Lattiat / 21.09.2023

Täysi ja käyttökelpoinen teho. Tehokkuuskerroin (k

Määritelmä

Tehoa on fyysinen suure, jota käytetään minkä tahansa työn suorittamiseen käytettävän laitteen pääominaisuutena. Nettoteho voidaan käyttää tehtävän suorittamiseen.

Työn ($\Delta A$) suhdetta siihen aikaan, jonka aikana se on suoritettu ($\Delta t$) kutsutaan keskimääräiseksi tehoksi ($\left\langle P\right\rangle $) tälle ajalle:

\[\left\langle P\right\rangle =\frac(\Delta A)(\Delta t)\left(1\right).\]

Hetkellinen teho, tai useammin yksinkertaisesti teho, on suhteen (1) raja $\Delta t\ - 0$:

Ottaen huomioon että:

\[\Delta A=\overline(F)\cdot \Delta \overline(r\ )\left(3\right),\]

missä $\Delta \overline(r\ )$ on kehon liike voiman vaikutuksesta $\overline(F)$, lausekkeessa (2) meillä on:

missä $\ \overline(v)-$ on hetkellinen nopeus.

Tehokkuus

Tehtäessä tarpeellista (hyödyllistä) työtä, esimerkiksi mekaanista työtä, on tarpeen suorittaa suurempi määrä työtä, koska todellisuudessa on vastusvoimia ja osa energiasta on alttiina hajaantumiselle (häviölle). Työn tehokkuus määritetään hyötykertoimella ($\eta $), kun taas:

\[\eta =\frac(P_p)(P)\left(5\right),\]

missä $P_p$ on hyödyllinen teho; $P$ - kulutettu teho. Lausekkeesta (5) seuraa, että hyötyteho voidaan löytää seuraavasti:

Kaava virtalähteen hyötyteholle

Olkoon sähköpiiri koostuva virtalähteestä, jolla on resistanssi $r$ ja kuormasta (resistanssi $R$). Löydämme lähteen voiman seuraavasti:

missä $?$ on nykyisen lähteen EMF; $I$ - virran voimakkuus. Tässä tapauksessa $P$ on piirin kokonaisteho.

Merkitään $U$ - jännite piirin ulkoosassa, niin kaava (7) esitetään muodossa:

missä $P_p=UI=I^2R=\frac(U^2)(R)(9)$ - hyötyteho; $P_0=I^2r$ - tehohäviö. Tässä tapauksessa lähteen tehokkuus määritetään seuraavasti:

\[\eta =\frac(P_p)(P_p+P_0)\left(9\right).\]

Suurin hyötyteho (teho kuormituksella) syntyy sähkövirrasta, jos piirin ulkoinen vastus on yhtä suuri kuin virtalähteen sisäinen vastus. Tässä tilanteessa hyötyteho on 50\% kokonaistehosta.

Oikosulun aikana (kun $R\to 0;;U\to 0$) tai lepotilassa $(R\to \infty ;;I\to 0$) hyötyteho on nolla.

Esimerkkejä ongelmista ratkaisujen kanssa

Esimerkki 1

Harjoittele. Sähkömoottorin hyötysuhde on $\eta $ =42%. Mikä on sen hyötyteho, jos jännitteellä $U=$110 V virtaa $I=$10 A moottorin läpi?

Ratkaisu. Ongelman ratkaisun perustaksi otamme kaavan:

Löydämme kokonaistehon käyttämällä lauseketta:

Korvaamalla lausekkeen (1.2) oikean puolen lausekkeella (1.1), huomaamme, että:

Lasketaan tarvittava teho:

Vastaus.$P_p = 462 $ W

Esimerkki 2

Harjoittele. Mikä on virtalähteen suurin hyötyteho, jos sen oikosulkuvirta on yhtä suuri kuin $I_k$? Kun se on kytketty vastusvirtalähteeseen $R$, voimavirta $I$ kulkee piirin läpi (kuva 1).

Ratkaisu. Ohmin lain mukaan piirille, jossa on virtalähde, meillä on:

missä $\varepsilon$ on nykyisen lähteen EMF; $r$ on sen sisäinen vastus.

Oikosulun sattuessa oletetaan, että ulkoisen kuorman vastus on nolla ($R=0$), jolloin oikosulkuvirta on yhtä suuri:

Piirin suurin hyötyteho kuvassa 1 antaa sähkövirran, jos:

Sitten virtapiirissä on yhtä suuri kuin:

Löydämme suurimman hyötytehon käyttämällä kaavaa:

Saimme kolmen yhtälön järjestelmän kolmella tuntemattomalla:

\[\left\( \begin(array)(c) I"=\frac(\varepsilon)(2r), \\ I_k=\frac(\varepsilon)(r), \\ P_(p\ max)= (\left(I"\oikea))^2r \end(array) \left(2.6\right).\right.\]

Käyttämällä järjestelmän (2.6) ensimmäistä ja toista yhtälöä löydämme $I"$:

\[\frac(I")(I_k)=\frac(\varepsilon)(2r)\cdot \frac(r)(\varepsilon)=\frac(1)(2)\to I"=\frac(1 )(2)I_k\left(2.7\right).\]

Käytämme yhtälöitä (2.1) ja (2.2) ilmaisemaan virtalähteen sisäinen vastus:

\[\varepsilon=I\left(R+r\right);;\ I_kr=\varepsilon \to I\left(R+r\right)=I_kr\to r\left(I_k+I\right)=IR \to r=\frac(IR)(I_k-I)\left(2.8\right).\]

Korvataan (2.7) ja (2.8) tulokset järjestelmän (2.6) kolmanteen kaavaan, vaadittu teho on yhtä suuri:

Vastaus.$P_(p\ max)=(\vasen(\frac(1)(2)I_k\oikea))^2\frac(IR)(I_k-I)$

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 virtaa piiriin. Se voi olla tasa- ja vaihtovirran lähde. Akut ovat tasavirran lähteitä ja pistorasiat vaihtovirran lähteitä.

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

kemikaalit akuissa;
mekaaniset generaattorit;
aurinko jne.

Sähkölähteet on jaettu:

Itsenäinen;
Riippuva (ohjattu), jonka lähtö riippuu muualla piirissä olevasta jännitteestä tai virrasta, joka voi olla joko vakio tai ajan myötä muuttuva. Käytetään vastaavina virtalähteinä elektronisille laitteille.

Piirilakeista ja -analyysistä puhuttaessa sähkövirtalähteitä pidetään usein ihanteellisina, eli ne teoriassa kykenevät tuottamaan äärettömän määrän energiaa ilman häviötä, samalla kun niillä on suoraviivainen ominaisuus. Todellisissa tai käytännön lähteissä on kuitenkin aina sisäinen vastus, joka vaikuttaa niiden lähtöön.

Tärkeä! SP:t 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 virran I ulkoiseen vastukseen, jonka resistanssi on R. Ulkoinen vastus voi olla mikä tahansa aktiivinen kuorma. Piirin päätarkoitus on siirtää energiaa akusta kuormaan, jossa se tekee jotain hyödyllistä, kuten huoneen valaisua.

Voit johtaa hyötytehon riippuvuuden resistanssista:

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

EMF-lähtöteho:

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

Lämmönä haihtunut teho sisäisellä akun resistanssilla:

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

Kuormaan siirretty teho:

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

Rych. = Pr + P(R).

Näin ollen osa akun lähtöenergiasta katoaa välittömästi sisäisen vastuksen kautta tapahtuvan lämmön haihtumisen vuoksi.

Nyt voit piirtää P(R):n riippuvuuden R:stä ja selvittää millä kuormituksella hyötyteho saa maksimiarvon. Kun analysoidaan funktiota ääripäälle, käy ilmi, että R:n kasvaessa P(R) kasvaa monotonisesti pisteeseen, jossa 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. Energian siirto virtalähteen 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 tilaa kutsutaan koordinaatioksi. Yksi esimerkki lähteen impedanssin ja ulkoisen kuormituksen yhteensovittamisesta on äänenvahvistin ja kaiutin. Vahvistimen lähtöimpedanssi Zout on asetettu 4 - 8 ohmiin, kun taas kaiuttimen nimellinen tuloimpedanssi Zin 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 lähtöominaisuuksien sisällä.

Nykyisen lähteen tehokkuus

Kun työtä tehdään sähkövirralla, tapahtuu energiamuutoksia. Lähteen tekemä täysi työ menee energiamuunnoksiin koko sähköpiirin läpi ja hyödyllinen työ vain virtalähteeseen kytketyssä piirissä.

Virtalähteen tehokkuuden määrällinen arviointi tehdään merkittävimmän työn nopeuden määräävän indikaattorin mukaan, – teho:

Energiankuluttaja ei käytä kaikkea IP:n lähtötehoa. Kulutetun energian ja lähteen toimittaman energian suhde on hyötysuhdekaava:

η = hyötyteho/lähtöteho = Ppol./Pout.

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

Tämä kaava voidaan muuntaa korvaamalla potenssit lausekkeilla:

Lähtöteho:

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

Kulutettu energia:

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

Kerroin:

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

Eli virtalähteen tehokkuus määräytyy vastusten suhteen: sisäinen ja kuorma.

Usein tehokkuusindikaattoria käytetään prosentteina. Sitten kaava saa muotoa:

η = R/(R + r) x 100 %.

Tuloksena olevasta lausekkeesta käy selvästi ilmi, että jos sovitusehto täyttyy (R = r), kerroin η = (R/2 x R) x 100% = 50%. Kun siirrettävä energia on tehokkainta, itse virtalähteen hyötysuhde on vain 50 %.

Tämän kertoimen avulla arvioidaan erilaisten yksittäisten yrittäjien ja sähkönkuluttajien tehokkuutta.

Esimerkkejä tehokkuusarvoista:

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

Hyödyllisen tehon indikaattorit lasketaan eri kuluttajille suoritetun työn tyypistä riippuen.

Video

Virtalähteen tehon ja hyötysuhteen riippuvuus kuormasta

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

Johdanto. Yleisimmin käytetyt tasavirran lähteet ovat galvaaniset kennot, akut ja tasasuuntaajat. Yhdistetään virtalähteeseen sähköenergiaansa tarvitseva osa (lamppu, radio, mikrolaskin jne.). Tätä sähköpiirin osaa kutsutaan yleisesti kuormitukseksi. Kuormalla on jonkin verran sähkövastusta R ja kuluttaa virtaa lähteestä minä(Kuva 1).

Kuorma muodostaa sähköpiirin ulkoisen osan. Mutta piirissä on myös sisäinen osa - tämä on itse asiassa itse virtalähde, sillä on sähkövastus r, sama virta kulkee siinä 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 voimakkuus määräytyy Ohmin laki:

Kun virta kulkee vastusten läpi R Ja r lämpöenergiaa vapautuu niissä määrättynä lain mukaan Joule-Lenz. Virta piirin ulkoisessa osassa R e – ulkoinen teho

Tämä voima on hyödyllinen.

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

Koko nykyisen lähteen teho R on näiden kahden ehdon summa,

Kuten määritelmistä (2,3,4) voidaan nähdä, kukin 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 nykyinen kulutus.

Teho vapautuu 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 suurimman arvonsa - oikosulkuvirta.

Tällä virralla koko voimasta tulee suurin

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

Hän kuitenkin erottuu kaikista lähteen sisällä.

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

Funktion maksimin paikka määräytyy ehdosta:

dP e /dl = 0, dP e /dI = 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 enimmäiskokonaistehosta.

Sisäisen vastuksen vapauttama teho virran aikana minä max määritellään seuraavasti:

, (13)

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

P e = P i . (14)

Kun virtapiirissä on suurin arvonsa minä oikosulku , sisäinen voima

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

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

Tehokkuus nykyisen lähteen toiminta on arvioitu tehokkuutta. Hyötysuhde on hyötytehon suhde lähteen kokonaistehoon:

 = P e / P.

Kaavan (6) avulla tehokkuuden lauseke voidaan kirjoittaa seuraavasti:

. (15)

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

 = U/ E . (16)

Lausekkeesta (15) seuraa myös se

 = (17)

nuo. Lähteen hyötysuhde riippuu piirissä olevasta virrasta ja pyrkii korkeimpaan arvoon, joka on yhtä suuri kuin yksikkö virralla minä  0 (Kuva 3) . Virran kasvaessa hyötysuhde laskee lineaarisesti ja menee nollaan oikosulun aikana, kun virtapiirissä tulee suurin. minä oikosulku = E/ r .

Ulkoisen tehon virrasta (6) riippuvuuden parabolisesta luonteesta seuraa, että sama teho kuormaan P e voidaan saada kahdella eri virta-arvolla piirissä. Kaavasta (17) ja kaaviosta (kuva 3) käy selvästi ilmi, että suuremman hyötysuhteen saamiseksi lähteestä on edullista toimia pienemmillä kuormitusvirroilla, joissa tämä kerroin on suurempi.

2. TehoriippuvuusP e , P i , P kuormituskestävyydestä.

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

Koko lähteen kehittämä teho voidaan kirjoittaa seuraavasti, jos korvaamme virran (1) lausekkeen kaavalla (5):

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

Erottuu ulkoisesta vastuksesta

(19)

Ulkoinen tehoa R e on osa kokonaisvaltaa R ja sen arvo riippuu vastussuhteesta R/(R+ r) . Oikosulun aikana ulkoinen teho on nolla. Kun vastus kasvaa R se ensin kasvaa. klo R  r ulkoisella teholla on taipumus täyttyä. Mutta itse hyötytehosta tulee pieni, koska kokonaisteho pienenee (katso kaava 18). klo R  ulkoinen teho on yleensä nolla, kuten myös kokonaisteho.

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 yhtä suuri kuin E/2 r, nuo. puolet oikosulkuvirrasta (8). Suurin hyötyteho tällä resistanssilla

(21)

mikä vastaa edellä saatua (12).

Teho vapautuu lähteen sisäisellä resistanssilla

(22)

klo R P i  P, ja milloin R=0 saavuttaa suurimman arvonsa P i Huom = P Huom = E 2 / r. klo R= r sisäinen teho on puoliksi täynnä, P i = P/2 . klo R r se pienenee lähes samalla tavalla kuin täysi (18).

Tehokkuuden riippuvuus piirin ulkoisen osan resistanssista ilmaistaan seuraavasti:

 = (23)

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

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

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

Toinen tapaus - oikosulku kuormassa, jossa kaikki lähteen teho vapautetaan siinä ja johdot, jotka yhdistävät lähteen kuormaan. Tämä johtaa 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 vaaditussa tilassa ne on liitetty toisiinsa tietyllä tavalla ns. akuiksi. Akun elementit voidaan kytkeä sarjaan, rinnan tai sekapiiriin. Tämä tai tuo kytkentäkaavio määräytyy kuormitusvastuksen ja kulutetun virran määrän mukaan.

Voimalaitosten tärkein toiminnallinen vaatimus on niiden korkea hyötysuhde. Kaavasta (23) käy selvästi ilmi, 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 virtaa

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

Tällaista liitäntää on edullista käyttää pieniresistanssisten kuormien kanssa, ts. klo R r. Koska akun sisäinen kokonaisvastus rinnakkain kytkettynä pienenee n kertaa yhden elementin vastukseen verrattuna, niin se voidaan tehdä lähelle kuormitusvastusta. Tämän ansiosta lähteen tehokkuus kasvaa. Lisääntyy n ajat ja akkuelementtien energiakapasiteetti.

 r, silloin on kannattavampaa kytkeä akun elementit sarjaan. Tässä tapauksessa akun emf on n kertaa suurempi kuin yhden elementin EMF ja tarvittava virta voidaan saada lähteestä

Tarkoitus tämä laboratoriotyö on kokeellinen tarkastus Yllä saadut teoreettiset tulokset kokonais-, sisäisen ja ulkoisen (netto)tehon ja lähteen hyötysuhteen riippuvuudesta sekä kulutetun virran tehosta että kuormitusresistanssista.

Asennuksen kuvaus. Virtalähteen toimintaominaisuuksien tutkimiseen käytetään sähköpiiriä, jonka kaavio on esitetty kuvassa. 4. Virtalähteenä käytetään kahta NKN-45 alkaliparistoa, jotka on kytketty peräkkäin yhteen akkuun vastuksen kautta r , mallintaa lähteen sisäistä vastusta.

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

Kaikki instrumentit on asennettu laboratoriopaneeliin. Vastukset on kiinnitetty paneelin alle, niiden säätönupit ja liittimet sijaitsevat yläosassa, jonka lähellä on vastaavat merkinnät.

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

Kokoa sähköpiiri kaavion mukaan (kuva 4), älä liittymässä toistaiseksi nykyiset lähteet.

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

Aseta oikosulkuvirta. Tee tämä asettamalla kytkin P asentoon 2 (ulkoinen vastus on nolla) ja käyttämällä vastusta r aseta milliammetrin neula instrumenttiasteikon rajan (oikeimman) jakoon - 75 tai 150 mA. Kiitos vastuksen r laboratoriossa on mahdollisuus säädellä virtalähteen sisäinen vastus. Itse asiassa sisäinen vastus on vakioarvo tämän tyyppiselle lähteelle, eikä sitä voida muuttaa.

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

Piirin virran muuttaminen 5...10 mA korkeimmasta pienimpään arvoon vastusten avulla R 1 Ja R 2 , tallenna milliammetrin ja volttimittarin lukemat (kuormitusjännite U) pöytään.

Aseta 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 laboratorio #311 saadaksesi lisätietoja tästä.)

s	mA	P e ,	P i ,	R,

Tulosten käsittely. 1. Laske jokaiselle nykyiselle arvolle:

kokonaisteho 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.

Luo riippuvuuskaavioita:

kokonais-, 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 matalaresistiivistä osaa, ja hylätä 4-5 koepistettä 15:stä korkearesistiivisellä alueella,

Lähdetehokkuus verrattuna virrankulutukseen minä,

Tehokkuus vs. kuormankestävyys R.

Kaavioista P e alkaen minä Ja P e alkaen R määritä ulkoisen piirin suurin nettoteho 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 nykyinen lähde? Mikä on kuorma? Mikä on ketjun sisäosa? Missä ketjun ulompi osa alkaa ja päättyy? Miksi muuttuva vastus on asennettu? r ?

3. Mitä kutsutaan ulkoiseksi, hyödylliseksi, sisäiseksi, kokonaistehoksi? Kuinka paljon tehoa häviää?

4. Miksi tässä työssä ehdotetaan laskettavan hyötyteho kaavan avulla P e = IU, eikä kaavan (2) mukaan? Perustele nämä suositukset.

5. Vertaa saamiasi kokeellisia tuloksia metodologisessa käsikirjassa annettuihin laskettuihin tuloksiin sekä tutkittaessa tehon riippuvuutta virrasta että kuormitusresistanssista.

Lähteet nykyinenTiivistelmä >> Fysiikka

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

Tehoa harmoniset värähtelyt sähköpiireissä

Luento >> Fysiikka

... alkaen lähde V ladata vaadittu keskiarvo tulee tehoa. Koska monimutkaiset stressit ja virrat ... ladata ja generaattorin kehittämä tehoa, on yhtä suuri kuin  = 0,5. Suhteellisen kosteuden kasvaessa – keskimäärin tehoa vähenee, mutta kasvaa Tehokkuus. Ajoittaa riippuvuuksia Tehokkuus ...

Tiivistelmä >> Viestintä ja viestintä

... tehoa laitteet - kulutettu tehoa laitteet - vapaapäivä tehoa laitteet - Tehokkuus laitteet Hyväksy Tehokkuus...jossa riippuvuuksia alkaen säätelyn syvyys... vakio riippumatta alkaen muutoksia nykyinen kuormia. U lähteet ruokaa...

Opintojaksot >> Fysiikka

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

Virtalähteen koko piirissä kehittämää tehoa kutsutaan täysi voima.

Se määräytyy kaavan mukaan

jossa P rev on virtalähteen koko piirissä kehittämä kokonaisteho, W;

E-uh. d.s. lähde, sisään;

I on piirin virran suuruus, 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. piirin osien jännitteiden kautta saamme

Suuruus UI vastaa virtapiirin ulkoiselle osalle kehittyvää tehoa (kuorma), ja sitä kutsutaan hyödyllistä voimaa P kerros = UI.

Suuruus U o I vastaa tehoa, joka on käytetty turhaan lähteen sisällä, sitä kutsutaan tehon menetys P o =U o I.

Kokonaisteho on siis yhtä suuri kuin hyötytehon ja hävikitehon summa P ob = P kerros + P 0.

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

Määritelmästä se seuraa

Kaikissa olosuhteissa hyötysuhde η ≤ 1.

Jos ilmaistamme tehon piiriosien virralla ja resistanssilla, saamme

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

Tyypillisesti sähköinen hyötysuhde ilmaistaan prosentteina.

Käytännön sähkötekniikan kannalta kaksi kysymystä ovat erityisen kiinnostavia:

1. Edellytys suurimman hyötytehon saamiseksi

2. Edellytys suurimman hyötysuhteen saavuttamiseksi.

Edellytys suurimman hyötytehon saavuttamiseksi (teho kuormitettuna)

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 on oikosulkutila (oikosulku) . Lähes kaikki teho kehitetään virtalähteen sisäisellä resistanssilla. Tämä tila on vaarallinen virtalähteelle ja myös koko piirille.

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

Siten tiloissa, jotka ovat lähellä oikosulkua ja tyhjäkäyntiä, hyötyteho on pieni ensimmäisessä tapauksessa alhaisen jännitteen vuoksi ja toisessa alhaisen virran vuoksi.

Edellytys korkeimman tehokkuuden saavuttamiselle

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

Kun kuormitusvirta kasvaa, hyötysuhde pienenee lineaarisen lain mukaan.

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

Yhteenvetona edellä olevasta voimme tehdä johtopäätöksiä.

Maksimihyödyllisen tehon saamisen ehto (R = R 0) ja maksimihyötysuhteen saamisen ehto (R = ∞) 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 suurien tehojen tuhlaukseen. Siksi sähköasemille ja sähköasemille generaattoreiden, muuntajien ja tasasuuntaajien toimintatilat lasketaan siten, että varmistetaan korkea hyötysuhde (90 % tai enemmän).

Heikon nykytekniikan osalta tilanne on toinen. Otetaan esimerkiksi puhelin. Mikrofonin edessä puhuttaessa laitteen piiriin syntyy sähköinen signaali, jonka teho on noin 2 mW. Ilmeisesti suurimman kommunikaatioalueen saavuttamiseksi on välttämätöntä lähettää linjaan mahdollisimman paljon tehoa, mikä edellyttää koordinoitua kuormanvaihtotilaa. Onko tehokkuudella väliä tässä tapauksessa? Ei tietenkään, koska energiahäviöt lasketaan murto-osissa tai milliwattien yksiköissä.

Sovitettu kuormitustila on käytössä radiolaitteissa. Jos koordinoitua tilaa ei voida taata, kun generaattori ja kuorma on kytketty suoraan, ryhdytään toimenpiteisiin niiden vastusten sovittamiseksi.