Что называется внешней характеристикой источника эдс
Внешняя характеристика источника ЭДС
Этому уравнению соответствует внешняя характеристика источника ЭДС (рис. 1). построенная по двум точкам:
Очевидно, что напряжение на зажимах источника ЭДС тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление.
В идеальном источнике ЭДС R0=0, U=E (напряжение не зависит от величины нагрузки). Однако не всегда при анализе и расчете цепи источник электрической энергии удобно представлять в качестве источника ЭДС. Если внутреннее сопротивление источника значительно превышает внешнее сопротивление цепи, что, например, имеет место в электронике, то получим, что ток в цепи I=U/(R+R0) и при R0>>R практически не зависит от сопротивления нагрузки. В этом случае источник энергии представляют в качестве источника тока.
Разделим уравнение (1) на R0 (2):
Для идеального источника тока Rс = ∞. Вольтамперные характеристики реального и идеального источников тока показаны на рис. 3.
Режимы работы источника
Источник может работать в следующих режимах:
3. Режим короткого замыкания. Сопротивление внешней по отношению к источнику цепи равно нулю. Ток источника ограничивается только его внутренним сопротивлением. Из уравнения (1) при U=0 получаем I = Iкз = U / R0. Для уменьшения потерь энергии в источнике ЭДС R0 должно быть возможно меньшим, а в идеальном источнике R0 = 0. С учетом этого Iкз >> Iном и является недопустимым для источника.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Этому уравнению соответствует внешняя характеристика источника ЭДС (рис. 1). построенная по двум точкам:
Очевидно, что напряжение на зажимах источника ЭДС тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление.
В идеальном источнике ЭДС R0=0, U=E (напряжение не зависит от величины нагрузки). Однако не всегда при анализе и расчете цепи источник электрической энергии удобно представлять в качестве источника ЭДС. Если внутреннее сопротивление источника значительно превышает внешнее сопротивление цепи, что, например, имеет место в электронике, то получим, что ток в цепи I=U/(R+R0) и при R0>>R практически не зависит от сопротивления нагрузки. В этом случае источник энергии представляют в качестве источника тока.
Разделим уравнение (1) на R0 (2):
Для идеального источника тока Rс = ∞. Вольтамперные характеристики реального и идеального источников тока показаны на рис. 3.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источники ЭДС и тока: основные характеристики и отличия
Электротехника связывает природу электричества со строением вещества и объясняет его движением свободных заряженных частиц под воздействием энергетического поля.
Для того чтобы электрический ток протекал по цепи и совершал работу, необходимо иметь источник энергии, совершающий преобразование в электричество:
механической энергии вращения роторов генераторов;
протекания химических процессов или реакций внутри гальванических приборов и аккумуляторов;
теплоты в терморегуляторах;
магнитных полей в магнитогидродинамических генераторах;
световой энергии в фотоэлементах.
Все они обладают различными характеристиками. Чтобы классифицировать и описать их параметры принято условное теоретическое разделение на источники:
Электрический ток в металлическом проводнике
Определение силы тока и электродвижущей силы в 18-м веке дали известные физики того времени.
Им считается идеальный источник, представляющий собой двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением. На него не влияет нагрузка сети, а внутреннее сопротивление у источника равно нулю.
На схемах он обычно обозначается кругом с буквой «Е» и стрелкой внутри, показывающей положительное направление ЭДС (в сторону увеличения внутреннего потенциала источника).
Схемы обозначения и вольт-амперные характеристики источников ЭДС
Теоретически на выводах у идеального источника напряжение не зависит от величины тока нагрузки и является постоянной величиной. Однако, это условная абстракция, которая не может быть осуществлена на практике. У реального источника при увеличении тока нагрузки значение напряжения на зажимах всегда уменьшается.
На графике видно, что ЭДС Е состоит из суммы падений напряжения на внутреннем сопротивлении источника и нагрузке.
В действительности источниками напряжения работают различные химические и гальванические элементы, аккумуляторные батареи, электрические сети. Их разделяют на источники:
постоянного и переменного напряжения;
управляемые напряжением или током.
Ими называют двухполюсники, создающий ток, который является строго постоянной величиной и никак не зависит от значения сопротивления на подключенной нагрузке, а внутреннее сопротивление его приближается к бесконечности. Это тоже теоретическое допущение, которое на практике не может быть достигнуто.
Схемы обозначения и вольт-амперная характеристика источника тока
Для идеального источника тока напряжение на его клеммах и мощность зависят только от сопротивления подключенной внешней схемы. При этом с увеличением сопротивления они возрастают.
Реальный источник тока отличается от идеального значением внутреннего сопротивления.
Примерами источника тока могут служить:
Вторичные обмотки трансформаторов тока, подключенных в первичную схему нагрузки своей силовой обмоткой. Все вторичные цепи работают в режиме надежного шунтирования. Размыкать их нельзя — иначе возникнут перенапряжения в схеме.
Катушки индуктивности, по которым проходил ток в течение некоторого времени после снятия питания со схемы. Быстрое отключение индуктивной нагрузки (резкое возрастание сопротивления) может привести к пробою зазора.
Генератор тока, собранный на биполярных транзисторах, управляемый напряжением или током.
В различной литературе источники тока и напряжения могут обозначаться неодинаково.
Виды обозначений источников тока и напряжения на схемах
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
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 
.
Источник эдс и источник тока
Источник электродвижущей силы – источник электромагнитной энергии, характеризующихся электродвижущей силой и внутренним электрическим сопротивлением.
Часть схемы, обведенная на рис. 12 пунктиром, является источником ЭДС.
Направление действия ЭДС указывается от отрицательного зажима к положительному. Если к зажимам источника ЭДС присоединить приемник (нагрузить источник), то в цепи возникает ток. При этом напряжение (разность потенциалов) на зажимах 1 и 2 уже не будет равно ЭДС вследствие падения напряжения Uвн внутри источника энергии, т.е. на его внутреннем сопротивлении rвн:
т.е.
. (1.5)
 |
Рис. 12 Источник ЭДС и его ВАХ
Зависимость напряжения источника от отдаваемого им тока называется внешней характеристикой источника или вольтамперной характеристикой элемента (рис.12).
Если 
и 
напряжение на зажимах источника, ЭДС убывает по линейному закону.
Кстати, направление действия напряжения принято обозначать от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом.
Источник ЭДС, внутреннее сопротивление которого равно нулю называют идеальным источником ЭДС. Вольтамперная характеристика идеального источника ЭДС проходит параллельно оси абсцисс.
Представленная на рис. 12 схема называется схемой замещения источника ЭДС.
Источник тока.
Источник тока – источник электромагнитной энергии, характеризующийся током в нем и внутренней проводимостью. На рис. 13 показана схема замещения источника тока.
 |
Рис 13 Источник тока и его ВАХ
Напряжение на зажимах источника тока 
с учетом того, что 
, а 
, равно:
(1.2)
При неизменных параметрах источника тока ( 
, 
) его ВАХ выражается прямой линией (рис. 13).
В режиме короткого замыкания (R=0) весь генерируемый ток проходит через цепь нагрузки, т.е. 
В режиме холостого хода (R=¥) ток источника 
проходит через 
. При этом напряжение холостого хода равно:
.
Так как 
— мала, то 
, что является опасным, аварийным.
Чем меньше , тем больше 
, тем больше угол наклона ВАХ. Когда =0, ВАХ – вертикальная прямая. Такой источник тока, внутренняя проводимость которого равна нулю, называется идеальным источником тока.
Для идеального источника тока ток нагрузки постоянен, а напряжение на нагрузке равно 
и может быть сколь угодно большим. В связи с этим, идеальный источник тока является источником бесконечно большой мощности.
Источник ЭДС целесообразно заменять эквивалентным источником тока в том случае, если сопротивление нагрузки в цепи 
(усилитель электронный).
1.6. Основные режимы работы электрической цепи
При рассмотрении основных режимов работыэлектрической цепи используем её ВАХ.
Источники электрической энергии постоянного тока характеризуются э.д.с. Е и внутренним сопротивлением rвн, а приемники – величиной их сопротивления. Для получения ВАХ электрической цепи воспользуемся законом Ома для полной цепи, изображенной на рис. 14
, откуда 
.
Данное выражение определяет зависимость напряжением на зажимах источника э.д.с. и током нагрузки. При постоянных параметрах Е и rвн вольтамперная характеристика представляет собой прямую линию проходящую через точки Е и Iкз (рис. 14.). Такой источник э.д.с. называется линейным.
 |
Рис.14 Источник ЭДС и его ВАХ
Рассмотрим различные режимы работы источника электрической энергии.
Режим холостого хода (х.х.) – такой режим, при котором потребитель отключен от источника. Поэтому внешнее сопротивление цепи бесконечно велико ( 
), а величина тока в цепи равна нулю (I=0), падение напряжения внутри источника так же будет равно нулю ( 
). Напряжение на зажимах источника U будет равно э.д.с. Е.
Вывод: чтобы измерить э.д.с. источника, необходимо провести режим холостого хода (оборвать внешнюю цепь), тогда вольтметр, подключенный к зажимам источника покажет э.д.с. источника.
Режим короткого замыкания (к.з.) – такой режим, при котором зажимы источника соединены проводником с весьма малым сопротивлением, величиной которого можно пренебречь. При этом сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, а ток в цепи будет наибольшим 
.
Напряжение на зажимах источника при коротком замыкании
.
Вывод: в режиме короткого замыкания ток в цепи наибольший, а напряжение на зажимах равно нулю.
Режим короткого замыкания опасен для большинства источников, так как при этом происходит перегрев источника, что может вывести его из строя.
Нагрузочный режим
Зависимость напряжения на зажимах источника от тока нагрузки выражается формулой 
, где Е и rвн – величины постоянные.
Графически (рис. 12) эта зависимость представляет собой наклонную прямую линию. Отрезок ОЕ, который отсекает данная прямая на вертикальной оси, соответствует точке I=0 (х.х.). При этом, как было показано выше Uхх=Е.
По мере увеличения тока падение напряжения внутри источника (Irвн) увеличивается, а напряжение на зажимах уменьшается. В точке Iкз напряжение на зажимах источника равно нулю (U=0). Эта точка соответствует режиму короткого замыкания.
Пользуясь данным графиком, можно для любого значения тока нагрузки определить соответствующее значение напряжения на зажимах источника.