Elektrické obvody s jednosmerným prúdom
V jedinom obvode Elektrický obvod s jednosmerným prúdom EMF nasmerovaným do zdroja elektrickej energie zo záporného pólu na kladný vybudí prúd I v rovnakom smere, ktorý je určený Ohmov zákon pre celý reťazec:
I = E / (R + Rutorok),
kde R je odpor vonkajšieho obvodu pozostávajúceho z prijímača a spojovacích vodičov, RW je odpor vnútorného obvodu, ktorý zahŕňa zdroj elektrickej energie.
Ak odpory všetkých prvkov elektrického obvodu nezávisia od hodnoty a smeru prúdu a EMF, potom sa, ako aj samotný obvod, nazývajú lineárne.
V jednoslučkovom lineárnom elektrickom obvode jednosmerného prúdu s jediným zdrojom elektrickej energie je prúd priamo úmerný EMF a nepriamo úmerný celkovému odporu obvodu.
Ryža. 1. Schéma jednookruhového elektrického obvodu s jednosmerným prúdom
Z uvedeného vzorca vyplýva, že E — RwI = RI, kde I = (E — PvI) / R alebo I = U / R, kde U = E — RwI je napätie zdroja elektrickej energie, ktoré smeruje z kladný pól na záporný pól.
Výraz I = U/R je Ohmov zákon pre časť obvodu, na svorky, na ktoré je privedené napätie U, zhodné v smere s prúdom I na rovnakom mieste.
Napätie verzus prúd U(I) pri E = const a RW = const sa nazýva vonkajšia alebo voltampérová charakteristika lineárneho zdroja elektrickej energie (obr. 2), podľa ktorej je možné pre ľubovoľný prúd I určiť zodpovedajúce napätie U a podľa vzorcov uvedených nižšie — vypočítajte výkon prijímača elektrickej energie:
P2 = RI2 = E2R / (R + RTutorok)2,
zdroj elektrickej energie:
P1 = (R + RTutorok) Az2 = E2 / (R + RTutorok)
a účinnosť inštalácie v obvodoch jednosmerného prúdu:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Ryža. 2. Vonkajšia (voltampérová) charakteristika zdroja elektrickej energie
Bod X prúdovo-napäťovej charakteristiky zdroja elektrickej energie zodpovedá kľudovému režimu (x.x.) V otvorenom obvode, keď prúd Azx = 0 a napätie Ux = E.
Bod H určuje nominálny režim, ak napätie a prúd zodpovedajú ich nominálnym hodnotám Unom a Aznom, ktoré sú uvedené v pase zdroja elektrickej energie.
Bod K charakterizuje skratový režim (skrat), ku ktorému dochádza pri vzájomnom spojení svoriek zdroja elektrickej energie, pri ktorom je vonkajší odpor R =0. V tomto prípade vzniká skratový prúd Azk = E / Rwatt, ktorý je krát vyšší ako menovitý prúd Aznom, pretože vnútorný odpor zdroja elektrická energia Rw <R.V tomto režime je napätie na svorkách zdroja elektrickej energie Uk = 0.
Bod C zodpovedá prispôsobenému režimu, kde sa odpor vonkajšieho obvodu R rovná odporu vnútorného cieľového Rwatt zdroja elektrickej energie. V tomto režime je prúd Ic = E / 2R, výkon vonkajšieho obvodu zodpovedá najvyššiemu výkonu P2max = E2 / 4RW a účinnosť (účinnosť) inštalácie ηc = 0,5.
Zmluvný režim, kde:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 a Ic = E / 2R = I
Ryža. 3. Grafy závislostí relatívneho výkonu prijímača elektrickej energie a účinnosti inštalácie od relatívneho odporu prijímača
V elektrárňach sa režimy elektrických obvodov výrazne líšia od koordinovaného režimu a sú charakterizované prúdmi I << Ic v dôsledku odporov prijímačov R Rvat, v dôsledku čoho prevádzka takýchto systémov prebieha s vysokou účinnosťou.
Štúdium javov v elektrických obvodoch je zjednodušené ich nahradením ekvivalentnými obvodmi — matematickými modelmi s ideálnymi prvkami, z ktorých každý je charakterizovaný jedným a parametrami prevzatými z parametrov zametaných prvkov. Tieto diagramy plne odrážajú vlastnosti elektrických obvodov a ak sú splnené určité podmienky, uľahčujú analýzu elektrického stavu elektrických obvodov.
V ekvivalentných obvodoch s aktívnymi prvkami sa používa ideálny zdroj EMF a ideálny zdroj prúdu.
Ideálny zdroj EMF charakterizovaný konštantným EMF, E a vnútorným odporom rovným nule, v dôsledku čoho je prúd takéhoto zdroja určený odporom pripojených prijímačov a skrat teoreticky spôsobuje prúd a výkon smerujúce k nekonečne veľkej hodnote.
Ideálnemu zdroju energie je priradený vnútorný odpor smerujúci k nekonečne veľkej hodnote a konštantný prúd Azdo bez ohľadu na napätie na jeho svorkách, ktorý sa rovná skratovému prúdu, v dôsledku čoho sa neobmedzene zvyšuje záťaž pripojená na zdroj je sprevádzaný teoreticky neobmedzeným nárastom napätia a výkonu.
Ryža. 4. Záložné obvody pre elektrický obvod s reálnym zdrojom elektrickej energie a rezistorom, a - s ideálnym zdrojom EMF, b - s ideálnym zdrojom prúdu.
Reálne zdroje elektrickej energie s EMF E, vnútorným odporom Rvn a skratovým prúdom Ic môžu byť reprezentované ekvivalentnými obvodmi, ktoré zahŕňajú ideálny zdroj emf alebo ideálny zdroj prúdu, s odporovými prvkami zapojenými do série a paralelne, ktoré charakterizujú vnútorné parametre reálneho zdroja a obmedzenie výkonu pripojených prijímačov (obr. 4, a, b).
Reálne zdroje elektrickej energie pracujú v režimoch blízkych režimu ideálnych zdrojov EMF, ak je odpor prijímačov veľký v porovnaní s vnútorným odporom reálnych zdrojov, t.j. keď sú v režimoch blízkych kľudovému režimu.
V prípadoch, keď sú prevádzkové režimy blízke režimu skrat, reálne zdroje sa približujú ideálnym zdrojom prúdu, pretože odpor prijímačov je malý v porovnaní s vnútorným odporom skutočných zdrojov.
