Sähköpiirit tasavirralla

Yhdessä piirissä Sähköpiiri, jonka tasavirta EMF on suunnattu sähköenergian lähteen sisällä negatiivisesta napasta positiiviseen, herättää virran I samaan suuntaan, jonka määrää Ohmin laki koko ketjulle:

I = E / (R + Rtiistai),

missä R on vastaanottimesta ja liitäntäjohtimista koostuvan ulkoisen piirin resistanssi, RW on sähköenergian lähteen sisältävän sisäisen piirin vastus.

Jos sähköpiirin kaikkien elementtien resistanssit eivät riipu virran ja EMF:n arvosta ja suunnasta, niitä, samoin kuin itse piiriä, kutsutaan lineaariseksi.

Yksisilmukaisessa lineaarisessa tasavirtapiirissä, jossa on yksi sähköenergian lähde, virta on suoraan verrannollinen EMF:ään ja kääntäen verrannollinen piirin kokonaisresistanssiin.

Riisi. 1. Kaavio yksipiirisähköpiiristä tasavirralla

Yllä olevasta kaavasta seuraa, että E — RwI = RI, missä I = (E — PvI) / R tai I = U / R, missä U = E — RwI on sähköenergian lähteen jännite, joka on suunnattu positiivisesta napasta negatiiviseen napaan.

Muuttumattomalla EMF:llä jännite riippuu vain virrasta, joka määrittää jännitehäviön RwAz sähköenergialähteen sisällä, jos sisäisen piirin resistanssi Rw = vakio.

Lauseke I = U / R on Ohmin laki piirin osalle, liittimiin, joihin syötetään jännite U, joka on suunnassa samassa kohdassa olevan virran I kanssa.

Jännitettä virran funktiona U(I), kun E = const ja RW = const, kutsutaan lineaarisen sähköenergian lähteen ulkoiseksi tai volttiampeeriominaisuudeksi (kuva 2), jonka mukaan mikä tahansa virta I voi määrittää vastaava jännite U ja laske alla olevien kaavojen mukaisesti sähköenergian vastaanottimen teho:

P2 = RI2 = E2R / (R + Rtiistai)2,

sähköenergian lähde:

P1 = (R + Rtiistai) Az2 = E2 / (R + Rtiistai)

ja asennuksen tehokkuus tasavirtapiireihin:

η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)

Riisi. 2. Sähköenergian lähteen ulkoinen (voltti-ampeeri) ominaisuus

Sähköenergialähteen virta-jännite-ominaiskäyrän piste X vastaa tyhjäkäyntitilaa (x.x.) avoimessa piirissä, kun virta Azx = 0 ja jännite Ux = E.

Piste H määrittää nimellistilan, jos jännite ja virta vastaavat niiden nimellisarvoja Unom ja Aznom, jotka on annettu sähköenergian lähteen passissa.

Piste K luonnehtii oikosulkutilaa (oikosulku), joka syntyy, kun sähköenergian lähteen navat kytketään toisiinsa, jossa ulkoinen vastus R =0. Tässä tapauksessa tapahtuu oikosulkuvirta Azk = E / Rwatt, joka on kertaa suurempi kuin nimellisvirta Aznom johtuen siitä, että lähteen sisäinen vastus sähköenergia Rw <R.Tässä tilassa jännite sähköenergian lähteen navoissa Uk = 0.

Piste C vastaa sovitettua tilaa, jossa ulkoisen piirin R resistanssi on yhtä suuri kuin sisäisen kohde-Rwatt-sähköenergian lähteen vastus. Tässä tilassa on virta Ic = E / 2R, ulkoisen piirin teho vastaa suurinta tehoa P2max = E2 / 4RW ja asennuksen hyötysuhde (hyötysuhde) ηc = 0,5.

Sopimusjärjestelmä, jossa:

P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 ja Ic = E / 2R = I

Riisi. 3. Kaaviot sähköenergian vastaanottimen suhteellisen tehon ja asennuksen tehokkuuden riippuvuuksista vastaanottimen suhteellisesta resistanssista

Voimalaitoksissa sähköpiirien moodit eroavat merkittävästi koordinoidusta tilasta ja niille on tunnusomaista virrat I << Ic vastaanottimien R Rvat resistanssien vuoksi, minkä seurauksena tällaisten järjestelmien toiminta etenee korkealla hyötysuhteella.

Sähköpiirien ilmiöiden tutkimusta yksinkertaistetaan korvaamalla ne vastaavilla piireillä - matemaattisilla malleilla ideaalielementeillä, joista jokaiselle on tunnusomaista yksi ja pyyhkäisyelementtien parametreista otetut parametrit. Nämä kaaviot kuvastavat täysin sähköisten piirien ominaisuuksia, ja jos tietyt ehdot täyttyvät, ne helpottavat sähköisten piirien sähköisen kunnon analysointia.

Vastaavissa piireissä, joissa on aktiivisia elementtejä, käytetään ihanteellinen EMF-lähde ja ihanteellinen virtalähde.

Ihanteellinen EMF-lähde, jolle on tunnusomaista vakio EMF, E ja sisäinen resistanssi, joka on yhtä suuri kuin nolla, minkä seurauksena tällaisen lähteen virran määrää kytkettyjen vastaanottimien vastus, ja oikosulku aiheuttaa teoreettisesti virran ja tehon pyrkii äärettömän suureen arvoon.

Ihanteelliselle virtalähteelle on määritetty sisäinen vastus, joka pyrkii äärettömän suureen arvoon, ja vakiovirta Azdo riippumatta sen liittimien jännitteestä, joka on yhtä suuri kuin oikosulkuvirta, minkä seurauksena virtalähteeseen kytketty kuormitus kasvaa rajattomasti. lähteeseen liittyy teoreettisesti rajoittamaton jännitteen ja tehon nousu.

Riisi. 4. Varapiirit sähköpiirille, jossa on todellinen sähköenergian lähde ja vastus, a - ihanteellinen EMF-lähde, b - ihanteellinen virtalähde.

Todelliset sähköenergian lähteet, joissa on EMF E, sisäinen resistanssi Rvn ja oikosulkuvirta Ic, voidaan esittää vastaavilla piireillä, jotka sisältävät ideaalisen emf-lähteen tai ideaalivirtalähteen, vastaavasti, resistiivisillä elementeillä, jotka on kytketty sarjaan ja rinnan, mikä on ominaista. todellisen lähteen sisäiset parametrit ja kytkettyjen vastaanottimien tehon rajoittaminen (kuva 4, a, b).

Todelliset sähköenergian lähteet toimivat tiloissa, jotka ovat lähellä ihanteellisten EMF-lähteiden järjestelmää, jos vastaanottimien resistanssi on suuri verrattuna todellisten lähteiden sisäiseen resistanssiin, eli kun ne ovat lähellä lepotilaa.

Tapauksissa, joissa toimintatilat ovat lähellä tilaa oikosulku, todelliset lähteet lähestyvät ihanteellisia virtalähteitä, koska vastaanottimien resistanssi on pieni verrattuna todellisten lähteiden sisäiseen resistanssiin.