Generátorok terhelési állapotai - illesztés

2015.12.27 14:00

Generátor üresjárási üzemállapota

 

Üresjárási vagy terheletlen állapotban működik a feszültséggenerátor, ha a rákapcsolt terhelés értéke végtelen nagy, vagyis: Rt = ∞
Ebben az esetben az áramkörben nem folyik áram  It = 0 hiszen a terhelő ellenállás végtelen nagy értéke miatt szakadásként viselkedik.  

A huroktörvény alapján: U0 = URb+URt, ahol URt = Uk és URb = It·Rb.

Ezeket a huroktörvénybe behelyettesítve és az egyenletet Uk -ra rendezve: Uk =  U0 - It·Rb   Ebből It = 0 figyelembe vételével: Uk =  U0 - 0·Rb vagyis terheletlen állapotban a generátor kapcsai között a forrásfeszültség jelenik meg: Uk =  U0

A forrásfeszültség tehát olyan feszültségmérővel mérhető meg, – üresjárási állapotban, és csak közelítő értéket kapunk – amelynek belső ellenállása sokkal nagyobb a generátor belső ellenállásánál.
Üresjárásban viszont a generátor nem végez munkát, hiszen árama nulla.

 

Generátor rövidzárási üzemállapota

A rövidzárási állapot a másik szélső értéke a generátor üzemi állapotának, amely esetén a generátor kapcsait egy vezetékkel rövidre zárjuk, és ennek ellenállását nullának tekintjük:  Rt = 0. 

Az áramkörben így csak a generátor belső ellenállása szerepel, mint áramkorlátozó hatás. A soros körben folyó áramot az It = U/ Rb  összefüggéssel határozhatjuk meg. Mivel a generátor belső ellenállása nagyon kis értékű (néhány tized ohm), így az áram értéke rendkívül nagy. A rövidzárási állapotban a kimeneten folyó áramot rövidzárási áramnak nevezzük. 

A kapocsfeszültség az   Uk =  U0 - It·Rb  alapján:  Uk =  U0 - (U/ Rb) Rb  0

Ez azt jelenti, hogy nem keletkezik kimeneti teljesítmény, azaz a generátor által szolgáltatott teljesítmény a generátor belső ellenállásán teljes egészében hővé alakul át. Ez a generátor tönkremeneteléhez vezethet, ezért üzemszerűen a rövidzárási állapotot nem használjuk. 
A valóságban minden generátor terhelt állapotban üzemel, és így a feszültsége a terheléstől függően nulla és U0  között változik. A belső ellenállásán folyó áram veszteségi teljesítményt hoz létre, amely a generátor melegedését okozza. A jó feszültséggenerátor belső ellenállása nagyon kicsi.

 

 

Terhelt generátor

Ha egy valós feszültséggenerátorra terhelést kapcsolunk, akkor a generátor belső ellenállása és a terhelő ellenállás egy feszültségosztót alkot, amely a generátor forrásfeszültségét az osztó ellenállásainak értékétől függően  nagyságúra osztja le. 
A terhelő ellenállás értékétől függıen: 0 ≤ Uk ≤ U0, mert 0 ≤ Rt ≤ ∞.

A huroktörvény alapján: U0 = URb+URt, ahol URt = Uk és URb = It·Rb.

Ezeket a huroktörvénybe behelyettesítve és az egyenletet Uk -ra rendezve: Uk =  U0 - It·Rb. vagyis a kapocsfeszültség a terhelőárammal arányosan csökken. 
Ha a feszültségosztóra tanult képlettel szeretnénk meghatározni a generátor kapocsfeszültségét, akkor: Uk =  U0 (Rt / (Rt+Rb)) 
A soros körben folyó áram (terhelő áram) értékét pedig az eredő feszültség és a kapcsolást alkotó ellenállások eredő értékének hányadosa adja: 

It = U/ (Rt+Rb

 

Az illesztés

Terhelt generátor esetén: It = U/ (Rt+Rb) , 

Pt = It2 * Rt = (U/ (Rt+Rb))2 * R

Ha terhelő ellenállás függvényében ábrázoljuk a fogyasztóra jutó teljesítményt, akkor azt vehetjük észre, hogy a függvénynek Rt = Rb esetén maximuma van. A generátorból ekkor jut a legnagyobb teljesítmény a fogyasztóra. Ezt az esetet illesztésnek nevezzük, és ekkor a fogyasztóra jutó teljesítmény:

Pt =U02/4Rb; ekkor Uk =  U0/2.