1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było porównanie metod regulacji mocy w układach prądu stałego. Należało również porównać moce oraz sprawności układów regulacji metodą PWM oraz szeregowej rezystancji.

1. Schemat stanowiska pomiarowego.

1. Wyniki pomiarów.

1. Metoda szeregowej rezystancji.

Napięcie źródła: U_zr = 13, 2 V

L. p.	Napięcie na żarówce	Napięcie na rezystorze	Prąd na źródle	Moc wydzielana na żarówce	Straty cieplne na rezystorze R1	Moc na źródle	Sprawność
	Uz, V	UR, V	Izr, A	Pz, W	Pstrat R1, W	Pzr, W	η,  %
1.	4,06	0,126	0,40	1,62	3,66	5,28	31
2.	6,44	0,117	0,72	4,62	4,88	9,50	49
3.	7,42	0,182	0,90	6,68	5,20	11,88	56
4.	8,60	0,198	1,06	9,12	4,88	13,99	65
5.	9,36	0,207	1,21	11,33	4,65	15,97	71
6.	10,8	0,222	1,50	16,20	3,60	19,80	82
7.	11,4	0,228	1,62	18,47	2,92	21,38	86
Średnie:	8,29	0,19	1,06	9,72	4,25	13,97	62,84

Przykłady obliczeń (dla 1 pomiaru):

• Moc na żarówce: P_z = U_zI_zr = 4, 060, 40 = 1, 62 W

• Straty cieplne na rezystorze R1:

P_strat R1 = (U_zr−U_z)I_zr = (13,2−4,06)0, 40 = 3, 66 W

• Moc źródła: P_zr = U_zrI_zr = 5, 28 W

• Sprawność regulacji: $\eta = \frac{P_{z}}{P_{zr}} 100\% = \frac{1,62}{5,28} 100\% = 31\%$

Żarówka świeciła maksymalnie jasno, gdy prąd ze źródła wynosił I = 1, 62 A. Napięcie na żarówce wynosiło U = 11, 4 V a więc moc żarówki wynosiła wtedy P = 18, 47 W.

1. Metoda PWM.

Napięcie źródła: U_zr = 13, 2 V

L. p.	Prąd źródła	Napięcie na obciążeniu (żarówce)	Napięcie na kluczu (tranzystorze)	Moc wydzielana na obciążeniu (żarówce)
	Izr,  A	Uz,  V	UT,  V	Pz,  W
1.	0,69	1,55	11,3	77,56
2.	0,95	3,49	9,34	47,43
3.	1,08	4,44	8,13	42,38
4.	1,23	6,04	6,81	35,48
5.	1,33	7,00	5,64	33,11
6.	1,43	8,07	4,72	30,88
7.	1,48	8,64	4,05	29,85
8.	1,55	9,57	3,16	28,22
9.	1,61	10,17	2,49	27,58
10.	1,67	11,01	1,61	26,43
Średnie:	1,30	6,99	5,73	37,89

Przykładowe obliczenia (dla pomiaru 1):

• Rezystancja obciążenia (żarówki): $R_{z} = \frac{U_{z}}{I_{zr}} = \frac{1,55}{0,69} = 2,25\ \Omega$

• Moc wydzielana w obciążeniu:

$$P_{z} = \frac{{U_{zr}}^{2}}{R_{z}} = \frac{\left( 13,2 \right)^{2}}{2,25} = 77,56\ W$$

Żarówka świeciła najmocniej, prąd źródła wynosił I = 1, 67 A, a napięcie na żarówce wynosiło U = 11, 01 V. Moc żarówki wynosiła wtedy P = 26, 43 W.

W metodzie PWM moc ta jest o około 8 W większa niż w metodzie szeregowej rezystancji przy bardzo zbliżonych wartościach napięcia i natężenia prądu.

Zgodnie z instrukcją przyjmujemy, że rezystancja klucza jest zerowa a więc sprawność regulacji w tym przypadku wynosi 100 %.

1. Wnioski.

Po przeprowadzonych pomiarach oraz wykonanych obliczeniach można zauważyć, że dużo korzystniejszą metodą regulacji mocy w układach prądu stałego jest metoda PWM. Ma ona dużo wyższą sprawność niż metoda szeregowej rezystancji. Podczas pomiarów wykazano, że w metodzie szeregowej rezystancji są duże straty w postaci wydzielanego ciepła. Oprócz tego zauważyć można, że przy takich samych wartościach napięcia i natężenia prądu, moc wydzielana na żarówce jest dużo większa w metodzie regulacji PWM niż w metodzie szeregowego rezystora redukcyjnego.