Електрически вериги с постоянен ток

В единична верига Електрическа верига с постоянен ток ЕМП Е, насочен вътре в източника на електрическа енергия от отрицателния полюс към положителния, възбужда ток Аз същата посока, която се определя от Законът на Ом за цялата верига:

I = E / (R + Rвторник),

където R е съпротивлението на външна верига, състояща се от приемник и свързващи проводници, RW е съпротивлението на вътрешната верига, което включва източника на електрическа енергия.

Ако съпротивленията на всички елементи на електрическата верига не зависят от стойността и посоката на тока и ЕМП, тогава те, както и самата верига, се извикват линейна.

В едноконтурна линейна DC електрическа верига с един източник на електрическа енергия, токът е правопропорционален ЕМП и е обратно пропорционална на общото съпротивление на веригата.

Ориз. 1. Схема на едноконтурна електрическа верига с постоянен ток

От горната формула следва, че E — RwАз = RАз, където I = (E — PвтI) / R или I = U / R, където U = E — RwАз е напрежението на източника на електрическа енергия, което е насочено от положителния полюс към отрицателния полюс.

С непроменено ЕМП напрежението зависи само от тока, който определя спада на напрежението RwАз вътре в източника на електрическа енергия, ако съпротивлението на вътрешната верига Rw = const.

Израз Аз = U / R е Законът на Ом за участък от верига, към клемите, към които се прилага напрежение U, съвпадащо по посока с тока Аз същия сайт.

Напрежение спрямо ток U(Аз) при E = const и RW = const се нарича външна или волт-амперна характеристика на линеен източник на електрическа енергия (фиг. 2), според която е възможно за всеки ток Аз определете съответното напрежение U и съгласно формулите, дадени по -долу — изчислете мощността на приемника на електрическа енергия:

P2 = RI2 = E2R / (R + Rвторник)2,

източник на електрическа енергия:

P1 = (R + Rвторник) Аз2 = Е2 / (R + Rвторник)

и ефективността на инсталацията в DC вериги:

η = P2 / P1 = R / (R + Rвт) = 1 / (1 + RВт / R)

Ориз. 2. Външна (волт-ампер) характеристика на източника на електрическа енергия

Точка X на характеристиката токово напрежение на източника на електрическа енергия съответства на режима на празен ход (x.x.) При отворена верига, когато токът Азx = 0 и напрежението Ux = Е.

Точка Н определя номиналния режим, ако напрежението и токът съответстват на номиналните им стойности Unom и Азном, даден в паспорта на източника на електрическа енергия.

Точка К характеризира режима на късо съединение (късо съединение), който възниква, когато клемите на източника на електрическа енергия са свързани помежду си, при което външното съпротивление R =0. В този случай възниква ток на късо съединение Азk = E / Rват, което е в пъти по -високо от номиналния ток Азном поради факта, че вътрешно съпротивление на източника електрическа енергия Rw <R. В този режим напрежението на клемите на източника на електрическа енергия Uk = 0.

Точка C съответства на съгласувания режим, при който съпротивлението на външната верига R е равно на съпротивлението на вътрешната цел Rватов източник на електрическа енергия. В този режим има ток Ic = E / 2Rвата на външната верига отговаря на най -високата мощност P2max = E2 / 4RW и ефективността (ефективността) на инсталацията ηс = 0,5.

Договорен режим, при който:

P2 / P2max = 4R2 / (R + Rвторник)2 = 1 и Ic = E / 2R = I

Ориз. 3. Графики на зависимостите на относителната мощност на приемника на електрическа енергия и ефективността на инсталацията от относителното съпротивление на приемника

В електрическите централи режимите на електрическите вериги се различават значително от координирания режим и се характеризират с токове I << Ic поради съпротивленията на приемниците R Rват, в резултат на което работата на такива системи протича с висока ефективност.

Изучаването на явления в електрическите вериги се опростява, като ги замества еквивалентни схеми — математически модели с идеални елементи, всеки от които се характеризира с един и параметрите, взети от параметрите на изметените елементи. Тези диаграми отразяват напълно свойствата на електрическите вериги и, ако са изпълнени определени условия, улесняват анализ на електрическото състояние на електрическите вериги.

В еквивалентни схеми с активни елементи се използват идеален източник на ЕМП и идеален източник на ток.

Идеален източник на ЕМП характеризиращ се с постоянна ЕМП, Е и вътрешно съпротивление, равно на нула, в резултат на което токът на такъв източник се определя от съпротивлението на свързаните приемници, а късо съединение причинява ток и мощност, теоретично клонящи към безкрайно голяма стойност.

Идеален източник на захранване се приписват вътрешно съпротивление, стремящо се към безкрайно голяма стойност, и постоянен ток Аздо независимо от напрежението на неговите клеми, равно на тока на късо съединение, в резултат на което неограничено увеличение на товара, свързано към източника, е придружено от теоретично неограничено увеличение на напрежението и мощността.

Ориз. 4. Резервни вериги за електрическа верига с реален източник на електрическа енергия и резистор, а — с идеален източник ЕМП,б- с идеален източник на ток.

Реални източници на електрическа енергия с EMF E, вътрешно съпротивление Rvn и ток на късо съединение Ic могат да бъдат представени от еквивалентни вериги, които включват съответно идеален източник на ЕРС или идеален източник на ток, с резистивни елементи, свързани последователно и паралелно, които характеризират вътрешните параметри на a реален източник и ограничаване на мощността на свързаните приемници (фиг. 4, а, б).

Реалните източници на електрическа енергия работят в режими, близки до режима на идеални източници ЕМПако съпротивлението на приемниците е голямо в сравнение с вътрешното съпротивление на реални източници, т.е.когато те са в режими, близки до режим на празен ход.

В случаите, когато режимите на работа са близки до режима късо съединение, реалните източници се доближават до идеалните източници на ток, тъй като съпротивлението на приемниците е малко в сравнение с вътрешното съпротивление на реалните източници.