Interní odpor proudového zdroje. Vnitřní odpor

Úvod

Potřeba zavést termín lze ilustrovat následujícím příkladem. Porovnejte dva chemické zdroje stejnosměrného proudu se stejným napětím:

• Automobilový olověný akumulátor s napětím 12 V a kapacitou 55 Ah
• Osm baterií AA zapojených do série. Celkové napětí takové baterie je také 12 voltů, kapacita je mnohem menší - asi 1 Ah

I přes stejné napětí se tyto zdroje výrazně liší při práci na stejném zatížení. Proto je autobaterie schopna přivést do zátěže velký proud (motor auta startuje z baterie, zatímco spouštěč spotřebuje 250 ampérů) a startér se vůbec neotáčí z řetězce baterií. Relativně malá kapacita baterií není příčinou: jedna ampérhodina v bateriích by stačila na to, aby otáčela startér po dobu 14 sekund (při proudu 250 ampérů).

Takže u dvoukoncových sítí obsahujících zdroje (tj. Generátory napětí a proudové generátory) je nutné mluvit o nich interní  odpor (nebo impedance). Pokud dva-terminál neobsahuje zdroje, pak " vnitřní  odpor "pro takovou dvojpólovou síť znamená totéž jako jenom  "Odolnost".

Související termíny

Pokud lze vstup a / nebo výstup rozlišit v libovolném systému, často se používají následující pojmy:

Fyzikální principy

Navzdory skutečnosti, že na ekvivalentním obvodu je vnitřní odpor reprezentován jako jeden pasivní prvek (s aktivním odporem, tj. V něm nutně je přítomen odpor), vnitřní odpor není soustředěn v žádném prvku. Bipolární vzhled sám chová se  jako kdyby soustředil vnitřní impedanci a generátor napětí. Ve skutečnosti je vnitřní odpor vnějším projevem kombinace fyzických účinků:

• Pokud je v síti se dvěma porty pouze zdroje energie bez elektrického obvodu (například galvanického prvku), je vnitřní odpor téměř čistě aktivní (pokud není velmi vysoká), je to kvůli fyzikálním účinkům, které neumožňují, aby výkon daný tímto zdrojem zatížení překročil určitý limit . Nejjednodušší příklad takového účinku je nenulový odpor vodičů elektrického obvodu. Ale, zpravidla, účinky neelektrické  přírody. Napríklad výkon může být omezen kontaktní plochou látek obsažených v reakci, v generátoru hydroelektrárny - omezený tlak vody apod.
• V případě dvojpólu, který obsahuje uvnitř elektrický obvod, vnitřní odpor je "rozptýlen" v obvodových prvcích (kromě mechanismů uvedených výše ve zdroji).

Odtud také postupujte podle některých vlastností vnitřního odporu:

Vliv vnitřního odporu na vlastnosti dvojpólu

Účinek vnitřního odporu je vlastní vlastností jakékoli aktivní dvoupólové sítě. Hlavním důsledkem přítomnosti vnitřního odporu je omezení elektrického výkonu, který lze získat v zátěži dodávaném z této dvoukoncové sítě.

Předpokládejme, že existuje síť se dvěma přípojkami, která může být popsána výše uvedeným ekvivalentním obvodem. Zařízení s dvěma porty má dva neznámé parametry, které musí být nalezeny:

• EMF generátor napětí U
• Vnitřní odpor r

Obecně platí, že pro určení dvou neznámých je třeba provést dvě měření: změřit napětí na výstupu dvouobvodového zařízení (tj. Rozdíl potenciálu U out = φ 2 - φ 1) při dvou různých zatěžovacích proudech. Pak nalezneme neznámé parametry ze systému rovnic:

kde U out1 I 1, U out2  - výstupní napětí při proudu I 2. Řešení systému rovnic zjistíme neznámou neznámou:

Pro výpočet vnitřního odporu se obvykle používá jednodušší metoda: napětí je v klidovém stavu a proud je ve zkratovém režimu obvodu dvou svorek. V tomto případě je systém () napsán následovně:

kde U oc  - výstupní napětí v klidovém režimu (eng. otevřený obvod), tj. při nulovém zatěžovacím proudu; I sc  - zátěžový proud v režimu zkratu (eng. zkrat), tj. pod zatížením s nulovým odporem. Zde se bere v úvahu, že výstupní proud v režimu volnoběhu a výstupní napětí v režimu zkratu jsou rovny nule. Z posledních rovnic se okamžitě dostaneme:

Měření

Koncepce měření  platné pro skutečné zařízení (nikoliv však na schéma). Přímé měření s ohmmetrem není možné, protože není možné připojit měřidla k vnitřním odporovým vodičům. Proto je nezbytné nepřímé měření, které se zásadně neliší od výpočtu - napětí při zatížení je také nutné při dvou různých hodnotách proudu. Zjednodušený vzorec (2) však není vždy možné použít, protože ne každé skutečné dvouobvodové zařízení umožňuje provoz v režimu zkratu.

Někdy se používá následující jednoduchá metoda měření, která nevyžaduje výpočty:

• Měření napětí v nečinnosti
• Jako zatížení je připojen proměnný odpor a jeho odpor je zvolen tak, aby napětí na něm bylo polovinu napětí bez zátěže.

Po popsaných postupech musí být odpor zatěžovacího odporu měřen pomocí ohmmetru - bude se rovnat vnitřnímu odporu dvouportové sítě.

Ať je použita jakákoli metoda měření, je třeba dbát nad přetížením dvouportové sítě, tj. Proud by neměl překročit maximální přípustné hodnoty pro tuto dvouportovou síť.

Reaktivní vnitřní odpor

Pokud ekvivalentní obvod dvoupólového zařízení obsahuje reaktivní prvky - kondenzátory a / nebo induktory, pak výpočtu  reaktivní vnitřní odpor se provádí stejným způsobem jako aktivní, ale namísto odporu rezistorů jsou odebírány komplexní impedance prvků obsažených v obvodu a namísto napětí a proudů jejich komplexní amplitudy, tj. výpočet se provádí za použití metody komplexní amplitudy.

Měření  reaktivní vnitřní odpor má některé zvláštnosti, protože je komplexní hodnotou funkce a nikoliv skalární hodnotou:

• Můžete vyhledávat různé parametry složité hodnoty: modul, argument, pouze skutečnou nebo imaginární část a také komplexní číslo v plném rozsahu. Technika měření proto závisí na tom, co chceme přijmout.
• Kterýkoli z uvedených parametrů závisí na frekvenci. Teoreticky, aby bylo možné získat úplné informace o reaktivním vnitřním odporu měřením, je nutné je odstranit závislost  na frekvenci, tj. měřit ze všech Frekvence, které tento dvojpólový zdroj může generovat.

Aplikace

Ve většině případů byste neměli mluvit aplikace  vnitřní odpor, a asi účet  jeho negativní dopad, protože vnitřní odpor je spíše negativní. Nicméně v některých systémech je prostě nutnost přítomnosti vnitřního odporu s nominální hodnotou.

Zjednodušení ekvivalentních obvodů

Reprezentace dvojportové sítě jako kombinace generátoru napětí a vnitřního odporu je nejjednodušším a nejčastěji používaným ekvivalentním obvodem dvouportové sítě.

Shodný zdroj a zatížení

Shoda zdroje a zatížení je volba poměru zatěžovacího odporu a vnitřního odporu zdroje k dosažení specifikovaných vlastností výsledného systému (zpravidla se pokouší dosáhnout maximální hodnoty libovolného parametru pro tento zdroj). Nejčastěji používané typy shody jsou:

Proud a napájení musí být používány s opatrností, protože hrozí nebezpečí přetížení zdroje.

Snižování nízkého napětí

Někdy je k zdroji uměle přidán velký odpor (přidává se k vnitřnímu odporu zdroje), aby se výrazně snížilo napětí, které z něj bylo získáno. Nicméně přidání odporu jako přídavného odporu (tzv. Ochlazovacího odporu) vede k jeho zbytečnému uvolnění. Aby nedocházelo k úniku energie, systémy střídavého proudu používají reaktivní impedance tlumení, nejčastěji kondenzátory. Takto byly vybudovány kondenzátory. Podobně, pomocí kapacitního kohoutku z vysokonapěťového vedení můžete získat malé napětí pro napájení jakýchkoli samostatných zařízení.

Minimalizace hluku

Při zesilování slabých signálů se často vyskytuje problém minimalizace hluku zavedeného zesilovačem do signálu. Chcete-li to provést, použijte speciální zesilovače s nízkým šumemjsou však navrženy tak, aby nejnižší hodnota šumu byla dosažena pouze v určitém rozsahu výstupního odporu zdroje signálu. Například zesilovač s nízkým šumem poskytuje minimální hluk pouze v rozsahu výstupní impedance zdroje od 1 kΩ do 10 kΩ; Pokud má zdroj signálu nižší výstupní impedanci (např. Mikrofon s výstupní impedancí 30 ohmů), pak by měl být mezi zdrojem a zesilovačem použit transformátor, který zvýší výstupní impedanci (a také signální napětí) na požadovanou hodnotu.

Omezení

Pojem vnitřního odporu se zavádí prostřednictvím ekvivalentního obvodu, a proto platí stejná omezení jako pro použitelnost ekvivalentních obvodů.

Příklady

Hodnoty interního odporu jsou relativní: to, co je považováno za malé, například pro galvanické články, je pro výkonnou baterii velmi velké. Níže jsou uvedeny příklady dvou koncových hodnot a jejich hodnoty vnitřního odporu. r. Triviální dvoupólové pouzdra bez zdrojů  specifikováno.

Nízký vnitřní odpor

Vysoký vnitřní odpor

Negativní vnitřní odpor

Existují bipolární sítě, jejichž vnitřní odpor má negativní  hodnota Ve zvyku aktivní  odpor dochází disipace energie, in reaktivní  odporová energie je uložena a potom uvolněna zpět do zdroje. Zvláštností negativní odolnosti je, že je sama zdrojem energie. Proto se nevyskytuje negativní odpor ve své čisté podobě, lze ji simulovat pouze elektronickým obvodem, který nutně obsahuje zdroj energie. V obvodech lze získat negativní vnitřní odpor použitím:

• prvky s negativním diferenčním odporem, například tunelové diody

Systémy s negativním odporem jsou potenciálně nestabilní, a proto mohou být použity k budování oscilátorů.

Viz též

Odkazy

Literatura

• Zernov N.V., Karpov V.G.  Teorie rádiových obvodů. - M. - L .: Energie, 1965. - 892 str.
• Jones M.H.  Elektronika - praktický kurz. - M .: Technosphere, 2006. - 512 s. ISBN 5-94836-086-5

Poznámky

Nadace Wikimedia. 2010Polytechnický terminologický vysvětlující slovník

Předpokládejme, že existuje jednoduchý elektrický uzavřený obvod, který obsahuje zdroj proudu, jako je generátor, galvanický článek nebo baterie, a odpor, který má odpor R. Protože proud v obvodu není nikde přerušen, proudí uvnitř zdroje.

V takové situaci lze říci, že každý zdroj má nějaký vnitřní odpor, který brání proudu. Tento vnitřní odpor charakterizuje zdroj proudu a je označen písmenem r. Pro baterii nebo baterii je vnitřní odpor odporem roztoku elektrolytu a elektrod, pro generátor, odpor statorových vinutí atd.

Proto je zdroj proudu charakterizován jak hodnotou EMF, tak hodnotou vlastního vnitřního odporu r - oba tyto charakteristiky ukazují kvalitu zdroje.

Elektrostatické generátory vysokého napětí (například generátor Van de Graaff nebo generátor Wimshurst) mají obrovský EMF měřený v milionech voltů, zatímco jejich vnitřní odpor je měřen ve stovkách mega, takže jsou nevhodné pro vysoké proudy.

Galvanické články (například baterie) - naopak - mají emf asi 1 volt, ačkoli jejich vnitřní odpor je v pořadí frakcí nebo maximálně - 10 ohmů a proto mohou být z galvanických prvků získány proudy v jednotkách a desítkách ampérů.

Tento diagram ukazuje skutečný zdroj s připojeným zatížením. Zde jsou uvedeny jeho vnitřní odpor, stejně jako zatížení. Podle toho se proud v tomto obvodu bude rovnat:

Vzhledem k tomu, že část vnějšího obvodu je homogenní, je možné zjistit zatěžovací napětí z Ohmova zákona:

Vyjádřením odporu zatížení z první rovnice a nahrazením její hodnoty ve druhé rovnici získáme závislost napětí na zátěži od proudu v uzavřeném obvodu:

V uzavřeném obvodu se EMF rovná součtu poklesů napětí na prvcích vnějšího obvodu a vnitřního odporu samotného zdroje. Závislost napětí na zatížení na zatěžovacím proudu je ideálně lineární.

Graf ukazuje to, ale experimentální data o skutečném odporu (kříž v blízkosti grafu) se vždy liší od ideálu:

Experimenty a logika ukazují, že při nulovém zatížení je napětí na vnějším obvodu rovno zdrojovému napětí a při nulovém napětí na zátěži je proud v obvodu stejný. Tato vlastnost reálných obvodů pomáhá experimentálně nalézt emf a vnitřní odpor skutečných zdrojů.

Experimentální zjištění vnitřního odporu

Pro experimentální určení těchto vlastností vytvořte graf napětí na zátěži z proudu a pak jej extrapolujte na průsečík s osami.

V místě průniku grafu s napětím je hodnota emf zdroje a v místě průsečíku s proudovou osou je velikost zkratového proudu. Výsledkem je, že vnitřní odpor je podle vzorce:

Vyvinutý zdrojem užitečného výkonu je přidělen zatížení. Graf závislosti závislosti tohoto výkonu na zatížení je uveden na obrázku. Tato křivka začíná od průsečíku souřadnicových os v nulovém bodě, potom se zvětšuje na maximální hodnotu a potom klesá na nulu, přičemž zatěžovací odpor se rovná nekonečnu.

Abychom zjistili maximální odpor zátěže, při kterém teoreticky vznikne maximální výkon s daným zdrojem, je odvozen derivát vzorce s ohledem na R a rovnocenný s nulou. Maximální výkon se vyvíjí, když je odpor vnějšího obvodu stejný jako vnitřní odpor zdroje:

Tato poloha na maximálním výkonu u R = r umožňuje experimentálně nalézt vnitřní odpor zdroje vytvořením závislosti výkonu uvolněného na zatížení na hodnotu odporu zátěže. Nalezení skutečného, ​​nikoli teoretického, odporového zatížení zajišťujícího maximální výkon určuje skutečný vnitřní odpor napájecího zdroje.

Účinnost zdroje proudu ukazuje poměr maximálního výkonu uvolněného při zatížení k celkovému výkonu, který se momentálně vyvíjí

Vnitřní odpor proudových zdrojů je zanedbatelný.
  Vnitřní odpor proudového zdroje je zanedbatelný.
  Vnitřní odpor proudového zdroje vypočítaný tímto vzorem bude striktně platný pouze pro daný rozsah zatížení, protože polarizace není úměrná proudové hustotě.
  Interní odpor proudového zdroje je odpor, který má proudový zdroj. To je důležitá vlastnost jakéhokoli zdroje proudu, který určuje jeho vnitřní pokles napětí, napětí, které může zdroj vytvářet na koncích obvodu, který napájí a největší proud, který může zdroj při zkratu.
  Interní odpor proudového zdroje je odpor, který má proudový zdroj.
  Vnitřní odpor zdroje proudu, odpory připojovacích vodičů a kontaktů v klíčích jsou zanedbávány.
Jaký je vnitřní odpor proudového zdroje, jehož emf je rovno 30 V, jestliže po zapnutí vnějšího obvodu s odporem 6 ohmů se napětí na svorkách baterie stalo 18 V.
  Odtud nalezneme vnitřní odpor proudového zdroje.
  Dále je třeba zanedbat vnitřní odpor proudového a olověného vodiče, pokud není ve stavu specifikován.
  Zde je poměrně malá slupa s malým vnitřním odporem proudu proudu a tudíž malou rezistencí žárovky rgK. Tzar, který je určen hlavně vysokým odporem RgK (který vyplývá ze skutečnosti, že potenciál sítě je pod záporným potenciálem relativně k katodě během vypouštění), se stává mnohokrát delší než cár a exponenciální délka výstupního impulsu (počítá se délka trvání poloviny amplitudy) několik desítekkrát delší než doba trvání impulsu, daná vstupu.
  Určete elektromotorickou sílu a vnitřní odpor zdroje proudu, pokud na jedné pozici posuvníku reostatu je ampermetr zobrazen 0 2 A, voltmetr - 1 8 V a v druhé pozici posuvníku - 0 4 Аи 1 6 V, resp.
  Označujeme r - vnitřní odpor proudového zdroje, přes R - odpor každého voltmetru.
  Nic, protože vnitřní odpor proudového zdroje je nekonečně velký.
  Nejprve určujeme emf a vnitřní odpor aktuálního zdroje.

Pro stanovení EMF a vnitřního odporu proudu proudu byl na výstup nejprve připojen odpor D 2 Ohm, tedy odpor L2 4 Ohm.
  Sklon těchto křivek je určen vnitřním odporem zdroje proudu. Tento koncept obvykle zahrnuje jak ohmický odpor, tak odpor odolný polarizaci.
  Zde se zanedbává odpor spojovacích vodičů a vnitřní odpor proudového zdroje.
  Pro vytvoření takového režimu je nutné, aby vnitřní odpor proudového zdroje byl větší než odpor přechodu základny-emigra, jak v otevřeném, tak v uzavřeném stavu. Nejčastěji se tato podmínka splňuje, když se indukční cívka zapne sériově se vstupem tranzistoru, který je také smyčkovou cívkou.
  Při průchodu stávající části výkonu je přiřazen vnitřní odpor proudového zdroje.
  Jaké jsou negativní důsledky skutečnosti, že vnitřní odpor aktuálního zdroje diferenciální fáze má konečnou hodnotu?
Řetěz dvou paralelních větví. U (pro t sekundy je stejný.) Vztahy mezi jednotkami energie: Přenos výkonu na zatížení bude maximálně rovný vnitřnímu odporu zdroje proudu a odporu zatížení.
  Často dochází k vážným nedorozuměním mezi studenty kvůli neschopnosti správně zohlednit vliv vnitřního odporu proudových zdrojů na provozní režim celého elektrického obvodu. Řada problémů odstavce (například 383, 385, 386, 392-395, atd.) Se konkrétně věnuje objasnění tohoto problému a také objasnění problému výběru nejpříznivějších provozních podmínek pro současné zdroje.
  Krystaly zinkoaminu jsou nevodivé a tvorba této sloučeniny vede ke zvýšení vnitřního odporu zdroje proudu.
  V libovolné uzavřené smyčce (například a) 6 se algebraický součet elektromotorických sil rovná algebraickému součtu produktů proudů k odporům jednotlivých úseků obvodu. Při výpočtu součtu produktů proudů k odporům jednotlivých úseků obvodu je třeba vzít v úvahu i vnitřní odpor proudových zdrojů.
  Pokud předpokládáme, že kapacita C0z je zanedbatelná nebo ji započítáme do okruhu čtyřnásobku Q, pak vnitřní odpor proudového zdroje / g lze považovat za platný a rovný Y.
  Bylo zjištěno, že maximální zatížení je přiděleno zátěži za předpokladu, že velikost vnějšího odporu obvodu R se rovná vnitřnímu odporu zdroje proudu.
  Zde R znamená odpor všech odporů, které tvoří obvod (odpor proti zatížení), a g znamená vnitřní odpor zdroje proudu.

Zde R znamená odpor všech odporů tvořících obvod (odpor zátěže) a t znamená vnitřní odpor zdroje proudu.
  Mechanický systém a jeho elektrické modely (čtyřnásobná metoda) Jak již bylo uvedeno výše, vnitřní odpor zdroje napětí (první analogový systém) musí být velmi malý a vnitřní odpor zdroje proudu (druhý analogový systém) musí být velmi velký ve srovnání s odporem modelu.
  Pozitivní vlastnosti uváděného převodníku zahrnují skutečnost, že nestanoví zvlášť přísné požadavky na přechodovou odolnost klíčů, protože velikost jejich přechodového odporu je pouze malou částí vnitřního odporu zdroje proudu a neovlivňuje přesnost převodu.
Takže s následným zařazením n identických proudových zdrojů je elektromotorická síla výsledné baterie n-násobkem elektromotorické síly odděleného zdroje proudu, ale v tomto případě se přidávají nejen elektromotorické síly, ale také vnitřní odpory proudových zdrojů. Takové začlenění je výhodné, když je vnější odpor obvodu velmi velký ve srovnání s vnitřním odporem.
  Je třeba poznamenat, že schéma na obr. 1 - 2 6 odpovídá diagramu na obr. 1 - 1, ale pouze ve vztahu k energii uvolněné v zatěžovacím odporu R a není ekvivalentní vůči energii uvolněné ve vnitřním odporu zdroje proudu.
  Ale součet potenciálních rozdílů uzavřeného obvodu je nulový, součet odporů všech úseků uzavřeného obvodu je jeho celkový odpor, který je obvykle napsán ve formě dvou pojmů: R - vnější (s ohledem na zdroje) odpor u - vnitřní odpor proudových zdrojů.
  Druhý režim [IMAGE] například. V této rovnici, r a r% - interní odpory proudových zdrojů e a e2 - nejsou zobrazeny v diagramu; IR, IR2 a IRS jsou poklesy napětí na vnějších odporech obvodu; / g a / r2 - pokles napětí na vnitřní odpor proudových zdrojů.
  Vnitřní odpor zdroje proudu může být buď čistě aktivní nebo reaktivní.
  Závislost poměru p / ro (vyjádřeného v decibelech akustického tlaku na povrchu pevného válce (s výškou rovnou jeho průměru, krychle, koule k akustickému tlaku, který se uskutečnil v poli před tím, než byl vložen), z poměru dA (nebo průměru válce nebo koulí (nebo okraje krychle k vlnové délce.Křivka rodiny parametr je úhel Φ mezi osou válce, kostka, koule a směr příchodu zvuku.Při výpočtu zesilovače mikrofonu jsou použity následující úvahy.Jmenovitá impedance mikrofonu je vnitřní impedance zdrojového proudu na vstupu zesilovače, vstupní zesilovač odpor - impedance zátěže mikrofonu.
  Jako zdroj proudu v potenciometrii nejčastěji používané baterie nebo suché články, mnohem méně často - stabilizované zdroje stejnosměrného proudu. Moderní potenciometry jsou navrženy tak, aby vnitřní odpor proudového zdroje neovlivňoval provoz potenciometru. Při práci se suchými bateriemi a akumulátory je třeba vzít v úvahu závislost výbojového proudu na čase, který má minimální sklon 10 až 15 minut po zapnutí.
Distribuce elektrického napětí podél vinutí supravodivého magnetu během vytváření normální zóny v něm. Ve skutečnosti (obr. 9.2) vzniká vysoký potenciál uvnitř vinutí, kde je aktivní složka napětí směřující k induktivní. Malý potenciální rozdíl mezi napájecími vodiči je způsoben vnitřním odporem zdroje proudu, který se obvykle vypne, když se magnet přepne do normálního stavu. Ale i kdyby tomu tak nebylo, napětí v proudovém zdroji bude jen několik voltů oproti stovkám a možná i tisícům voltů v normální zóně. Proto může být zdrojové napětí zanedbáno, ale zdroj proudu by měl být odpojen co nejrychleji, aby se zabránilo delšímu vytváření tepla ve vinutí a kryostatu.

Symbol Rt na obr. 5.12 a indikoval vnitřní odpor zdroje proudu.
  Klíč, zkratovací bod A k zemi, s nízkým odporem v otevřeném stavu. Odolnost veřejného klíče je obvykle zanedbatelná ve srovnání s vnitřním odporem zdroje proudu. Proto pokles napětí na klíči způsobuje zanedbatelnou chybu.
  Závislost nabíjecího proudu geo. Na obr. 3 znázorňuje závislost nabíjecího proudu geometrické kapacity na čase bez zohlednění absorpčních proudů. Je třeba poznamenat, že současný pokles v tomto případě je určen vnitřním odporem zdroje proudu a nikoliv stavem izolace.
  Je dobré, že při řešení problému jste použili metodu ekvivalentní aktivní dvoupólové sítě. Bohužel jste udělali chybu při určování hodnoty odporu aktivní dvouválcové sítě R3K: interní odpor zdroje proudu je nekonečně velký, proto je pasivní dvou-terminální síť, na kterou je obvod na obr. 2 převeden. 6.13 a, při určování R3K, bude obsahovat dva odporové prvky zapojené do série.
  K, jelikož jinak (5.1) musí také vzít v úvahu napětí přímo na vstupu zesilovače. Druhá mezní podmínka v odvozeném vztahu (5.1) je předpoklad, že vnitřní odpor zdroje proudu je velmi malý.
  Tak transformátor změní hodnotu odporu R o k2krát. Toto je široce používáno při vývoji různých elektrických obvodů, které odpovídají zatěžovacímu odporu s vnitřním odporem proudových zdrojů.
Hlavní typy jednofázových transformátorů Jednofázové transformátory s vysokým výkonem. Tak transformátor změní hodnotu odporu g o k2 krát. Tato vlastnost je široce používána při návrhu různých elektrických obvodů, aby odpovídaly zatěžovacím odporům s vnitřním odporem proudových zdrojů.
  Jednoduchý elektrický obvod. Ohmův zákon platí nejen pro místo, ale pro celý elektrický okruh. V tomto případě je celkový odpor všech prvků obvodu, včetně vnitřního odporu zdroje proudu, nahrazen hodnotou R. V nejjednodušších výpočtech obvody obvykle zanedbávají odpor spojovacích vodičů a vnitřní odpor zdroje proudu.
  DC obvod. Napětí působící v externím elektrickém obvodu zdroje proudu může být reprezentováno jako součet poklesů napětí na jednotlivých prvcích tohoto obvodu. Koneckonců proud proudící v obvodu proudí proudovým zdrojem, který má svůj vlastní odpor, nazvaný vnitřní odpor proudového zdroje.

Číslo otázky 1. Elektrotechnika  - Jedná se o oblast vědy a techniky, která studuje elektrické a magnetické jevy a jejich použití pro praktické účely.

Elektrický obvod  - je souprava zařízení určená k výrobě, přenosu, přeměně a použití elektrického proudu.

Všechna elektrotechnická zařízení podle jejich účelu, principu působení a konstrukčního návrhu. lze rozdělit na tři velké skupiny.

Zdroje energiet.j. zařízení, která produkují elektrický proud (generátory, termočlánky, fotovoltaické články, chemické prvky).

Přijímačenebo zatížení, tj. zařízení, která spotřebovávají elektrický proud (elektrické motory, žárovky, elektrické mechanismy atd.).

Vodiče  stejně jako různé spínací zařízení (spínače, relé, stykače atd.).

Směrový pohyb elektrických nábojů je volán elektrický šok. Elektrický proud může nastat v uzavřeném obvodu. Je nazýván elektrický proud, jehož směr a velikost jsou nezměněny přímý proud  a označte velká písmena I.

Elektrický proud, jehož velikost a směr nezůstává konstantní, se nazývá střídavý proud.  Hodnota střídavého proudu v uvažovaném časovém okamžiku se nazývá okamžitě a označuje malým písmenem.   i.

Provoz elektrického obvodu vyžaduje přítomnost zdrojů energie. V jakémkoli zdroji v důsledku sil jiných než elektrických původců elektromotorická síla. Na zdrojových svorkách dochází potenciální rozdíl nebo napětí, jehož vliv na vnější část obvodu připojeného ke zdroji vzniká elektrický proud.

Tam jsou aktivní a pasivní obvody, úseky a prvky řetězů. Aktivní  elektrické obvody obsahující zdroje energie, pasivní  - elektrické obvody, které neobsahují zdroje energie. Objednává se elektrický obvod lineárnípokud žádný parametr obvodu není závislý na velikosti nebo směru proudu nebo napětí. Elektrický obvod je nelineárnípokud obsahuje alespoň jeden nelineární prvek. Parametry nelineárních prvků závisí na velikosti nebo směru proudu nebo napětí.

Elektrický obvod  - Jedná se o grafický obraz elektrického obvodu, který obsahuje symboly zařízení a ukazuje připojení těchto zařízení. Na obr. 1.1 znázorňuje elektrický obvod obvodu sestávající ze zdroje energie, žárovky 1 a 2, elektromotoru 3.

Pro usnadnění analýzy je elektrický obvod nahrazen náhradním obvodem.

Náhradní vzorec  - je grafický obraz elektrického obvodu pomocí ideálních prvků, jejichž parametry jsou parametry nahrazovaných prvků.

Obrázek 1.2 ukazuje vzorek substituce.

Nejjednodušší pasivních prvků  ekvivalentní schémata jsou odpor, indukčnost a kapacita.

V reálném obvodu má elektrický odpor nejen odpor, odpor, ale i vodiče, cívky, kondenzátory atd. Společnou vlastností všech zařízení s odolností je nevratná přeměna elektrické energie na teplo. Tepelná energie uvolněná v odporu je užitečná nebo rozptýlená v prostoru. V náhradním okruhu ve všech případech, kdy je třeba vzít v úvahu nevratnou konverzi energie, je zahrnut odpor.

Odpor vodiče je určen vzorecem

kde l je délka vodiče;

S - úsek;

r je odpor.

Odvolá se na inverzní odpor vedení.

Odpor je měřen v ohmech (ohmů) a vodivosti - v siemens (cm).Odpor pasivního obvodu obecně  určen vzorec

kde P - spotřeba energie;

I - proud. Odpor v ekvivalentním obvodu je znázorněn následovně:

Indukčností  se nazývá ideální prvek ekvivalentního obvodu, který charakterizuje schopnost okruhu akumulovat magnetické pole. Indukčnost cívky, měřeno v henry [GN],  určen vzorec

kde W je počet otáček cívky;

F je magnetický tok cívky, excitovaný proudem i.

Obrázek ukazuje obrázek indukčnosti v ekvivalentním obvodu

Kapacita  se nazývá ideální prvek ekvivalentního obvodu, který charakterizuje schopnost části elektrického obvodu akumulovat elektrické pole. Kapacity mají pouze kondenzátory. Kapacita zbývajících prvků řetězu je zanedbatelná. Kapacitní kapacita měřená v faradah (F.) je určen podle vzorce:

kde q je náboj na deskách kondenzátoru;

Uc je napětí přes kondenzátor.

Na obrázku je znázorněna kapacita obrazu v ekvivalentním obvodu.

Jakýkoli zdroj energie může být reprezentován jako emf zdroj nebo zdroj proudu. Zdroj EMF  - Jedná se o zdroj charakterizovaný elektromotorickou silou a vnitřním odporem. Ideální je zdroj EMF, jehož vnitřní odpor je nulový.

ukazuje zdroj EMF, na jehož svorky je připojen odpor R.

Ri je vnitřní odpor zdroje EMF.

Šipka EMF směřuje od bodu nejnižšího potenciálu k bodu nejvyššího potenciálu, šipka napětí na svorkách zdroje U12 směřuje v opačném směru od bodu s vyšším potenciálem k bodu s nižším potenciálem.

Proud (1.2) (1.3)

V ideálním zdroji EMF je vnitřní odpor Ri = 0, U12 = E.

Z vzorce (1.3) lze vidět, že napětí na terminálech skutečného zdroje EMF klesá se zvyšujícím se proudem. Pro ideální zdroj napětí na svorkách nezávisí na proudu a je rovno elektromotorové síle.

Další způsob idealizace zdroje je možný: jeho zastoupení jako zdroj proudu.

Zdroj proudu  nazývaný zdroj energie, charakterizovaný velikostí proudové a vnitřní vodivosti.

Ideální je zdroj proudu, jehož vnitřní vodivost je nulová.

Rozdělíme levou a pravou stranu rovnice (1.2) na Ri a získáme

kde je proud zdroje proudu; - vnitřní vodivost.

U ideálního zdroje proudu, gi = 0 a J = I.

Proud ideálního zdroje nezávisí na odporu vnější části obvodu.. Zůstává konstantní bez ohledu na odpor zátěže. Konvenční obraz zdroje proudu je znázorněn na obr.

Každý skutečný zdroj EMF lze převést na zdroj proudu a naopak.  Zdroj energie, jehož vnitřní odpor je malý ve srovnání s odporovou zátěží, se blíží k vlastnostem ideálního zdroje EMP.

Je-li vnitřní odpor zdroje větší než odpor externího obvodu, jeho vlastnosti jsou blízké ideálnímu zdroju proudu.

Existují rozvětvené a nerozvětvené schémata.

Na obr. 1.5 zobrazuje nezkrotované schéma.

Na obr. 1.6 ukazuje rozvětvený obvod obsahující dva zdroje emf a 5 odporů.

Odolnost spojovacích vodičů se rovná nule.

Rozvětvená schéma  - Jedná se o složitou kombinaci sloučenin pasivních a aktivních prvků.

Obr. 1.5 Sekce elektrického okruhu, kterým prochází stejný proud, se nazývá větve. Spojuje se dvě nebo více větví elektrického obvodu vázané. Objeví se uzel, ve kterém se obě větve splňují jednorázové. Uzel je neodstranitelná, pokud jsou v něm připojeny tři nebo více větví. Uzel v diagramu je označen jako bod.

Konzistentní  Říkají takové spojení částí obvodu, ve kterých prochází stejný proud všemi úseky. S paralelní  připojení všech částí řetězu jsou připojeny ke stejné dvojici uzlů, jsou pod stejným napětím.

Zobrazí se jakákoli uzavřená cesta obsahující několik větví kontury.

V závislosti na zatížení se rozlišuje následující. režimy provozu: nominální, volnoběžný, zkratový, přizpůsobený režim.

Při jmenovitém režimu pracují elektrické přístroje za podmínek specifikovaných v pasových datech výrobce. Za normálních podmínek proud, napětí a výkon nepřesahují stanovené hodnoty.

Režim nečinnosti se objevuje při otevřeném obvodu nebo při odpojení odporu zatížení.

Režim zkratu je dosažen, když je odpor zátěže nulový. Krátký proud je několikanásobek jmenovitého proudu. Režim zkratu je abnormální.

Odpovídající režim je režim přenosu ze zdroje na impedanci zatížení nejvyššího výkonu. Spárovaný režim nastane, když se odpor proti zatížení rovná vnitřnímu odporu zdroje. V tomto případě je zatížení přiděleno maximální výkon.

ukazuje část obvodu s odporem R. Proud protékající odporem R je úměrný poklesu napětí přes odpor a nepřímo úměrný velikosti tohoto odporu.

Pokles napětí přes odpor je volán aktuální produktprocházející odporem pro množství tohoto odporu

Základní zákony elektrických obvodů spolu s Ohmovým zákonem jsou zákony rovnováhy v rovnováze (první Kirchhoffův zákon) a napěťová rovnováha na uzavřených úsecích obvodu (druhý Kirchhoffův zákon). V souladu s prvním zákonem Kirchhoff je algebraický součet proudů v každém uzlu obvodu nula:

Vezměme schéma a napíšeme rovnici pro ni podle prvního zákona Kirchhoffa nebo Proudy směřované do uzlu jsou přiřazeny znaménkem plus a proudu směřujícímu od uzlu je přiřazen znak mínus.

Podle druhého zákona Kirchhoffova algebraická součet emf podél uzavřené smyčky se rovná algebraické součtu poklesů napětí v této smyčce.

Proveďte schéma a píšíme rovnici pro vnější obrysy tohoto schématu podle druhého zákona Kirchhoffa. Chcete-li to provést, zvolte libovolně směr obtokového obvodu, například ve směru hodinových ručiček. EMF a pokles napětí jsou zapsány na levé a pravé straně rovnice znaménkem plus, pokud se jejich směry shodují se směrem obtokového obvodu a se znaménkem mínus, pokud se neshodují.

Při určování proudu ve větvi obsahujícím zdroj emf použijte Ohmův zákon pro aktivní větev. Vezměte větev obsahující odpor a zdroje emf. Větev je spojena s uzly a-b, směr proudu ve větvi je známý Zajistěte uzavřenou smyčku sestávající z aktivní větve a napěťové šipky Uab a zapište rovnici pro ni podle druhého zákona Kirchhoffa. Zvolte směr obtoku obvodu ve směru hodinových ručiček. Z této rovnice získáváme vzorec pro aktuální Obecně platí: kde R je součet odporů pobočky;

E je algebraická součet emf.

EMF ve vzorci je napsáno znaménkem plus, pokud se jeho směr shoduje se směrem proudu a se znaménkem mínus, pokud tomu tak není.

Otázka číslo 2. Ideální zdroj EMFje aktivní prvek se dvěma svorkami, jehož napětí nezávisí na odporu vnějšího obvodu, to znamená, že nezávisí na proudu procházejícím zdrojem. Obrázek ideálního zdroje EMF je znázorněn na obr. 1.8a

Předpokládá se, že uvnitř takového zdroje chybí pasivní prvky (r, L, C), a proto proud proudem přes něj nevede k poklesu napětí. Vnitřní odpor ideálního zdroje EMF je nulový.

Na rozdíl od pasivních prvků, kde proud proudí z většího potenciálu na menší, tento proces je obrácen na zdroji EMP kvůli působení vnitřních sil zdroje. Práce vynaložená na přesunutí náboje z výstupu "-" do závěru "+" a odkazuje na velikost tohoto náboje se nazývá zdrojové elektromotorické síly, a obecně označován jako e, a konstantní EMF jako E. Proto napětí na svorkách zdroje EMF je u = e, to znamená, že kladný směr napětí je proti kladnému směru EMF.

V přírodě neexistují žádné ideální zdroje. Neexistuje žádný takový zdroj, zkrat (připojení vodičů vodičem s odporem rovným nule), který vede k nekonečně velkým proudům ikz =. V každém zdroji je vnitřní odpor, pokles napětí, při kterém během zkratu vyrovnává emf zdroje, proto zkratový proud má konečnou hodnotu.

Zdroj emf konečné energie je znázorněn jako ideální zdroj emf a pasivního prvku zapojeného do série (obr. 1.8.b), jehož parametry jsou zvoleny tak, aby odrážely skutečné procesy na výstupech zdroje. V DC obvodech je zpravidla vnitřní odpor (na obr. 1.8b označen jako Rνn), jehož hodnota je mnohem menší než parametry vnějšího obvodu. V některých případech může být tento odpor opomíjen (v závislosti na požadované přesnosti výpočtu). Vlastnosti proudového napětí ideálních (1) a reálných (2) zdrojů stejnosměrného napětí jsou znázorněny na obr.

Zdroj proudu  je aktivní prvek, jehož proud je prakticky nezávislý na napětí na svorech. To může být, pokud je odpor proudového zdroje nepřiměřeně větší než odpor vnějšího obvodu. Doporučujeme představit koncept ideálního zdroje proudu. Je zřejmé, že pro ideální proudový zdroj je vnitřní odpor nekonečno.

Symbol ideálního zdroje proudu je zobrazen na obr. 1.9a. Dvojité šipky a znaky (+) a (-) označují pozitivní směr proudu a polaritu zdroje.

Pokud připojíte odpor k ideálním zdrojům proudu a zvýšíte ho na nekonečno, napětí na jeho terminálech a tím i výkon se bude neustále zvyšovat. Proto je ideální zdroj proudu, stejně jako ideální zdroj EMF, považován za zdroj nekonečné energie.

Zdroje konečného výkonu (reálné) jsou zobrazeny jako ideální s pasivním prvkem, který je k němu připojen (obr. 1.9b), který omezuje výkon dodaný externímu obvodu a odráží vnitřní parametry zdroje. Proud reálného zdroje je menší než současný ideál vzhledem k magnitudě současného Iνn protékajícího vnitřním odporem Rvn.

Otázka číslo 3. Indukčností se nazývá idealizovaný prvek elektrického obvodu, ve kterém je uložena energie magnetického pole. Uskladnění energie elektrického pole nebo přeměna elektrické energie na jiné druhy energie v ní nenastane.

Nejbližší k idealizovanému prvku - indukčnosti - je skutečným prvkem elektrického obvodu - indukční cívka. Na rozdíl od indukčnosti indukční cívky je také uložení energie elektrického pole a přeměna elektrické energie na jiné formy energie, zejména na tepelnou energii.

Kvantifikace schopnosti skutečného a idealizovaného elektrického obvodu uchovávat energii magnetického pole je charakterizována parametrem nazývaným indukčnost.

Proto se termín "indukčnost" používá jako název idealizovaného prvku elektrického obvodu jako název parametru, který kvantitativně charakterizuje vlastnosti tohoto prvku, a jako název hlavního parametru indukční cívky.

Vztah mezi napětím a proudem v indukční cívce je určen zákonem elektromagnetické indukce, z něhož vyplývá, že když magnetický tok proniká do indukční cívky, v něm je indukována elektromotorická síla e, úměrná rychlosti změny vazby toku cívky a řízené tak, zabraňte změně magnetického toku:

Spojení toku cívky se rovná součtu algebraických součtů magnetického toku pronikajícího na jeho jednotlivé otáčky:

kde N je počet závitů cívky.

Induktance V systému jednotek SI vyjadřuje magnetický tok a vazba toku ve Weber (WB).

Magnetický tok F pronikající každým ze závitů cívky obecně může obsahovat dvě složky: magnetický tok samočinné indukce Fsi a magnetický tok vnějších polí Fvp: F - Fsi + Fvp.

První složkou je magnetický tok způsobený proudem protékajícím cívkou, druhý je určen magnetickými poli, jejichž existence nesouvisí s proudem cívky - zemským magnetickým polem, magnetickými polimi jiných cívky a permanentními magnety. Pokud je druhá složka magnetického toku způsobena magnetickým polem druhé cívky, pak se nazývá magnetický tok vzájemné indukce.

Cívka os flux spojení, stejně jako magnetický tok Φ, může být reprezentována jako součet dvou složek: ψ = ψsi + ψvp

Indukčnost indukovaná v induktivní cívce EMF e může být naopak reprezentována jako součet samočinně indukovaného EMF, který je způsoben změnou magnetického toku samočinné indukce a EMF způsobené změnou magnetického toku vně cívkových polí:

e = esi + eub,

zde jste - EMF self-indukce, evp - EMF externích polí.

Pokud jsou magnetické toky vnějšího pole induktivní cívky nulové a cívka prostupuje pouze tokem samoindukce, je ve cívce indukována pouze emf samoindukce.

Samočinná vazba toku závisí na proudu protékajícím cívkou. Tento vztah nazvaný Weber - charakteristika induktivní cívky je obecně nelineární povahy (obr. 2, křivka 1). Ve zvláštním případě, například pro cívku bez magnetického jádra, může být tato závislost lineární (obr. 2, křivka 2).

Weber-amp charakteristiky indukční cívky: 1 - nelineární, 2 - lineární.

V systému jednotek SI je indukčnost vyjádřena v henry (gn).

Při analýze obvodů obvykle není hodnota emf indukovaná v cívce, ale napětí na jejích svorkách, jehož pozitivní směr je zvolen tak, aby se shodoval s pozitivním směrem proudů: Idealizovaný prvek elektrického obvodu - indukčnost lze považovat za zjednodušený model indukční cívky, což odráží schopnost cívky uchovávat energii magnetického pole.

U lineární indukčnosti je napětí na svorkách úměrné rychlosti změny proudu. Při průchodu stejnosměrného proudu indukčností je napětí na svorkách nulové, tudíž indukční odpor vůči stejnosměrnému proudu je nulový.