РЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРА ЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕ

04/20/23 Драгана Михајловић

РЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРА

ЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕ

04/20/23 Драгана Михајловић

• 1.Увод (елементи електричног кола, карактеристике и примена)

• 2.Режими рада генератора• 3.Симулација режима рада• 4.Практични и рачунски задаци • 5.Извођење закључака

Електрични Електрични генератори, генератори,

електромоторна сила електромоторна сила и унутрашња и унутрашња

отпорностотпорност

Електрични Електрични генератори, генератори,

електромоторна сила електромоторна сила и унутрашња и унутрашња

отпорностотпорност

Електрична струја у затвореном колу се одржава услед деловања извора електричне струје-електричног генератора. Ови уређаји претварају неку другу врсту енергије (механичку, топлотну, хемијску и светлосну) у електричну. При претварању нпр. механичке енергије у електричну, силе унутар генератора раздвајају позитивна и негативна наелектрисања тако да се на крајевима генератора јавља вишак позитивног (+Vp) односно негативног наелектрисања (-VN).

04/20/23 Драгана Михајловић

ДЕФИНИЦИЈА ГЕНЕРАТОРА. ВРСТЕ ГЕНЕРАТОРА

Генератори једносмерне струје су уређаји који различите примарне облике енергије претварају у електричну енергију. Користећи хемијску, механичку, светлосну енергију они врше раздвајање наелектрисања и тако производе разлику потенцијала на својим половима. Њихова улога је да у колу одржавају ту разлику потенцијала и тако обезбеђују основни услов за постојање струје. Према врсти примарне енергије коју користе, генератори се деле на:

-ХЕМИЈСКЕ -МЕХАНИЧКЕ -ТЕРМИЧКЕ -ФОТОЕЛЕКТРИЧНЕ

04/20/23 Драгана Михајловић

ХЕМИЈСКИ ИЗВОРИ

БАТЕРИЈЕ

АКУМУЛАТОРИ АКУМУЛАТОРИ ЗА ЕЛЕКТРИЧНА

ВУЧНА ВОЗИЛА

Хемијски извори претварају хемијску енергију у електричну. Основни елементи сваког од њих су електроде и електролит. Заједничка особина свих хемијских извора, без обзира на врсту електрода и електролита, јесте де се у њима при успостављању струје дешавају хемијске прoмене на електродама и у електролиту.

04/20/23 Драгана Михајловић

МЕХАНИЧКИ ИЗВОРИ

ДИЗЕЛ-ГЕНЕРАТОР ГЕНЕРАТОР

Механички извори користе механичку енергију за производњу електричне енергије.

Дизел генератор добија механичку енергију од дизел мотора и претвара је у електричну енергију. Користи се код дизел електричних локомотива.

04/20/23 Драгана Михајловић

ТЕРМИЧКИ И ФОТОЕЛЕКТРИЧНИ ИЗВОРИ

ФОТОЕЛЕКТРИЧНИ ИЗВОРИ

ТЕРМИЧКИ ИЗВОРИ

Термички извори користе температурну разлику за производњу електричне енергије. Користе се за даљинско мерење температуре на неприступачним местима, у високим пећима или расхладним уређајима..

Фотоелементи користе светлосну енергију и претварају је у електрични сигнал.Примењују се у аутоматици .

04/20/23 Драгана Михајловић

СИМБОЛИ ИЗВОРА У ЕЛЕКТРИЧНИМ

ШЕМАМА

+

E+

E E+

G

СИМБОЛ ИДЕАЛНОГ ГЕНЕРАТОРА

04/20/23 Драгана Михајловић

ПРИЈЕМНИЦИ КОЈИ КОРИСТЕ ЈЕДНОСМЕРНУ

СТРУЈУ

04/20/23 Драгана Михајловић

СИМБОЛИ ПРИЈЕМНИКА

M

R

R

R

R

Пријемници или потрошачи су уређаји који електричну енергију претварају у друге корисне облике енергије: топлотну, механичку, хемијску..

Основна карактеристика пријемника који користе једносмерну струју је њихова електрична отпорност R.

Кроз овакав генератор не тече струја јер он још увек не представља део затвореног електричног кола.

Овакав генератор има две карактеристичне величине:

•Електромоторну силу Е –скраћено ЕМС•Унутрашњу отпорност Rg

Електромоторна сила представља напон отвореног генератора којим се карактерише његова способност да одржава струју у колу и да стално врши претварање других видова енергије у електричну.

Јединица за ЕМС је волт. Као скаларна величина емс нема смер. Међутим, договором је уведен смер при чему се подразумева смер деловања силе у генератору на позитивна наелектрисања. 

Унутрашња отпорност је последица претварања једног дела енергије електричног поља у топлоту из истих разлога као и у сваком отпорнику.

Унутрашња отпорност генератора

Снага електричног извора коју генератор предаје спољашњем колу једнака је производу његове електромоторне силе и јачине струје или Pg = E·I, у случају да се смер електромоторне силе и смер електричне струје поклапају (исти смерови)!!!

Снага генератора

Снага извора приказаног на слици износи?

ПРИМЕР:

E +

А B

I

ОВАКАВ ГЕНЕРАТОР СЕ ПОНАША КАО ПОТРОШАЧ У КОЛУ!!!!!!

Као и у случају отпорника, снага на унутрашњој отпорности генератора може се израчунати применом Џуловог и Омовог закона као:

Често се генератори представљају на следеће начине: 

Овде се подразумева да су генератор и унутрашња отпроност везани редно.

Просто електрично коло Просто електрично коло са једним генератором и са једним генератором и

једним отпорникомједним отпорником.. Електричне силе у колу Електричне силе у колу

Просто електрично коло Просто електрично коло са једним генератором и са једним генератором и

једним отпорникомједним отпорником.. Електричне силе у колу Електричне силе у колу

Оваква веза назива се просто електрично коло. У колу је успостављена јачина струје I коју треба да одредимо.

Колика је снага генератора? 

Колике су снаге на отпорницима? 

Посматрајмо генератор емс Е и унутрашње отпорност Rg. Нека је на прикључке генератора везан отпорник отпорности R као на слици.

По закону о одржању енергије, снага генератора мора бити једнака укупној снази Џулових губитака тј, снагама на отпорнику R и унутрашњој отпорности Rg, па је:

Овај израз представља Омов закон за просто електрично коло:

Интензитет електричне струје директно сразмеран електромоторној сили Е, а обрнуто сразмеран укупној отпорноси електричног кола

Можемо дефинисати и степен корисног дејства или степен искоришћења као:

RR

R

IRR

IR

IE

IR

Pg

P

gg

k

2

22

где је Pk –корисна снага, а Pg – укупна снага коју предаје генератор.

Степен корисног дејства је неименовани број и најчешће се даје у процентима:η% =η ·100%

04/20/23 Драгана Михајловић

РЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРАРЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРА ЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕ

РЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРАРЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРА ЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕ

04/20/23 Драгана Михајловић

Карактеристике простог кола

једносмерне струјеE

U

R

g

IP

pR

P

g

p

gE

+

R g

I

Ug

Rp

-електромоторна сила извора

-унурашња отпорност извора-напон између полова извора при оптерећењу -струја у колу

-снага извора

-отпорност потрошача

-снага потрошача

-степен искоришћења извора

04/20/23 Драгана Михајловић

РЕЖИМИ РАДА ГЕНЕРАТОРА

-РЕЖИМ ОПТЕРЕЋЕЊА

-РЕЖИМ ПРАЗНОГ ХОДА

-РЕЖИМ КРАТКОГ СПОЈА

04/20/23 Драгана Михајловић

ПРОСТО КОЛО ЈЕДНОСМЕРНЕ СТРУЈЕ У РЕЖИМУ ОПТЕРЕЋЕЊА

IE

gR +R p

E

+

R g

IU g

Ug

P

Pp R

R p

E R I

Eg I

pI

PgPp

Режим оптерећења извора је рад извора у колу у којем је прикључен потрошач. Извор тада одаје електричну енергију потрошачу јер је у колу успостављена струја.

g

2

04/20/23 Драгана Михајловић

ПРОРАЧУН ЗА ЗАДАТИ РЕЖИМ ОПТЕРЕЋЕЊА

95.0W10

W5,9

g

p

P

P

19V0,5A2-20VI gg REU

10W0,5A20VEI gP

W5,90,5A38I 22 pp RP

A5,0382

V20EI

Pg RR

ΩНека је дат генератор у колу са ЕМС 20 V и унутрашњом отпорнош ћу 2Ω. У колу је прикључен потрошач отпорности 38Ω. Прорачуном кола добијају се следећи резултати:

Ω

струја у колу:напон између полова генератора:

снага генератора:

снага потрошача:

степен корисног дејства:

04/20/23 Драгана Михајловић

РАД ИЗВОРА У РЕЖИМУ ПРАЗНОГ

ХОДА

E

+

R g

Ug= E

I 0Rp

g EU

Pg 0Pp 0

Режим празног хода је стање када извор није прикључен у коло, па кроз њега не тече струја. Његов напон је тада једнак електромоторној сили. Oтпорност између полова је бесконачна.

∞

04/20/23 Драгана Михајловић

РАД ИЗВОРА У РЕЖИМУ КРАТКОГ СПОЈА

E

+

R

Iks

g

Iks Eg

Rg

U Eg RgIks

U 0g

g

Режим кратког споја настаје када се полови генератора споје проводником.Тада се у колу јавља веома велика струја кратког споја, јер је једина отпорност у колу унутрашња отпорност генератора. Таква струја доводи до веома брзог и бескорисног пражњења хемијског извора, односно до оштећења намотаја код механичког извора услед великог загревања. Напон генератора је једнак нули.

04/20/23 Драгана Михајловић

ЗАШТИТА ОД КРАТКОГ СПОЈА ОСИГУРАЧЕМ

g

ks+

E

I

R

I= 5A

=10A

Према подацима задатог кола прорачун показује да је стуја кратког споја :

Iks =

Е

Rg= 10 A

Ако у коло поставимо осигурач који кроз коло пропушта стује до 5А, он ће прекинути струјно коло и на тај начин заштитити генератор.

осигурач

04/20/23 Драгана Михајловић

СИМУЛАЦИЈА РАДА КОЛА У EWB

Слика показује вредности струје и напона добијене мерењем,које се поклапају са прорачуном.

04/20/23 Драгана Михајловић

СИМУЛАЦИЈА ПРАЗНОГ ХОДА У EWB

Волтметар показује да је напон генератора једнак његовој електромоторној сили.

04/20/23 Драгана Михајловић

СИМУЛАЦИЈА РЕЖИМА КРАТКОГ СПОЈА У EWB

Амперметар у колу показује вредност струје кратког споја.

04/20/23 Драгана Михајловић

ЗАДАЦИ ЗА УЧЕНИКЕ

PRAZAN HOD OPTERECENJE KRATAK SPOJ

E

R

R

I

g

p

U

P

g

P

g

p

2 2 2 2 2

20 20 20 20 20V V V V V20V

2

0

0

20V

0

0

Ω Ω Ω Ω Ω Ω

38 Ω 18 Ω 8 Ω 2 Ω

∞

0

10А

200 W0

0

04/20/23 Драгана Михајловић

ЗАКЉУЧАК

• 1.Основне карактеристике генератора су: електромоторна сила напон,унурташња отпорност, снага и степен искоришћења.

• 2.Карактеристични режими рада извора су:празан ход, кратак спој и режим оптерећења.

• 3.Празан ход је режим у коме генератор није оптерећен потрошачем,већ врши раздвајање наелектрисања на својим отвореним половима,при чему је напон на њима једнак електромоторној сили.

04/20/23 Драгана Михајловић

• 4.Режим оптерећења подразумева да је генератор прикључен у коло са потрошачем.Притом он одаје део произведене електричне енегије потрошачу, а други део се у њему самом претвара у топлоту.

• 5.Кратак спој је стање када су полови генератора спојени проводником занемарљиве отпорности.Прати га појава веома велике струје и јаког загревања генератора.Заштита генератора од случајног кратког споја врши се осигурачима.

• 6.Избор генератора за напајање неког пријемника је сложен поступак који узима у обзир не само карактеристике генератора већ првенствено захтеве самог потрошача.