Elektrische circuits met gelijkstroom
In een enkel circuit Een elektrisch circuit met een gelijkstroom EMF gericht in de bron van elektrische energie van de negatieve pool naar de positieve wekt een stroom I op in dezelfde richting, die wordt bepaald door De wet van Ohm voor de hele keten:
ik = E / (R + Rdinsdag),
waar R de weerstand is van het externe circuit bestaande uit de ontvanger en verbindingsdraden, RW is de weerstand van het interne circuit dat de bron van elektrische energie bevat.
Als de weerstanden van alle elementen van het elektrische circuit niet afhangen van de waarde en richting van de stroom en EMF, dan worden ze, evenals het circuit zelf, lineair genoemd.
In een lineair elektrisch gelijkstroomcircuit met één lus en een enkele elektrische energiebron is de stroom recht evenredig met de EMF en omgekeerd evenredig met de totale weerstand van het circuit.
Rijst. 1. Schema van een elektrisch circuit met één circuit met gelijkstroom
Uit de bovenstaande formule volgt dat E — RwI = RI, waarbij I = (E — PvI) / R of I = U / R, waarbij U = E — RwI de spanning is van de bron van elektrische energie, die wordt gestuurd vanuit de positieve pool naar de negatieve pool.
Uitdrukking I = U / R is De wet van Ohm voor een deel van een circuit, naar de klemmen waarop een spanning U wordt toegepast, die samenvalt met de stroom I op dezelfde plaats.
Spanning versus stroom U(I) bij E = const en RW = const wordt de externe of voltampère-karakteristiek van een lineaire bron van elektrische energie genoemd (Fig. 2), volgens welke het voor elke stroom I mogelijk is om de overeenkomstige spanning U en volgens de onderstaande formules - bereken het vermogen van de ontvanger van elektrische energie:
P2 = RI2 = E2R / (R + Rdinsdag)2,
bron van elektrische energie:
P1 = (R + Rdinsdag) Az2 = E2 / (R + Rdinsdag)
en de efficiëntie van de installatie in DC-circuits:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Rijst. 2. Externe (volt-ampère) karakteristiek van de bron van elektrische energie
Punt X van de stroom-spanningskarakteristiek van de bron van elektrische energie komt overeen met de inactieve modus (x.x.) In een open circuit, wanneer de stroom Azx = 0 en de spanning Ux = E.
Punt H bepaalt de nominale modus als de spanning en stroom overeenkomen met hun nominale waarden Unom en Aznom, vermeld in het paspoort van de bron van elektrische energie.
Punt K kenmerkt de kortsluitmodus (kortsluiting), die optreedt wanneer de klemmen van de elektrische energiebron met elkaar zijn verbonden, waarbij de externe weerstand R =0. In dit geval treedt een kortsluitstroom Azk = E / Rwatt op, die maal hoger is dan de nominale stroom Aznom doordat interne weerstand van de bron elektrische energie Rw <R.In deze modus is de spanning aan de klemmen van de elektrische energiebron Uk = 0.
Punt C komt overeen met de aangepaste modus waarbij de weerstand van het externe circuit R gelijk is aan de weerstand van de interne doelbron Rwatt van elektrische energie. In deze modus is er een stroom Ic = E / 2R, het vermogen van het externe circuit komt overeen met het hoogste vermogen P2max = E2 / 4RW en de efficiëntie (efficiëntie) van de installatie ηc = 0,5.
Contractregime waarbij:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 en Ic = E / 2R = I
Rijst. 3. Grafieken van de afhankelijkheid van het relatieve vermogen van de ontvanger van elektrische energie en het rendement van de installatie op de relatieve weerstand van de ontvanger
In energiecentrales verschillen de modi van elektrische circuits aanzienlijk van de gecoördineerde modus en worden ze gekenmerkt door stromen I << Ic vanwege de weerstanden van de ontvangers R Rvat, waardoor de werking van dergelijke systemen met een hoog rendement verloopt.
De studie van fenomenen in elektrische circuits wordt vereenvoudigd door ze te vervangen door equivalente circuits - wiskundige modellen met ideale elementen, die elk worden gekenmerkt door één en de parameters zijn ontleend aan de parameters van de geveegde elementen. Deze diagrammen geven de eigenschappen van elektrische circuits volledig weer en vergemakkelijken, als aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, een analyse van de elektrische toestand van elektrische circuits.
In equivalente circuits met actieve elementen wordt een ideale EMF-bron en een ideale stroombron gebruikt.
Een ideale EMF-bron gekenmerkt door een constante EMF, E, en een interne weerstand gelijk aan nul, waardoor de stroom van zo'n bron bepaald wordt door de weerstand van de aangesloten ontvangers, en een kortsluiting theoretisch stroom en vermogen veroorzaakt neigt naar een oneindig grote waarde.
Aan een ideale stroombron wordt een interne weerstand toegewezen die neigt naar een oneindig grote waarde en een constante stroom Azdo ongeacht de spanning op zijn klemmen, gelijk aan de kortsluitstroom, waardoor een onbeperkte toename van de belasting die is aangesloten op de bron gaat gepaard met theoretisch onbeperkte toename van spanning en vermogen.
Rijst. 4. Back-upcircuits voor een elektrisch circuit met een echte bron van elektrische energie en een weerstand, a - met een ideale bron van EMF, b - met een ideale stroombron.
Echte bronnen van elektrische energie met EMF E, interne weerstand Rvn en kortsluitstroom Ic kunnen worden weergegeven door equivalente circuits die respectievelijk een ideale emf-bron of een ideale stroombron bevatten, met weerstandselementen die in serie en parallel zijn geschakeld, die karakteriseren de interne parameters van een echte bron en het beperken van het vermogen van de aangesloten ontvangers (Fig. 4, a, b).
Echte bronnen van elektrische energie werken in regimes die dicht bij het regime van ideale EMF-bronnen liggen, als de weerstand van de ontvangers groot is in vergelijking met de interne weerstand van echte bronnen, d.w.z. wanneer ze zich in regimes bevinden die dicht bij de inactieve modus staan.
In gevallen waarin de bedrijfsmodi dicht bij de modus liggen kortsluiting, echte bronnen benaderen ideale stroombronnen omdat de weerstand van de ontvangers klein is in vergelijking met de interne weerstand van echte bronnen.
