Внешняя характеристика тока уравнение внешней характеристики

Внешняя (рабочая) характеристика источника тока

Введение

Для существования тока в цепи необходим источник электрической энергии (источник тока). Всякое устройство, в котором действуют сторонние силы, называют источником тока. В источниках тока электрическая энергия получается за счет других видов энергии. Мощные электромашинные генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. Энергия химических процессов преобразуется в менее мощных источниках — гальванических элементах и аккумуляторах. В термо- и фотоэлементах тепловая и световая энергии непосредственно превращаются в электрическую и т.д. Источниками тока называют также всякого рода преобразователи тока по напряжению (трансформаторы), по форме (выпрямители), по частоте (частотные преобразователи).

В лабораторной практике наиболее часто встречаются химические источники тока и выпрямители. Химические источники применяются для получения небольших количеств электрической энергии малой мощности. Из известных типов гальванических элементов наибольшее применение находят элементы Даниэля и Лекланше.

В элементе Даниэля цинковый катод находится в растворе сернокислого цинка, ZnSO₄ , в пористом сосуде из слабо обожженной глины. Анодом служит медь, находящаяся в растворе сернокислой меди CuSO₄ , который одновременно служит и деполяризатором. Пористый сосуд с раствором ZnSO₄ опущен в стеклянный сосуд, где находится раствор CuSO₄ . Во время работы элемента выделившийся водород диффундирует через стенки пористого сосуда и замещает медь в растворе, которая осаждается на медном аноде. ЭДС элемента Даниэля равна 1.1 В. При замыкании цепи его ЭДС остается достаточно постоянной. Элементы Даниэля применяется только в учебных лабораториях.

Элемент Лекланше, или элемент марганцовой деполяризации состоит из цинкового катода и угольного анода, опущенных в 20% раствор хлористого аммония NH₄Cl . Деполяризатором служит перекись марганца MnO₂ . Она окружает катод и связывает выделяющийся на этой пластине водород. ЭДС элемента Лекланше равна 1.5 В . С нагрузкой ЭДС элемента падает и восстанавливается при размыкании цепи. Этот источник тока находит широкое практическое применение.

В гальванических элементах — химических источниках одноразового пользования, содержится определенный запас реагирующих веществ, после израсходования которого (разрядки) элементы становятся неработоспособными. Химические источники многоразового пользования (аккумуляторы) после разрядки (но не полной) могут быть возвращены в исходное состояние, т.е. заряжены, пропусканием через них электрического тока от внешнего источника постоянного тока. По мере разрядки аккумулятора его электродвижущая сила уменьшается. Для нормальной эксплуатации недопустима разрядка до напряжения ниже, так называемого, конечного напряжения. Кислотные (свинцовые) аккумуляторы нельзя разряжать ниже конечного напряжения равного 1.85 В (начальное напряжение 2.2 В), а щелочные (или железно-никелевые) – ниже 0.8 В (при начальном – 1.4 В).

Количество электричества, которое химический источник может отдать при разрядке до конечного напряжения, называется емкостью источника и измеряется в ампер-часах. Емкость определяется, в основном, общим количеством активных веществ в источнике. Источники одного типа, имеющие большие размеры, обладают и большей емкостью.

В условиях лаборатории источниками постоянного тока чаще всего служат выпрямители. Простейшие схемы выпрямителей приведены на рис. 1. Переменное напряжение, полученное от сети, повышается или понижается с помощью трансформатора (Тр) или автотрансформатора (Атр) до необходимого, а затем выпрямляется с помощью вентилей D (кремниевых полупроводниковых диодов). На рис. 1а приведена схема простейшего однополупериодного выпрямителя.

На рис. 1б приведена широко используемая мостовая схема двухполупериодного выпрямителя. В этой схеме плечами являются диоды. В одну диагональ включен источник переменного тока, в другую — потребитель постоянного тока. В первый полупериод ток проходит через диоды 1 и 2, во второй — через диоды 3 и 4. Таким образом, через нагрузку ток проходит оба полупериода в одном и том же направлении. При двухполупериодном выпрямлении напряжение на потребителе меняется от нуля до амплитудного. Для сглаживания этих пульсаций на выходе выпрямителя устанавливают сглаживающие фильтры, состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности.

Величину выпрямленного напряжения (рис. 1б) можно регулировать с помощью автотрансформатора (Атр), подавая на выпрямительный мост различноепеременное напряжение.

Внешняя (рабочая) характеристика источника тока

Основной характеристикой источника тока является его электродвижущая сила (ЭДС). Однако на зажимах (концах) источника тока разность потенциалов равна ЭДС только при разомкнутой цепи. Если к источнику подключить какое-либо внешнее сопротивление R_Х , разность потенциалов (напряжение) U на его зажимах станет меньше ЭДС (E) на величину падения напряжения внутри источника:

U = E — I×r , (1а)

где r — внутреннее сопротивление источника, а I — ток, отдаваемый источником во внешнюю цепь. Величина этого тока для данного источника зависит только от сопротивления внешней цепи R и от внутреннего сопротивления источника:

Из формулы (1а) видно, что с увеличением тока величина I·r растет прямо пропорционально силе тока, а напряжение U на зажимах источника будет уменьшаться. Это справедливо для любого источника, причем, если ЭДС и внутреннее сопротивление источника постоянны, то уменьшение напряжения будет происходить по линейному закону. Зависимость напряжения на зажимах источника U от величины тока, отдаваемого источником, называется внешней или рабочей характеристикой. Наклон этой характеристики определяется величиной внутреннего сопротивления.

При внешнем сопротивлении равном нулю (R = 0), напряжение на зажимах источника также равно нулю. Такой режим работы источника называется коротким замыканием. Величина тока короткого замыкания I_КЗ зависит от ЭДС и внутреннего сопротивления источника r. При малых внутренних сопротивлениях (r

0.01 Ом) токи короткого замыкания достигают сотен и тысяч ампер. Такие токи могут мгновенно вывести источник из строя. Обычно для каждого источника известен наибольший допустимый ток при длительной работе (номинальный ток). Поэтому прежде, чем использовать источник тока, следует узнать, на какой номинальный ток он рассчитан, и в процессе эксплуатации не превышать его. В аккумуляторах номинальный ток численно равен 0.1 от его емкости, измеренной в ампер-часах. Например, при емкости в 22 А·ч разрядный ток не должен превышать 2.2 А.

Мощность источника

Мощность источника тока измеряется работой, которую этот источник совершает за одну секунду. При силе тока I полная мощность (W₀), развиваемая источником, будет равна

W₀ = I·E = E 2 /(R + r) = I 2 ·(R + r) ,(2)

Часть этой мощности W₁= I 2 ·r , выделяющуюся внутри источника на его внутреннем сопротивлении в виде джоулева тепла, называют потерянной мощностью. Другая часть полной мощности выделяется во внешней цепи и может быть использована для практических целей. Ее называют полезной мошностью. Величина полезной мощности равна:

W = I·U = I 2 ·R . (3)

Поскольку напряжение U зависит от тока, то зависимость полезной мощности от тока получается нелинейной. Подставляя (1) в (3), получим

W = I·(E — I×r) = I·E – I 2 ·r . (4a)

Если же в выражение (3) подставить значение тока из закона Ома для полной цепи (1б), то получим зависимость полезной мощности W от внешнего сопротивления R:

W = E 2 . (4б)

Поскольку E и r – постоянные величины, полезная мощность является функцией только внешнего сопротивления W = f(R).При коротком замыкании (R = 0) и при разомкнутой цепи (R = ) полезная мощность обращается в нуль.

Зависимость полезной мощности от тока представляет собой параболу с ветвями, направленными вниз. W обращается в нуль в двух случаях: при токе I равном нулю и при условии: E — I×r = 0(I = E / r), т.е. при коротком замыкании.

Чтобы определить, при каком токе полезная мощность максимальна (W_MAX), необходимо приравнять нулю первую производную полезной мощности по току:

dW/dI = E — 2I×r = 0,

I = E / (2r) . (5)

Следовательно, полезная мощность достигает максимального значения при токе равном половине тока короткого замыкания.

Сравнивая знаменатели формулы (5) и закон Ома для полной цепи, содержащей ЭДС (1б), получим еще одно условие, характерное для максимальной полезной мощности (W_MAX): 2r = R + r или R = r. Это условие называется согласованием нагрузки, и часто используют в радиотехнике для получения в устройствах максимальной мощности во внешней цепи. Однако для большинства источников тока такой режим не является желательным (см. рис. 2). На рис. 2 приведены графики зависимости полной, полезной, потерянной мощностей, а также кпд в зависимости от соотношения R / r .

Потери мощности из-за несогласованности нагрузки и внутреннего сопротивления источника характеризуются величиной DW = W_MAX – W , а относительные потери мощности определяются выражением:

. (6)

Что называют внешней характеристикой трансформатора, расчеты и формулы

Одной из самых важных характеристик любого трансформатора является внешняя характеристика. Так называют зависимость напряжения вторичной обмотки от нагрузки при неизменном вольтаже на первичной. Любое оборудование подключается к выходам преобразователя, качество его работы зависит от стабильности номинального напряжения на вторичной намотке. При определении внешней характеристики требуются значения параметров, характеризующих не только физические процессы, но и режимы работы преобразователя.

Определение

Напряжение на вторичной намотке зависит от вольтажа на первичной и коэффициента трансформации, оно меняется в каких-то пределах при изменении режима работы, зависящего от загрузки. Если меняется режим работы при неизменном вольтаже на первичной намотке, вместе с напряжением на вторичной меняется электроток. Эта закономерность называется внешней характеристикой.

Основной фактор, влияющий на этот показатель – нагрузочная величина электротока, потребляемого подключенным оборудованием. При повышении мощности подключенного оборудования тока требуется больше, на вторичной намотке преобразователя он повышается, вольтаж снижается. Одновременно с увеличением тока на вторичке увеличивается электроток на первичке, что теоретически должно снизить первичное напряжение. Но оно неизменно, поэтому снижается ЭДС (электродвижущая сила) и электромагнитный поток.

Допустимые нормы колебаний вторичного напряжения при номинальной нагрузке определены ГОСТом. В некоторых преобразователях предусмотрена возможность увеличение или снижение вольтажа на вторичке коррекцией количества витков на одной из намоток, оснащенных дополнительными выводами.

Зависимость от различного характера нагрузки

Режим трансформатора с замкнутой на сопротивление (оборудование, принимающее электроэнергию) вторичкой называется нагрузкой, ток создает магнитный поток. Это значит, что в преобразователе действуют магнитные силы обеих обмоток, создающие магнитный поток в сердечнике. Нагрузка – мощность подключенного к вторичке оборудования, равная напряжению, умноженному на электроток и коэффициент мощности:

Параметры внешней характеристики (в том числе изменение вольтажа во вторичке) зависят от вида загрузки.

Числовое значение определяет коэффициент:

Характеристики загрузки – угол сдвига по фазе напряжения по отношению к току вторички.

Загрузка трансформатора бывает:

активно-емкостная;
активная (только теоретически);
активно-индуктивная.

Вектор тока при любом виде загрузки отстает от электродвижущей силы на вторичный угол φ₂.

Емкостная

Для емкостной загрузки характерно повышение тока до повышения вольтажа. Если загрузка преобразователя этого типа, при ее повышении происходит дополнительное намагничивание трансформатора, вольтаж на выходе растет, абсолютное значение тока превышает цифровое значение электродвижущей силы на φ₂, причем φ₂ 0.

Как рассчитать параметры

Расчет внешней характеристики выполняется с использованием схемы замещения (определения изменений вторичного напряжения и тока при изменениях нагрузки).

На практике используется более простой вариант – расчет по формуле:

где U₂₀ – вольты холостого хода во вторичной обмотке;

U₂ – вольты конкретной нагрузки во вторичной обмотке;

Δu –колебания напряжения на вторичке.

Δu рассчитывается по формуле:

Δu=Kн (uкаcosφ2 + uкрsinφ2),

где Кн – коэффициент загрузки;

«uка» и «uкр» – активное и реактивное напряжение холостого хода или короткого замыкания.

где Uк – вольтаж, при котором проводится опыт короткого замыкания;

U₁ном – номинальное напряжение.

Точные значения uк можно найти в специальных каталогах, uка и uкр рассчитываются или определяются в процессе экспериментов короткого замыкания.

При работе в режиме холостого хода ток на вторичке и коэффициент нагрузки равны нулю. Чтобы преобразователь перешел от холостого хода в рабочий режим, коэффициент должен повыситься до единицы. В процессе перехода вольтаж на вторичке снижается.

Напряжение короткого замыкания равно соотношению вольтажа во время эксперимента к вольтажу при нагрузке, сопротивление принимается за нулевое. По этим причинам электроток на вторичке гораздо больше номинального.

Для проведения эксперимента короткого замыкания вторичка замыкается накоротко, первичка присоединяется к напряжению, которое на много ниже номинального, чтобы вольтаж питания мог уравновеситься с падением на намотках.

Условно поданное пониженное напряжение принимается равным падению вольтажа при номинальной нагрузке. Точное значение можно узнать из технической документации конкретного преобразователя.

Правила построения графика

Исходя из формул, приведенных выше, строятся графики:

Они линейные, так как:

вольтаж вторички мало зависит от коэффициента загрузки благодаря низкому сопротивлению намоток;
магнитный ток почти не меняется с изменением вида загрузки.

По результатам испытаний при коротком замыкании получается:

Угол φ2 влияет на снижающий или возрастающий характер при изменении вида нагрузки. Если преобразователь маломощный, падение во время активной нагрузке менее линейное, чем при индуктивной. Ситуация противоположенная для мощных аппаратов.

Более наглядно внешняя характеристика характеризуется диаграммой для фиксированного значения тока:

Для построения необходимо принять, что по часовой стрелке будет отображаться отставание тока от напряжения. Если нагрузка индуктивная, напряжение поворачивается против часовой стрелки по отношению к току. При емкостной нагрузке напряжение отстает от тока на другой угол (вектор вольтажа повернут по часовой стрелке по сравнению с вектором тока).

Если нагрузка активная, вектор вольтажа так же поворачивается против часовой стрелки, но угол меньше, чем при индуктивной нагрузке.

Внешняя характеристика важна на этапе проектирования преобразователя. Если он предназначен для работы при индуктивной нагрузке, нужно увеличить количество витков во вторичке, чтобы компенсировать снижение вольтажа во время работы. При наличии реактивной нагрузки используются конденсаторы, соединенные параллельно с каждой фазой.

Источник ЭДС и источник тока в электрических цепях

Идеальный источник ЭДС

Идеальный источник ЭДС имеет неизменные ЭДС и напряжение на зажимах при всех токах нагрузки. У реального источника ЭДС и напряжение на зажимах изменяются при изменении нагрузки, например вследствие падения напряжения в обмотках генератора постоянного тока. Поэтому реальные источники ЭДС изображается с помощью двух последовательно включенных элементов – идеального источника ЭДС и сопротивления, которое учитывает внутреннее сопротивление реального источника (рисунок 2.3 а). Свойства реального источника ЭДС отражает вольт-амперная характеристика (ВАХ) или внешняя характеристика – зависимость напряжения между его выводами от тока источника (рисунок 2.3 б). Уравнение внешней характеристики реального источника ЭДС:

Рисунок 2.3. Схема замещения (а) и внешняя характеристика(б) реального источника ЭДС

Уменьшение напряжения источника электрической энергии при увеличении тока объясняется увеличением падения напряжения на его внутреннем сопротивлении. В большинстве случаев внутреннее сопротивление источника ЭДС относительно мало и напряжение на его зажимах мало изменяется с нагрузкой.

Идеальный источник токаобеспечивает протекание неизменного тока в приемниках при изменении их сопротивления. У реального источника ток во внешней цепи изменяется при изменении сопротивления. Поэтому реальный источник тока изображается на схемах как идеальный источник тока с параллельно включенным сопротивлением, величина которого определяется из характеристики элемента (рисунок 2.4 а). Внешняя характеристика источника тока приведена на рисунке 2.4 б.

Рисунок 2.4 Схема замещения (а) и внешняя характеристика (б) реального источника тока

Различают несколько режимов работы источников энергии. В режиме холостого хода приемники электрической энергии отключены и ток источника равен нулю. Напряжение на зажимах источника равно его ЭДС, так как отсутствует падение напряжения на внутреннем сопротивлении. Короткое замыкание является аварийным режимом, когда зажимы источника энергии замкнуты накоротко. При этом ток в цепи определяется только внутренним сопротивлением источника, которое обычно достаточно мало, поэтому токи короткого замыкания достигают недопустимо больших значений. В номинальном режиме источник энергии может работать неопределенно длительное время без перегрева или других недопустимых последствий. Согласованный режим работы осуществляется, когда источник отдает в нагрузку максимальную мощность. Условие передачи максимальной мощности может быть получено из уравнения внешней характеристики источника:

если выразить из этого уравнения ток нагрузки:

получим закон Ома для замкнутой цепи с последовательной схемой замещения источника. Мощность, отдаваемая источником ЭДС (с последовательной схемой замещения) в нагрузку:

Для источника тока (с параллельной схемой замещения) мощность, отдаваемая в нагрузку:

Мощность, отдаваемая источником в нагрузку будет максимальна, при максимальном значении соотношения . Максимум этого соотношения можно определить, взяв первую производную дроби по и приравняв ее к нулю. Максимум будет при . Следовательно, мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь будет максимальна, когда сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению источника .

Идеальные и реальные источники э.д.с. и тока, их вольтамперные характеристики.

Источник ЭДС это активный элемент цепи, который имеет два вывода. Напряжение на этих выводах не зависит от сопротивления цепи, в которую он включен. То есть независимо от того какой ток будет создавать источник ЭДС в цепи напряжение на его выводах не изменится. Считается, что внутри источника ЭДС отсутствуют пассивные элементы, такие как активное сопротивление, индуктивность и емкость. То есть можно сказать, что внутренне сопротивление источника ЭДС равно нулю.

Идеальный источник ЭДС в природе не существует. И в правду трудно себе представить такой источник. В котором при замыкании его выводов между собой, нулевым сопротивлением, возникнет бесконечно большой ток. Это видно из закона Ома. I=U\R при R=0 получим I=U/0.

В реальных же источниках ЭДС всегда присутствует внутренне сопротивление. Таким образом, при замыкании выводов между собой падение напряжения на внутреннем сопротивлении уравновешивает ЭДС источника. Следовательно, ток короткого замыкания будет иметь какую-то конечную величину.

У идеального источника тока, величина тока не зависит от величины напряжения на зажимах (рис.2).

I = const .

Очевидно, что ток короткого замыкания у этого источника всегда равен Iк, а его напряжение холостого хода равно бесконечности (Uхх = ∞). Поскольку ток у идеального источника тока неизменен (ΔI = 0), то он имеет внутреннее сопротивление, равное бесконечности.

При положительном напряжении и токе источник отдаёт энергию с электрическую цепь и работает в режиме генератора (Г). При обратном направлении напряжения – источник принимает энергию из цепи и работает в режиме приёмника (П).

Применение законов Кирхгофа для расчета линейных электрических цепей постоянного тока.

Последовательное соединение сопротивлений.

3.Взаимные преобразования звезды и треугольника резистивных элементов в линейных электрических цепях постоянного тока.

Расчет линейной электрической цепи постоянного тока методом двух узлов.

Одним из распространенных методов расчета электрических цепей является метод двух узлов. Этот метод применяется в случае, когда в цепи всего два узла.

Алгоритм действий таков:

1 — Потенциал одного из узлов принимается равным нулю

2 — Составляется узловое уравнение для другого узла

3 — Определяется напряжение между узлами

4 — По закону Ома, находятся токи в ветвях

Действующее значение синусоидально изменяющихся электрических величин

Идеальные и реальные источники э.д.с. и тока, их вольтамперные характеристики.

У идеального источника тока, величина тока не зависит от величины напряжения на зажимах (рис.2).

I = const .

Что такое вольт-амперная характеристика (ВАХ)

ВАХ – это вольт-амперная характеристика, а если точнее, зависимость тока от напряжения в каком-либо радиоэлементе. Это может быть резистор, диод, транзистор и другие радиоэлементы. Так как транзистор имеет более двух выводов, то он имеет множество ВАХ.
Думаю, не все, кто читает эту статью, хорошо учились в школе. Поэтому, давайте разберемся, что представляет из себя зависимость одной величины от другой. Как вы помните из школы, мы строили графики зависимости игрек (У) от икс (Х). Та переменная, которая зависит от другой переменной, мы откладывали по вертикали, а та, которая независима – по горизонтали. В результате у нас получалась система отображения зависимости “У” от “Х”:

Так вот, мои дорогие читатели, в электронике, чтобы описать зависимость тока от напряжения, вместо “У” у нас будет сила тока, а вместо Х – напряжение. И система отображения у нас примет вот такой вид:

Именно в такой системе координат мы будет чертить вольт-амперную характеристику. И начнем с самого распространенного радиоэлемента – резистора.

Источники электрической энергии. Внешняя характеристика

В цепях переменного тока, также как в цепях постоянного, должны действовать источники электрической энергии. Отличие этих источников заключается лишь в том, что создаваемые ими ЭДС или токи являются синусоидальными функциями времени.

Источники делятся на идеальные и реальные

. У идеальных источников отсутствует внутреннее сопротивление или проводимость. Создаваемые ими ЭДС или ток определяются только параметрами источника.
В электрической цепи с идеальными источниками величина тока через источник ЭДС или напряжение на источнике тока определяются нагрузкой
.

На электрических схемах они изображаются точно также как источники постоянного тока, но стрелки в условном обозначении указывают направление принятое

Реальные источники электрической энергии имеют внутреннее сопротивление Z

или проводимость
Y
(рис. 1). Однако на переменном токе эти величины в общем случае являются
комплексными
.

Также как на постоянном токе, реальный источник может быть представлен двумя эквивалентными схемами с источником ЭДС или с источником тока. Внутреннее сопротивление, проводимость и параметры источников связаны между собой отношениями

формально идентичными соответствующим выражениям для источников постоянного тока. ЭДС и ток внутренних источников соответствуют напряжению на выходе в режиме холостого хода и току в режиме короткого замыкания.

Для источников переменного тока невозможно построить вольтамперную характеристику. Ее роль играет внешняя характеристика

, т.е
зависимость действующего значения напряжения на выходе источника от величины действующего значения тока в нагрузке, при постоянном значении угла сдвига фаз в нагрузке j
н
.
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из реального источника и нагрузки общего вида (рис. 2). Ток в нагрузке по закону Ома можно определить из выражения

Отсюда, падение напряжения в нагрузке

где — комплексное относительное сопротивление нагрузки

Падение напряжения в нагрузке можно представить в относительных единицах, если выбрать в качестве базовой величины ЭДС источника. Тогда комплексное относительное напряжение в нагрузке

из выражения (3) будет —

Ток в цепи также можно представить в относительных единицах, если в качестве базовой величины выбрать ток короткого замыкания источника I

Модуль комплексного относительного тока или просто относительный ток можно получить, определив модуль знаменателя выражения (5) из выражения для комплексного относительного сопротивления, в виде

Из выражения (2) с учетом (6) относительное напряжение в нагрузке будет

Выражения (6) и (7) позволяют построить внешнюю характеристику источника

электрической энергии в относительных единицах, если в них принять в качестве переменной модуль комплексного относительного сопротивления нагрузки z , при условии постоянства его аргумента d .

Внешние характеристики для относительного сопротивления нагрузки, изменяющегося в пределах 0 1.0 сводится к условию , а для относительного напряжения u — к условию — . Отсюда для тока и напряжения получим соответственно условия

и	(8)
.	(9)

Так как 0 p /2
, если же это условие выполнено, то всегда найдутся такие значения z , при которых эти выражения будут справедливыми
. Это означает, что внешняя характеристика будет иметь участки, на которых напряжение в нагрузке превышает ЭДС источника и ток в нагрузке превышает ток короткого замыкания.

Аргумент комплексного относительного сопротивления d представляет разность φ н

-φ
s
Но т.к. обе величины по абсолютному значению меньше p /2, то условие |d | > p /2 может быть выполнено только, если реактивные составляющие комплексных сопротивлений нагрузки и источника имеют противоположные знаки.

Таким образом, из выражений (8) и (9) можно определить диапазоны относительных сопротивлений, при которых относительный ток и напряжение будут больше единицы в виде

0 p /2, то
существуют диапазоны нагрузок, в пределах которых падение напряжения на нагрузке превышает ЭДС источника или ток в нагрузке превышает ток короткого замыкания
;

если |φ н
-φ
s
| > 3p /2, то
существует диапазон нагрузок, в пределах которого одновременно падение напряжения на нагрузке превышает ЭДС источника и ток в нагрузке превышает ток короткого замыкания
;

максимальная полная мощность в нагрузке соответствует условию равенства модуля ее комплексного сопротивления модулю внутреннего сопротивления источника;

значение максимальной полной мощности определяется только разностью

что релятивизм (СТО и ОТО) не является истинной наукой? — Истинная наука обязательно опирается на причинность и законы природы, данные нам в физических явлениях (фактах). В отличие от этого СТО и ОТО построены на аксиоматических постулатах, то есть принципиально недоказуемых догматах, в которые обязаны верить последователи этих учений. То есть релятивизм есть форма религии, культа, раздуваемого политической машиной мифического авторитета Эйнштейна и верных его последователей, возводимых в ранг святых от релятивистской физики. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Основы электротехники и электроники: Курс лекций , страница 2

Величина, обратная сопротивлению, называется проводимостью (обозначается буквой g

В линейных цепях сопротивление ветвей постоянно, определяется лишь физическими свойствами материала проводников и не зависит от источников, токов и напряжений в ветвях.

Если источники в цепи создают на своих выводах напряжения и токи, которые не изменяются во времени, цепь называется электрической цепью постоянного тока. В цепи постоянного тока сопротивление индуктивностей равно нулю, сопротивление конденсаторов бесконечно велико.

Далее будут рассмотрены линейные цепи постоянного тока.

2. ИСТОЧНИКИ ЭДС И ИСТОЧНИКИ ТОКА

ЭДС – это максимальное напряжение, которое могут создать сторонние силы на выводах источника при отсутствии в цепи тока. В качестве сторонних сил могут выступать, например, химические реакции в гальванической батарее или момент на валу электрической машины, работающей в режиме генератора.

Для удобства анализа источники электрической энергии представляют либо с помощью идеального источника ЭДС, либо с помощью идеального источника тока. Идеальный источник ЭДС и идеальный источник тока называют также источниками бесконечно большой мощности.

показана вольт-амперная характеристика идеального источника ЭДС. Этот источник отличается тем, что напряжение на его выводах равно значению ЭДС независимо от тока нагрузки. На
Рис.2.1 б
показана вольт-амперная характеристика идеального источника тока. Он сохраняет постоянство тока вне зависимости от напряжения на своих выводах.

ВАХ стабилитрона

Стабилитроны работают в режиме лавинного пробоя. Выглядят они также, как и диоды.

Мы подключаем стабилитрон как диод в обратном направлении: на анод минус, а на катод – плюс. В результате, напряжение на стабилитроне остается почти таким же, а сила тока может меняться в зависимости от подключаемой нагрузки на стабилитроне. Как говорят электронщики, мы используем в стабилитроне обратную ветвь ВАХ.

Рекомендуем посмотреть видео материал на эту тему:

Закон Ома для неоднородного участка

Простой закон Ома справедлив для так называемого однородного участка цепи — то есть участка, на котором нет источников тока. Сейчас мы получим более общие соотношения, из которых следует как закон Ома для однородного участка, так и полученный выше закон Ома для полной цепи.

Участок цепи называется неоднородным

, если на нём имеется источник тока. Иными словами, неоднородный участок — это участок с ЭДС.

На рис. 3 и источник тока. ЭДС источника равна , его внутреннее сопротивление считаем равным нулю (усли внутреннее сопротивление источника равно , можно просто заменить резистор на резистор ).

Рис. 3. ЭДС «помогает» току:

Сила тока на участке равна , ток течёт от точки к точке . Этот ток не обязательно вызван одним лишь источником . Рассматриваемый участок, как правило, входит в состав некоторой цепи (не изображённой на рисунке), а в этой цепи могут присутствовать и другие источники тока. Поэтому ток является результатом совокупного действия всех

источников, имеющихся в цепи.

Пусть потенциалы точек и равны соответственно и . Подчеркнём ещё раз, что речь идёт о потенциале стационарного электрического поля, порождённого действием всех источников цепи — не только источника, принадлежащего данному участку, но и, возможно, имеющихся вне этого участка.

Источник ЭДС и источник тока

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

1. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Общие свойства

Постоянный ток широко используется во многих отраслях техники. Его применяют в устройствах связи, приборах, электрооборудовании мобильных агрегатов и др.

Совокупность источников, приемников электрической энергии и соединяющих их проводов называют электрической цепью.

Источниками электрической энергии служат устройства, в которых происходит преобразование различных видов энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии источники электрической энергии могут быть разделены на химические и физические. Химическими источниками электрической энергии принято называть устройства, вырабатывающие энергию за счет окислительно-восстановительного процесса между химическими реагентами. К химическим источникам относятся первичные (гальванические элементы и батареи), вторичные (аккумуляторы и аккумуляторные батареи) и резервные (при хранении электролит никогда гальванически не связан с электродами), а также электрохимические генераторы (топливные элементы).

Физическими источниками электрической энергии называют устройства, преобразующие энергию механическую, тепловую, электромагнитную, световую энергию, энергию радиационного излучения, ядерного распада в электрическую. К физическим источникам относятся электромашинные генераторы (турбо-, гидро- и дизель-генераторы), термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.

Приемники электрической энергии (электродвигатели, электрические печи, нагревательные приборы, лампы накаливания, резисторы и др.) преобразуют электрическую энергию в другие виды энергии.

В электрической цепи источники и приемники соединяют проводами, которые обеспечивают передачу электрической энергии от источников к приемникам.

Электрические цепи содержат:

а) коммутационную аппаратуру для включения и отключения электрического оборудования и устройств (переключатели, выключатели и др.);

б) контрольно-измерительные приборы (амперметры, вольтметры и др.);

в) аппаратуру защиты (плавкие предохранители, автоматы и др.).

Рассмотрим простейшую электрическую цепь, состоящую из аккумулятора, фары автомобиля, выключателя, амперметра и соединительных проводов (рис. 1.1 а). Графическое изображение электрической цепи, в которой реальные элементы представлены их условными обозначениями (рис. 1.1 б), называется электрической схемой.

Для упрощения изображения электрической цепи каждое электротехническое устройство заменяют (по ГОСТ) его условным обозначением.

На рис. 1.2 приведены условные обозначения источников и приемников постоянного тока: гальванического элемента (аккумулятора) (рис. 1.2 а), генератора постоянного тока (рис. 1.2 б), термопары (рис. 1.2 в), резистора (рис. 1.2 г), лампы накаливания (рис. 1.2 д), электрической печи (рис. 1.2 е).

Условные обозначения некоторых измерительных приборов и коммутирующих устройств представлены на рис. 1.3: амперметра (рис. 1.3 а), вольтметра (рис. 1.3 б), выключателя (рис. 1.3 в), предохранителя (рис. 1.3 г).

Чтобы облегчить изучение процессов в электрической цепи, ее заменяют расчетной схемой, в которой все элементы или некоторые из них

представлены так называемой схемой замещения. Схема замещения состоит из совокупности различных идеализированных элементов, выбранных так, чтобы можно было описать физические процессы в реальном устройстве. В схемах замещения источники электрической энергии, резисторы, индуктивные катушки и конденсаторы считаются элементами с сосредоточенными параметрами.

Схемы замещения различных электротехнических устройств будут подробно рассмотрены в следующих параграфах.

Электрические цепи бывают неразветвленные и разветвленные. Если во всех участках цепи ток один и тот же, она называется неразветвленной (рис. 1.4 а). В разветвленной цепи (рис. 1.4 б) в каждой ветви протекает свой ток.

Геометрическая конфигурация схемы характеризуется такими понятиями, как ветвь, узел, контур. Ветвь

– участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот же ток.
Узел
– место соединения ветвей электрической цепи (не менее трех).
Контур
– любой замкнутый путь, образованный ветвями и узлами. Цепь, представленная на рис. 1.4 б имеет три ветви и два узла.

1.2. Электрический ток. Плотность тока. Электрическое напряжение

Направленное движение свободных заряженных частиц в проводнике под действием электрического поля называется электрическим током. Электрический ток является скалярной величиной, которая равна пределу отношению заряда к промежутку времени, когда последний стремится к нулю:

Электрический ток, неизменный по направлению и величине, называется постоянным током.

В проводниках первого рода (металлы) ток образуется свободными электронами, поэтому электропроводность их называется электронной. В проводниках второго рода (расплавленные соли, растворы кислот, щелочей, солей) носителями тока, заряженными частицами, являются ионы.

Значение постоянного тока определяется количеством электричества или зарядом Q

, проходящим через поперечное сечение проводника в 1
с
:

Размерность тока – ампер (А

). 1
А
– неизменный ток, который, проходя по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого круглого сечения, расположенным на расстоянии 1
м
один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу, равную
Н
на каждый метр длины.

Расчет внутреннего сопротивления источника тока

Есть несколько вариантов замера внутреннего сопротивления.

Зная сопротивление нагрузки и просадку напряжения при ней.
Замерять ток и напряжение при двух разных сопротивлениях.

В двух примерах расчёта ниже внутреннее сопротивление будет определятся у двух последовательно соединённых батареек по 1.5 вольта

Первый вариант:

Измерьте сопротивление нагрузки и ЭДС.
Измерьте напряжение при подключенной нагрузке.
Рассчитаем падение напряжения на источнике тока. U2=E-U1 U2=3.145-3.015=0.13 Вольта проседает на внутреннем сопротивлении.
Теперь ЭДС разделим на падение напряжения. разница напряжений = E/U2 разница напряжений = 3.145/0.13 =24.19.
Зная что ЭДС распределяется по участкам цепи в зависимости от сопротивлений на них делаем вывод, что r в 24.19 раза меньше чем R нагрузки. r = R/разница напряжений r=24.3/24.19 ≈ 1 Om Внутреннее сопротивление.

Второй вариант:

Для расчета нам понадобится сделать два замера тока и напряжения при разных нагрузках.

И рассчитать внутреннее сопротивление по формуле:

r = U1-U2 / I1-I2

r — Внутреннее сопротивление
U — Напряжение
I — ток

Замеряем ток и напряжение при разном сопротивлении.

И теперь делаем расчет.

r = U1-U2 / I1-I2 r=3.075-3.015/0.104-0.054=0.06/0.05=1.2 Om

Так, что то тут не чисто скажете вы! В первом примере сопротивление получилось 1 Ом а во втором 1.2 Ом.

На самом деле внутреннее сопротивление не постоянная величина она зависит от нагрузки , уровня заряда если это химический источник тока и его исправности.

Зная внутреннее сопротивление можно рассчитать максимальный ток который может выдать источник тока.

I=E/r I= 3.145 / 1.2 =2,62 Ампера

В реальности ток будет меньшим так как при КЗ токоотдача у химических источников тока значительно проседает. Для определения точного сопротивления необходимо смотреть в паспорте источника тока как оно изменяется в зависимости от потребления тока.

Формула для определения просадки напряжения на внутреннем сопротивлении.

U просадки = I*r U просадки = 0.104*1.2 = 0,1248 Вольта просядет на внутреннем сопротивлении при токе в 104 mA.

Вывод: Внутреннее сопротивление забирает на себя часть ЭДС и ограничивает токоотдачу. Так как это сопротивление зависит еще от тока то лучше смотреть сопротивление в паспорте или делать замеры при токе котором планируется эксплуатация устройства.

Просадка напряжения

Итак, знакомьтесь, автомобильный аккумулятор!

Для дальнейшего его использования, припаяем к нему два провода: красный на плюс, черный на минус

Наш подопечный готов к бою.

Теперь берем автомобильную лампочку-галогенку и тоже припаяем к ней два проводка с крокодилами. Я припаялся к клеммам на “ближний” свет.

Первым делом давайте замеряем напряжение на клеммах аккумулятора

12,09 вольт. Вполне нормально, так как наш аккумулятор выдает именно 12 вольт. Забегу чуток вперед и скажу, что сейчас мы замерили именно ЭДС.

Подключаем галогенную лампу к аккумулятору и снова замеряем напряжение:

Видели да? Напряжение на клеммах аккумулятора просело до 11,79 Вольт!

А давайте замеряем, сколько потребляет тока наша лампа в Амперах. Для этого составляем вот такую схемку:

Желтый мультиметр у нас будет замерять напряжение, а красный мультиметр – силу тока. Как замерять с помощью мультиметра силу тока и напряжение, можно прочитать в этой статье.

источники:

http://otransformatore.ru/vopros-otvet/vneshnyaya-harakteristika-transformatora/

http://strop-snab.ru/teoriya/istochnik-eds-na-sheme.html