Ηλεκτρικά κυκλώματα με συνεχές ρεύμα
Σε ένα μόνο κύκλωμα Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα με συνεχές ρεύμα EMF που κατευθύνεται μέσα στην πηγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον αρνητικό πόλο στον θετικό διεγείρει ένα ρεύμα Ι ίδιας κατεύθυνσης, το οποίο καθορίζεται από Νόμος του Ohm για όλη την αλυσίδα:
I = E / (R + RT Τρίτη),
όπου R είναι η αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος που αποτελείται από τον δέκτη και τα καλώδια σύνδεσης, RW είναι η αντίσταση του εσωτερικού κυκλώματος που περιλαμβάνει την πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Εάν οι αντιστάσεις όλων των στοιχείων του ηλεκτρικού κυκλώματος δεν εξαρτώνται από την τιμή και την κατεύθυνση του ρεύματος και του EMF, τότε αυτές, όπως και το ίδιο το κύκλωμα, ονομάζονται γραμμικές.
Σε ένα γραμμικό ηλεκτρικό κύκλωμα συνεχούς ρεύματος μονού βρόχου με μία μόνο πηγή ηλεκτρικής ενέργειας, το ρεύμα είναι ευθέως ανάλογο με το EMF και αντιστρόφως ανάλογο με τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος.
Ρύζι. 1. Διάγραμμα ηλεκτρικού κυκλώματος μονού κυκλώματος με συνεχές ρεύμα
Από τον παραπάνω τύπο προκύπτει ότι E — RwI = RI, όπου I = (E — PvI) / R ή I = U / R, όπου U = E — RwI είναι η τάση της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας, η οποία κατευθύνεται από τον θετικό πόλο στον αρνητικό πόλο.
Η έκφραση I = U / R είναι Ο νόμος του Ohm για ένα τμήμα ενός κυκλώματος, στους ακροδέκτες στους οποίους εφαρμόζεται τάση U, που συμπίπτει κατά κατεύθυνση με το ρεύμα I στην ίδια θέση.
Τάση έναντι ρεύματος U(I) στο E = const και RW = const ονομάζεται το εξωτερικό ή το χαρακτηριστικό volt-ampere μιας γραμμικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας (Εικ. 2), σύμφωνα με το οποίο είναι δυνατό για οποιοδήποτε ρεύμα I να προσδιορίσει το αντίστοιχη τάση U και σύμφωνα με τους τύπους , που δίνονται παρακάτω — υπολογίστε την ισχύ του δέκτη ηλεκτρικής ενέργειας:
P2 = RI2 = E2R / (R + Τρίτη)2,
πηγή ηλεκτρικής ενέργειας:
P1 = (R + RT Τρίτη) Az2 = E2 / (R + RT Τρίτη)
και την αποτελεσματικότητα της εγκατάστασης σε κυκλώματα συνεχούς ρεύματος:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Ρύζι. 2. Εξωτερικό (βολτ-αμπέρ) χαρακτηριστικό της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας
Το σημείο X του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας αντιστοιχεί στη λειτουργία ρελαντί (x.x.) Σε ανοιχτό κύκλωμα, όταν το ρεύμα Azx = 0 και η τάση Ux = E.
Το σημείο H καθορίζει την ονομαστική λειτουργία εάν η τάση και το ρεύμα αντιστοιχούν στις ονομαστικές τους τιμές Unom και Aznom, που δίνονται στο διαβατήριο της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας.
Το σημείο Κ χαρακτηρίζει τον τρόπο βραχυκυκλώματος (βραχυκύκλωμα), που συμβαίνει όταν οι ακροδέκτες της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδέονται μεταξύ τους, στον οποίο η εξωτερική αντίσταση R =0. Σε αυτήν την περίπτωση, εμφανίζεται ένα ρεύμα βραχυκυκλώματος Azk = E / Rwatt, το οποίο είναι φορές υψηλότερο από το ονομαστικό ρεύμα Aznom λόγω του γεγονότος ότι εσωτερική αντίσταση της πηγής ηλεκτρική ενέργεια Rw <R.Σε αυτή τη λειτουργία, η τάση στους ακροδέκτες της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας Uk = 0.
Το σημείο C αντιστοιχεί στον αντιστοιχισμένο τρόπο λειτουργίας όπου η αντίσταση του εξωτερικού κυκλώματος R είναι ίση με την αντίσταση της εσωτερικής πηγής ηλεκτρικής ενέργειας Rwatt στόχου. Σε αυτή τη λειτουργία, υπάρχει ρεύμα Ic = E / 2R, η ισχύς του εξωτερικού κυκλώματος αντιστοιχεί στην υψηλότερη ισχύ P2max = E2 / 4RW και η απόδοση (απόδοση) της εγκατάστασης ηc = 0,5.
Συμβατικό καθεστώς όπου:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 και Ic = E / 2R = I
Ρύζι. 3. Γραφήματα των εξαρτήσεων της σχετικής ισχύος του δέκτη ηλεκτρικής ενέργειας και της απόδοσης της εγκατάστασης από τη σχετική αντίσταση του δέκτη
Στα εργοστάσια παραγωγής ενέργειας, οι τρόποι λειτουργίας των ηλεκτρικών κυκλωμάτων διαφέρουν σημαντικά από τον συντονισμένο τρόπο λειτουργίας και χαρακτηρίζονται από ρεύματα I << Ic λόγω των αντιστάσεων των δεκτών R Rvat, με αποτέλεσμα η λειτουργία τέτοιων συστημάτων να προχωρά με υψηλή απόδοση.
Η μελέτη των φαινομένων στα ηλεκτρικά κυκλώματα απλοποιείται με την αντικατάστασή τους με ισοδύναμα κυκλώματα — μαθηματικά μοντέλα με ιδανικά στοιχεία, καθένα από τα οποία χαρακτηρίζεται από ένα και οι παραμέτρους λαμβάνονται από τις παραμέτρους των στοιχείων σάρωσης. Αυτά τα διαγράμματα αντικατοπτρίζουν πλήρως τις ιδιότητες των ηλεκτρικών κυκλωμάτων και, εάν πληρούνται ορισμένες προϋποθέσεις, διευκολύνουν την ανάλυση της ηλεκτρικής κατάστασης των ηλεκτρικών κυκλωμάτων.
Σε ισοδύναμα κυκλώματα με ενεργά στοιχεία χρησιμοποιούνται μια ιδανική πηγή EMF και μια ιδανική πηγή ρεύματος.
Μια ιδανική πηγή EMF που χαρακτηρίζεται από σταθερό EMF, E και εσωτερική αντίσταση ίση με μηδέν, ως αποτέλεσμα της οποίας το ρεύμα μιας τέτοιας πηγής καθορίζεται από την αντίσταση των συνδεδεμένων δεκτών και ένα βραχυκύκλωμα προκαλεί ρεύμα και ισχύ θεωρητικά τείνει σε μια απείρως μεγάλη αξία.
Σε μια ιδανική πηγή ισχύος εκχωρείται μια εσωτερική αντίσταση που τείνει σε μια απείρως μεγάλη τιμή και ένα σταθερό ρεύμα Azdo ανεξάρτητα από την τάση στους ακροδέκτες του, ίσο με το ρεύμα βραχυκυκλώματος, με αποτέλεσμα μια απεριόριστη αύξηση του φορτίου που συνδέεται με το πηγή συνοδεύεται από θεωρητικά απεριόριστη αύξηση της τάσης και της ισχύος.
Ρύζι. 4. Εφεδρικά κυκλώματα για ηλεκτρικό κύκλωμα με πραγματική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας και αντίσταση, α - με ιδανική πηγή EMF, β - με ιδανική πηγή ρεύματος.
Οι πραγματικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας με EMF E, εσωτερική αντίσταση Rvn και ρεύμα βραχυκυκλώματος Ic μπορούν να αναπαρασταθούν από ισοδύναμα κυκλώματα που περιλαμβάνουν μια ιδανική πηγή emf ή μια ιδανική πηγή ρεύματος, αντίστοιχα, με ωμικά στοιχεία συνδεδεμένα σε σειρά και παράλληλα, τα οποία χαρακτηρίζουν τις εσωτερικές παραμέτρους μιας πραγματικής πηγής και τον περιορισμό της ισχύος των συνδεδεμένων δεκτών (Εικ. 4, α, β).
Οι πραγματικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας λειτουργούν σε καταστάσεις κοντά στο καθεστώς των ιδανικών πηγών EMF, εάν η αντίσταση των δεκτών είναι μεγάλη σε σύγκριση με την εσωτερική αντίσταση πραγματικών πηγών, δηλαδή όταν βρίσκονται σε καταστάσεις κοντά στην κατάσταση αδράνειας.
Σε περιπτώσεις που οι τρόποι λειτουργίας είναι κοντά στον τρόπο λειτουργίας βραχυκύκλωμα, οι πραγματικές πηγές προσεγγίζουν τις ιδανικές πηγές ρεύματος επειδή η αντίσταση των δεκτών είναι μικρή σε σύγκριση με την εσωτερική αντίσταση των πραγματικών πηγών.
