Источник эдс и источник тока

Источник электродвижущей силы – источник электромагнитной энергии, характеризующихся электродвижущей силой и внутренним электрическим сопротивлением.

Часть схемы, обведенная на рис. 12 пунктиром, является источником ЭДС.

Направление действия ЭДС указывается от отрицательного зажима к положительному. Если к зажимам источника ЭДС присоединить приемник (нагрузить источник), то в цепи возникает ток. При этом напряжение (разность потенциалов) на зажимах 1 и 2 уже не будет равно ЭДС вследствие падения напряжения U_вн внутри источника энергии, т.е. на его внутреннем сопротивлении r_вн:

 

т.е.

 

. (1.5)

 

 

Рис. 12 Источник ЭДС и его ВАХ

 

Зависимость напряжения источника от отдаваемого им тока называется внешней характеристикой источника или вольтамперной характеристикой элемента (рис.12).

Если и напряжение на зажимах источника, ЭДС убывает по линейному закону.

Кстати, направление действия напряжения принято обозначать от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом.

Источник ЭДС, внутреннее сопротивление которого равно нулю называют идеальным источником ЭДС. Вольтамперная характеристика идеального источника ЭДС проходит параллельно оси абсцисс.

Представленная на рис. 12 схема называется схемой замещения источника ЭДС.

Источник тока.

Источник тока – источник электромагнитной энергии, характеризующийся током в нем и внутренней проводимостью. На рис. 13 показана схема замещения источника тока.

.

 

 

Рис 13 Источник тока и его ВАХ

 

Напряжение на зажимах источника тока с учетом того, что , а , равно:

(1.2)

 

При неизменных параметрах источника тока ( , ) его ВАХ выражается прямой линией (рис. 13).

В режиме короткого замыкания (R=0) весь генерируемый ток проходит через цепь нагрузки, т.е.

В режиме холостого хода (R=¥) ток источника проходит через . При этом напряжение холостого хода равно:

.

 

Так как - мала, то , что является опасным, аварийным.

Чем меньше , тем больше , тем больше угол наклона ВАХ. Когда =0, ВАХ – вертикальная прямая. Такой источник тока, внутренняя проводимость которого равна нулю, называется идеальным источником тока.

Для идеального источника тока ток нагрузки постоянен, а напряжение на нагрузке равно и может быть сколь угодно большим. В связи с этим, идеальный источник тока является источником бесконечно большой мощности.

Источник ЭДС целесообразно заменять эквивалентным источником тока в том случае, если сопротивление нагрузки в цепи (усилитель электронный).

 

1.6. Основные режимы работы электрической цепи

При рассмотрении основных режимов работыэлектрической цепи используем её ВАХ.

Источники электрической энергии постоянного тока характеризуются э.д.с. Е и внутренним сопротивлением r_вн, а приемники – величиной их сопротивления. Для получения ВАХ электрической цепи воспользуемся законом Ома для полной цепи, изображенной на рис. 14

, откуда .

 

Данное выражение определяет зависимость напряжением на зажимах источника э.д.с. и током нагрузки. При постоянных параметрах Е и r_вн вольтамперная характеристика представляет собой прямую линию проходящую через точки Е и I_кз (рис. 14.). Такой источник э.д.с. называется линейным.

 

 

 

Рис.14 Источник ЭДС и его ВАХ

 

Рассмотрим различные режимы работы источника электрической энергии.

Режим холостого хода (х.х.) – такой режим, при котором потребитель отключен от источника. Поэтому внешнее сопротивление цепи бесконечно велико ( ), а величина тока в цепи равна нулю (I=0), падение напряжения внутри источника так же будет равно нулю ( ). Напряжение на зажимах источника U будет равно э.д.с. Е.

Вывод: чтобы измерить э.д.с. источника, необходимо провести режим холостого хода (оборвать внешнюю цепь), тогда вольтметр, подключенный к зажимам источника покажет э.д.с. источника.

Режим короткого замыкания (к.з.) – такой режим, при котором зажимы источника соединены проводником с весьма малым сопротивлением, величиной которого можно пренебречь. При этом сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, а ток в цепи будет наибольшим .

Напряжение на зажимах источника при коротком замыкании

.

Вывод: в режиме короткого замыкания ток в цепи наибольший, а напряжение на зажимах равно нулю.

Режим короткого замыкания опасен для большинства источников, так как при этом происходит перегрев источника, что может вывести его из строя.

Нагрузочный режим

Зависимость напряжения на зажимах источника от тока нагрузки выражается формулой , где Е и r_вн – величины постоянные.

Графически (рис. 12) эта зависимость представляет собой наклонную прямую линию. Отрезок ОЕ, который отсекает данная прямая на вертикальной оси, соответствует точке I=0 (х.х.). При этом, как было показано выше U_хх=Е.

По мере увеличения тока падение напряжения внутри источника (Ir_вн) увеличивается, а напряжение на зажимах уменьшается. В точке I_кз напряжение на зажимах источника равно нулю (U=0). Эта точка соответствует режиму короткого замыкания.

Пользуясь данным графиком, можно для любого значения тока нагрузки определить соответствующее значение напряжения на зажимах источника.