Elektros grandinės su nuolatine srove

Vienoje grandinėje Elektros grandinė, kurios nuolatinė srovė EMF nukreipta į elektros energijos šaltinį nuo neigiamo poliaus į teigiamą, sužadina srovę I ta pačia kryptimi, kurią lemia Omo dėsnis visai grandinei:

I = E / (R + R antradienis),

čia R – išorinės grandinės, kurią sudaro imtuvas ir jungiamieji laidai, varža, o RW – vidinės grandinės, apimančios elektros energijos šaltinį, varža.

Jei visų elektros grandinės elementų varžos nepriklauso nuo srovės ir EMF vertės bei krypties, tada jos, kaip ir pati grandinė, vadinamos linijinėmis.

Vienos kilpos linijinėje nuolatinės srovės elektros grandinėje su vienu elektros energijos šaltiniu srovė yra tiesiogiai proporcinga EMF ir atvirkščiai proporcinga bendrai grandinės varžai.

Ryžiai. 1. Viengrandinės elektros grandinės su nuolatine srove diagrama

Iš aukščiau pateiktos formulės išplaukia, kad E — RwI = RI, kur I = (E — PvI) / R arba I = U / R, kur U = E — RwI yra elektros energijos šaltinio įtampa, nukreipta iš teigiamas polius į neigiamą polių.

Esant nepakitusiam EMF, įtampa priklauso tik nuo srovės, kuri lemia įtampos kritimą RwAz elektros energijos šaltinio viduje, jei vidinės grandinės varža Rw = const.

Išraiška I = U / R yra Omo dėsnis grandinės atkarpai, prie gnybtų, į kuriuos įvedama įtampa U, kurios kryptis sutampa su srove I toje pačioje vietoje.

Įtampa ir srovės priklausomybė U(I), kai E = const ir RW ​​= const, vadinama linijinio elektros energijos šaltinio išorine arba voltamperine charakteristika (2 pav.), pagal kurią bet kokia srovė I gali nustatyti atitinkamą įtampą U ir pagal toliau pateiktas formules apskaičiuokite elektros energijos imtuvo galią:

P2 = RI2 = E2R / (R + R antradienis) 2,

elektros energijos šaltinis:

P1 = (R + R antradienis) Az2 = E2 / (R + R antradienis)

ir įrengimo DC grandinėse efektyvumas:

η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)

Ryžiai. 2. Elektros energijos šaltinio išorinė (voltamperinė) charakteristika

Elektros energijos šaltinio srovės-įtampos charakteristikos taškas X atitinka tuščiosios eigos režimą (x.x.) Atviroje grandinėje, kai srovė Azx = 0, o įtampa Ux = E.

Taškas H nustato vardinį režimą, jei įtampa ir srovė atitinka jų vardines vertes Unom ir Aznom, nurodytas elektros energijos šaltinio pase.

Taškas K apibūdina trumpojo jungimo režimą (trumpąjį jungimą), kuris atsiranda, kai elektros energijos šaltinio gnybtai yra sujungti vienas su kitu, kuriame išorinė varža R =0. Tokiu atveju atsiranda trumpojo jungimo srovė Azk = E / Rwatt, kuri yra kelis kartus didesnė už nominalią srovę Aznom dėl to, kad šaltinio vidinė varža elektros energija Rw <R.Šiuo režimu įtampa elektros energijos šaltinio gnybtuose Uk = 0.

Taškas C atitinka suderintą režimą, kai išorinės grandinės R varža yra lygi vidinio tikslinio Rwatt elektros energijos šaltinio varžai. Šiame režime yra srovė Ic = E / 2R, išorinės grandinės galia atitinka didžiausią galią P2max = E2 / 4RW ir įrenginio efektyvumą (efektyvumą) ηc = 0,5.

Sutarties režimas, kai:

P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 ir Ic = E / 2R = I

Ryžiai. 3. Elektros energijos imtuvo santykinės galios ir įrenginio efektyvumo priklausomybių nuo imtuvo santykinės varžos grafikai.

Elektrinėse elektros grandinių režimai smarkiai skiriasi nuo koordinuoto režimo ir pasižymi srovėmis I << Ic dėl imtuvų varžų R Rvat, dėl ko tokių sistemų darbas vyksta dideliu efektyvumu.

Reiškinių elektrinėse grandinėse tyrimas supaprastinamas pakeičiant jas lygiavertėmis grandinėmis - matematiniais modeliais su idealiais elementais, kurių kiekvienas apibūdinamas vienu ir parametrais, paimtais iš nubraukiamų elementų parametrų. Šios diagramos visiškai atspindi elektros grandinių savybes ir, jei tenkinamos tam tikros sąlygos, palengvina elektros grandinių elektrinės būklės analizę.

Lygiavertėse grandinėse su aktyviais elementais naudojamas idealus EMF šaltinis ir idealus srovės šaltinis.

Idealus EMF šaltinis, kuriam būdingas pastovus EMF, E ir vidinė varža, lygi nuliui, dėl ko tokio šaltinio srovę lemia prijungtų imtuvų varža, o trumpasis jungimas teoriškai sukelia srovę ir galią. linkę į be galo didelę vertę.

Idealiam energijos šaltiniui priskiriama vidinė varža, linkusi į be galo didelę reikšmę, ir pastovi srovė Azdo, nepriklausomai nuo įtampos jo gnybtuose, lygi trumpojo jungimo srovei, dėl ko neribotai padidėja apkrova, prijungta prie šaltinį lydi teoriškai neribotas įtampos ir galios padidėjimas.

Ryžiai. 4. Atsarginės elektros grandinės grandinės su tikru elektros energijos šaltiniu ir rezistoriumi, a - su idealiu EML šaltiniu, b - su idealiu srovės šaltiniu.

Tikrieji elektros energijos šaltiniai su EMF E, vidine varža Rvn ir trumpojo jungimo srove Ic gali būti pavaizduoti lygiavertėmis grandinėmis, turinčiomis atitinkamai idealų EMF šaltinį arba idealų srovės šaltinį su varžiniais elementais, sujungtais nuosekliai ir lygiagrečiai, kurie apibūdina realaus šaltinio vidinius parametrus ir ribojančius prijungtų imtuvų galią (4 pav., a, b).

Tikrieji elektros energijos šaltiniai veikia režimais, artimais idealių EML šaltinių režimui, jei imtuvų varža yra didelė, palyginti su realių šaltinių vidine varža, t.y. kai jie yra režimuose, artimuose tuščiosios eigos režimui.

Tais atvejais, kai darbo režimai yra artimi režimui trumpas sujungimas, tikrieji šaltiniai artėja prie idealių srovės šaltinių, nes imtuvų varža yra maža, palyginti su realių šaltinių vidine varža.