1. Додатково по темі

Схеми заміщення джерел енергії

Найпростіша електричний ланцюг і її схема заміщення, як вказувалося, складаються з одного джерела енергії з ЕРС Е і внутрішнім опором rвт і одного приймача з опором r ( см. рис. 1.3 ). Струм у зовнішній по відношенню до джерела енергії частини ланцюга, т. Е. В приймальнику з опором r, приймається спрямованим від точки а з великим потенціалом до точки b з меншим потенціалом .

Напрямок струму будемо позначати на схемі стрілкою з просвітом або вказувати двома індексами у літери I, такими ж, як і у відповідних точок схеми. Так, для схеми рис. 1.3 ток в приймальнику I = Iаb, де індекси а й b позначають напрямок струму від точки а до точки b.

Покажемо, що джерело енергії з відомими ЕРС E і внутрішнім опором rвт, може бути представлений двома основними схемами заміщення (еквівалентними схемами).

Як вже зазначалося, з одного боку, напруга на висновках джерела енергії менше ЕРС на падіння напруги всередині джерела:

з іншого боку, напруга на опорі r

З огляду на рівності з (1.5А) і (1.56) виходить або

Зокрема, при холостому ході (розімкнутих висновках а й b) виходить E = Uх, т. Е. ЕРС дорівнює напрузі холостого ходу. При короткому замиканні (висновків а й b) струм

Додатково по темі

З (1.7 6) випливає, що rвт джерела енергії, так само як і опір приймача, обмежує струм.

На схемі заміщення можна показати елемент схеми з rвт, сполученим послідовно з елементом, що позначає ЕРС E (рис. 1.7, а). Напруга U залежить від струму приймача і дорівнює різниці між ЕРС E джерела енергії і падінням напруги rвтI (1.6А). Схема джерела енергії, показана на рис. 1.7, а, називається першою схемою заміщення або схемою з джерелом ЕРС.

Якщо rвт << r і напруга Uвт << U, т. Е. Джерело електричної енергії знаходиться в режимі, близькому до холостого ходу, то можна практично знехтувати внутрішнім падінням напруги і прийняти Uвт = rвт = 0. У цьому випадку для джерела енергії виходить простіша еквівалентна схема тільки з джерелом ЕРС, у якого на відміну від реального джерела виключається режим короткого замикання (U = 0). Таке джерело енергії без внутрішнього опору (rвт = 0), позначений кружком зі стрілкою всередині і буквою E (рис. 1.7,6), називають ідеальним джерелом ЕРС або джерелом напруги (джерелом з заданою напругою). Напруга на висновках такого джерела не залежить від опору приймача і завжди дорівнює ЕРС E. Його зовнішня характеристика - пряма, паралельна осі абсцис (штрихова пряма ab на рис. 1.4 ).

Джерело енергії може бути представлений і другий схемою заміщення (рис. 1.8, а). Щоб обгрунтувати цю можливість, розділимо праву і ліву частини рівняння (1.7а) на rвт. В результаті отримаємо

де gвт = 1 / rвт - внутрішня провідність джерела енергії, або

J = I + Iвт, (1.8)

де J = E / rвт - струм при короткому замиканні джерела енергії (т. е. струм при опорі r = 0); Iвт = U / rвт = gвтU-деякий струм, рівний відношенню напруги на висновках джерела енергії для її внутрішнього опору; I = U / r = gU - струм приймача; g = 1 / r - провідність приймача.

Отриманого рівняння (1.8) задовольняє схема заміщення з джерелом струму, що складається з джерела з заданим струмом J = E / rвт (рис. 1.8, а) і сполученого з ним паралельно елементу rвт (загальні висновки 1 і 2).

Якщо gвт << g або rвт >> r і при одному і тому ж напрузі U = U12 = Uab ток Iвт << I, т. Е. Джерело енергії знаходиться в режимі, близькому до короткого замикання, то можна прийняти ток Iвт = gвтU = 0. У цьому випадку для джерела енергії виходить більш проста схема заміщення тільки з джерелом струму (рис. 1.8, б). Таке джерело з внутрішньої провідністю gвт = 0 , Позначений кружком з подвійною стрілкою з розривом всередині і буквою J, називають ідеальним джерелом струму (джерелом з заданим струмом). Струм ідеального джерела струму J не залежить від опору приймача r. Його зовнішня характеристика - пряма, паралельна осі ординат (штрихова пряма cd на рис. 1.4 ). Для ідеального джерела струму виключається режим холостого ходу (I = 0).

Надалі, якщо немає спеціальних вказівок, термінами "джерело ЕРС (напруги)" і "джерело струму" позначаються часто ідеальні джерела.

Джерела ЕРС і джерела струму називаються активними елементами електричних схем, а резистивні елементи - пасивними.

При складанні електричної схеми заміщення для тієї чи іншої реальної ланцюга прагнуть по можливості врахувати відомі електричні властивості як кожної ділянки, так і в цілому всього ланцюга.

Залежно від електричних властивостей ланцюга і умов поставленого завдання важливо правильно вибирати ісктріческіе схеми заміщення і користуватися ними для дослідження режимів в реальних електричних ланцюгах.

Дивись ще по темі Електричні кола постійного струму

Основні закони і методи розрахунку електричних ланцюгів постійного струму

Основні властивості електричних ланцюгів постійного струму