3.4.2 REALNI IZVORI NAPETOSTI

KAZALO

   

 

 

3.4.2.5 Moč in izkoristek realnega izvora napetosti

   
 

Ugotovili smo, da je električni tokokrog z realno obravnavanim izvorom napetosti zaporedni tokokrog (sl. 3.4.4). Že od prej pa vemo, da se moč izvora v zaporednem tokokrogu razdeli na porabnike (upornosti) tako, da je moč izvora enaka vsoti moči porabnikov.

 

SLIKA

Slika 3.4.2.5.1: Moč realnega izvora napetosti

 

ANIMACIJA

Animacija 3.4.2.5.1: Moč realnega izvora napetosti

 

SLIKA

Slika 3.4.2.5.2: Moč in izkoristek realnega izvora napetosti

 

SLIKA

Slika 3.4.2.5.3: Prilagojeno breme mikrofona

 

SLIKA

Slika 3.4.2.5.4: Prilagojeno breme ojačevalnika

 

SLIKA

Slika 3.4.2.5.5: Obremenitve realnih izvorov

 
 
       
 
►  

Notranja upornost izvora je porabnik določenega dela moči izvora.

 
       
 

Ta ugotovitev ob dejstvu, da so upornosti bremena lahko zelo različne in celo enake notranji upornosti izvora, ne obljublja nič navdušujočega.

   
       
 

Namesto poskusa, ki bi na osnovi dokaj obsežnih merjenj omogočil zanimive ugotovitve, skrajšajmo pot do njih z analizo rezultatov, ki so dobljeni z računanjem in so zbrani v preglednici 3.4.2.5. Izračuni so narejeni za električni tokokrog z realnim izvorom, ki ga prikazuje sl. 3.4.2.5.1, in sicer za izvor napetosti Uo 60 V in Rn 9 Ω, na osnovi naslednjih enačb:

   
 
Ib=
Uo

Rn + Rb
 ,     
Ub = Ib
·
Rb
,      
Pb = Ub
·
Ib
 ,       
Pn = Un
·
Ib
   
 
      Po = Uo·Ib         in
            η=
Pb

Po
·
100
%
   
       
  Preglednica 3.4.2.5: Tok, napetosti, moči in izkoristek realnega izvora    
       
 
Rb (Ω) Ib (A) Ub (V) Pb (W) Pn (W) Po (W) η (%)
  0 6,66 0 0 400 400 0
  3 5 15 75 225 300 25
  6 4 24 96 144 240 40
  9 3,33 30 100 100 200 50
  12 2,86 34,3 98 73 171 57,3
  15 2,50 37,5 93,7 56,3 150 62,5
  18 2,22 40 88,9 44,1 133 66,8
  42 1,18 49,6 58,5 12,1 70,6 82,9
  84 0,65 54,6 35,5 3,2 38,7 91,7
   
       
 

Iz vrednosti količin v preglednici je že mogoče razbrati določena dejstva. Še boljši pregled nad zanimivostmi njihovih potekov pa dobimo, če jih prelevimo v grafično obliko (sl. 3.4.2.5.2).

   
       
 

Na osnovi izhodiščnih enačb, preglednice in grafičnih potekov količin v odvisnosti od upornosti bremena lahko ugotovimo:

   
       
 
►  

Proizvajana moč realnega izvora  Po se razdeli na breme in notranjo upornost izvora napetosti.

ReaIni izvor daje bremenu največji delež proizvajane moči, če je upornost bremena enaka notranji upornosti izvora.

 
       
 

To je za elektrotehniško prakso pomembna ugotovitev, saj določa pogoje, pri katerih bo »naveza« izvor–porabnik (npr. mikrofon– ojačevalnik, ojačevalnik–zvočnik, antena–sprejemnik, sončna celica –pretvornik ... ), glede moči najbolj učinkovita.

   
       
 
►  

Breme, katerega upornost je enaka notranji upornosti izvora, je prilagojeno na največjo razpoložljivo moč izvora.

 
       
  Z nekaterimi ugotovitvami pa ne moremo biti najbolj zadovoljni:    
       
 
►  

Izvor proizvaja največjo moč v primeru kratkega stika njegovih sponk, ko koristne moči bremena sploh ni.

Moč prilagojenega bremena (Pbmax) je enaka le polovici proizvajane moči in le četrtini možne proizvajane moči izvora.
Izkoristek izvora s prilagojenim bremenom je le 50 %.

 
       
  Medsebojno prilagajanje izvorov napetosti in bremen v praksi    
       
 

Če torej želimo od realnega izvora iztržiti največji možni delež proizvajane moči, moramo breme prilagoditi na notranjo upornost izvora ali obratno na opisani način. Tako prilagajanje bremena pa je smiselno le, če želimo dobiti na bremenu čim večji delež proizvajane moči izvora ne glede na njegov izkoristek. To je zlasti področje elektronskih naprav, med tem ko je v elektroenergetiki (elektrarne ... ) izkoristek 50 % praviloma nesprejemljiv.

   
       
 
►  

Sprememba izhodne napetosti izvora bo pri spremembi toka bremena tem manjša, čim manjše je razmerje notranje upornosti izvora in upornosti bremena.

 
       

Primer 3.4.2.5.1:

 
       

Primer 3.4.2.5.2:

 
       

Primer 3.4.2.5.3:

 
     
 

S spoznanjem lastnosti in pomena prilagojenega bremena na način Rb= Rn smo nepričakovano odprli vprašanje izkoristka izvorov in prilagoditve bremen za področje elektroenergetike. Na tem področju je strošek energije bistveno izrazitejši kot na področju elektronike, saj bi npr. generator, ki bi porabnikom dajal moč 100 kW, moral pri izkoristku 50 % delovati z močjo najmanj 200 kW.

   
       
 

Poleg slabega izkoristka izvora pri prilagoditvi bremena na največjo razpoložljivo moč izvora lahko iz slike  3.4.2.5.2 razberemo, da je tudi napetost na bremenu le polovica tiste, ki jo izvor proizvaja, sprememba upornosti bremena v bližini Rb = Rn pa močno vpliva tudi na njeno stabilnost. Zato se na področju elektroenergetike odločamo za upornosti bremen, ki so veliko večje od notranje upornosti izvora napetosti (Rb >> Rn). Iz slike  3.4.2.5.2 namreč ni težko razbrati, da je že v območju upornosti bremen otokokrog 80 Ω napetost bremena bistveno bližja napetosti izvora, je stabilnejša, izkoristek pa je bliže 100 %. To hkrati pomeni bistveno manjšo razliko med proizvajano močjo in močjo porabnikov ter ugodnejši strošek proizvodnje električne energije.

   
       
 
►  

Prilagajanju bremen na izvore napetosti na način Rb >> Rn pravimo napetostna prilagoditev.

Elektroenergetski sistem je sistem z napetostno prilagoditvijo.

 
       
 

Včasih, npr. pri polnjenju akumulatorjev, pa se pojavljajo potrebe po večjem in stabilnejšem toku. To dosežemo s prilagajanjem naveze izvor–breme (polnilnik–akumulator) na način Rb >> Rn.

   
       
 
►  

Prilagajanju bremen na izvore napetosti na način Rb << Rn pravimo tokovna prilagoditev.

 
       
 

Omenjene najpogostejše načine medsebojnega prilagajanja izvorov napetosti in bremen ter pripadajoče enačbe količin prikazuje slika  3.4.2.5.5.