Elektrické obvody se stejnosměrným proudem
V jediném obvodu Elektrický obvod se stejnosměrným proudem EMF nasměrovaným dovnitř zdroje elektrické energie od záporného pólu ke kladnému budí proud I stejného směru, který je určen Ohmův zákon pro celý řetězec:
I = E / (R + RÚterý),
kde R je odpor vnějšího obvodu sestávajícího z přijímače a spojovacích vodičů, RW je odpor vnitřního obvodu, který zahrnuje zdroj elektrické energie.
Pokud odpory všech prvků elektrického obvodu nezávisí na hodnotě a směru proudu a EMF, pak se, stejně jako samotný obvod, nazývají lineární.
V jednosmyčkovém lineárním stejnosměrném elektrickém obvodu s jediným zdrojem elektrické energie je proud přímo úměrný EMF a nepřímo úměrný celkovému odporu obvodu.
Rýže. 1. Schéma jednookruhového elektrického obvodu se stejnosměrným proudem
Z výše uvedeného vzorce vyplývá, že E — RwI = RI, kde I = (E — PvI) / R nebo I = U / R, kde U = E — RwI je napětí zdroje elektrické energie, které je směrováno z kladný pól k zápornému pólu.
Výraz I = U/R je Ohmův zákon pro část obvodu, ke svorkám, na které je přivedeno napětí U, shodující se ve směru s proudem I na stejném místě.
Napětí versus proud U(I) při E = konst a RW = konst se nazývá vnější neboli voltampérová charakteristika lineárního zdroje elektrické energie (obr. 2), podle níž je možné pro libovolný proud I určit odpovídající napětí U a podle vzorců uvedených níže — vypočítejte výkon přijímače elektrické energie:
P2 = RI2 = E2R / (R + RTúterý)2,
zdroj elektrické energie:
P1 = (R + RTúterý) Az2 = E2 / (R + RTúterý)
a účinnost instalace ve stejnosměrných obvodech:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Rýže. 2. Vnější (voltampérová) charakteristika zdroje elektrické energie
Bod X proudově-napěťové charakteristiky zdroje elektrické energie odpovídá klidovému režimu (x.x.) V otevřeném obvodu, kdy proud Azx = 0 a napětí Ux = E.
Bod H určuje jmenovitý režim, pokud napětí a proud odpovídají jejich jmenovitým hodnotám Unom a Aznom, uvedeným v pasu zdroje elektrické energie.
Bod K charakterizuje zkratový režim (zkrat), ke kterému dochází při vzájemném spojení svorek zdroje elektrické energie, při kterém je vnější odpor R =0. V tomto případě vzniká zkratový proud Azk = E / Rwatt, který je krát vyšší než jmenovitý proud Aznom, protože vnitřní odpor zdroje elektrická energie Rw <R.V tomto režimu je napětí na svorkách zdroje elektrické energie Uk = 0.
Bod C odpovídá přizpůsobenému režimu, kdy odpor vnějšího obvodu R je roven odporu vnitřního cílového Rwatt zdroje elektrické energie. V tomto režimu je proud Ic = E / 2R, výkon vnějšího obvodu odpovídá nejvyššímu výkonu P2max = E2 / 4RW a účinnost (účinnost) instalace ηc = 0,5.
Smluvní režim, kde:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 a Ic = E / 2R = I
Rýže. 3. Grafy závislostí relativního výkonu přijímače elektrické energie a účinnosti instalace na relativním odporu přijímače
V elektrárnách se režimy elektrických obvodů výrazně liší od režimu koordinovaného a jsou charakterizovány proudy I << Ic v důsledku odporů přijímačů R Rvat, v důsledku čehož provoz takových systémů probíhá s vysokou účinností.
Studium jevů v elektrických obvodech je zjednodušeno jejich nahrazením ekvivalentními obvody — matematickými modely s ideálními prvky, z nichž každý je charakterizován jedním a parametry převzatými z parametrů rozmítaných prvků. Tato schémata plně odrážejí vlastnosti elektrických obvodů a při splnění určitých podmínek umožňují analýzu elektrického stavu elektrických obvodů.
V ekvivalentních obvodech s aktivními prvky se používá ideální zdroj EMF a ideální zdroj proudu.
Ideální zdroj EMF vyznačující se konstantním EMF, E a vnitřním odporem rovným nule, v důsledku čehož je proud takového zdroje určen odporem připojených přijímačů a zkrat teoreticky způsobí proud a výkon inklinující k nekonečně velké hodnotě.
Ideálnímu zdroji energie je přiřazen vnitřní odpor směřující k nekonečně velké hodnotě a konstantní proud Azdo bez ohledu na napětí na jeho svorkách, rovný zkratovému proudu, v důsledku čehož dochází k neomezenému nárůstu zátěže připojené k zdroj je doprovázen teoreticky neomezeným nárůstem napětí a výkonu.
Rýže. 4. Záložní obvody pro elektrický obvod s reálným zdrojem elektrické energie a rezistorem, a - s ideálním zdrojem EMF, b - s ideálním zdrojem proudu.
Reálné zdroje elektrické energie s EMF E, vnitřním odporem Rvn a zkratovým proudem Ic mohou být reprezentovány ekvivalentními obvody, které zahrnují ideální zdroj emf, respektive ideální zdroj proudu, s odporovými prvky zapojenými sériově a paralelně, které charakterizují vnitřní parametry reálného zdroje a omezení výkonu připojených přijímačů (obr. 4, a, b).
Reálné zdroje elektrické energie pracují v režimech blízkých režimu ideálních zdrojů EMF, pokud je odpor přijímačů velký ve srovnání s vnitřním odporem skutečných zdrojů, tedy když jsou v režimech blízkých klidovému režimu.
V případech, kdy se provozní režimy blíží režimu zkrat, reálné zdroje se blíží ideálním zdrojům proudu, protože odpor přijímačů je malý ve srovnání s vnitřním odporem skutečných zdrojů.
