|
При расчете и анализе электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечным значением величины внутреннего сопротивления r0 заменяют расчетным эквивалентным источником ЭДС или источником тока.
Источник ЭДС (рис. 24) имеет внутреннее сопротивление r0, равное внутреннему сопротивлению реального источника. Стрелка в кружке указывает направление возрастания потенциала внутри источника ЭДС.
Рис. 24
Для данной цепи запишем соотношение по второму закону Кирхгофа
E = U + Ir0 или E = U - Ir0 |
Зависимость напряжения U на зажимах реального источника от тока I определяется его вольт-амперной или внешней характеристикой (рис. 25). Уменьшение напряжения источника U при увеличении тока нагрузки I объясняется падением напряжения на его внутреннем сопротивлении r0.
рис. 25 |
Источник тока, заменяющий реальный источник электрической энергии, характеризуется неизменным по величине током Iк, равным току короткого замыкания Ik=E/r0 источника ЭДС и внутренним сопротивление r0, включенным параллельно (рис. 26).
Рис. 26
Стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника. Для данной цепи запишем соотношение по первому закону Кирхгофа
Ik = I0 + I; I0 = U/r0 |
В этом случае вольтамперная (внешняя) характеристика I(U) источника тока определится соотношением I = Ik - I0 = Ik - U/r0 и представлена на рис. 27.
Рис. 27
Уменьшение тока нагрузки I при увеличении напряжения U на зажимах ab источника тока, объясняется увеличением тока Iо, замыкающегося в цепи источника тока. |
При сравнении внешних характеристик источника ЭДС (рис. 25) и источника тока (рис. 27) следует, что они одинаково реагируют на изменение величины сопротивления нагрузки. Покажем, что в обоих случаях ток I в нагрузке определяется одинаковым соотношением.
Ток в нагрузке Rн для схем источника ЭДС (рис. 24) и источника тока (рис. 26) одинаков и равен
Для схемы (рис. 24) это следует из закона Ома, т.к. при последовательном соединении сопротивления r0 и Rн складываются. В схеме (рис. 26) ток
Pаспределяется обратно пропорционально сопротивлениям r0 и Rн двух параллельных ветвей. Ток в нагрузке Rн
 |
Следовательно, схема источника тока (рис. 20) эквивалентна схеме источника ЭДС (рис. 24) (1) в отношении энергии, выделяющейся в сопротивлении нагрузки Rн, но не эквивалентна ей в отношении энергии, выделяющейся во внутреннем сопротивлении источника питания.
В тех случаях, когда номинальное напряжение или номинальный ток и мощность источника электрической энергии оказываются недостаточными для питания потребителей, вместо одного используют несколько источников.
Существуют два основных способа соединения источников питания: последовательное и параллельное.
Последовательное включение источников питания (источников ЭДС) применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС (рис. 28).
Рис. 28
Для этой цепи на основании второго закона Кирхгофа можно записать
E1 + E2 + E3 = I(r01 + r02 + r03 + Rн) откуда  |
Таким образом, электрическая цепь на рис. 28 может быть заменена цепью с эквивалентным источником питания (рис. 29), имеющим ЭДС Eэ и внутреннее сопротивление rэ.
Рис. 29 |
При параллельном соединении источников (рис. 30) соединяются между собой положительные выводы всех источников, а также их отрицательные выводы. Характерным для параллельного соединения является одно и то же напряжение U на выводах всех источников. Для электрической цепи на рис. 30 можно записать следующие уравнения:
I = I1 + I2 + I3; P = P1 + P2 + P3 = UI1 + UI2 + UI3 = UI.
Рис. 30 |
Как видно, при параллельном соединении источников ток и мощность внешней цепи равны соответственно сумме токов и мощностей источников. (2)
(1): Каким из двух эквивалентных источников питания пользоваться, не играет существенной роли. Однако на практике, особенно при расчете электротехнических устройств, чаще используется в качестве источника питания источник ЭДС с внутренним сопротивлением r0 и величиной электродвижущей силы Е. Вверх
(2): Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями. Вверх
|