Зависимостта на капацитета и ефективността на текущия източник на товара - лаборатория

Зависимост на мощността и ефективността на източника на захранване от товара

Устройства и аксесоари: лабораторен панел, две акумулаторни батерии, уредът и волтметър, променливи резистори.

Въведение. Най-често срещаните постоянен ток Източници са електрохимични клетки, батерии, токоизправители. Присъединявам към източник на ток тази част, която се нуждае от неговата електрическа енергия (светлина, радио, калкулатор и др.) Тази част от веригата се нарича често срещана дума - натоварване. Натоварването има определена електрическото съпротивление R, и консумират от изходния ток I (Фигура 1).

Зареждане Н представлява част от външна верига. Но има vnut rennyaya съединение част - всъщност е източник на ток се, че има електрическо съпротивление R, е необходимо същото ток I. Границата между вътрешните и външните части са верига терминали "+" и "-" източник на ток, към който се присъединява към потребителя

Фиг.1 електрическа енергия (натоварване).

На фигура 1, източник на ток, обхваната от пунктираната контур.

източник на ток с електродвижеща сила в сегашния E създава един затворен кръг, силата на която се определя от закона на Ом:

Когато протича ток през резистора R и R са разпределени в топлинна енергия дефинирани zakonomDzhoulya-Lenz. Мощност във външната част на веригата външно захранване PE на

Тази власт е от полза.

Мощност във вътрешната част на РИ, вътрешна сила. Той е наличен за употреба и, следователно, е източник на загуба на мощност

източник на ток Пълна мощност P е сумата от тези два компонента,

Както може да се види от определения (2,3,4), всеки от капацитет зависи от текущия поток и съответната част от съпротивлението на веригата. Помислете за това връзката отделно.

С оглед на закона на Ом (1) пълна мощност може да се запише като:

По този начин общият захранването директно proportsionalnapotreblyaemomu ток.

Мощност разпределени на товара (външен) е

Тя е равна на нула в два случая:

Първото условие важи за отворена верига, когато R  , вторият съответства на така наречените късо съединение източника когато външното съпротивление верига R = 0. В този случай токът във веригата (виж формула (1).) Достига максимална стойност - ток на късо съединение.

На този ток обща мощност става най-великият

Въпреки това, всички се освобождава в рамките на източника.

Нека да определи условията, при които външната власт става макси-мал. Зависимостта от текущата мощност Ре е (виж формула (6).) Параболична:

Позицията на максимална функция от състоянието:

Нетна мощност достига максимална стойност на ток

което е половината от тока на късо съединение (8) (виж фигура 2 ..):

Външно захранване на този ток е

т.е. Максималната външно захранване четвърти от най-великите общата мощност източник.

Мощност освободен на вътрешното съпротивление на текущата IMAX. Тя се определя, както следва:

т.е. Възможно е също една четвърт от максималната общата мощност на източника на ток. Имайте предвид, че в сегашния Imax

Когато токът на веригата има тенденция да се най-високата стойност на Isc, вътрешната мощност

т.е. е най-големият източник на захранване (9). Това означава, че източникът на цялата власт се разпределя към вътрешното съпротивление, което, разбира се. вредно от гледна точка на източник на ток за безопасност на.

Ефективността на източника на ток измерва нейната ефективност. Ефективност е съотношението на полезна мощност за общо източника на захранване:

Използване на формула (6), израз за ефективността може да се запише, както следва:

От формула (1) показва, че E-Ir = IR U е напрежението на външната устойчивост. Следователно, ефективността на

От израза (15) също така следва, че

т.е. ефективност зависи от източник на ток във веригата и се стреми към най-високата стойност, равна на една, на ток I0 (фиг.3). С увеличаване на тока намалява линейно и става нула при късо съединение, когато токът във веригата става най-голямата Isc = E / г.

От естеството на параболичен зависимост от външно захранване ток (6), че една и съща мощност на натоварване Pe могат да бъдат получени с две различни стойности на ток в електрическата верига. От формула (17) и графиката (фигура 3) показва, че за да се постигне по-висока ефективност от работата източник за предпочитане при по-ниски товарни токове, където по-горе съотношение.

Ние считаме, че зависимостта от общия полезен капацитет на вътрешната и vneshnegosoprotivleniyaR източник в схема с EMF Е и вътрешно съпротивление R.

Общата мощност разработен от източника могат да бъдат написани, както следва, ако във формула (5) на експресията на ток (1):

Тъй като пълната мощност зависи от R. на съпротивление е най-голям при късо веригата, когато товарното съпротивление е нула (9). От R общата мощност увеличаване на товарния импеданс намалява, близо до нула при R.

На трибуните на външните съпротивление

Външно мощност Ре е част от общата мощност Р, и неговата стойност зависи от съпротивления съотношение R / (R + R). Ако късо съединение външно захранване е нула. Чрез увеличаване на съпротивлението R, той първо се увеличава. Когато има външно захранване Rr големите стреми да се изпълни. Но полезната мощност по този начин се превръща в малък, тъй като общите намалява капацитета (виж ур. 18). Когато R външно захранване клонят към нула като завърши.

Дали устойчивост на натоварване трябва да бъде, за да получите от един определен източник извън максималния (полезно) капацитет (19)?

Нека да намерим максимума на тази функция от състоянието:

Решаването на това уравнение, ние получаваме Rmax = R.

По този начин, максимална мощност, ако съпротивлението е равно на вътрешното съпротивление на източника на ток, разпределени във външната верига. При това условие на ток в електрическата верига е равна на E / 2г, т.е. половината от тока на късо съединение (8). Максимална нетна мощност на такава съпротива

което съвпада с това, което е получено от по-горе (12).

На мощност в вътрешното съпротивление на източника

Зависимостта на ефективността на съпротивлението на външната част на веригата е изразена както следва:

От тази формула следва, че ефективността клони към нула, както товарното съпротивление клони към нула, а ефективността клони към най-високата стойност, равна на единство, натоварването се увеличава устойчивостта на Rr. Въпреки това, ефективната мощност се намалява почти като 1 / R (виж екв. 19).

Мощност Pe достига максималната си стойност при Rmax = R. Ефикасността е по този начин съгласно формула (23),  = г / (R + R) = 1/2. По този начин, при условие за получаване на максимална мощност не отговаря на условието за получаване на най-голямата ефективност.

Най-важният резултат от предходния анализ е оптимално пригоден за параметрите на източника с много характер. 1) Rr: три области могат да бъдат разграничени. 2) Rr. 3) Rr. Първият случай е налице, когато се изисква източник на ниска мощност за дълго време, например, в електронни часовници, калкулатори. Размерът на тези източници са малки, доставка на електрическа енергия в тях е малко, то трябва да се консумира умерено, така че те трябва да се работи с висока ефективност.

Вторият случай - късо съединение в натоварването, при което източникът на цялата мощност се разпределя в него, и проводниците, свързващи източника на товара. Това води до прегряване и е доста често срещана причина за пожари и пожари. Ето защо, късо съединение източници на ток с висока мощност (динама, батерии, токоизправители), е изключително опасно.

В третия случай източникът иска да получи максималната мощност поне за кратко време, например, когато двигателят на превозното средство е започна да използва електрически стартер, стойността на ефективността не е толкова важно. Стартерът се активира за кратко време. Непрекъсната работа на източника по този начин на практика е неприемливо, тъй като тя води до бързо освобождаване от отговорност прегряване на акумулатора на колата и други проблеми.

За работа на химически източници на ток в желаното от тях режим, свързани помежду си по определен начин, така наречените батерия. Елементи в батерия могат да бъдат свързани последователно, паралелно и смесена схема. Конкретно съединение се определя от съпротивление верига и стойността на текущото потребление.

Най-важната оперативна изискването за електроцентрали е високата ефективност на работата им. От формула (23) показва, че ефективността подходи единство, ако вътрешното съпротивление на източника на ток е малък в сравнение с товарен импеданс

Елементите могат да бъдат свързани в паралел с идентичен едн. Ако могат да бъдат получени, свързани п идентични елементи, от текущата батерия

Тук R1 - устойчивост на един елемент Е1 - електромагнитни полета на един елемент.

Такава връзка е за предпочитане да се прилага при ниско съпротивление натоварване, т.е. когато Rr. От общо вътрешното съпротивление на батерията паралелно връзка се редуцира до N пъти, в сравнение с устойчивостта на един елемент, той може да направи близо импеданс натоварване. Това увеличава ефективността на енергия. Увеличава п пъти, и капацитета енергия на елементите на батерията.

Ако натоварването е високо съпротивление, т.е. Rr. това е по-благоприятно да се свърже с елементи за батерията в серия. В тази батерия едн ще бъде п пъти електродвижещото напрежение и един елемент от източника, могат да получават необходимата ток

Целта на тази лаборатория е експериментална проверка на горните теоретични резултатите от зависимостта на общо, вътрешна и външна (полезни) капацитет и ефективност като източник на захранване ток и съпротивление на товара.

Монтаж Описание. За да се изследва характеристиките на източника на работен ток се прилага диаграма електрическа верига на който е показан на фиг. 4. настоящата употреба източник две алкални батерии ICH-45, които са свързани последователно, но една батерия през резистор R. симулиране вътрешен източник придру-Разстоянието.

Включването му в изкуствено увеличено вътрешно съпротивление BATT-пароизолация, че 1) предпазва от претоварване чрез превключване в режим на късо съединение, и 2) дава възможност за промяна на вътрешното съпротивление на източник като желанията на експериментатора. Товара (външен съпротивление верига) п rimenyayutsya две променливи резистори R1 и R2. (Една груба настройка, а другият - глоба), което осигурява плавен контрол на тока в широк диапазон.

Всички устройства са монтирани на лаборатория панел. Резистори монтирани под таблото на горния етаж оттеглили копчета и терминали, за които има съответните знаци.

Измерване. 1. Поставете превключвателя в неутрално положение P, Бк отвори прекъсвач. Дръжки резистори обърнат обратно на часовниковата стрелка, докато спре (това съответства на най-високата устойчивост на натоварване).

Съберете електрическа верига, съгласно схема (фиг. 4), докато не съседни източници на ток.

След проверка на сглобени учителка верига или лаборант прикачвате батериите Е1 и Е2. с правилната полярност.

Настройте тока на късо съединение. За да направи това, преминете към позиция Р2 (външна устойчивост, равна на нула), и чрез резистор R, определен от границата милиамперметър стрелка (най-дясната) разделяне на скалата - 75 или 150 тА. Благодарение на R резистор в лабораторни условия може да регулира вътрешното съпротивление на източника на ток. В действителност, вътрешното съпротивление - постоянна стойност за типа източници и да не може да се променя.

Поставете превключвател позиция 1. P по този начин завъртане на външната устойчивост (натоварване) R = R1 + R2 в източник верига.

Чрез промяна на тока във веригата 5 ... 10 mA от най-голямата към най-малката стойност чрез резистори R1 и R2. Запишете милиамперметър и волтметър (напрежението на товара U) в таблицата.