מעגלים חשמליים עם זרם ישר
במעגל בודד מעגל חשמלי עם זרם ישר EMF המכוון בתוך מקור האנרגיה החשמלית מהקוטב השלילי לחיובי מעורר זרם I באותו כיוון, אשר נקבע על ידי חוק אוהם לכל הרשת:
I = E / (R + Rtuesday),
כאשר R היא ההתנגדות של המעגל החיצוני המורכב מהמקלט וחוטי חיבור, RW היא ההתנגדות של המעגל הפנימי הכולל את מקור האנרגיה החשמלית.
אם ההתנגדויות של כל מרכיבי המעגל החשמלי אינן תלויות בערך ובכיוון של הזרם וה-EMF, אז הם, כמו גם המעגל עצמו, נקראים ליניאריים.
במעגל חשמלי ליניארי של לולאה אחת עם מקור יחיד של אנרגיה חשמלית, הזרם עומד ביחס ישר ל-EMF וביחס הפוך להתנגדות הכוללת של המעגל.
אורז. 1. תרשים של מעגל חשמלי חד-מעגל עם זרם ישר
מהנוסחה לעיל עולה כי E — RwI = RI, כאשר I = (E — PvI) / R או I = U / R, כאשר U = E — RwI הוא המתח של מקור האנרגיה החשמלית, המופנה מ- הקוטב החיובי אל הקוטב השלילי.
ביטוי I = U / R הוא חוק אוהם לקטע של מעגל, לטרמינלים שאליהם מופעל מתח U, החופף בכיוון לזרם I באותו אתר.
מתח מול זרם U(I) ב-E = const ו-RW = const נקרא המאפיין החיצוני או וולט-אמפר של מקור ליניארי של אנרגיה חשמלית (איור 2), לפיו ניתן לכל זרם I לקבוע את המתח המתאים U ובהתאם לנוסחאות המפורטות להלן - חשב את ההספק של מקלט האנרגיה החשמלית:
P2 = RI2 = E2R / (R + RTuesday)2,
מקור אנרגיה חשמלית:
P1 = (R + RTuesday) Az2 = E2 / (R + RTuesday)
ויעילות ההתקנה במעגלי DC:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
אורז. 2. מאפיין חיצוני (וולט-אמפר) למקור האנרגיה החשמלית
נקודה X של מאפיין הזרם-מתח של מקור האנרגיה החשמלית מתאימה למצב סרק (x.x.) במעגל פתוח, כאשר הזרם Azx = 0 והמתח Ux = E.
נקודה H קובעת את המצב הנומינלי אם המתח והזרם תואמים לערכים הנומינליים שלהם Unom ו- Aznom, הניתנים בדרכון של מקור האנרגיה החשמלית.
נקודה K מאפיינת את מצב הקצר (קצר), המתרחש כאשר מסופים של מקור האנרגיה החשמלית מחוברים זה לזה, שבו ההתנגדות החיצונית R =0. במקרה זה, מתרחש זרם קצר חשמלי Azk = E / Rwatt, הגבוה פי כמה מהזרם הנומינלי Aznom בשל העובדה כי התנגדות פנימית של המקור אנרגיה חשמלית Rw <R.במצב זה, המתח במסופים של מקור האנרגיה החשמלית Uk = 0.
נקודה C מתאימה למצב המותאם שבו ההתנגדות של המעגל החיצוני R שווה להתנגדות של מקור האנרגיה החשמלית Rwatt הפנימי. במצב זה, יש זרם Ic = E / 2R, הספק של המעגל החיצוני מתאים להספק הגבוה ביותר P2max = E2 / 4RW והיעילות (יעילות) של ההתקנה ηc = 0.5.
משטר חוזים שבו:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 ו-Ic = E / 2R = I
אורז. 3. גרפים של התלות של ההספק היחסי של מקלט האנרגיה החשמלית ויעילות המתקן בהתנגדות היחסית של המקלט
בתחנות כוח, מצבי המעגלים החשמליים שונים באופן משמעותי מהמצב המתואם ומאופיינים בזרמים I << Ic עקב ההתנגדויות של המקלטים R Rvat, וכתוצאה מכך פעולתן של מערכות כאלה ממשיכה ביעילות גבוהה.
חקר התופעות במעגלים חשמליים מפושט על ידי החלפתן במעגלים מקבילים - מודלים מתמטיים עם אלמנטים אידיאליים, שכל אחד מהם מאופיין באחד ובפרמטרים שנלקחו מהפרמטרים של האלמנטים הסוחפים. דיאגרמות אלה משקפות במלואן את המאפיינים של מעגלים חשמליים, ואם מתקיימים תנאים מסוימים, מקלים על ניתוח המצב החשמלי של מעגלים חשמליים.
במעגלים שווים עם אלמנטים פעילים, נעשה שימוש במקור EMF אידיאלי ובמקור זרם אידיאלי.
מקור EMF אידיאלי המאופיין ב-EMF קבוע, E, והתנגדות פנימית השווה לאפס, וכתוצאה מכך הזרם של מקור כזה נקבע על ידי ההתנגדות של המקלטים המחוברים, וקצר חשמלי גורם לזרם והספק באופן תיאורטי נוטה לערך גדול לאין שיעור.
מקור כוח אידיאלי מקבל התנגדות פנימית השואפת לערך גדול לאין שיעור וזרם קבוע Azdo ללא קשר למתח במסופים שלו, שווה לזרם הקצר, וכתוצאה מכך עלייה בלתי מוגבלת בעומס המחובר ל- המקור מלווה בעלייה בלתי מוגבלת תיאורטית במתח והספק.
אורז. 4. מעגלי גיבוי למעגל חשמלי עם מקור אמיתי של אנרגיה חשמלית ונגד, a - עם מקור אידיאלי של EMF, b - עם מקור אידיאלי של זרם.
מקורות אמיתיים של אנרגיה חשמלית עם EMF E, התנגדות פנימית Rvn וזרם קצר חשמלי Ic יכולים להיות מיוצגים על ידי מעגלים שווי ערך הכוללים מקור emf אידיאלי או מקור זרם אידיאלי, בהתאמה, עם אלמנטים התנגדות המחוברים בטור ובמקביל, המאפיינים הפרמטרים הפנימיים של מקור אמיתי והגבלת הספק של המקלטים המחוברים (איור 4, א, ב).
מקורות אמיתיים של אנרגיה חשמלית פועלים במשטרים קרובים למשטר של מקורות EMF אידיאליים, אם ההתנגדות של המקלטים גדולה בהשוואה להתנגדות הפנימית של מקורות אמיתיים, כלומר כאשר הם נמצאים במשטרים קרובים למצב סרק.
במקרים בהם מצבי הפעולה קרובים למצב קצר, מקורות אמיתיים מתקרבים למקורות זרם אידיאליים מכיוון שההתנגדות של המקלטים קטנה בהשוואה להתנגדות הפנימית של מקורות אמיתיים.
