Исследование режимов работы генератора электрической энергии

Страницы работы

Содержание работы

ПГУПС

Кафедра физики

Лабораторная работа №201

Задание 4

«Исследование режимов работы генератора электрической энергии»

Выполнил: Юрченко Т.А.

Гр.УПП-2

Санкт-Петербург

2001 год.

Цель работы:

            Опытное изучение режимов работы генератора (источника). По измеренной зависимости U(I) нужно получить зависимость Po(I), P(I), h(I) для нескольких значений Е источника и R. Определить режимы с максимальной полезной мощностью, оценить сопротивление источника.

Краткое теоретическое обоснование:

 Генератор электрической энергии (источник) характеризуется электродвижущей сило Е и внутренним сопротивлением r . Замкнём источник на сопротивление нагрузки, как показано на рис.

Ток I, текущий в замкнутой цепи. напряжение U. на наг­рузке, полная Рo и полезная Р мощность источника, коэффициент полезного действия цепи  определяются   сопротивле­нием   нагрузка R.

Действительно, позакону Омa для замкнутой цепи ток определяется формулой.  



 Напряжение на нагрузке

Полная мощность, развиваемая ис­точником


Полезная мощность, выделяющаясяна нагрузке


КПД источника определяется, отношением полезной мощности к полной:


Максимальное значениетока  I=ER достигается в режиме короткого замыкания, когда сопротивление нагрузки мало R<<r. При соблюдении этого условия ток практически не зависит от R (I=const(R)) и источник работает в режиме   генерато­ра   тока. Его КПД мал. Полная мощность генератора тока максимальна и равна 


Максимальное значение напряжения U=E достигается в ре­жиме холостого хода, когдаR>> r. При этом условии напряже­ние практически не зависит от R (U = const(R)) и источник работает в режиме   генератора  напряжения. Его КПД близок к 100%.

Максимальное значение полезной мощности


 достигается, когда сопротивление нагрузки R равно сопротивлению ис­точника r (R=r).При этом условии ток, напряжение, полная мощность и КПД равны половине своих максимальных значений (см.4.1-4.5)  I=E/2r  ;   U=E/2  ;  Po=E*E/2r  ;  h=1/2

Действительно, в максимуме зависимости P(R) первая производная dP/dR   равна нулю:


Очевидно, что это достигается при r=R.

Подставляя R=r  в выражения (4.1-4.5), получаем значения I, U, Po, P и h, указанные выше.                      

Таблицы измерений:

Е=1В

U(В)

I(mA)

Po(Вт)

P(Вт)

КПД(%)

R=U/I(Ом)

r(Ом)

0.25

71.2

14.04494

0.0178

25

3.511236

10.53371

0.3

69.6

14.36782

0.02088

30

4.310345

10.05747

0.35

61.3

16.31321

0.021455

35

5.709625

10.60359

0.4

55.1

18.14882

0.02204

40

7.259528

10.88929

0.45

50.5

19.80198

0.022725

45

8.910891

10.89109

0.5

48.1

20.79002

0.02405

50

10.39501

10.39501

0.55

41.7

23.98082

0.022935

55

13.18945

10.79137

0.6

39.5

25.31646

0.0237

60

15.18987

10.12658

0.65

32

31.25

0.0208

65

20.3125

10.9375

0.7

29.9

33.44482

0.02093

70

23.41137

10.03344

0.75

22.1

45.24887

0.016575

75

33.93665

11.31222

0.8

19.3

51.81347

0.01544

80

41.45078

10.36269

Е=2В

U(В)

I(mA)

Po(Вт)

P(Вт)

КПД(%)

R=U/I(Ом)

r(Ом)

0.22

171.3

46.70169

0.037686

11

1.284297

10.39113

0.5

143.4

55.78801

0.0717

25

3.48675

10.46025

1

93.9

85.19702

0.0939

50

10.64963

10.64963

1.1

87.6

91.3242

0.09636

55

12.55708

10.27397

1.15

82

97.56098

0.0943

57.5

14.02439

10.36585

1.2

78.3

102.1711

0.09396

60

15.32567

10.21711

1.25

72.8

109.8901

0.091

62.5

17.17033

10.3022

1.3

68.1

117.4743

0.08853

65

19.08957

10.279

1.35

63.1

126.7829

0.085185

67.5

21.39461

10.30111

1.4

58.8

136.0544

0.08232

70

23.80952

10.20408

1.45

53.9

148.423

0.078155

72.5

26.90167

10.20408

1.5

49.3

162.2718

0.07395

75

30.42596

10.14199

Е=3В

U(В)

I(mA)

Po(Вт)

P(Вт)

КПД(%)

R=U/I(Ом)

r(Ом)

1

187.6

143.9232

0.1876

33.33333

5.33049

10.66098

1.1

183.1

147.4604

0.20141

36.66667

6.007646

10.37684

1.2

171.9

157.0681

0.20628

40.4

6.980803

10.4712

1.3

156.1

172.966

0.20293

43.33333

8.327995

10.89045

1.4

152.1

177.5148

0.21294

46.66667

9.204471

10.5194

1.5

134.3

201.0424

0.20145

50.5

11.16902

11.16902

1.6

132.1

204.3906

0.21136

53.33333

12.11204

10.59803

1.7

122.1

221.1302

0.20757

56.66667

13.92301

10.64701

1.8

112.8

239.3617

0.20304

60.6

15.95745

10.6383

1.9

103.2

261.6279

0.19608

63.33333

18.41085

10.65891

2

98.4

274.3902

0.1968

66.66667

20.3252

10.1626

2.1

86.5

312.1387

0.18165

70.7

24.27746

10.40462


Графики:

                  Е=1В


Е=2В


Е=3В


 


Е=1В


Е=2В





Е=3В




Схема установки:


Выполнение работы:

Измерения выполняются на установке. Ток I измеряется амперметром А на диапазоне 200 мА. Значения напряжения источника Е можно изменять. Значение напряжения на наг­рузке U измеряются вольтметром V  на шкале 20 В.

1.Закорачиваем клеммы так, чтобы получилась вышеуказанная схема.

2. Запускаем схему с выключенным ключом и измеряем вольтметром ЭДС источника тока.

3. Включаем ключ и, изменяя ЭДС и сопротивление, снимаем протокол измерений.

4. Выключаем схему из сети и разбираем её.

Таблица приборов:

№ приб.

Наимен. приб.

Диапа -зон

Класс точности

Род тока

Система приб.

Рабоч. полож.

Лабор. №

1

Амперметр

(0-0.2)А

0.1мА

Пост

Установка

-

5

2

Вольтметр

(0-20)В

0.01В

Пост

Установка

-

5

Вывод:

Таким образом,  максимальное значение полезной мощности


 достигается, когда сопротивление нагрузки R равно сопротивлению ис­точника r (R=r).При этом условии ток, напряжение, полная мощность и КПД равны половине своих максимальных значений (см.4.1-4.5)  I=E/2r  ;   U=E/2  ;  Po=E*E/2r  ;  h=1/2

Это можно получить, анализируя графики и аналитически по формулам.

Расчеты:

Оценим погрешности в точках с максимальной полезной мощностью.

ОшибкиDE, DU, DI  находятся по классу точности прибора (так как класс точности неизвестен, то возьмём погрешность отсчёта, то есть половину цены деления прибора). ОшибкиDPo, DP, Dh, DR иDr рассчи­тываются по формулам погрешности косвенных измерений.





Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Физика
Тип:
Отчеты по лабораторным работам
Размер файла:
562 Kb
Скачали:
0