Sisetakistus (0)

Tallinna Tööstushariduskeskus
Õpilane: Töö tehtud:
Grupp: Aruanne esitatud:
Töö nr. Allkiri:
TOITEALLIKA SISETAKISTUS
Töö eesmärk: Materjalid: Töövahendid:
E E
Rs Ik V E Rs A
Joonis 1. Joonis 2.
I A TJ E
Rs V Uv Rt
Joonis 3.
1 Laboratoorne töö nr. 2
Toiteallika sisetakistus
SAATEKS
Vooluringis toiteallikatena kasutatakse kas keemilisi galvaanika elemente patareid , akusid , või generaator seadmed nii elektroonsed, kui ka mehaaniliselt pöörlevaid. Neil kõigil toiteallikatel on omane oma sisetakistus Rs. Me soovime, et toiteallika sisetakistus oleks võimalikult väike ja kogu kasutuase ajal ei muutuks. Patarei kasutamisel vananemine põhjustab sisetakistuse suurenemise. Üha suurenev sisetakistus vähendab toiteallika väljund- voolu ja pinge väärtust. Sarnased (ühe tüübilised) patareid kahjuks alati kõik ei vanane võrdselt. Sisetakistuse praktiline tähtsus, et ta võimaldab valida neist väiksema takistusega ehk parima patarei. Sisetakistus on määratud gabariit mõõtmetega. Patarei sisetakistust otseselt oommeetriga mõõta ei saa kuna pinge patarei klemmidel häirib. Sisetakistus arvutatakse amper- voltmeetri meetodiga.
Töö eesmärk:
Tundma õppida Ohmi- ja Kirchhoffi seadustega vooluringile. Leida kolme eri tüübilise patarei sisetakistuse maksimaalvõimsus ja kasutegur.
Töö käik:
1. Tutvuda tööks vajalike mõõteriistadega, kolme eri tüübiliste patareidega ja märkida üles nende tehnilised andmed.
2. Mõõta voltmeetriga patareide elektromotoorjõudu e. emj E joonis 1.
E1=...... V,
E2=...... V,
E3=....... V.
3. Koostada joonise 3. järgi elektriskeem ja mõõta patarei pinget Uv, voolu I ja takistus Rt. Takistuse Rt väärtuseks valida, et patarei klemmipinge väheneks nähtavalt.
U1=......V, I1=......A, R1=......,
U2=......V, I2=......A, R2=......,
U3=......V, I3=......A, R3=......
4. Mõõta ampermeetriga patareide lühisvoolu Ik joonis 2.
Ik1=......A,
Ik2=......A,
Ik3=......A. 2 Ampermeetriga mõõtes valida alates suurimast voolupiirkonnast vähendades sobivamale tundlikumale väiksemale piirkonnale. Enne mõõtmise alustamist tuleb ampermeetri mõõtepiirkond valida suurim oletatavast toiteallika lühisvoolust. Patarei lühisvoolu mõõtmiseks ühendatakse ampermeeter (väike sisetakistus) rööbiti toiteallika klemmidega.
HOIATUS !
Pingeallika lühivoolu mõõtmisel ampermeetriga võivad kaasneda ohud. Valesti valitud voolupiirkond võib põhjustada mõõteriista riknemise. Autoaku lühisvoolu ei soovita mõõta kuna see võib muutuda ohtlikuks ka mõõtjale endale. Autoaku lühisvoolu suurus võib ulatuda sadadesse ampritesse sarnane keevitus voolule. Enne mõõtmise alustamist tuleb analüüsida lühisvoolu väärtuse suurusest. Lühisvooluks nimetatakse maksimaalet voolu, kus tarbijaks jääb ainult sisetakistuse Rs. Lühis on suurim vool, mida toiteallikas on võimeline välja andma. Lühisvoolu kahjuliku toime eest tuleb kaitsta vooluahelaid sulavkaitsmete või kaitselülititega, mis kiirelt väljalülituksid.
5. Mõõteandmetest arvutada
Toiteallika sisetakistus Rs, Tarbijatakistuse Rt , lühisvoolu Ik ja väljundvõimsus Pv,
Uv E - U Rs = = = ....., I I
U Rt = = ....., I
E IK = = ..... A RS
Pv = I 2 Rt = .....W .
3 6. Kõik mõõte- ja arvutustulemused kanda tabelisse (tabel 1).
Tabel1.
Mõõdetud Arvutatud Patarei nr. E U I R Ik RS Rt Ik Pv V V A A A W 1 2 3
7. Arvutada
Määrata joonisel 3. takistus Rt. Tarbijatakistus Rt muutub vahemikus (Rt = 0... ), kus Rt= 0 vastab olekule lühisvool ja Rt= aga vooluringi katkestusele. Tarbijatakistus Rt valida sobiva sammuga vähemalt kolmekümneks reaks tabelis.
Toiteallika vool
E I= = ......A, Rs + Rt
Pinge patarei klemmidel Uv
Uv = I Rt = ......V ,
Võimsus tarbijatakistusel Rt
Pv = I 2 Rt = ......W .
8. Joonistada graafikud
Toiteallika klemmipinge sõltuvus koormusvoolust sirgevõrrandi Uv = f(I) ja toiteallika voolu poolt põhjustatud väljundvõimsuse muutus Pv = f(I). Kõik etteantud- ja arvutustulemused kanda tabelisse (tabel 2).
4 Tabel 2. Jk. Rt I Uv Pv Nr. A V W
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30 0 5 9. Järeldus
Võrrelda laboratoorse töö mõõte- ja arvutustulemusi. Selgitada laboratoorse töö andmete põhjal Ohmi- ja Kirchhoffi seadustega vooluringile alalisvoolu ahelas.
1) Kui suur on patarei maksimum võimsus?
Toiteallika maksimaalseks väljundvõimsuseks on Pvmax = .......W, (siis kui takistus Rt võrdub sisetakistusega Rs).
2) Kui suur on kasutegur maksimaalsel väljundvõimsusel Pv ?
= ......%
2) Kui suur on allika lühisvool?
Ilühis = ......A
4) Kui suur on toiteallika väljundklemmipinge, kui vooluringi ahelas puudub vool?
E = Uv = .....V
5. Kordamise küsimused
1) Pinge-, voolu-, takistuse- ja võimsuse mõiste. Suuruste tähised ühikud ja.
2) Toiteallikate liigid?
3) Missuguseks energia liigiks muundub, kui takistit läbib elektrivool ?
4) Kuidas muutub väljundpinge Uv väärtus, kui tarbijatakistust Rt väheneb?
5) Kui suur on pinge Us sisetakistusel Rs, kui tarbijatakistus Rt = 0.
6 10. Lisa
1. Kodutöö ülesanne
Leida toiteallika sisetakistus, maksimaalvõimsus ja kasutegur.
2. Selgituseks
Toiteallika andmed
Katseliselt on määratud sirgevõrrandi U = f(I), Toiteallika elektromotoorjõuks on valitud E = 30V ja sisetakistuseks Rs = 3.
Joonis 1. Elektriskeem toiteallika sisetakistuse leidmiseks.
E- elektromotoorjõud e. allikapinge V, I- vool, Rs- toiteallika sisetakistus , Rt- muudetav tarbijatakistus (Rt = 0... ), kus 0 vastab lühisele ja katkestusele, Us- pingelang sisetakistusel, Uv- pinge tarbijal e. väljundpinge.
3. Töö käik
Algandmed : E = 30V, Rs = 3 ja Rt = 0....
3.1. Arvutada toiteallika sisetakistus
Uv 1,875 - 0,968 Rs = = = 3 . I 9,677 - 9,375 7 3.2. Arvutada muudetava tarbijatakistuse Rt erinevate väärtuse korral vool I, väljundpinge Uv allika klemmidel, pingelang sisetakistusel Us, takistustel Rs ja Rv eralduvad võimsused Ps ja Pv, koguvõimsus P ja kasutegur . Kõik arvutus tulemused kanda tabelisse (tabel. 1).
E 30 30 I= = = = 9,677 A ; Rs + Rt 3 + 0,1 3,1
Us = I Rs = 9,677 3 = 29,032V ;
Uv = I Rt = 9,677 0,1 = 0,968V ;
Ps = I 2 Rs = 9,677 2 3 = 280,957W ;
Pv = I 2 Rt = 9,677 2 0,1 = 9,365W ;
P = Ps + Pv = 280,957 + 9,365 = 290,323W ;
Pv Pv 9,365 = 100 = 100 = 100 = 3,226% . P Ps + Pv 280,957 + 9,365
Joonis 2. Elektriskeem toiteallika sisetakistuse leidmiseks arvutiprogrammiga Electronics Workbench 5.12.
8 Tabel 1. Jrk. Rt I Uv Us Ps Pv P Nr. A V V W W W % 1 0 10,000 0,000 30,000 300,000 0,000 300,000 0,000 2 0,1 9,677 0,968 29,032 280,957 9,365 290,323 3,226 3 0,2 9,375 1,875 28,125 263,672 17,578 281,250 6,250 4 0,3 9,091 2,727 27,273 247,934 24,793 272,727 9,091 5 0,4 8,824 3,529 26,471 233,564 31,142 264,706 11,765 6 0,5 8,571 4,286 25,714 220,408 36,735 257,143 14,286 7 1 7,500 7,500 22,500 168,750 56,250 225,000 25,000 8 2 6,000 12,000 18,000 108,000 72,000 180,000 40,000 9 2,5 5,455 13,636 16,364 89,256 74,380 163,636 45,455 10 2,8 5,172 14,483 15,517 80,262 74,911 155,172 48,276 11 3 5,000 15,000 15,000 75,000 75,000 150,000 50,000 12 6 3,333 20,000 10,000 33,333 66,667 100,000 66,667 13 5 3,750 18,750 11,250 42,188 70,313 112,500 62,500 14 8 2,727 21,818 8,182 22,314 59,504 81,818 72,727 15 10 2,308 23,077 6,923 15,976 53,254 69,231 76,923 16 15 1,667 25,000 5,000 8,333 41,667 50,000 83,333 17 20 1,304 26,087 3,913 5,104 34,026 39,130 86,957 18 30 0,909 27,273 2,727 2,479 24,793 27,273 90,909 19 35 0,789 27,632 2,368 1,870 21,814 23,684 92,105 20 40 0,698 27,907 2,093 1,460 19,470 20,930 93,023 21 50 0,566 28,302 1,698 0,961 16,020 16,981 94,340 22 60 0,476 28,571 1,429 0,680 13,605 14,286 95,238 23 70 0,411 28,767 1,233 0,507 11,822 12,329 95,890 24 80 0,361 28,916 1,084 0,392 10,451 10,843 96,386 25 100 0,291 29,126 0,874 0,255 8,483 8,738 97,087 26 150 0,196 29,412 0,588 0,115 5,767 5,882 98,039 27 160 0,184 29,448 0,552 0,102 5,420 5,521 98,160 28 180 0,164 29,508 0,492 0,081 4,837 4,918 98,361 29 200 0,148 29,557 0,443 0,066 4,368 4,433 98,522 30 0 30 0 0 0 0 100,000
9 3.3. Arvutatud suuruste järgi joonistada graafikud.
Toiteallika klemmidel pinge sõltuvus koormusvoolust.
Pinge sõltuvus voolust U = 30 - 3*I
32 30 28 26 24 22 (V)
20 18 U
16 14 Pinge
12 10 8 6 4 2 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 5,2 5,4 5,6 5,8 6 6,2 6,4 6,6 6,8 7 7,2 7,4 7,6 7,8 8 8,2 8,4 8,6 8,8 9 9,2 9,4 9,6 9,8 10 Vool I (A)
Joonis 3. Toiteallika pinge sõltuvus voolust (sirgevõrrand U=30-3I).
Joonistada ühes ja samas teljestikus graafikud võimsuse ja kasuteguri sõltuvus voolust Pv=f(I), Ps=f(I), P=f(I) ja =f(I).
Võimsuse ja kasuteguri sõltuvus voolust
350 Võimsus, kasutegur P (W), (%)
300
250 P Ps 200
150
100 Pv 50 0 0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
10,0
Vool I (A)
Joonis 4. Võimsuse ja kasuteguri sõltuvus voolust.
10 Võimsuste Ps, Pv ja pingete Us , Uv sõltuvus koormustakistusest Rt 350 35 Us (V) Uv (V) I (A) 300 30
Uv
250 25 V õim sused P s, P v (W )
200 20
150 15
100 10 Pv
50 5
I
Ps Us 0 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160 Väljundtakistus Rt ( )
Joonis 5. Võimsuste ja pingete sõltuvus väljundtakistusest.
4. Järeldus
1) Kui suur on toiteallika maksimaalne võimsus? Toiteallika maksimaalseks väljundvõimsuseks on Pv = 75W.
2) Kui suur on kasutegur maksimaalsel väljundvõimsusel? = 50%
3) Kui suur on allika lühisvool? Ilühis = 10A
4) Kui suur on toiteallika klemmipinge, kui elektriahelas puudub vool? E = Uv = 30V
5. Küsimused
1) Pinge-, voolu-, takistuse- ja võimsuse mõiste. Suuruste tähised ühikud ja. 2) Toiteallikate liigid? 3) Missuguseks energia liigiks muundub, kui takistit läbib elektrivool? 4) Kuidas muutub väljundpinge Uv, kui tarbijatakistust väheneb? 5) Kui suur on pinge Us sisetakistusel Rs, kui tarbijatakistus Rt = 0.
11 12