0x01 graphic

LABORATORIUM

ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI

Rok akad.

2012/2013

Rodzaj studiów:

MT_SI

Temat ćwiczenia: Źródła napięcia i prądu stałego

Kierunek:

Semestr:

Grupa:

Sekcja:

Prowadzący:

Dr inż. K. Sztymelski

Data wykonania:

2013.02.26

Data oddania:

Ocena:

Podpis:

1. Wstęp teoretyczny

Z fizyki wiadomo, że energia może istnieć w różnych postaciach: elektrycznej, mechanicznej, cieplnej, świetlnej, jądrowej, chemicznej oraz elektrycznej. Energia ta może być zamieniana z jednej postaci na drugą. Źródła energii elektrycznej są przetwornikami pewnego rodzaju w energie elektryczną.

Są 2 rodzaje źródeł:

Źródło napięciowe - element aktywny obwodu, stosowany w elektronice; idealny model źródła napięcia elektrycznego, który charakteryzuje wyłącznie napięcie na zaciskach (nie uwzględnia się np. rezystancji wewnętrznej).

Źródło prądowe - element aktywny obwodu, stosowany w elektronice; idealny model źródła prądu elektrycznego, który charakteryzuje wyłącznie natężenie prądu (nie uwzględnia się np. rezystancji wewnętrznej). Takie źródło wymusza w gałęzi obwodu określone natężenie; w stanie jałowym (bez obciążenia) na jego zaciskach występuje maksymalne napięcie.

Źródła można łączyć szeregowo lub równolegle. Jedną z bardzo ważnych cech źródła jest zależność napięcia na zaciskach od przepływającego prądu przy zmianach obciążenia.

Stany pośrednie pracy pomiędzy stanem zwarcia a stanem jałowym nazywamy stanem obciążenia źródła rezystancją R. Charakterystyki wyrażające zależność prądu i napięcia na zaciskach rzeczywistego źródła w funkcji stosunku rezystancji obciążenia do rezystancji wewnętrznej źródła nazywamy charakterystykami obciążenia.

Zmianom rezystancji obciążenia R rzeczywistego źródła napięcia towarzyszy zmiana prądu I płynącego w obwodzie, zmiana napięcia na zaciskach źródła, a tym samym zmiana wartości mocy wydawanej przez źródło i mocy traconej wewnątrz źródła.

Równoważność rzeczywistych źródeł pociąga równoważność mocy wydawanej do obciążenia. Równoważność ta nie dotyczy w ogólności równoważność mocy traconej na rezystancji wewnętrznej, a tym samym i sprawności źródeł.

2. Opis ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie właściwości rzeczywistych źródeł napięcia i prądu stałego, zapoznanie się z charakterystykami zewnętrznymi, charakterystykami obciążenia, charakterystykami mocy oraz doborem punktu pracy źródła napięcia stałego wg kryterium max mocy wydawanej na obciążenia.

2.1 Wyniki pomiarów dla źródeł prądu, wykresy.

a). Obwód z połączeniem ze źródłem E2

Pomiary dla źródła E1:

Uo= 96 V

Iz= 0,64 A

Rw= Uo/ Iz= 150 Ω

Pomiary dla źródła E2:

Uo= 100V

Iz= 0,64V

Rw1= Uo/Iz= 156,24 Ω

Źródło

Lp.

U

I

P

R

V

A

W

Ω

E2

1

26

0,46

13,5

50

2

38

0,39

15

100

3

48

0,32

15,5

150

4

54

0,27

15,5

200

5

60

0,24

14,5

250

6

64

0,21

13,5

300

7

67

0,19

13

350

8

70

0,18

12,5

400

9

72

0,16

12

450

10

74

0,15

11

500

11

75

0,14

10,5

550

12

76

0,13

10

600

13

78

0,12

9,5

650

14

-

-

0

0

P= f(R)

0x01 graphic

I= f(U)

0x01 graphic

Rx= 150 Ω, Rw1= 156,5 Ω

Rx~Rw1

Pmax= Uo*Uo/4*Rw1= 10000/625= 16W

b). Obwód z połączeniem szeregowym źródeł E1 i E2

Uo= 192 V

Iz= 0.64 A

Rw2= 300 Ω

Źródło

Lp.

U

I

P

R

V

A

W

Ω

Połączenie szeregowe E1+E2

1

32

0,53

18,5

50

2

48

0,48

23,5

100

3

64

0,42

28

150

4

78

0,38

30

200

5

88

0,35

31

250

6

96

0,32

31

300

7

102

0,3

31

350

8

108

0,28

30,5

400

9

112

0,26

30

450

10

118

0,25

29

500

11

122

0,23

28

550

12

126

0,22

27,5

600

13

130

0,21

27

650

14

-

-

0

0

P= f(R)

0x01 graphic

I= f(U)

0x01 graphic

Rx=300 Ω , Rw2=300 Ω

Rx=Rw2

Pmax= Uo*Uo/4*Rw2= 30,72 W

c). Obwód z połączeniem równoległym źródeł E1 i E2

Uo= 96V

Iz= 1,28 A

Rw3= 75 Ω

Źródło

Lp.

U

I

P

R

V

A

W

Ω

Połączenie równoległe E1+E2

1

42

0,7

31

50

2

54

0,56

31

100

3

64

0,42

28

150

4

70

0,36

25

200

5

74

0,3

22

250

6

78

0,26

20

300

7

80

0,22

18

350

8

82

0,2

17

400

9

83

0,18

16

450

10

84

0,16

14,5

500

11

85

0,15

13,5

550

12

86

0,14

13

600

13

87

0,14

12

650

14

-

-

0

0

P= f(R)

0x01 graphic

I= f(U)

0x01 graphic

Rx= 100+50/2= 75 Ω , Rw3= 75 Ω

Rx=Rw3

Pmax= Uo*Uo/4*Rw3= 30,72 W

3. Wnioski

Ćwiczenie pozwoliło nam poznać właściwości rzeczywistych źródeł napięcia i prądu stałego. Oby dwa źródła napięcia i prądu (E1 i E2) mają podobne wartości .

W ćwiczeniu wyznaczyliśmy charakterystyki zewnętrzne, obciążenia oraz moc. W przypadku charakterystyk zewnętrznych źródeł dla źródeł o połączeniu szeregowo wzrasta wartość napięcia, a w przypadku źródeł o połączeniu równoległym wzrasta natężenie prądu. Można także zauważyć, że w każdym z obwodów wartość rezystancji maksymalnej Rx jest równa rezystancji wewnętrznej Rw układu. Znowu wartość mocy w układach połączonych równolegle i szeregowo jest dwa razy większa, niż w połączeniu z jednym źródłem napięcia.