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, joje 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.):

Šios srovės išorinė galia 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 vertė 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 yra 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 tokiai varžai

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

Galia išleista esant šaltinio vidinei varžai

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 koeficiento 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 (dinamos, 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, jo 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, tada 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 gauti teoriniai rezultatai dėl suminės, vidinės ir išorinės (grynosios) galios ir šaltinio naudingumo priklausomybės 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 reguliavimą plačiame diapazone.

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

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

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) prietaiso 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 skaičiuotiniais, pateiktais metodiniame vadove, 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 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...

Apsvarstykite uždarą nešakotą grandinę, kurią sudaro srovės šaltinis ir rezistorius.

Taikykime energijos tvermės dėsnį visai grandinei:

.

Nes , o uždaroje grandinėje 1 ir 2 taškai sutampa, elektrinių jėgų galia uždaroje grandinėje lygi nuliui. Tai atitinka teiginį apie nuolatinės srovės elektrinio lauko potencialą, kuris jau buvo minėtas anksčiau.

Taigi, į Uždaroje grandinėje visa šiluma išsiskiria dėl išorinių jėgų darbo:, arba , ir vėl prieiname prie Ohmo dėsnio, dabar dėl uždaros grandinės: .

Pilna jėga grandinė vadinama išorinių jėgų galia, ji taip pat lygi bendrai šiluminei galiai:

Naudinga skambinkite išorinėje grandinėje išleistą šiluminę galią (nepriklausomai nuo to, ar ji šiuo konkrečiu atveju naudinga, ar žalinga):

(3).

Elektrinių jėgų vaidmuo grandinėje. Išorinėje grandinėje, ant apkrovos R, elektrinės jėgos atlieka teigiamą darbą, o perkeldamos krūvį srovės šaltinio viduje, atlieka tokio paties dydžio neigiamą darbą. Išorinėje grandinėje dėl elektrinio lauko darbo išsiskiria šiluma. Darbas, pateiktas išorinėje grandinėje, yra „grąžintas“ elektros lauko srovės šaltinio viduje. Dėl to visa grandinėje esanti šiluma „apmokama“ išorinių jėgų darbu: srovės šaltinis palaipsniui praranda jame sukauptą cheminę (ar kokią kitą) energiją. Elektrinis laukas atlieka „kurjerio“ vaidmenį, tiekdamas energiją į išorinę grandinę.

Bendrosios naudingosios galios ir efektyvumo priklausomybė nuo atsparumo apkrovai R .

Šios priklausomybės gaunamos iš (1–2) formulių ir Omo dėsnio visai grandinei:

. (4)

. (5)

Šių priklausomybių grafikus galite pamatyti paveikslėlyje.

Bendra galia monotoniškai mažėja didėjant , nes srovė grandinėje mažėja. Didžiausia bendroji galia išleidžiamas , t.y. adresu trumpas sujungimas. Srovės šaltinis atlieka maksimalų darbą per laiko vienetą, tačiau visa tai tenka pačiam šaltiniui šildyti. Didžiausia tariama galia yra

.

Naudingoji galia turi maksimumą (kurį galite patikrinti paėmę funkcijos (5) išvestinę ir prilyginę ją nuliui). Pakeitę išraišką (5), randame maksimalią naudingąją galią:

.

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 yra 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, imamasi priemonių jų varžoms suderinti.

Jungiant elektros prietaisus prie elektros tinklo dažniausiai turi reikšmės tik paties elektros prietaiso galia ir efektyvumas. Tačiau naudojant srovės šaltinį uždaroje grandinėje, svarbi jo pagaminama naudinga galia. Šaltinis gali būti generatorius, akumuliatorius, baterija ar saulės elektrinės elementai. Skaičiavimams tai nėra esminė reikšmė.

Maitinimo parametrai

Prijungiant elektros prietaisus prie maitinimo šaltinio ir sukuriant uždarą grandinę, be apkrovos sunaudojamos energijos P, atsižvelgiama į šiuos parametrus:

• Rob. (bendra srovės šaltinio galia), išleista visose grandinės dalyse;
• EMF yra akumuliatoriaus generuojama įtampa;
• P (grynoji galia), sunaudojama visose tinklo dalyse, išskyrus srovės šaltinį;
• Po (prarasta galia), išleista akumuliatoriaus arba generatoriaus viduje;
• vidinė akumuliatoriaus varža;
• Maitinimo efektyvumas.

Dėmesio! Nereikėtų painioti šaltinio efektyvumo ir apkrovos. Jei elektros prietaiso akumuliatoriaus koeficientas yra didelis, jis gali būti mažas dėl laidų ar paties prietaiso nuostolių ir atvirkščiai.

Daugiau apie tai.

Bendra grandinės energija

Kai elektros srovei teka grandinė, susidaro šiluma arba atliekami kiti darbai. Baterija ar generatorius nėra išimtis. Energija, išsiskirianti ant visų elementų, įskaitant laidus, vadinama visa. Jis apskaičiuojamas naudojant formulę Rob.=Ro.+Rpol., kur:

• Rob. - pilna jėga;
• Ro. – vidiniai nuostoliai;
• Rpol. – naudingoji galia.

Dėmesio! Tariamosios galios sąvoka naudojama ne tik visos grandinės skaičiavimuose, bet ir elektros variklių bei kitų prietaisų, kurie kartu su aktyviąja energija suvartoja reaktyviąją energiją, skaičiavimuose.

EMF arba elektrovaros jėga yra šaltinio generuojama įtampa. Jis gali būti matuojamas tik X.X režimu. (tuščia eiga). Kai prijungiama apkrova ir atsiranda srovė, Uо atimamas iš EML vertės. – įtampos praradimas maitinimo įtaiso viduje.

Grynoji galia

Naudinga energija, išsiskirianti visoje grandinėje, išskyrus maitinimo šaltinį. Jis apskaičiuojamas pagal formulę:

1. „U“ – įtampa gnybtuose,
2. „I“ – srovė grandinėje.

Esant situacijai, kai apkrovos varža yra lygi srovės šaltinio varžai, ji yra didžiausia ir lygi 50% visos vertės.

Mažėjant apkrovos varžai, srovė grandinėje didėja kartu su vidiniais nuostoliais, o įtampa toliau krenta, o pasiekus nulį srovė bus maksimali ir ribojama tik Ro. Tai K.Z režimas. - trumpas sujungimas. Šiuo atveju nuostolių energija yra lygi bendrai.

Didėjant apkrovos varžai, srovės ir vidiniai nuostoliai mažėja, įtampa kyla. Pasiekus be galo didelę reikšmę (tinklo pertrauka) ir I=0, įtampa bus lygi EMF. Tai yra X...X režimas. - tuščiosios eigos judesys.

Nuostoliai maitinimo šaltinio viduje

Baterijos, generatoriai ir kiti įrenginiai turi vidinę varžą. Jais tekant srovei, išsiskiria nuostolių energija. Jis apskaičiuojamas pagal formulę:

kur „Uо“ yra įtampos kritimas įrenginio viduje arba skirtumas tarp EML ir išėjimo įtampos.

Vidinio maitinimo šaltinio varža

Norėdami apskaičiuoti nuostolius Ro. reikia žinoti įrenginio vidinę varžą. Tai generatoriaus apvijų varža, akumuliatoriuje esantis elektrolitas ar dėl kitų priežasčių. Ne visada įmanoma jį išmatuoti multimetru. Turime naudoti netiesioginius metodus:

• kai prietaisas įjungiamas tuščiosios eigos režimu, matuojamas E (EMF);
• prijungus apkrovą nustatomas Uout. (išėjimo įtampa) ir srovė I;
• Įtampos kritimas įrenginio viduje apskaičiuojamas:

• vidinė varža apskaičiuojama:

Naudingoji energija P ir efektyvumas

Priklausomai nuo konkrečių užduočių, reikalinga maksimali naudingoji galia P arba maksimalus efektyvumas. Sąlygos tam neatitinka:

• P yra didžiausias esant R=Ro, kai efektyvumas = 50 %;
• Efektyvumas yra 100% H.H. režimu, kai P = 0.

Maksimalios energijos gavimas maitinimo įtaiso išvestyje

Maksimalus P pasiekiamas, jei varžos R (apkrova) ir Ro (elektros šaltinis) yra lygios. Šiuo atveju efektyvumas = 50%. Tai yra „atitinkančios apkrovos“ režimas.

Be to, galimi du variantai:

• Varža R sumažėja, srovė grandinėje didėja, o įtampos nuostoliai Uo ir Po įrenginio viduje didėja. Trumpojo jungimo režimu (trumpasis jungimas) apkrovos varža yra "0", I ir Po yra didžiausi, o efektyvumas taip pat yra 0%. Šis režimas pavojingas baterijoms ir generatoriams, todėl nenaudojamas. Išimtis – praktiškai nenaudojami suvirinimo generatoriai ir automobilių akumuliatoriai, kurie užvedus variklį ir įjungus starterį veikia „trumpajam jungimui“ artimu režimu;
• Atsparumas apkrovai yra didesnis nei vidinis. Tokiu atveju apkrovos srovė ir galia P krenta, o esant be galo didelei varžai yra lygūs „0“. Tai yra XH režimas. (tuščia eiga). Vidiniai nuostoliai beveik C.H. režimu yra labai maži, o efektyvumas yra beveik 100%.

Vadinasi, „P“ yra didžiausias, kai vidinė ir išorinė varžos yra lygios, o kitais atvejais yra minimalios dėl didelių vidinių nuostolių trumpojo jungimo metu ir mažos srovės šaltuoju režimu.

Elektronikoje esant mažoms srovėms naudojamas didžiausias naudingosios galios režimas esant 50 % efektyvumui. Pavyzdžiui, telefono aparate Pout. mikrofonas – 2 milivatai, o svarbu kuo daugiau jį perkelti į tinklą, aukojant efektyvumą.

Pasiekti maksimalų efektyvumą

Maksimalus efektyvumas pasiekiamas H.H. režimu. dėl to, kad Po įtampos šaltinio viduje nėra galios nuostolių. Didėjant apkrovos srovei, efektyvumas tiesiškai mažėja trumpojo jungimo režimu. yra lygus „0“. Maksimalaus naudingumo režimas naudojamas jėgainių generatoriuose, kur suderinta apkrova, maksimalus naudingasis Po ir 50% naudingumo koeficientas netaikomas dėl didelių nuostolių, sudarančių pusę visos energijos.

Krovinio efektyvumas

Elektros prietaisų efektyvumas nepriklauso nuo akumuliatoriaus ir niekada nepasiekia 100%. Išimtis – oro kondicionieriai ir šaldytuvai, veikiantys šilumos siurblio principu: vienas radiatorius vėsinamas šildant kitą. Jei neatsižvelgsite į šį punktą, efektyvumas bus didesnis nei 100%.

Energija eikvojama ne tik naudingiems darbams atlikti, bet ir šildymo laidams, trinčiai ir kitokiems nuostoliams. Lempose, be pačios lempos efektyvumo, reikėtų atkreipti dėmesį į reflektoriaus konstrukciją, oro šildytuvuose - į kambario šildymo efektyvumą, o elektros varikliuose - į cos φ.

Norint atlikti skaičiavimus, būtina žinoti maitinimo elemento naudingąją galią. Be to neįmanoma pasiekti maksimalaus visos sistemos efektyvumo.

Vaizdo įrašas

Jungiant elektros prietaisus prie elektros tinklo dažniausiai turi reikšmės tik paties elektros prietaiso galia ir efektyvumas. Tačiau naudojant srovės šaltinį uždaroje grandinėje, svarbi jo pagaminama naudinga galia. Šaltinis gali būti generatorius, akumuliatorius, baterija ar saulės elektrinės elementai. Skaičiavimams tai nėra esminė reikšmė.

Maitinimo parametrai

Prijungiant elektros prietaisus prie maitinimo šaltinio ir sukuriant uždarą grandinę, be apkrovos sunaudojamos energijos P, atsižvelgiama į šiuos parametrus:

• Rob. (bendra srovės šaltinio galia), išleista visose grandinės dalyse;
• EMF yra akumuliatoriaus generuojama įtampa;
• P (grynoji galia), sunaudojama visose tinklo dalyse, išskyrus srovės šaltinį;
• Po (prarasta galia), išleista akumuliatoriaus arba generatoriaus viduje;
• vidinė akumuliatoriaus varža;
• Maitinimo efektyvumas.

Dėmesio! Nereikėtų painioti šaltinio efektyvumo ir apkrovos. Jei elektros prietaiso akumuliatoriaus koeficientas yra didelis, jis gali būti mažas dėl laidų ar paties prietaiso nuostolių ir atvirkščiai.

Daugiau apie tai.

Bendra grandinės energija

Kai elektros srovei teka grandinė, susidaro šiluma arba atliekami kiti darbai. Baterija ar generatorius nėra išimtis. Energija, išsiskirianti ant visų elementų, įskaitant laidus, vadinama visa. Jis apskaičiuojamas naudojant formulę Rob.=Ro.+Rpol., kur:

• Rob. - pilna jėga;
• Ro. – vidiniai nuostoliai;
• Rpol. – naudingoji galia.

Dėmesio! Tariamosios galios sąvoka naudojama ne tik visos grandinės skaičiavimuose, bet ir elektros variklių bei kitų prietaisų, kurie kartu su aktyviąja energija suvartoja reaktyviąją energiją, skaičiavimuose.

EMF arba elektrovaros jėga yra šaltinio generuojama įtampa. Jis gali būti matuojamas tik X.X režimu. (tuščia eiga). Kai prijungiama apkrova ir atsiranda srovė, Uо atimamas iš EML vertės. – įtampos praradimas maitinimo įtaiso viduje.

Grynoji galia

Naudinga energija, išsiskirianti visoje grandinėje, išskyrus maitinimo šaltinį. Jis apskaičiuojamas pagal formulę:

1. „U“ – įtampa gnybtuose,
2. „I“ – srovė grandinėje.

Esant situacijai, kai apkrovos varža yra lygi srovės šaltinio varžai, ji yra didžiausia ir lygi 50% visos vertės.

Mažėjant apkrovos varžai, srovė grandinėje didėja kartu su vidiniais nuostoliais, o įtampa toliau krenta, o pasiekus nulį srovė bus maksimali ir ribojama tik Ro. Tai K.Z režimas. - trumpas sujungimas. Šiuo atveju nuostolių energija yra lygi bendrai.

Didėjant apkrovos varžai, srovės ir vidiniai nuostoliai mažėja, įtampa kyla. Pasiekus be galo didelę reikšmę (tinklo pertrauka) ir I=0, įtampa bus lygi EMF. Tai yra X...X režimas. - tuščiosios eigos judesys.

Nuostoliai maitinimo šaltinio viduje

Baterijos, generatoriai ir kiti įrenginiai turi vidinę varžą. Jais tekant srovei, išsiskiria nuostolių energija. Jis apskaičiuojamas pagal formulę:

kur „Uо“ yra įtampos kritimas įrenginio viduje arba skirtumas tarp EML ir išėjimo įtampos.

Vidinio maitinimo šaltinio varža

Norėdami apskaičiuoti nuostolius Ro. reikia žinoti įrenginio vidinę varžą. Tai generatoriaus apvijų varža, akumuliatoriuje esantis elektrolitas ar dėl kitų priežasčių. Ne visada įmanoma jį išmatuoti multimetru. Turime naudoti netiesioginius metodus:

• kai prietaisas įjungiamas tuščiosios eigos režimu, matuojamas E (EMF);
• prijungus apkrovą nustatomas Uout. (išėjimo įtampa) ir srovė I;
• Įtampos kritimas įrenginio viduje apskaičiuojamas:

• vidinė varža apskaičiuojama:

Naudingoji energija P ir efektyvumas

Priklausomai nuo konkrečių užduočių, reikalinga maksimali naudingoji galia P arba maksimalus efektyvumas. Sąlygos tam neatitinka:

• P yra didžiausias esant R=Ro, kai efektyvumas = 50 %;
• Efektyvumas yra 100% H.H. režimu, kai P = 0.

Maksimalios energijos gavimas maitinimo įtaiso išvestyje

Maksimalus P pasiekiamas, jei varžos R (apkrova) ir Ro (elektros šaltinis) yra lygios. Šiuo atveju efektyvumas = 50%. Tai yra „atitinkančios apkrovos“ režimas.

Be to, galimi du variantai:

• Varža R sumažėja, srovė grandinėje didėja, o įtampos nuostoliai Uo ir Po įrenginio viduje didėja. Trumpojo jungimo režimu (trumpasis jungimas) apkrovos varža yra "0", I ir Po yra didžiausi, o efektyvumas taip pat yra 0%. Šis režimas pavojingas baterijoms ir generatoriams, todėl nenaudojamas. Išimtis – praktiškai nenaudojami suvirinimo generatoriai ir automobilių akumuliatoriai, kurie užvedus variklį ir įjungus starterį veikia „trumpajam jungimui“ artimu režimu;
• Atsparumas apkrovai yra didesnis nei vidinis. Tokiu atveju apkrovos srovė ir galia P krenta, o esant be galo didelei varžai yra lygūs „0“. Tai yra XH režimas. (tuščia eiga). Vidiniai nuostoliai beveik C.H. režimu yra labai maži, o efektyvumas yra beveik 100%.

Vadinasi, „P“ yra didžiausias, kai vidinė ir išorinė varžos yra lygios, o kitais atvejais yra minimalios dėl didelių vidinių nuostolių trumpojo jungimo metu ir mažos srovės šaltuoju režimu.

Elektronikoje esant mažoms srovėms naudojamas didžiausias naudingosios galios režimas esant 50 % efektyvumui. Pavyzdžiui, telefono aparate Pout. mikrofonas – 2 milivatai, o svarbu kuo daugiau jį perkelti į tinklą, aukojant efektyvumą.

Pasiekti maksimalų efektyvumą

Maksimalus efektyvumas pasiekiamas H.H. režimu. dėl to, kad Po įtampos šaltinio viduje nėra galios nuostolių. Didėjant apkrovos srovei, efektyvumas tiesiškai mažėja trumpojo jungimo režimu. yra lygus „0“. Maksimalaus naudingumo režimas naudojamas jėgainių generatoriuose, kur suderinta apkrova, maksimalus naudingasis Po ir 50% naudingumo koeficientas netaikomas dėl didelių nuostolių, sudarančių pusę visos energijos.

Krovinio efektyvumas

Elektros prietaisų efektyvumas nepriklauso nuo akumuliatoriaus ir niekada nepasiekia 100%. Išimtis – oro kondicionieriai ir šaldytuvai, veikiantys šilumos siurblio principu: vienas radiatorius vėsinamas šildant kitą. Jei neatsižvelgsite į šį punktą, efektyvumas bus didesnis nei 100%.

Energija eikvojama ne tik naudingiems darbams atlikti, bet ir šildymo laidams, trinčiai ir kitokiems nuostoliams. Lempose, be pačios lempos efektyvumo, reikėtų atkreipti dėmesį į reflektoriaus konstrukciją, oro šildytuvuose - į kambario šildymo efektyvumą, o elektros varikliuose - į cos φ.

Norint atlikti skaičiavimus, būtina žinoti maitinimo elemento naudingąją galią. Be to neįmanoma pasiekti maksimalaus visos sistemos efektyvumo.

Vaizdo įrašas