Výkon vyvinutý zdrojom prúdu v celom obvode sa nazýva plný výkon.

Určuje sa podľa vzorca

Účinnosť teda závisí od vzťahu medzi vnútorným odporom zdroja a odporom spotrebiča.

Elektrická účinnosť sa zvyčajne vyjadruje v percentách.

Pre praktickú elektrotechniku sú obzvlášť zaujímavé dve otázky:

1. Podmienka získania najväčšieho užitočného výkonu

2. Podmienka pre získanie najvyššej účinnosti.

Podmienka pre získanie najväčšieho užitočného výkonu (výkon v záťaži)

Elektrický prúd vyvinie najväčší užitočný výkon (výkon pri záťaži), ak sa odpor záťaže rovná odporu zdroja prúdu.

Tento maximálny výkon sa rovná polovici celkového výkonu (50%) vyvinutého zdrojom prúdu v celom obvode.

Polovica výkonu sa vyvinie pri záťaži a polovica pri vnútornom odpore zdroja prúdu.

Ak znížime odpor záťaže, potom sa výkon vyvinutý pri záťaži zníži a výkon vyvinutý na vnútornom odpore zdroja prúdu sa zvýši.

Ak je odpor záťaže nulový, prúd v obvode bude maximálny režim skratu (skrat) . Takmer všetka sila bude vyvinutá na vnútornom odpore zdroja prúdu. Tento režim je nebezpečný pre zdroj prúdu a tiež pre celý okruh.

Ak zvýšime odpor záťaže, prúd v obvode sa zníži a výkon na záťaži sa tiež zníži. Ak je odpor záťaže veľmi vysoký, v obvode nebude vôbec žiadny prúd. Tento odpor sa nazýva nekonečne veľký. Ak je obvod otvorený, jeho odpor je nekonečne veľký. Tento režim sa nazýva nečinný režim.

V režimoch blízkych skratu a bez zaťaženia je teda užitočný výkon v prvom prípade malý kvôli nízkemu napätiu a v druhom prípade kvôli nízkemu prúdu.

Podmienka pre dosiahnutie najvyššej účinnosti

Faktor účinnosti (účinnosť) je 100 % pri voľnobehu (v tomto prípade sa neuvoľňuje žiadny užitočný výkon, ale zároveň sa nespotrebúva výkon zdroja).

Keď sa záťažový prúd zvyšuje, účinnosť klesá podľa lineárneho zákona.

V režime skratu je účinnosť nulová (neexistuje žiadny užitočný výkon a energia vyvinutá zdrojom je úplne spotrebovaná v rámci neho).

Ak zhrnieme vyššie uvedené, môžeme vyvodiť závery.

Podmienka získania maximálneho užitočného výkonu (R = R 0) a podmienka získania maximálnej účinnosti (R = ∞) sa nezhodujú. Navyše pri príjme maximálneho užitočného výkonu zo zdroja (režim prispôsobeného zaťaženia) je účinnosť 50 %, t.j. polovica energie vyvinutej zdrojom je v ňom premrhaná.

Vo výkonných elektrických inštaláciách je režim prispôsobeného zaťaženia neprijateľný, pretože to vedie k plytvaniu veľkým výkonom. Preto sú pre elektrické stanice a rozvodne prevádzkové režimy generátorov, transformátorov a usmerňovačov vypočítané tak, aby bola zabezpečená vysoká účinnosť (90 % alebo viac).

Iná situácia je v slaboprúdovej technike. Vezmime si napríklad telefónny prístroj. Pri hovorení pred mikrofónom sa v obvode zariadenia vytvorí elektrický signál s výkonom asi 2 mW. Je zrejmé, že na získanie najväčšieho komunikačného dosahu je potrebné preniesť do linky čo najviac energie, čo si vyžaduje koordinovaný režim prepínania záťaže. Záleží v tomto prípade na efektívnosti? Samozrejme, že nie, keďže energetické straty sa počítajú v zlomkoch alebo jednotkách miliwattov.

Režim prispôsobeného zaťaženia sa používa v rádiových zariadeniach. V prípade, že pri priamom prepojení generátora a záťaže nie je zabezpečený koordinovaný režim, prijmú sa opatrenia na prispôsobenie ich odporu.

Výkon vyvinutý zdrojom prúdu v celom obvode sa nazýva plný výkon.

Určuje sa podľa vzorca

kde P rev je celkový výkon vyvinutý zdrojom prúdu v celom obvode, W;

E-uh. d.s. zdroj, v;

I je veľkosť prúdu v obvode, a.

Vo všeobecnosti sa elektrický obvod skladá z vonkajšej časti (záťaže) s odporom R a vnútorná časť s odporom R0(odpor zdroja prúdu).

Nahradenie hodnoty e vo výraze pre celkový výkon. d.s. cez napätia na úsekoch obvodu dostaneme

Rozsah UI zodpovedá výkonu vyvinutému na vonkajšej časti obvodu (záťaže), a je tzv užitočná sila P poschodie =UI.

Rozsah U alebo I zodpovedá zbytočne vynaloženému výkonu vo vnútri zdroja, tzv stratový výkon P o =U alebo I.

Celkový výkon sa teda rovná súčtu užitočného výkonu a stratového výkonu P ob = P poschodie + P 0.

Pomer užitočného výkonu k celkovému výkonu vyvinutému zdrojom sa nazýva účinnosť, skrátene účinnosť a označuje sa η.

Z definície vyplýva

Za akýchkoľvek podmienok je účinnosť η ≤ 1.

Ak výkon vyjadríme prúdom a odporom častí obvodu, dostaneme

Účinnosť teda závisí od vzťahu medzi vnútorným odporom zdroja a odporom spotrebiča.

Elektrická účinnosť sa zvyčajne vyjadruje v percentách.

Pre praktickú elektrotechniku sú obzvlášť zaujímavé dve otázky:

1. Podmienka získania najväčšieho užitočného výkonu

2. Podmienka pre získanie najvyššej účinnosti.

Podmienka pre získanie najväčšieho užitočného výkonu (výkon v záťaži)

Elektrický prúd vyvinie najväčší užitočný výkon (výkon pri záťaži), ak sa odpor záťaže rovná odporu zdroja prúdu.

Tento maximálny výkon sa rovná polovici celkového výkonu (50%) vyvinutého zdrojom prúdu v celom obvode.

Polovica výkonu sa vyvinie pri záťaži a polovica pri vnútornom odpore zdroja prúdu.

Ak znížime odpor záťaže, potom sa výkon vyvinutý pri záťaži zníži a výkon vyvinutý na vnútornom odpore zdroja prúdu sa zvýši.

V režimoch blízkych skratu a bez zaťaženia je teda užitočný výkon v prvom prípade malý kvôli nízkemu napätiu a v druhom prípade kvôli nízkemu prúdu.

Podmienka pre dosiahnutie najvyššej účinnosti

Faktor účinnosti (účinnosť) je 100 % pri voľnobehu (v tomto prípade sa neuvoľňuje žiadny užitočný výkon, ale zároveň sa nespotrebúva výkon zdroja).

Keď sa záťažový prúd zvyšuje, účinnosť klesá podľa lineárneho zákona.

V režime skratu je účinnosť nulová (neexistuje žiadny užitočný výkon a energia vyvinutá zdrojom je úplne spotrebovaná v rámci neho).

Ak zhrnieme vyššie uvedené, môžeme vyvodiť závery.

V elektrickom alebo elektronickom obvode sú dva typy prvkov: pasívne a aktívne. Aktívny prvok je schopný nepretržite dodávať energiu do obvodu - batérie, generátora. Pasívne prvky - rezistory, kondenzátory, tlmivky, iba spotrebúvajú energiu.

Čo je zdroj prúdu

Zdroj prúdu je zariadenie, ktoré nepretržite napája obvod elektrickou energiou. Môže byť zdrojom jednosmerného a striedavého prúdu. Batérie sú zdrojom jednosmerného prúdu a elektrické zásuvky sú zdrojom striedavého prúdu.

Jedna z najzaujímavejších charakteristík napájacích zdrojov– sú schopné premeniť neelektrickú energiu na elektrickú energiu, napríklad:

chemikálie v batériách;
mechanické v generátoroch;
solárne atď.

Elektrické zdroje sa delia na:

Nezávislý;
Závislý (riadený), ktorého výstup závisí od napätia alebo prúdu inde v obvode, ktoré môže byť buď konštantné, alebo sa mení s časom. Používa sa ako ekvivalentné napájacie zdroje pre elektronické zariadenia.

Keď hovoríme o obvodových zákonoch a analýze, elektrické napájacie zdroje sa často považujú za ideálne, to znamená, že sú teoreticky schopné poskytnúť nekonečné množstvo energie bez straty, pričom majú charakteristiky reprezentované priamkou. V skutočných alebo praktických zdrojoch však vždy existuje vnútorný odpor, ktorý ovplyvňuje ich výstup.

Dôležité! SP môžu byť zapojené paralelne len vtedy, ak majú rovnakú hodnotu napätia. Sériové pripojenie ovplyvní výstupné napätie.

Vnútorný odpor napájacieho zdroja je reprezentovaný ako zapojený do série s obvodom.

Výkon zdroja prúdu a vnútorný odpor

Uvažujme jednoduchý obvod, v ktorom má batéria emf E a vnútorný odpor r a dodáva prúd I vonkajšiemu odporu s odporom R. Vonkajším odporom môže byť akákoľvek aktívna záťaž. Hlavným účelom obvodu je preniesť energiu z batérie do záťaže, kde robí niečo užitočné, napríklad osvetľuje miestnosť.

Môžete odvodiť závislosť užitočnej sily od odporu:

Ekvivalentný odpor obvodu je R + r (pretože odpor záťaže je zapojený do série s vonkajšou záťažou);
Prúd tečúci v obvode bude určený výrazom:

Výstupný výkon EMF:

Rych. = ExI = E2/(R + r);

Energia rozptýlená ako teplo pri vnútornom odpore batérie:

Pr = 12 x r = E2 x r/(R + r)2;

Výkon prenášaný na záťaž:

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

Rych. = Pr + P(R).

Časť výstupnej energie batérie sa teda okamžite stratí v dôsledku odvodu tepla cez vnútorný odpor.

Teraz môžete vykresliť závislosť P(R) na R a zistiť, pri akom zaťažení nadobudne užitočný výkon maximálnu hodnotu. Pri analýze funkcie pre extrém sa ukáže, že keď sa R zvyšuje, P(R) bude monotónne rásť až do bodu, kde sa R nerovná r. V tomto bode bude užitočný výkon maximálny a potom začne monotónne klesať s ďalším zvýšením R.

P(R)max = E2/4r, keď R = r. V tomto prípade I = E/2r.

Dôležité! V elektrotechnike je to veľmi významný výsledok. Prenos energie medzi zdrojom energie a vonkajšou záťažou je najúčinnejší, keď odpor záťaže zodpovedá vnútornému odporu zdroja prúdu.

Ak je odpor záťaže príliš vysoký, potom je prúd pretekajúci obvodom dostatočne malý na to, aby preniesol energiu do záťaže značnou rýchlosťou. Ak je odpor záťaže príliš nízky, väčšina výstupnej energie sa rozptýli ako teplo v samotnom napájacom zdroji.

Tento stav sa nazýva koordinácia. Jedným z príkladov zodpovedajúcej impedancie zdroja a externej záťaže je audio zosilňovač a reproduktor. Výstupná impedancia zosilňovača Zout je nastavená od 4 do 8 ohmov, zatiaľ čo nominálna vstupná impedancia Zin reproduktora je iba 8 ohmov. Potom, ak je k výstupu zosilňovača pripojený 8 ohmový reproduktor, bude reproduktor vnímať ako 8 ohmovú záťaž. Zapojenie dvoch 8 ohmových reproduktorov paralelne k sebe je ekvivalentom zosilňovača poháňajúceho jeden 4 ohmový reproduktor a obe konfigurácie sú v rámci výstupných charakteristík zosilňovača.

Súčasná efektívnosť zdroja

Keď sa práca vykonáva elektrickým prúdom, dochádza k premenám energie. Plná práca vykonaná zdrojom ide na premeny energie v celom elektrickom obvode a užitočná práca iba v obvode pripojenom k napájaciemu zdroju.

Kvantitatívne hodnotenie účinnosti zdroja prúdu sa robí podľa najvýznamnejšieho ukazovateľa, ktorý určuje rýchlosť práce, – moc:

Nie celý výstupný výkon IP využíva spotrebiteľ energie. Pomer spotrebovanej energie a energie dodanej zdrojom je vzorec účinnosti:

η = užitočný výkon/výstupný výkon = Ppol./Pout.

Dôležité! Keďže Ppol. takmer v žiadnom prípade menšie ako Pout, η nemôže byť väčšie ako 1.

Tento vzorec možno transformovať nahradením mocniny výrazmi:

Výstupný výkon zdroja:

Rych. = I x E = 12 x (R + r) x t;

Spotrebovaná energia:

Rpol. = I x U = 12 x R x t;

Koeficient:

η = Ppol./Pout. = (I2xRxt)/(I2x(R + r) x t) = R/(R + r).

To znamená, že účinnosť zdroja prúdu je určená pomerom odporov: vnútorným a zaťaženým.

Ukazovateľ účinnosti sa často používa ako percento. Potom bude mať vzorec tvar:

n = R/(R + r) x 100 %.

Z výsledného vyjadrenia je zrejmé, že ak je splnená podmienka zhody (R = r), koeficient η = (R/2 x R) x 100 % = 50 %. Keď je prenášaná energia najefektívnejšia, účinnosť samotného napájacieho zdroja je len 50 %.

Pomocou tohto koeficientu sa posudzuje efektívnosť rôznych individuálnych podnikateľov a spotrebiteľov elektriny.

Príklady hodnôt účinnosti:

plynová turbína – 40 %;
solárna batéria – 15-20%;
lítium-iónová batéria – 89-90%;
elektrický ohrievač – takmer 100 %;
žiarovka – 5-10%;
LED lampa - 5-50%;
chladiace jednotky – 20-50%.

Ukazovatele užitočného výkonu sa vypočítavajú pre rôznych spotrebiteľov v závislosti od typu vykonávanej práce.

Video

Závislosť výkonu a účinnosti zdroja prúdu od záťaže

Nástroje a príslušenstvo: laboratórny panel, dve batérie, miliampérmeter, voltmeter, variabilné odpory.

Úvod. Najpoužívanejšími zdrojmi jednosmerného prúdu sú galvanické články, batérie a usmerňovače. Pripojme k zdroju prúdu tú časť, ktorá potrebuje svoju elektrickú energiu (žiarovka, rádio, mikrokalkulačka a pod.). Táto časť elektrického obvodu sa všeobecne nazýva záťaž. Záťaž má určitý elektrický odpor R a spotrebúva prúd zo zdroja ja(obr. 1).

Záťaž tvorí vonkajšiu časť elektrického obvodu. Ale je tu aj vnútorná časť obvodu - to je vlastne samotný zdroj prúdu, má elektrický odpor r, preteká ním rovnaký prúd ja. Hranica medzi vnútornými a vonkajšími časťami obvodu sú svorky „+“ a „–“ zdroja prúdu, ku ktorému je pripojený spotrebič

Na obrázku 1 je zdroj prúdu pokrytý prerušovanou čiarou.

Prúdový zdroj s elektromotorickou silou E vytvára v uzavretom okruhu prúd, ktorého sila je určená Ohmov zákon:

Keď prúd preteká cez odpory R A r tepelná energia sa v nich uvoľňuje, determin podľa zákona Joule-Lenz. Napájanie vo vonkajšej časti obvodu R e - externé napájanie

Táto sila je užitočné.

Sila vo vnútri R i - vnútorná sila. Nie je k dispozícii na použitie, a preto je straty zdroj energie

Plný výkon zdroja prúdu R je súčet týchto dvoch výrazov,

Ako je možné vidieť z definícií (2,3,4), každý z výkonov závisí od pretekajúceho prúdu aj od odporu zodpovedajúcej časti obvodu. Uvažujme o tejto závislosti oddelene.

Závislosť na mociP e , P i , P od záťažového prúdu.

Berúc do úvahy Ohmov zákon (1), celkový výkon možno zapísať takto:

teda Celkový výkon zdroja je priamo úmerný terajšia konzumácia.

Výkon uvoľnený pri záťaži ( externé), Existuje

V dvoch prípadoch sa rovná nule:

1) ja = 0 a 2) E – Ir = 0. (7)

Prvá podmienka platí pre otvorený okruh, keď R , druhému zodpovedá tzv skrat zdroj, keď vonkajší obvod odpor R = 0 . V tomto prípade prúd v obvode (pozri vzorec (1)) dosiahne svoju najväčšiu hodnotu – skratový prúd.

Pri tomto prúde plný moc sa stáva najväčšou

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

Vyčnieva však celá vnútri zdroja.

Poďme zistiť, za akých podmienok sa stáva vonkajšia sila maximálne. Závislosť na moci P e z prúdu je (pozri vzorec (6)) parabolický:

Poloha maxima funkcie je určená z podmienky:

dP e /dl = 0, dP e /dI = E – 2Ir.

Užitočný výkon dosahuje svoju maximálnu hodnotu pri prúde

čo je polovica skratového prúdu (8), (pozri obr. 2):

Vonkajšie napájanie pri tomto prúde je

(12)

tie. maximálny externý výkon je jedna štvrtina maximálneho celkového výkonu zdroja.

Výkon uvoľnený vnútorným odporom počas prúdu ja max je definovaná takto:

, (13)

tie. je tiež jedna štvrtina maximálneho celkového výkonu zdroja prúdu. Všimnite si, že v prúde ja max

P e = P i . (14)

Keď má prúd v obvode tendenciu k najväčšej hodnote ja skrat , vnútorná sila

tie. rovná najvyššiemu výkonu zdroja (9). To znamená, že všetok výkon zdroja je pridelený jeho interné odpor, čo je samozrejme z hľadiska bezpečnosti zdroja prúdu škodlivé.

Charakteristické body grafu závislosti P e = P e (ja) znázornené na obr. 2.

Efektívnosť odhaduje sa prevádzka zdroja prúdu efektívnosť. Účinnosť je pomer užitočného výkonu k celkovému výkonu zdroja:

 = P e / P.

Pomocou vzorca (6) možno výraz pre efektívnosť zapísať takto:

. (15)

Zo vzorca (1) je zrejmé, že E – Ir = IR je tam napätie U na vonkajší odpor. Preto efektivita

 = U/ E . (16)

Z výrazu (15) tiež vyplýva, že

 = (17)

tie. Účinnosť zdroja závisí od prúdu v obvode a má tendenciu k najvyššej hodnote rovnajúcej sa jednotke pri prúde ja  0 (obr.3) . Keď sa prúd zvyšuje, účinnosť lineárne klesá a pri skrate, keď je prúd v obvode najväčší, klesá na nulu. ja skrat = E/ r .

Z parabolického charakteru závislosti vonkajšieho výkonu na prúde (6) vyplýva, že rovnaký výkon na záťaži P e možno získať pri dvoch rôznych hodnotách prúdu v obvode. Zo vzorca (17) a z grafu (obr. 3) je zrejmé, že pre získanie väčšej účinnosti zo zdroja je výhodnejšie pracovať pri nižších zaťažovacích prúdoch, kde je tento koeficient vyšší.

2. Výkonová závislosťP e , P i , P od odolnosti voči zaťaženiu.

Uvažujme závislosťúplné, užitočné a vnútorné napájanie z externého zdroja odporR v zdrojovom obvode s EMF E a vnútorný odpor r.

Plný výkon vyvinutý zdrojom môžeme zapísať nasledovne, ak výraz pre prúd (1) dosadíme do vzorca (5):

Takže celkový výkon závisí od odporu záťaže R. Najväčší je pri skrate, keď odpor záťaže klesne na nulu (9). So zvyšujúcou sa odolnosťou voči zaťaženiu R Celkový výkon klesá, má tendenciu k nule pri R   .

Vyniká vonkajším odporom

(19)

Vonkajšie moc R e je súčasťou celkovej sily R a jeho hodnota závisí od pomeru odporu R/(R+ r) . Počas skratu je externý výkon nulový. Keď sa odpor zvyšuje R najprv sa zvyšuje. O R  r vonkajšia sila má tendenciu k plnej veľkosti. Ale samotný užitočný výkon sa zníži, pretože celkový výkon sa zníži (pozri vzorec 18). O R  externý výkon má tendenciu k nule, rovnako ako celkový výkon.

Aký by mal byť odpor záťaže prijímať z tohto zdroja maximálne externý (užitočný) výkon (19)?

Nájdite maximum tejto funkcie z podmienky:

Vyriešením tejto rovnice dostaneme R max = r.

teda Vo vonkajšom obvode sa uvoľní maximálny výkon, ak sa jeho odpor rovná vnútornému odporu zdroja prúdu. Za tejto podmienky je prúd v obvode rovný E/2 r, tie. polovičný skratový prúd (8). Maximálny užitočný výkon pri tomto odpore

(21)

čo sa zhoduje s tým, čo bolo získané vyššie (12).

Výkon uvoľnený pri vnútornom odpore zdroja

(22)

O R P i  P, a kedy R=0 dosiahne svoju najväčšiu hodnotu P i nb = P nb = E 2 / r. O R= r vnútorný výkon je polovičný, P i = P/2 . O R r klesá takmer rovnako ako plná (18).

Závislosť účinnosti od odporu vonkajšej časti obvodu je vyjadrená takto:

 = (23)

Z výsledného vzorca vyplýva, že účinnosť má tendenciu k nule, keď sa odpor zaťaženia blíži k nule, a účinnosť má tendenciu k najvyššej hodnote rovnej jednotke, keď sa odpor zaťaženia zvyšuje na R r. Ale užitočný výkon klesá takmer rovnako ako 1/ R (pozri vzorec 19).

Moc R e dosiahne svoju maximálnu hodnotu pri R max = r, účinnosť je rovnaká, podľa vzorca (23),  = r/(r+ r) = 1/2. teda podmienka získania maximálneho užitočného výkonu sa nezhoduje s podmienkou získania najväčšej účinnosti.

Najdôležitejším výsledkom úvahy je optimálne zosúladenie parametrov zdroja s charakterom záťaže. Tu možno rozlíšiť tri oblasti: 1) R r, 2)R r, 3) R r. najprv tento prípad nastáva, keď je zo zdroja dlhší čas potrebný nízky výkon, napríklad v elektronických hodinkách, mikrokalkulačkách. Veľkosť takýchto zdrojov je malá, zásoba elektrickej energie v nich je malá, treba ju vynakladať hospodárne, preto musia pracovať s vysokou účinnosťou.

Po druhé prípad - skrat v záťaži, pri ktorom sa v ňom uvoľní všetka sila zdroja a vodiče spájajúce zdroj so záťažou. To vedie k nadmernému zahrievaniu a je pomerne častou príčinou požiarov a požiarov. Preto je skrat zdrojov vysokého výkonu (dynamá, batérie, usmerňovače) mimoriadne nebezpečný.

IN tretí prípade chcú získať maximálny výkon zo zdroja aspoň na skratkačas, napríklad pri štartovaní motora auta pomocou elektrického štartéra nie je hodnota účinnosti taká dôležitá. Štartér sa na krátky čas zapne. Dlhodobá prevádzka zdroja v tomto režime je prakticky neprijateľná, pretože vedie k rýchlemu vybitiu autobatérie, jej prehriatiu a ďalším problémom.

Aby sa zabezpečila prevádzka chemických zdrojov prúdu v požadovanom režime, sú určitým spôsobom navzájom prepojené do batérií tzv. Prvky v batérii môžu byť zapojené sériovo, paralelne alebo v zmiešanom obvode. Táto alebo tá schéma pripojenia je určená odporom zaťaženia a množstvom spotrebovaného prúdu.

Najdôležitejšou prevádzkovou požiadavkou na elektrárne je ich vysoká účinnosť. Zo vzorca (23) je zrejmé, že účinnosť má tendenciu k jednote, ak je vnútorný odpor zdroja prúdu malý v porovnaní s odporom záťaže

Paralelne môžete pripojiť prvky, ktoré majú rovnaký EMF. Ak je pripojený n identické prvky, potom z takejto batérie môžete získať prúd

Tu r 1 - odpor jedného prvku, E 1 – EMP jedného prvku.

Takéto spojenie je výhodné použiť pri nízkoodporových záťažiach, t.j. pri R r. Keďže celkový vnútorný odpor batérie pri paralelnom zapojení klesá o n krát v porovnaní s odporom jedného prvku, potom môže byť vyrobený blízko odporu zaťaženia. Vďaka tomu sa zvyšuje účinnosť zdroja. Zvyšuje sa v n časy a energetickú kapacitu prvkov batérie.

 r, potom je výhodnejšie zapojiť prvky v batérii do série. V tomto prípade bude emf batérie n krát väčší ako EMF jedného prvku a potrebný prúd je možné získať zo zdroja

Účel táto laboratórna práca je experimentálne overenie Vyššie získané teoretické výsledky zo závislosti celkového, vnútorného a vonkajšieho (čistého) výkonu a účinnosti zdroja tak od výkonu spotrebovaného prúdu, ako aj od odporu záťaže.

Popis inštalácie. Na štúdium prevádzkových charakteristík zdroja prúdu sa používa elektrický obvod, ktorého schéma je znázornená na obr. 4. Ako zdroj prúdu sú použité dve alkalické batérie NKN-45, ktoré sú spojené postupne do jednej batérie cez odpor r , modelovanie vnútorného odporu zdroja.

Jeho zahrnutie umelo zvyšuje vnútorný odpor batérií, čo 1) chráni pred preťažením pri prepnutí do skratového režimu a 2) umožňuje meniť vnútorný odpor zdroja na žiadosť experimentátora. Ako záťaž (odpor vonkajšieho obvodu) p
sú použité dva variabilné odpory R 1 A R 2 . (jedno hrubé nastavenie, druhé jemné), ktorý poskytuje plynulú reguláciu prúdu v širokom rozsahu.

Všetky prístroje sú namontované na laboratórnom paneli. Rezistory sú upevnené pod panelom, ich ovládacie gombíky a svorky sú umiestnené v hornej časti, v blízkosti ktorých sú príslušné nápisy.

Merania. 1.Nainštalujte spínač P do neutrálnej polohy, prepínač VC OTVORENÉ. Otočte gombíky odporu proti smeru hodinových ručičiek, kým sa nezastavia (to zodpovedá najvyššiemu zaťažovaciemu odporu).

Elektrický obvod zostavte podľa schémy (obr. 4), nie zatiaľ sa pripájam aktuálne zdroje.

Po kontrole zostaveného obvodu učiteľom alebo laborantom pripojte batérie E 1 A E 2 pri dodržaní polarity.

Nastavte skratový prúd. Ak to chcete urobiť, nastavte prepínač P do polohy 2 (vonkajší odpor je nulový) a pomocou rezistora r nastavte ručičku miliametra na hraničný (pravý) dielik stupnice prístroja - 75 alebo 150 mA. Vďaka odporu r v laboratórnom nastavení je možnosť regulovať vnútorný odpor zdroja prúdu. Vnútorný odpor je v skutočnosti pre tento typ zdroja konštantná a nedá sa zmeniť.

Nastavte prepínač P do polohy 1 , čím sa zapne vonkajší odpor (záťaž) R= R 1 + R 2 do zdrojového okruhu.

Zmena prúdu v obvode cez 5...10 mA z najvyššej na najnižšiu hodnotu pomocou rezistorov R 1 A R 2 , zaznamenajte hodnoty miliampérmetra a voltmetra (napätie záťaže U) do tabuľky.

Nastavte prepínač P do neutrálnej polohy. V tomto prípade je k zdroju prúdu pripojený iba voltmeter, ktorý má pomerne veľký odpor v porovnaní s vnútorným odporom zdroja, takže údaj voltmetra bude o niečo menší ako emf zdroja. Keďže nemáte iný spôsob, ako určiť jeho presnú hodnotu, zostáva brať údaj voltmetra ako E. (Viac informácií nájdete v laboratóriu č. 311.)

pp	mA	P e ,	P i ,	R,

Spracovanie výsledkov. 1. Pre každú aktuálnu hodnotu vypočítajte:

celkový výkon podľa vzorca (5),

vonkajší (užitočný) výkon podľa vzorca,

vnútorný výkon z pomeru

odpor vonkajšej časti obvodu z Ohmovho zákona R= U/ ja,

Účinnosť zdroja prúdu podľa vzorca (16).

Vykreslite grafy závislosti:

zdanlivý, užitočný a vnútorný výkon z prúdu ja (na jednej tablete),

celková, užitočná a vnútorná sila z odporu R(aj na jednej tablete); je rozumnejšie zostrojiť iba časť grafu zodpovedajúcu jeho časti s nízkym odporom a vyradiť 4-5 experimentálnych bodov z 15 v oblasti s vysokým odporom,

Účinnosť zdroja na množstvo spotrebovaného prúdu ja,

Účinnosť z odolnosti voči zaťaženiu R.

Z grafov P e od ja A P e od R určiť maximálny užitočný výkon vo vonkajšom obvode P e max.

Z grafu P e od R určiť vnútorný odpor zdroja prúdu r.

Z grafov P e od ja A P e od R nájsť účinnosť zdroja prúdu na ja max a pri R max .

Kontrolné otázky

1. Nakreslite schému elektrického obvodu použitého v práci.

2. Čo je to zdroj prúdu? Aká je záťaž? Čo je vnútorná časť reťaze? Kde začína a končí vonkajšia časť reťaze? Prečo je nainštalovaný premenlivý odpor? r ?

3.Čo sa nazýva vonkajší, užitočný, vnútorný, celkový výkon? Koľko energie sa stráca?

4. Prečo sa v tejto práci navrhuje vypočítať užitočný výkon pomocou vzorca P e = IU a nie podľa vzorca (2)? Zdôvodnite tieto odporúčania.

5. Porovnajte vami získané experimentálne výsledky s vypočítanými uvedenými v metodickej príručke, a to ako pri štúdiu závislosti výkonu od prúdu, tak aj od odporu záťaže.

Zdroje prúdAbstrakt >> Fyzika

Pokračuje od 3 až 30 min. závislosti od teplota... moc(do 1,2 kW/kg). Doba vybíjania nepresiahne 15 minút. 2.2. Ampulka zdrojov prúd... na jemné vibrácie zaťaženie v energetických systémoch v ... treba pripísať relatívne nízkej Efektívnosť(40-45%) a...

Moc harmonické kmity v elektrických obvodoch

Prednáška >> Fyzika

... od zdroj V naložiť požadovaný priemer moc. Keďže komplex zdôrazňuje a prúdy ... naložiť a vyvinuté generátorom moc, sa rovná  = 0,5. So zvyšujúcou sa RH – priemer moc klesá, ale rastie Efektívnosť. Rozvrh závislosti Efektívnosť ...

Abstrakt >> Komunikácia a komunikácia

... moc zariadenia - spotrebované moc zariadenia - deň voľna moc zariadenia - Efektívnosť zariadenia Prijať Efektívnosť...ktorý v závislosti od hĺbka regulácie... konštantná bez ohľadu od zmeny prúd zaťaženie. U zdrojov jedlo s...

Kurz >> Fyzika

... moc UPS sa delia na Zdroje neprerušiteľný zdroj napájania malý moc(s plnou moc ... od batérie, mínus - redukcia Efektívnosť ... prúd v porovnaní s nominálnou hodnotou prúd zaťaženie. ... 115 V závislosti od zaťaženie; Atraktívny vzhľad...

Výkon vyvinutý zdrojom prúdu v celom obvode sa nazýva plný výkon.

Určuje sa podľa vzorca

kde P rev je celkový výkon vyvinutý zdrojom prúdu v celom obvode, W;

E-uh. d.s. zdroj, v;

I je veľkosť prúdu v obvode, a.

Vo všeobecnosti sa elektrický obvod skladá z vonkajšej časti (záťaže) s odporom R a vnútorná časť s odporom R0(odpor zdroja prúdu).

Nahradenie hodnoty e vo výraze pre celkový výkon. d.s. cez napätia na úsekoch obvodu dostaneme

Rozsah UI zodpovedá výkonu vyvinutému na vonkajšej časti obvodu (záťaže), a je tzv užitočná sila P poschodie =UI.

Rozsah U alebo I zodpovedá zbytočne vynaloženému výkonu vo vnútri zdroja, tzv stratový výkon P o =U alebo I.

Celkový výkon sa teda rovná súčtu užitočného výkonu a stratového výkonu P ob = P poschodie + P 0.

Pomer užitočného výkonu k celkovému výkonu vyvinutému zdrojom sa nazýva účinnosť, skrátene účinnosť a označuje sa η.

Z definície vyplýva

Za akýchkoľvek podmienok je účinnosť η ≤ 1.

Ak výkon vyjadríme prúdom a odporom častí obvodu, dostaneme

Účinnosť teda závisí od vzťahu medzi vnútorným odporom zdroja a odporom spotrebiča.

Elektrická účinnosť sa zvyčajne vyjadruje v percentách.

Pre praktickú elektrotechniku sú obzvlášť zaujímavé dve otázky:

1. Podmienka získania najväčšieho užitočného výkonu

2. Podmienka pre získanie najvyššej účinnosti.

Podmienka pre získanie najväčšieho užitočného výkonu (výkon v záťaži)

Elektrický prúd vyvinie najväčší užitočný výkon (výkon pri záťaži), ak sa odpor záťaže rovná odporu zdroja prúdu.

Tento maximálny výkon sa rovná polovici celkového výkonu (50%) vyvinutého zdrojom prúdu v celom obvode.

Polovica výkonu sa vyvinie pri záťaži a polovica pri vnútornom odpore zdroja prúdu.

Ak znížime odpor záťaže, potom sa výkon vyvinutý pri záťaži zníži a výkon vyvinutý na vnútornom odpore zdroja prúdu sa zvýši.

V režimoch blízkych skratu a bez zaťaženia je teda užitočný výkon v prvom prípade malý kvôli nízkemu napätiu a v druhom prípade kvôli nízkemu prúdu.

Podmienka pre dosiahnutie najvyššej účinnosti

Faktor účinnosti (účinnosť) je 100 % pri voľnobehu (v tomto prípade sa neuvoľňuje žiadny užitočný výkon, ale zároveň sa nespotrebúva výkon zdroja).

Keď sa záťažový prúd zvyšuje, účinnosť klesá podľa lineárneho zákona.

V režime skratu je účinnosť nulová (neexistuje žiadny užitočný výkon a energia vyvinutá zdrojom je úplne spotrebovaná v rámci neho).

Ak zhrnieme vyššie uvedené, môžeme vyvodiť závery.