电工实验台最大功率传输条件测定说明

一、电工实验台-实验目的
1.  掌握负载获得最大传输功率的条件。
2. 了解电源输出功率与效率的关系。

二、电工实验台-原理说明
1. 电源与负载功率的关系图9-1可视为由一个电源向负载输送电能的模型，R₀可视为电源内阻和传输线路电阻的总和，R_L为可变负载电阻。负载R_L上消耗的功率P可由下式表示： 当R_L=0或R_L=∞ 时，电源输送给负载的功率均为零。而以不同的R_L值代入上式可求得不同的P值，其中必有一个R_L值，使负载能从电源处获得最大的功率。   
2. 负载获得最大功率的条件
根据数学求最大值的方法，令负载功率表达式中的R_L为自变量，P为应变量，并使dP/dR_L=0，即可求得最大功率传输的条件：

当满足R_L=R₀时，负载从电源获得的最大功率为：

这时，称此电路处于“匹配”工作状态。
3. 匹配电路的特点及应用
在电路处于“匹配”状态时，电源本身要消耗一半的功率。此时电源的效率只有50%。显然，这对电力系统的能量传输过程是绝对不允许的。发电机的内阻是很小的，电路传输的最主要指标是要高效率送电，最好是100%的功率均传送给负载。为此负载电阻应远大于电源的内阻，即不允许运行在匹配状态。而在电子技术领域里却完全不同。一般的信号源本身功率较小，且都有较大的内阻。而负载电阻（如扬声器等）往往是较小的定值，且希望能从电源获得最大的功率输出，而电源的效率往往不予考虑。通常设法改变负载电阻，或者在信号源与负载之间加阻抗变换器（如音频功放的输出级与扬声器之间的输出变压器），使电路处于工作匹配状态，以使负载能获得最大的输出功率。
三、电工实验台实验设备

序号	名称	型号规格	数量	备注
1	直流电流表	0～200mA	1	实验屏上
2	直流电压表	0～200V	1	实验屏上
3	直流稳压电源	0～30V	1
4	元件箱		1	MYDG05

四、电工实验台实验内容与步骤                                       
1. 按图9-2接线，负载R_L取自元件箱SYDG05的电阻箱。
2. 按表9-1所列内容，令R_L在0~1K范围内变化时，分别测出U_O、U_L及I的值，表中U_O，P_O分别为稳压电源的输出电压和功率，U_L、P_L分别为R_L二端的电压和功率，I为电路的电流。在P_L最大值附近应多测几点。
表10-1（单位：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、预习与思考题 1. 电力系统进行电能传输时为什么不能工作在匹配工作状态？
2. 实际应用中，电源的内阻是否随负载而变？
3. 电源电压的变化对最大功率传输的条件有无影响？
六、实验报告
1. 整理实验数据，分别画出两种不同内阻下
的下列各关系曲线：
I~R_L，U_O~R_L，U_L~R_L，P_O~R_L，P_L~R_L 
2. 根据实验结果，说明负载获得最大功率的条件是什么?