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電工實驗臺最大功率傳輸條件測定說明

一、電工實驗臺,電工實驗設備,電工實驗裝置實驗目的
1.  掌握負載獲得最大傳輸功率的條件。
2. 了解電源輸出功率與效率的關系。
二、電工實驗臺,電工實驗設備,電工實驗裝置原理說明
1. 電源與負載功率的關系圖9-1可視為由一個電源向負載輸送電能的模型,R0可視為電源內阻和傳輸線路電阻的總和,RL為可變負載電阻。負載RL上消耗的功率P可由下式表示:
圖9-1
當RL=0或RL=∞ 時,電源輸送給負載的功率均為零。而以不同的RL值代入上式可求得不同的P值,其中必有一個RL值,使負載能從電源處獲得最大的功率。   
2. 負載獲得最大功率的條件
根據數學求最大值的方法,令負載功率表達式中的RL為自變量,P為應變量,并使dP/dRL=0,即可求得最大功率傳輸的條件:

當滿足RL=R0時,負載從電源獲得的最大功率為:

這時,稱此電路處于“匹配”工作狀態。
3. 匹配電路的特點及應用
在電路處于“匹配”狀態時,電源本身要消耗一半的功率。此時電源的效率只有50%。顯然,這對電力系統的能量傳輸過程是絕對不允許的。發電機的內阻是很小的,電路傳輸的最主要指標是要高效率送電,最好是100%的功率均傳送給負載。為此負載電阻應遠大于電源的內阻,即不允許運行在匹配狀態。而在電子技術領域里卻完全不同。一般的信號源本身功率較小,且都有較大的內阻。而負載電阻(如揚聲器等)往往是較小的定值,且希望能從電源獲得最大的功率輸出,而電源的效率往往不予考慮。通常設法改變負載電阻,或者在信號源與負載之間加阻抗變換器(如音頻功放的輸出級與揚聲器之間的輸出變壓器),使電路處于工作匹配狀態,以使負載能獲得最大的輸出功率。
三、電工實驗臺,電工實驗設備,電工實驗裝置實驗設備
序號 名稱 型號規格 數量 備注
1 直流電流表 0~200mA 1 實驗屏上
2 直流電壓表 0~200V 1 實驗屏上
3 直流穩壓電源 0~30V 1  
4 元件箱   1 MYDG05
四、電工實驗臺,電工實驗設備,電工實驗裝置實驗內容與步驟                                       
1. 按圖9-2接線,負載RL取自元件箱SYDG05的電阻箱。
2. 按表9-1所列內容,令RL在0~1K范圍內變化時,分別測出UO、UL及I的值,表中UO,PO分別為穩壓電源的輸出電壓和功率,UL、PL分別為RL二端的電壓和功率,I為電路的電流。在PL最大值附近應多測幾點。
表10-1(單位:R-Ω,U-V,I-mA,P-W)
US=10V
R01=100Ω
RL   1K
UO      
UL      
I      
PO      
PL      
US=15V
R02=300Ω
RL   1K
UO      
UL      
I      
PO      
PL      
五、預習與思考題

圖9-2
1. 電力系統進行電能傳輸時為什么不能工作在匹配工作狀態?
2. 實際應用中,電源的內阻是否隨負載而變?
3. 電源電壓的變化對最大功率傳輸的條件有無影響?
六、實驗報告
1. 整理實驗數據,分別畫出兩種不同內阻下
的下列各關系曲線:
I~RL,UO~RL,UL~RL,PO~RL,PL~R
2. 根據實驗結果,說明負載獲得最大功率的條件是什么?

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