1 2. Эквивалентные схемы источников энергии
а) Схема с источником ЭДС. Источник напряжения
Рассмотрим схему, в которой внутреннее сопротивление источника Rb условно изображено отдельно (рис. 1.8).
Ток
в данной схеме
(1.4)
Н
апряжение
на зажимах нагрузки
(1.5)
Из двух последних уравнений можно получить
(1.6)
(1.7)
Уравнение
(1.7) при Е
= const
и RВ
= const
есть уравнение прямой линии (рис. 1.9). В
то же время оно является ВАХ левой части
схемы рис. 1.8, т. е. внeшней характеристикой
источника напряжения
(см. рис. 1.9)
Для её построения рассмотрим два режима.
Режим холостого хода (х.х); RН = ; (рис. 1.10). Из (1.7) при I = 0 имеем
(1.8)
Режим короткого замыкания (КЗ); RН = 0; (рис. 1.11). Из (1.7) при U = 0
(1.9)
По этим двум режимам можно построить ВАХ (внешнюю характеристику) источника напряжения (см. рис. 1.9), или по известной характеристике определить параметры E и RВ источника.
Если внутреннее сопротивление источника RВ равно нулю, то получается идеальный источник, и по (1.7) при Rв = 0
.
Внешняя характеристика такого источника показана на рис. 1.9 (пунктир). В этом случае имеем идеальный источник напряжения с ЭДС E = const. Реальный источник напряжения приближается к идеальному, если он работает в режиме. Близком к режиму холостого хода (1.8).
Предыдущую схему можно представить другой эквивалентной схемой (относительно нагрузки).
Из (1.7) получаем
(1.10)
Обозначая согласно (1.9)
;
и далее
,
имеем
,
или
, (1.11)
где J – ток источника тока.
Выражению (1.11) соответствует схема (см. рис. 1.12). Из уравнения (1.10)
(1.12)
Это есть внешняя характеристика источника энергии I = f(U), изображенного на рис. 1.13. Это схема с источником тока J.
Для её построения рассмотрим некоторые режимы работы.
Режим холостого хода. RН = ; I = 0; (рис. 1.14). Из (1.12)
Режим короткого замыкания. RН = 0; (рис. 1.15).
Из (1.12)
По данным этих двух режимов можно построить внешнюю характеристику источника I = f(U).
Если внутреннее сопротивление источника велико (RВ ; gВ 0), то получается идеальный источник и по (1.12) при RВ оказывается, что J = I. Говорят, что в этом случае имеем идеальный источник тока J = const (см. рис. 1.16). Внешняя характеристика I = f(U) такого источника показана на рис 1.13 пунктиром. Реальный источник электрической энергии с источником тока приближается по своим свойствам к идеальному, если он работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания. Внутреннее сопротивление источника тока бесконечно велико.
Примерами источников напряжения, приближающимися к источнику ЭДС, могут быть различные генераторы постоянного тока с регулируемым напряжением на выходных зажимах. В качестве примера источника тока, приближающемуся к идеальному, могут быть названы, например, источники энергии основанные на излучении заряженных частиц, так как при этом ток источника определяется скоростью распада. Другими примерами могут служить генераторы постоянного тока с регулируемым током на выходе.
При расчетах электрических цепей реальный источник электрической энергии представляют источником напряжения или источником тока, в том числе и в случаях, когда за внутреннее сопротивление источника принимается любое сопротивление, соизмеримое с сопротивлением нагрузки. Переход от одной схемы к другой иногда значительно облегчает расчеты.
