Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

 
 
Телефон +3 8(068) 052-35-08
Телефон +3 8(093) 689-29-85
 (096) 672-17-75
Вконтакте Студентська консультація
 portalstudcon@gmail.com

<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: 
Лекція
К-сть сторінок: 
6
Мова: 
Українська
Оцінка: 
Робота 4. Дослідження впливу навантаження на режими роботи джерела постійного струму
 
4.1 Мета роботи 
 
1. Дослідити вплив навантаження на основні характеристики передачі енергії джерелом постійного струму. 
 
4.2 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.
 
4.3 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  .
 
4.4 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.
 
4.5 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
 
4.6 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