Rys. 3.18. Wykres zależności mocy i sprawności rzeczywistego źródła napięcia od prądu obciążenia
3. Obwód elektryczny nierozgałęziony Pytania
1. Jakie są cechy charakterystyczne stanu jałowego źródła napięcia?
2. Co to jest stan zwarcia i jak oblicza się prąd stanu zwarcia rzeczywistego źródła napięcia ?
3. Podać definicje źródła napięcia.
4. Jakimi parametrami może być scharakteryzowane rzeczywiste źródło napięcia?
Moc elektryczna wytworzona w źródle napięcia o parametrach E, Rw przy obciążeniu prądem /
P, = El
zaś moc oddawana przez źródło (3.38) p2 = Ul = EI — RWI2
Moc oddawana jest równa zeru, gdy
a) prąd 1=0, tj. w stanie jałowym;
b) napięcie {7=0, tj. w stanie zwarcia; wówczas prąd / = E/Rw = Iz. Równanie (3.38) przedstawia we współrzędnych prostokątnych (P2,1) parabolę,
której rzędne zerowe występują przy 1=0 oraz / = Iz (rys. 3.18).
Rys. 3.18. Wykres zależności mocy i sprawności rzeczywistego źródła napięcia od prądu obciążenia
Chcąc wyznaczyć największą wartość mocy P2, jaką źródło może oddać, należy przyrównać do zera pochodną
dP,
-^=E-2RWI = 0
skąd
1 =
E
-iVW
(3.49)
3.9. Sprawność źródła napięcia
Rzeczywiste źródło napięcia oddaje największą moc, gdy prąd obciążenia jest równy połowie prądu zwarcia
W przypadku obciążenia rzeczywistego źródła napięcia odbiornikiem rezystan-E
cyjnym R prąd / = — . Źródło oddaje największą moc, gdy
A -f- Ajy
(3.50)
(3.50a)
E E R + Rw 2RW
czyli, gdy R = R*
Odbiornik pobierający największą moc z danego źródła napięcia nazywa się odbiornikiem dopasowanym do źródła; jego rezystancja jest równa rezystancji wewnętrznej źródła.
Stosunek mocy elektrycznej oddawanej P2 do mocy wytwarzanej P, wyznacza sprawność źródła napięcia
EI—RWI2
El
= 1-
(3.51)
W przypadku odbiornika rezystancyjnego R sprawność wyraża się wzorem
(3.52)
t/J _U_ _ RI R
El E (R + Rw) I R + Rw
Sprawność rzeczywistego źródła napięcia maleje liniowo ze wzrostem prądu obciążenia. Przy oddawaniu przez źródło największej mocy prąd / = I Iz (3.49), więc sprawność g = 0,5.
Rzeczywiste źródło napięcia obciążone odbiornikiem dopasowanym pracuje ze sprawnością 50%.
Taka sprawność jest w urządzeniach elektroenergetycznych uważana za zbyt niską, gdyż 50% energii traci się na ciepło Joule’a wewnątrz źródła napięcia. Sprawność prądnic elektroenergetycznych przy obciążeniu znamionowym jest rzędu 95%.
Dopasowanie odbiornika do źródła napięcia stosuje się w urządzeniach radiotechnicznych, w automatyce itp., gdzie moce są małe, więc koszt energii elektrycznej nie odgrywa roli, a główny nacisk kładzie się na możliwie najlepszy odbiór sygnałów.
Pytania
1. Jak oblicza się sprawność rzeczywistego źródła napięcia o parametrach E, Rw obciążonego prądem I ? *
2. Kiedy odbiornik rezystancyjny jest dopasowany do rzeczywistego źródła napięcia ?
3. Jaka jest sprawność rzeczywistego źródła napięcia obciążonego odbiornikiem dopasowanym?
4. Podać wykres mocy P = i(l) rzeczywistego źródła napięcia.