ĆW 06, Szkoła itp, Elektronika, Pracownia, pracownia ćw
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
ĆWICZENIE 6
Źródła napięcia – parametry, dopasowanie odbiornika
Krótko o źródłach
Rzeczywiste źródło elektryczne charakteryzują dwa parametry:
Siła elektromotoryczna (SEM) -
E
,
Rezystancja wewnętrzna -
R
W
.
Siła elektromotoryczna jest to napięcie na zaciskach nieobciążonego źródła. Natomiast
rezystancja wewnętrzna wynika:
z rezystancjami uzwojeń przewodów miedzianych - dla prądnicy,
z wymiarów i materiałów z których są wykonane elektrody - dla ogniw
elektrochemicznych.
Rezystancja wewnętrzna jest szczególnie odczuwalna podczas pracy przy dużym prądzie
obciążenia, ponieważ powoduje znaczne spadki napięcia. na zaciskach źródła. Najczęściej
stosowanym schematem rzeczywistego źródła napięcia jest szeregowe połączenie źródła
idealnego
E
i rezystancji wewnętrznej
R
W
.
a)
b)
E
E
R
W
-
+
-
+
Rys. 1 Źródła napięciowe:
a) źródło idealne, b) źródło rzeczywiste
Dla najprostszego obwodu elektrycznego złożonego z rzeczywistego źródła napięcia
obciążonego rezystorem
R
(rys. 2), słuszne są następujące wzory:
Prąd w obwodzie
I
E
(1)
R
R
I
R
w
Spadek napięcia
U
R
I
E
R
W
I
(2)
U
R
Moc całkowita
dostarczana przez źródło
P
C
I
E
(3)
E
Moc wydzielana w
obciążeniu
P
U
I
R
2
E
2
O
R
R
(4)
W
Rys.2 Elementarny obwód
elektryczny
Moc wydzielana w źródle
P
W
P
C
P
O
(5)
P
Sprawność
O
P
100
%
(6)
C
Ćw.6 Źródła napięcia ...
1
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
W zależności od stanu obciążenia źródła napięcia wyróżniamy trzy stany pracy:
stan jałowy
- jest przerwa w obwodzie, czyli rezystancja obciążenia jest
nieskończenie duża,
stan zwarcia
- rezystancja obciążenia jest równa zero,
stan obciążenia
- źródło jest obciążone pewną rezystancją
R
powodującą przepływ
prądu
I
oraz wydzielenie się mocy
P
O
w obciążeniu (wzory 1-6).
Przy rozwarciu napięcie
U
na źródle jest równe sile elektromotorycznej
E
, a prąd w
obwodzie nie płynie
(I = 0).
Natomiast przy zwarciu źródła cała energia będzie tracona na rezystancji wewnętrznej.
Wtedy
U = 0
, a obwodzie płynie maksymalny prąd
I
max
,
którego wielkość jest tylko
ograniczona rezystancją wewnętrzną
R
W
. Mierząc wtedy wartość natężenia prądu i znając
SEM
źródła można obliczyć rezystancję wewnętrzną. Ze względu na niszczący zwykle wpływ
zwarć na źródła, metoda ta nie ma większego zastosowania w praktyce.
Stan pracy źródła
U
I
jałowy
U
max
E
0
(7)
E
zwarcia
0
I
max
R
Parametry źródła:
E
i
R
W
możemy wyznaczyć mierząc prąd
I
płynący przez znane
obciążenie
R
. Ponieważ w równaniu (1) mamy dwie niewiadome
E
i
R
W
dokonujemy pomiaru
dwóch prądów
I
1
i
I
2
dla dwóch znanych rezystancji obciążenia
R
1
i
R
2
, wyznaczając te
niewiadome z wzorów:
E
(
R
R
)
I
1
I
2
R
W
I
2
R
2
I
1
R
1
(8)
2
1
I
I
I
I
1
2
1
2
Bardzo ważnym przypadkiem stanu obciążenia jest
stan dopasowania
, w którym na
rezystancji obciążenia wydziela się maksymalna moc. Ma to miejsce wtedy, gdy rezystancja
obciążenia jest równa rezystancji wewnętrznej źródła (
R = R
W
), a sprawność energetyczna
wynosi wtedy
50%.
Jest to w wielu przypadkach optymalny stan pracy np. dla generatorów.
W stanie dopasowania mamy:
E
I
E
2
U
I
max
P
max
(8)
O
2
2
4
R
W
Ćw.6 Źródła napięcia ...
2
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
2. Wykonanie ćwiczenia
WYKAZ PRZYRZĄDÓW:
1.
Zasilacz stabilizowany DF1731SB3A,
2.
płytka potencjometrów R
p
3.
multimetr cyfrowy V561A nr. …………………….
4.
multimetr cyfrowy PC510 nr. …………………….
5.
rezystor dekadowy typ nr ……………………...
2.1. Wyznaczenie charakterystyki napięciowo – prądowej źródła.
Zestaw układ pomiarowy wg rys.3.
Rzeczywiste źródło napięcia
o zaciskach
AB
,
tworzy:
zasilacz
(1)
rezystor dekadowy
R
d
(5),
który
symuluje rezystancję wewnętrzną
źródła
R
W
.
Rys.3. Schemat układu pomiarowego.
a)
R
d
= 10 i
R
p
= 100, b)
R
d
= 50 i
R
p
= 1k
Potencjometr
R
p
(2)
jest obciążeniem
R.
Multimetr cyfrowy PC510
(4)
- użyj jako woltomierz, a multimetr cyfrowy V561A
(3)
jako amperomierz.
Ustaw napięcie zasilania = +9V.
Wykonaj pomiary dla konfiguracji wg. rys. 3a – wartość prądu
I
reguluj
potencjometrem
R
P
, wyniki wpisz do tabeli 1.
Wykonaj pomiary dla konfiguracji wg. rys. 3b – wartość prądu
I
reguluj
potencjometrem
R
P
, wyniki wpisz do tabeli 2.
Posługując się wzorami (7) wyznacz
R
W
.
We wspólnym układzie współrzędnych wykreśl zależność
U = f(I),
dla różnych
wartości
R
W
.
Ćw.6 Źródła napięcia ...
3
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
2.2. Badanie stanu dopasowania.
Zestaw układ pomiarowy wg rys.4.
Rzeczywiste źródło napięcia
o zaciskach
AB
,
tworzy teraz:
zasilacz
(1)
potencjometr
R
P
(2),
który symuluje
rezystancję wewnętrzną źródła
R
W
.
Rys.4. Schemat układu pomiarowego,
R
p
= 100
.
Potencjometr
R
p
= 100
ustaw na wartość „
0dz”
.
Zmieniając wartość rezystora dekadowego wg Tabeli 3, zmierz prąd w obwodzie
I
oraz spadek napięcia na obciążeniu
U
,
Wyniki wpisz do Tabeli 3,
Po wykonaniu wszystkich pomiarów wyłącz napięcie i przystąp do obliczeń,
Posługując się wynikami pomiarów dla dwóch różnych rezystancji obciążenia
R
, np.
R
1
= 60 i
R
2
= 150 oblicz z wzorów (8)
E
oraz
R
W
,
Korzystając ze wzorów (1) – (6) wykonaj obliczenia i uzupełnij Tabelę 3,
Na podstawie wyników z Tabeli 3 wykreśl charakterystyki:
na jednym wykresie
U = f(R), I = f(R),
na drugim
P
c
= f(R), P
o
= f(R)
i
P
w
= f(R),
i na trzecim
= f(R).
Uzasadnij przebieg wykreślonych charakterystyk.
PYTANIA KONTROLNE I ZAGADNIENIA DO OPRACOWANIA
1.
Podaj i wyjaśnij definicję siły elektromotorycznej źródła (SEM).
2.
Wymień i opisz stany pracy źródeł napięciowych.
3.
Scharakteryzuj stan dopasowania odbiornika do źródła,
4.
Narysuj i omów zmierzone w ćwiczeniu charakterystyki,
5.
Z czym związane są straty mocy w źródle?
Ćw.6 Źródła napięcia ...
4
Pracownia Elektryczna i Elektroniczna I
Protokół pomiarowy
Nazwisko Imię.............................................................................
Klasa……………Data wykonania …………………………….
Ocena
Wyk.
.....................................................................................
.....................................................................................
Nr i temat ćwiczenia
Kl.
Spr.
OK
Tabela 1
R
d
= 10
R
p
= 100
I
mA 0 100 200 300 400 600 I
max
=
U V
Obliczam
R
W
:
………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Tabela 2
R
d
= 50
R
p
= 1k
I
mA 0 30 60 90 120 150 I
max
=
U V
Obliczam
R
W
:……
……………………………………………………………………………..
…………
………………………………………….……………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Spostrzeżenia i wnioski z przeprowadzonych pomiarów:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Ćw.6 Źródła napięcia ...
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]