal sąlygą:

dP e /dI = 0, dP e /dI = E – 2Ir.

Naudingoji galia pasiekia didžiausią vertę esant srovei

kuri yra pusė trumpojo jungimo srovės (8), (žr. 2 pav.):

Išorinė galia esant šiai srovei yra

(12)

tie. didžiausia išorinė galia yra viena ketvirtadalis didžiausios bendros šaltinio galios.

Galia, išsiskirianti dėl vidinės varžos srovės metu aš max apibrėžiamas taip:

, (13)

tie. taip pat yra ketvirtadalis didžiausios bendros srovės šaltinio galios. Atkreipkite dėmesį, kad esant dabartinei aš maks

P e = P i . (14)

Kai srovė grandinėje siekia didžiausią vertę aš trumpas sujungimas , vidinė galia

tie. lygus didžiausiai šaltinio galiai (9). Tai reiškia, kad visa šaltinio galia yra skirta jam vidinis atsparumas, kuris, žinoma, yra žalingas srovės šaltinio saugumo požiūriu.

Priklausomybės grafiko charakteristikos taškai P e = P e (aš) parodyta pav. 2.

Efektyvumasįvertintas srovės šaltinio veikimas efektyvumą. Naudingumas yra naudingosios galios ir visos šaltinio galios santykis:

 = P e / P.

Naudojant (6) formulę, efektyvumo išraišką galima parašyti taip:

. (15)

Iš (1) formulės aišku, kad E – Ir = IR yra įtampa U dėl išorinio pasipriešinimo. Todėl efektyvumas

 = U/ E . (16)

Iš (15) išraiškos taip pat išplaukia, kad

 = (17)

tie. Šaltinio efektyvumas priklauso nuo srovės grandinėje ir yra linkęs į didžiausią vertę, lygią vienetui, esant srovei aš  0 (3 pav.) . Didėjant srovei, efektyvumas tiesiškai mažėja ir trumpojo jungimo metu nueina iki nulio, kai srovė grandinėje tampa didžiausia. aš trumpas sujungimas = E/ r .

Iš išorinės galios priklausomybės nuo srovės parabolinio pobūdžio (6) išplaukia, kad ta pati galia nuo apkrovos P e galima gauti esant dviem skirtingoms srovės vertėms grandinėje. Iš (17) formulės ir iš grafiko (3 pav.) aišku, kad norint gauti didesnį efektyvumą iš šaltinio, pageidautina dirbti mažesnėmis apkrovos srovėmis, kur šis koeficientas yra didesnis.

2. Priklausomybė nuo galiosP e , P i , P nuo atsparumo apkrovai.

Pasvarstykime priklausomybė pilnas, naudingas ir vidinis galia iš išorės pasipriešinimasRšaltinio grandinėje su EMF E ir vidinis pasipriešinimas r.

Pilnasšaltinio sukurtą galią galima parašyti taip, jei srovės (1) išraišką pakeisime formule (5):

Taigi bendra galia priklauso nuo apkrovos pasipriešinimo R. Jis didžiausias trumpojo jungimo metu, kai apkrovos pasipriešinimas nukrenta iki nulio (9). Didėjant atsparumui apkrovai R Bendra galia mažėja, linkusi į nulį R   .

Išsiskiria išoriniu pasipriešinimu

(19)

Išorinis galia R e yra visos galios dalis R o jo reikšmė priklauso nuo pasipriešinimo santykio R/(R+ r) . Trumpojo jungimo metu išorinė galia lygi nuliui. Didėjant pasipriešinimui R pirmiausia jis didėja. At R  r išorinė galia būna pilna. Tačiau pati naudingoji galia tampa maža, nes bendra galia mažėja (žr. 18 formulę). At R  išorinė galia linkusi į nulį, kaip ir visa galia.

Koks turėtų būti apkrovos pasipriešinimas, kurį reikia gauti iš šio šaltinio maksimalus išorinė (naudinga) galia (19)?

Raskime šios funkcijos maksimumą iš sąlygos:

Išspręsdami šią lygtį, gauname R max = r.

Taigi, Didžiausia galia išleidžiama išorinėje grandinėje, jei jos varža lygi srovės šaltinio vidinei varžai. Esant šiai sąlygai, srovė grandinėje yra lygi E/2 r, tie. pusė trumpojo jungimo srovės (8). Didžiausia naudingoji galia esant šiai varžai

(21)

kuris sutampa su tuo, kas buvo gauta aukščiau (12).

Galia išleista esant šaltinio vidinei varžai

(22)

At R P i  P, ir kada R=0 pasiekia didžiausią vertę P i nb = P nb = E 2 / r. At R= r vidinė galia pusiau pilna, P i = P/2 . At R r jis mažėja beveik taip pat, kaip ir pilnas (18).

Efektyvumo priklausomybė nuo išorinės grandinės dalies varžos išreiškiama taip:

 = (23)

Iš gautos formulės matyti, kad efektyvumas linkęs į nulį, kai pasipriešinimas apkrovai artėja prie nulio, o efektyvumas linkęs į didžiausią vertę, lygią vienetui, kai atsparumas apkrovai didėja iki R r. Tačiau naudingoji galia sumažėja beveik tiek pat 1/ R (žr. 19 formulę).

Galia R e pasiekia maksimalią vertę R maks = r, efektyvumas yra lygus pagal (23) formulę,  = r/(r+ r) = 1/2. Taigi, didžiausios naudingosios galios gavimo sąlyga nesutampa su didžiausio naudingumo gavimo sąlyga.

Svarbiausias svarstymo rezultatas – optimalus šaltinio parametrų atitikimas apkrovos pobūdžiui. Čia galima išskirti tris sritis: 1) R r, 2)R r, 3) R r. Pirmas atvejis pasitaiko, kai iš šaltinio ilgą laiką reikia mažos galios, pavyzdžiui, elektroniniuose laikrodžiuose, mikroskaičiuotuvuose. Tokių šaltinių dydis yra nedidelis, elektros energijos tiekimas juose nedidelis, ji turi būti išleista ekonomiškai, todėl turi veikti dideliu efektyvumu.

Antra atvejis - trumpasis jungimas apkrovoje, kai joje išleidžiama visa šaltinio galia ir laidai, jungiantys šaltinį su apkrova. Tai sukelia pernelyg didelį šildymą ir yra gana dažna gaisrų ir gaisrų priežastis. Todėl didelės galios srovės šaltinių (dinamo, akumuliatorių, lygintuvų) trumpasis jungimas yra itin pavojingas.

IN trečiasŠiuo atveju jie nori gauti maksimalią galią iš šaltinio bent jau trumpas laikas, pavyzdžiui, užvedant automobilio variklį naudojant elektrinį starterį, efektyvumo vertė nėra tokia svarbi. Starteris trumpam įsijungia. Ilgalaikis šaltinio veikimas šiuo režimu yra praktiškai nepriimtinas, nes tai sukelia greitą automobilio akumuliatoriaus išsikrovimą, perkaitimą ir kitas bėdas.

Siekiant užtikrinti cheminių srovės šaltinių veikimą reikiamu režimu, jie tam tikru būdu sujungiami vienas su kitu į vadinamąsias baterijas. Akumuliatoriaus elementai gali būti jungiami nuosekliai, lygiagrečiai arba mišria grandine. Tą ar tą prijungimo schemą lemia apkrovos pasipriešinimas ir sunaudotos srovės kiekis.

Svarbiausias elektrinių eksploatacinis reikalavimas yra didelis jų efektyvumas. Iš (23) formulės aišku, kad efektyvumas yra vienodas, jei srovės šaltinio vidinė varža yra maža, palyginti su apkrovos varža

Lygiagrečiai galite sujungti elementus, kurie turi tas pats EMF. Jei prijungtas n identiški elementai, tada iš tokios baterijos galite gauti srovę

Čia r 1 – vieno elemento varža, E 1 – vieno elemento EML.

Tokią jungtį pravartu naudoti esant mažo pasipriešinimo apkrovoms, t.y. adresu R r. Kadangi lygiagrečiai prijungto akumuliatoriaus bendra vidinė varža sumažėja n kartų lyginant su vieno elemento varža, tuomet jį galima padaryti arti apkrovos pasipriešinimo. Dėl to padidėja šaltinio efektyvumas. Padidėja n laikus ir akumuliatoriaus elementų energijos talpą.

 r, tuomet naudingiau elementus baterijoje jungti nuosekliai. Tokiu atveju akumuliatoriaus emf bus n kartų didesnis už vieno elemento EML ir reikiamą srovę galima gauti iš šaltinio

Tikslasšis laboratorinis darbas yra eksperimentinis patikrinimas aukščiau gautus teorinius rezultatus apie bendrosios, vidinės ir išorinės (grynosios) galios ir šaltinio naudingumo priklausomybę tiek nuo suvartojamos srovės galios, tiek nuo apkrovos varžos.

Montavimo aprašymas. Norint ištirti srovės šaltinio veikimo charakteristikas, naudojama elektros grandinė, kurios schema parodyta fig. 4. Kaip srovės šaltinis naudojamos dvi NKN-45 šarminės baterijos, kurios yra sujungtos nuosekliai į vieną bateriją per rezistorių r , modeliuojant šaltinio vidinę varžą.

Jo įtraukimas dirbtinai padidina baterijų vidinę varžą, kuri 1) apsaugo jas nuo perkrovos perjungiant į trumpojo jungimo režimą ir 2) suteikia galimybę eksperimentuotojo pageidavimu keisti šaltinio vidinę varžą. Kaip apkrova (išorinė grandinės varža) p
naudojami du kintamieji rezistoriai R 1 Ir R 2 . (vienas grubus reguliavimas, kitas smulkus), kuris užtikrina sklandų srovės valdymą plačiame diapazone.

Visi instrumentai sumontuoti ant laboratorinio skydelio. Rezistoriai yra pritvirtinti po skydeliu, o jų valdymo rankenėlės ir gnybtai yra viršuje, šalia kurių yra atitinkami užrašai.

Išmatavimai. 1. Sumontuokite jungiklį Pį neutralią padėtį, perjunkite VC atviras. Sukite rezistoriaus rankenėles prieš laikrodžio rodyklę, kol jos sustos (tai atitinka didžiausią atsparumą apkrovai).

Surinkite elektros grandinę pagal schemą (4 pav.), ne kol kas prisijungs dabartiniai šaltiniai.

Mokytojui ar laborantui patikrinus surinktą grandinę, prijunkite baterijas E 1 Ir E 2 , stebint poliškumą.

Nustatykite trumpojo jungimo srovę. Norėdami tai padaryti, nustatykite jungiklį Pį 2 padėtį (išorinė varža lygi nuliui) ir naudojant rezistorių r nustatykite miliampermetro adatą iki ribinės (dešinės) instrumento skalės padalos - 75 arba 150 mA. Rezistoriaus dėka r laboratorijoje yra galimybė reguliuoti srovės šaltinio vidinė varža. Tiesą sakant, vidinė varža yra pastovi tokio tipo šaltinio vertė ir negali būti pakeista.

Nustatykite jungiklį Pį poziciją 1 , taip įjungiant išorinę varžą (apkrovą) R= R 1 + R 2 į šaltinio grandinę.

Srovės keitimas grandinėje per 5...10 mA nuo didžiausios iki mažiausios vertės naudojant rezistorius R 1 Ir R 2 , užrašykite miliampermetro ir voltmetro rodmenis (apkrovos įtampa U) į lentelę.

Nustatykite jungiklį Pį neutralią padėtį. Šiuo atveju prie srovės šaltinio yra prijungtas tik voltmetras, kurio varža yra gana didelė, palyginti su šaltinio vidine varža, todėl voltmetro rodmuo bus šiek tiek mažesnis nei šaltinio emf. Kadangi neturite kito būdo nustatyti tikslią jo vertę, belieka voltmetro rodmenis laikyti kaip E. (Daugiau informacijos apie tai rasite 311 laboratorijoje.)

p	mA				P e ,	P i ,	R,

Rezultatų apdorojimas. 1. Kiekvienai dabartinei vertei apskaičiuokite:

bendra galia pagal (5) formulę,

išorinė (naudinga) galia pagal formulę,

vidinė galia nuo santykio

išorinės grandinės sekcijos varža pagal Omo dėsnį R= U/ aš,

Srovės šaltinio efektyvumas pagal (16) formulę.

Sukurkite priklausomybės grafikus:

bendra, naudinga ir vidinė galia iš srovės aš (vienoje tabletėje),

bendra, naudinga ir vidinė galia iš pasipriešinimo R(taip pat vienoje tabletėje); tikslingiau sudaryti tik dalį grafiko, atitinkantį jo mažos varžos dalį, ir atmesti 4–5 eksperimentinius taškus iš 15 didelės varžos srityje,

Šaltinio efektyvumas ir srovės suvartojimas aš,

Efektyvumas ir atsparumas apkrovai R.

Iš grafikų P e iš aš Ir P e iš R nustatyti didžiausią naudingąją galią išorinėje grandinėje P e maks.

Iš grafiko P e iš R nustatyti srovės šaltinio vidinę varžą r.

Iš grafikų P e iš aš Ir P e iš R rasti srovės šaltinio efektyvumą aš maks ir pas R maks .

Kontroliniai klausimai

1.Nubraižykite darbe naudojamos elektros grandinės schemą.

2. Kas yra srovės šaltinis? Kokia apkrova? Kokia yra grandinės vidinė dalis? Kur prasideda ir baigiasi išorinė grandinės dalis? Kodėl įdiegtas kintamasis rezistorius? r ?

3. Kas vadinama išorine, naudinga, vidine, visa galia? Kiek energijos prarandama?

4. Kodėl šiame darbe siūloma naudingąją galią skaičiuoti naudojant formulę P e = TV, o ne pagal (2) formulę? Pagrįskite šias rekomendacijas.

5. Palyginkite gautus eksperimentinius rezultatus su metodinėje vadove pateiktais skaičiuotiniais, tiek tiriant galios priklausomybę nuo srovės, tiek nuo apkrovos varžos.

Šaltiniai srovėSantrauka >> Fizika

Vykdoma iš nuo 3 iki 30 min. priklausomybės iš temperatūra... galia(iki 1,2 kW/kg). Iškrovimo laikas neviršija 15 minučių. 2.2. Ampulė šaltiniai srovė...išlyginti vibracijas apkrovų elektros energijos tiekimo sistemose in... reikėtų priskirti santykinai žemai Efektyvumas(40-45 proc.) ir...

Galia harmoniniai virpesiai elektros grandinėse

Paskaita >> Fizika

... iš šaltinis V apkrova gaunamas reikiamas vidurkis galia. Kadangi sudėtingi įtempiai ir srovės ... apkrova ir sukurtas generatoriaus galia, yra lygus  = 0,5. Didėjant RH – vidutinis galia mažėja, bet auga Efektyvumas. Tvarkaraštis priklausomybės Efektyvumas ...

Santrauka >> Komunikacijos ir komunikacijos

... galia prietaisai – sunaudoti galia prietaisai – poilsio diena galia prietaisai - Efektyvumasįrenginiai Priimti Efektyvumas...kurioje priklausomybės iš reguliavimo gylis... pastovus nepriklausomai nuo to iš pokyčius srovė apkrovų. U šaltiniai maistas su...

Kursiniai darbai >> Fizika

... galia UPS skirstomi į Šaltiniai mažas nepertraukiamo maitinimo šaltinis galia(su pilnu galia ... iš baterijos, minusas – sumažinimas Efektyvumas ... srovė palyginti su nominalia verte srovė apkrovų. ... 115 V priklausomybės iš apkrovų; Patraukli išvaizda...

Srovės šaltinio išvystyta galia visoje grandinėje vadinama pilna jėga.

Jis nustatomas pagal formulę

čia P rev – visa srovės šaltinio išvystyta galia visoje grandinėje, W;

E-ah. d.s. šaltinis, in;

I yra srovės dydis grandinėje, a.

Apskritai elektros grandinė susideda iš išorinės sekcijos (apkrovos) su varža R ir vidinė sekcija su pasipriešinimu R0(srovės šaltinio varža).

e reikšmės pakeitimas bendros galios išraiškoje. d.s. per grandinės sekcijų įtampas gauname

Didumas UI atitinka išorinėje grandinės dalyje išvystytą galią (apkrovą) ir yra vadinama naudingos galios P aukštas = UI.

Didumas O aš atitinka šaltinio viduje nenaudingai išleidžiamą galią, Ji vadinama praradimo galia P o =O aš.

Taigi bendra galia yra lygi naudingosios galios ir nuostolingos galios sumai P ob = P aukštas + P 0.

Naudingosios galios ir visos šaltinio sukurtos galios santykis vadinamas efektyvumu, sutrumpintai vadinamas naudingumo koeficientu ir žymimas η.

Iš apibrėžimo išplaukia

Bet kokiomis sąlygomis efektyvumas η ≤ 1.

Jei išreiškiame galią grandinės sekcijų srove ir varža, gauname

Taigi efektyvumas priklauso nuo šaltinio vidinės varžos ir vartotojo pasipriešinimo santykio.

Paprastai elektros efektyvumas išreiškiamas procentais.

Praktinei elektrotechnikai ypač svarbūs du klausimai:

1. Didžiausios naudingosios galios gavimo sąlyga

2. Sąlyga pasiekti didžiausią efektyvumą.

Sąlyga gauti didžiausią naudingąją galią (galia apkrovoje)

Elektros srovė išvysto didžiausią naudingąją galią (galią esant apkrovai), jei apkrovos varža lygi srovės šaltinio varžai.

Ši maksimali galia yra lygi pusei visos galios (50%), kurią sukuria srovės šaltinis visoje grandinėje.

Pusė galios išvystoma esant apkrovai, o pusė - esant srovės šaltinio vidinei varžai.

Jei sumažinsime apkrovos varžą, tada apkrovoje išvystyta galia sumažės, o srovės šaltinio vidine varža išvystyta galia padidės.

Jei apkrovos varža yra lygi nuliui, srovė grandinėje bus maksimali, tai yra trumpojo jungimo režimas (trumpasis jungimas) . Beveik visa galia bus išvystyta esant vidinei srovės šaltinio varžai. Šis režimas yra pavojingas srovės šaltiniui ir visai grandinei.

Jei padidinsime apkrovos varžą, srovė grandinėje sumažės, o apkrovos galia taip pat sumažės. Jei apkrovos varža labai didelė, grandinėje iš viso nebus srovės. Ši varža vadinama be galo dideliu. Jei grandinė atvira, jos varža yra be galo didelė. Šis režimas vadinamas tuščiosios eigos režimas.

Taigi režimuose, artimuose trumpajam jungimui ir be apkrovos, naudingoji galia pirmu atveju yra maža dėl žemos įtampos, o antruoju dėl mažos srovės.

Sąlyga pasiekti didžiausią efektyvumą

Naudingumo koeficientas (efektyvumas) tuščiąja eiga yra 100% (šiuo atveju neišleidžiama naudingoji galia, bet tuo pačiu ir nesunaudojama šaltinio galia).

Didėjant apkrovos srovei, efektyvumas mažėja pagal tiesinį dėsnį.

Trumpojo jungimo režimu efektyvumas yra lygus nuliui (naudingos galios nėra, o šaltinio sukurta galia visiškai sunaudojama).

Apibendrinant tai, kas išdėstyta pirmiau, galime padaryti išvadas.

Sąlyga gauti didžiausią naudingąją galią (R = R 0) ir sąlyga gauti didžiausią naudingumą (R = ∞) nesutampa. Be to, iš šaltinio gaunant maksimalią naudingąją galią (suderintos apkrovos režimas), efektyvumas yra 50%, t.y. pusė šaltinio sukurtos galios iššvaistoma jos viduje.

Galingose ​​elektros instaliacijose suderintos apkrovos režimas yra nepriimtinas, nes dėl to išeikvojamos didelės galios. Todėl elektros stotims ir pastotėms generatorių, transformatorių, lygintuvų darbo režimai skaičiuojami taip, kad būtų užtikrintas didelis efektyvumas (90% ir daugiau).

Situacija yra kitokia silpnos srovės technologijoje. Paimkime, pavyzdžiui, telefono aparatą. Kai kalbama prieš mikrofoną, įrenginio grandinėje sukuriamas apie 2 mW galios elektros signalas. Akivaizdu, kad norint pasiekti didžiausią ryšio diapazoną, į liniją reikia perduoti kuo daugiau galios, o tam reikalingas suderintas apkrovos perjungimo režimas. Ar šiuo atveju svarbus efektyvumas? Žinoma, ne, nes energijos nuostoliai skaičiuojami milivatų dalimis arba vienetais.

Radijo įrangoje naudojamas suderintas apkrovos režimas. Tuo atveju, kai nėra užtikrinamas suderintas režimas, kai generatorius ir apkrova yra tiesiogiai sujungti, naudojamos priemonės jų varžoms suderinti.