Источники электрической энергии

Одной из основных характеристик источников электрической энергии является ЭДС. Количественно ЭДС характеризуется работой А, которая совершается при перемещении заряда в 1 Кл в пределах источника

(1.1)

Графически ЭДС изображают стрелкой в кружке. Направление стрелки совпадает с направлением ЭДС.

Перемещение заряда определяет ток источника. Прохождение тока сопровождается потерями на нагрев источника. Количественно потери удобно определять внутренним сопротивлением R_вн. Поэтому условное графическое обозначение источника ЭДС представляет последовательное включение ЭДС Е и внутреннего сопротивления R_вн.

Символами 1 - 1’ обозначены зажимы источника. Разность потенциалов на зажимах источника называется напряжением U[B]. Стрелками показаны положительные направления тока и напряжения. Когда ключ К разомкнут, ток в цепи равен нулю и напряжение на зажимах источника равно ЭДС. Замкнем ключ К. В цепи возникнет ток

(1.2)

Рисунок 2- Вольтамперные характеристики источников энергии

При этом напряжение на зажимах источника будет равно

(1.3)

Если у источника ЭДС R_вн = 0, то вольтамперная характеристика его будет в виде прямой рис. 1.5б. Такой источник называют идеальным. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока.

Рисунок 3- Изображение источников ЭДС (а) и источников тока (б)

Если у некоторого источника увеличивать Е и R_вн до бесконечности, то его вольтамперная характеристика примет вид рис. 1.5в. Такой источник питания называют источником тока. Ток источника

(1.4)

е зависит от сопротивления нагрузки. Реальный источник тока имеет конечные значения Е и R_вн, а его условное графическое обозначение приведено на рис. 1.5г.

При расчете электрических цепей реальный источник электрической энергии с конечными Е и R_вн заменяют источником ЭДС или источником тока (рис. 1.6а,б).

Рис.1.6

Ток в нагрузке R_н одинаков и равен

Для схемы рис. 1.6а это очевидно и следует из того, что R_вн и R_н включены последовательно. Для схемы рис. 1.6 б известно, что ток I_т = Е/R_вн, распределяется обратно пропорционально параллельно включенным R_вн и R_н, т.е.

=

Каким из двух источников воспользоваться выбирает инженер.

Пример: В схеме рис.16а источник ЭДС имеет параметры Е = 100В, R_вн = 26м. Определить параметры эквивалентного источника тока в схеме рис. 1.6б.

Решение:

Следовательно параметры эквивалентной схемы рис. 1.6б имеют значение:

I_т = 50А; R_вн = 20 м.

Источники питания могут иметь постоянную ЭДС - Е или переменную е(t) , изменяющуюся во времени по заданному закону. В первом случае в цепи протекает постоянный ток и она называется цепью постоянного тока. Во втором случае ток i(t) и напряжение u(t) переменные, поэтому цепь называется цепью переменного тока. В электротехнике чаще других применяется синусоидальные ток и напряжение.