Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (066) 185-39-18
Вконтакте Студентська консультація
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Дослідження впливу навантаження на режими роботи джерела постійного струму

Предмет: 
Тип роботи: 
Лабораторна робота
К-сть сторінок: 
6
Мова: 
Українська
Оцінка: 
Дослідження впливу навантаження на режими роботи джерела постійного струму
 
Мета роботи
 
1. Дослідити вплив навантаження на основні характеристики передачі енергії джерелом постійного струму.
 
Короткі теоретичні відомості
 
Будь-яке електричне коло складається з джерела електричної енергії, споживача та лінії передачі і його можна представити електричною схемою, наведеною на рис. 4. 1.
 
Рис. 4. 1.
 
На цій схемі позначено:
Е – е. р. с. джерела енергії; r – внутрішній опір цього джерела; R – зовнішній опір електричного кола або опір навантаження. У випадку передачі енергії на значну віддаль опір лінії передачі можна добавити до опору r.
На підставі другого закону Кірхгофа можна записати
Е = I r + U, /4. 1/
де І – струм у колі; U – напруга на опорі навантаження.
Згідно з законом Ома струм І та напругу U можна виразити так:
 , /4. 2/
 . /4. 3/
При проходженні струму у колі буде мати місце спад напруги на внутрішньому опорі r, яке ще називають втратою напруги. Позначивши його  , будемо мати  .
Потужність джерела живлення при цьому дорівнює
 . /4. 4/
Враховуючи /4. 2/, потужність, що виділяється в опорі навантаження,
  або   /4. 5/
Рівняння /4. 5/ показує, що залежність   представляє собою квадратичну параболу, направлену вниз.
Втрата потужності на внутрішньому опорі
 . /4. 6/
Коефіцієнт корисної дії електричного кола
  /4. 7/
Розглянемо основні режими роботи електричного кола.
Режим холостого (неробочого) ходу. В цьому випадку   і тому
І = 0; U = E; U = 0; P1 = P2 = 0 i P = 0;  = 1.
Остання рівність пояснюється тим, що при холостому ході відсутні втрати потужності на внутрішньому опорі.
Режим короткого замикання. Коротке замикання має місце при R = 0. Для цього режиму
 ; U = 0; U = E;  ; P2 = 0 i P = P1;  .
При короткому замиканні струм у колі досягає максимального значення.
Режим узгодженого навантаження. Оскільки у двох розглянутих випадках корисна потужність Р2 = 0, то доцільно знайти умову, за якої ця потужність матиме максимальне значення. Зрозуміло, що ця потужність буде залежити від опору R за умови, що е. р. с. Е і внутрішній опір r будемо вважати незмінними.
З цією метою з рівняння /4. 5/ визначимо похідну   і прирівнюємо її до нуля:
 
або  .
Звідки виходить, що  .
Отже, потужність, що виділяється у зовнішньому навантаженні буде максимальною, коли опір навантаження   дорівнює внутрішньому опору джерела.
Такий режим роботи називають узгодженим режимом або режимом узгодженого навантаження.
Очевидно, в цьому випадку будемо мати:
 ;  ;  ;  ;
 ;   і  .
Режим узгодженого навантаження використовують у тих випадках, коли необхідно забезпечити максимально можливе значення вихідної потужності, не звертаючи увагу на величину к. к. д.
Такі режими роботи бувають доцільними в електронних пристроях, для яких характерні невеликі рівні потужності. Електричні системи великої потужності, наприклад, системи енергопостачання, працюють в режимі, близькому до режиму холостого ходу, що забезпечує їх високий к. к. д.
Графіки зміни Е,  ,  , Р1,  ,   і   в залежності від струму І, тобто від режиму роботи, зображені на рис. 4. 2.
 
Рис. 4.2
 
Програма роботи
 
1. Провести вимірювання напруги і струму при зміні навантаження   в межах  ... 0.
2. За даними вимірювань і обчислень побудувати на одному графіку залежності Е, U,  ,  ,  ,   і  .
 
Опис лабораторної установки
 
Для виконання лабораторної роботи використовується обладнання і вимірювальні прилади лабораторного стенда УИЛС. На набірному полі стенда скласти електричне коло, схема якого наведена на рис. 4. 5.
 
 
Рис. 4. 5
Напругу на вході кола, яка приймається рівною е. р. с. Е, беруть від джерела живлення на стенді. Її величину за вказівкою викладача виставляють в межах 10... 20 В повертанням ручки “Напряжение”. Опір r, що моделює внутрішній опір генератора, слід взяти рівним 51 Ом або 75 Ом. В якості опору навантаження   використовують магазин опорів, що розташований у верхній правій частині стенда. Приладами PV i PA є цифрові прилади із комплекту стенда.
 
Порядок виконання роботи
 
1. Для дослідження впливу навантаження на режими роботи електричного кола необхідно:
зібрати електричне коло згідно зі схемою рис. 4. 5;
розімкнути перемичку П1 і виставити напругу, задану викладачем. Під час дослідів необхідно стежити, щоби напруга живлення не змінювалась;
записати покази приладів для режиму холостого ходу в табл. 1;
створити режим короткого замикання, поставивши перемички П1 і П2, і записати покази приладів;
знявши перемичку П2, під’єднати до джерела опір навантаження  ;
змінюючи дискретно за допомогою ручки величину опору  , записати до табл. 1 покази вольтметра для струмів 0, 2; 0, 4; 0, 5; 0, 6 і 0, 8 . При цьому поточніше виявити режим узгодженого навантаження;
2. Виконати обчислення величин, вказаних в правій частині табл. 1, і на одному графіку побудувати залежності E, U, U, P1, P2, P і  = f (I).
 
Таблиця 1
№ з/пРежим роботиВимірюванняОбчислення
Е,
ВІ,
АU,
Br,
ОмRн,
ОмU,
ВP1,
ВтP2,
Вт P,
Вт,
1. Хол. хід 
 
2.
3.
4.
5. Узг. навант.
6.
7.
8.
9. КЗ0
 
Контрольні запитання
 
1. Поясніть особливості роботи електричного кола у випадках:
а) холостого ходу;
б) короткого замикання;
в) узгодженого навантаження.
2. В якому режимі і чому к. к. д. має максимальне значення?
3. Що можна сказати про доцільність роботи в режимі узгодженого навантаження?
4. Дайте пояснення графіків, побудованих на основі результатів вимірювань і обчислень.
5. При якому струмі перетинаються графіки   і  ?
6. Чому системи енергопостачання працюють в режимі, близькому до режиму холостого ходу?
7. Чому буде дорівнювати к. к. д., якщо  ?
Фото Капча