Nowe skanowanie 20080122064728 00000000A tif

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?

3.9. SPRAWNOŚĆ RZECZYWISTEGO ŹRÓDŁA NAPIĘCIA I DOPASOWANIE ODBIORNIKA

Moc elektryczna wytworzona w źródle napięcia o parametrach E, R_w przy obciążeniu prądem /

P, = El

zaś moc oddawana przez źródło (3.38) p₂ = Ul = EI — R_WI²

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/R_w = I_z. Równanie (3.38) przedstawia we współrzędnych prostokątnych (P₂,1) parabolę,

której rzędne zerowe występują przy 1=0 oraz / = I_z (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-2R_WI = 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 + R_w    2R_W

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

Ił

Pi

EI—R_WI²

El

= 1-

1_

77

(3.51)

W przypadku odbiornika rezystancyjnego R sprawność wyraża się wzorem

(3.52)

t/J _U_ _ RI    R

El E    (R + R_w) I    R + R_w

Sprawność rzeczywistego źródła napięcia maleje liniowo ze wzrostem prądu obciążenia. Przy oddawaniu przez źródło największej mocy prąd / = I I_z (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, R_w 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.