|
|
|
|
|
|
|
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. |
|
|
|
|
|
|
|
|
► |
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. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|