Головна |
Властивості джерела електричної енергії описуються ВАХ , званої зовнішньою характеристикою джерела. Далі в цьому розділі для спрощення аналізу і математичного опису будуть розглядатися джерела постійної напруги (струму). Однак всі отримані при цьому закономірності, поняття і еквівалентні схеми в повній мірі поширюються на джерела змінного струму. ВАХ джерела може бути визначена експериментально на основі схеми, представленої на рис. 4, а. Тут вольтметр V вимірює напругу на затискачах 1-2 джерела І, а амперметр А - споживаний від нього струм I, величина якого може змінюватися за допомогою змінного резистора навантаження (реостата) RН.
У загальному випадку ВАХ джерела є нелінійної (крива 1 на рис. 4, б). Вона має дві характерні точки, які відповідають:
а - режиму холостого ходу ;
б -режиму короткого замикання .
Для більшості джерел режим короткого замикання (іноді холостого ходу) є неприпустимим. Токи і напруги джерела зазвичай можуть змінюватися в певних межах, обмежених зверху значеннями, відповідними номінального режиму (Режиму, при якому виробник гарантує найкращі умови його експлуатації щодо економічності та довговічності терміну служби). Це дозволяє в ряді випадків для спрощення розрахунків апроксимувати нелінійну ВАХ на робочому ділянці m-n (див. Рис. 4, б) прямий, положення якої визначається робочими інтервалами зміни напруги і струму. Слід зазначити, що багато джерел (гальванічні елементи, акумулятори) мають лінійні ВАХ.
Пряма 2 на рис. 4, б описується лінійним рівнянням
, | (1) |
де - Напруга на затискачах джерела при відключеному навантаженні (розімкнутому ключі До в схемі на рис. 4, а); - внутрішній опір джерела.
Рівняння (1) дозволяє скласти послідовну схему заміщення джерела (див. рис. 5, а). На цій схемі символом Е позначений елемент, званий ідеальним джерелом ЕРС. Напруга на затискачах цього елемента не залежить від струму джерела, отже, йому відповідає ВАХ на рис. 5, б. На підставі (1) у такого джерела . Відзначимо, що напрямки ЕРС і напруги на затискачах джерела протилежні.
Якщо ВАХ джерела лінійна, то для визначення параметрів його схеми заміщення необхідно провести заміри напруги і струму для двох будь-яких режимів його роботи.
Існує також паралельна схема заміщення джерела. Для її опису розділимо ліву і праву частини співвідношення (1) на . В результаті отримаємо
або
, | (2) |
де ; - внутрішня провідність джерела.
Рівняння (2) відповідає схема заміщення джерела на рис. 6, а.
На цій схемі символом J позначений елемент, званий ідеальним джерелом струму. Струм в галузі з цим елементом дорівнює і не залежить від напруги на затискачах джерела, отже, йому відповідає ВАХ на рис. 6, б. На цій підставі з урахуванням (2) у такого джерела , Т. Е. Його внутрішній опір .
Відзначимо, що в розрахунковому плані при виконанні умови послідовна і паралельна схеми заміщення джерела є еквівалентними. Однак в енергетичному відношенні вони різні, оскільки в режимі холостого ходу для послідовної схеми заміщення потужність дорівнює нулю, а для паралельної - немає.
Крім зазначених режимів функціонування джерела, на практиці важливе значення має узгоджений режим роботи, при якому навантаженням RН від джерела споживається максимальна потужність
, | (3) |
Умова такого режиму
, | (4) |
На закінчення відзначимо, що відповідно до ВАХ на рис. 5, б і 6, б ідеальні джерела ЕРС і струму є джерелами нескінченно великої потужності.
Способи подання періодичних несинусоїдних величин. | Вплив резистивного, індуктивного і ємнісного елементів ланцюга на форму кривої струму. Резонансні явища.
Резистивний елемент (резистор) | Індуктивний елемент (котушка індуктивності) | Ємнісний елемент (конденсатор) | Виникнення перехідних процесів. Закони комутації. | Струм, напруга і потужність в електричному ланцюзі. | Рівняння лінії з розподіленими параметрами. | Джерело напруги. | Джерело струму. | Характеристики феромагнітних матеріалів | Статична і диференціальна магнітні проникності |