Električni krugovi s istosmjernom strujom
U jednom krugu Električni krug s istosmjernom EMF usmjerenom unutar izvora električne energije od negativnog pola prema pozitivnom pobuđuje struju I istog smjera, što je određeno Ohmov zakon za cijeli lanac:
I = E / (P + RTutorak),
gdje je R otpor vanjskog kruga koji se sastoji od prijemnika i spojnih žica, RW je otpor unutarnjeg kruga koji uključuje izvor električne energije.
Ako otpori svih elemenata električnog kruga ne ovise o vrijednosti i smjeru struje i EMF-a, tada se oni, kao i sam krug, nazivaju linearnim.
U jednoslojnom linearnom istosmjernom električnom krugu s jednim izvorom električne energije struja je izravno proporcionalna EMF-u i obrnuto proporcionalna ukupnom otporu kruga.
Riža. 1. Dijagram jednosmjernog električnog kruga s istosmjernom strujom
Iz gornje formule slijedi da je E — RwI = RI, gdje je I = (E — PvI) / R ili I = U / R, gdje je U = E — RwI napon izvora električne energije, koji je usmjeren od pozitivni pol na negativni pol.
Izraz I = U / R je Ohmov zakon za dio kruga, na stezaljke na koje se dovodi napon U, koji se podudara u smjeru sa strujom I na istom mjestu.
Napon prema struji U(I) pri E = const i RW = const naziva se vanjska ili volt-amperska karakteristika linearnog izvora električne energije (slika 2), prema kojoj je moguće za bilo koju struju I odrediti odgovarajući napon U i prema dolje navedenim formulama izračunajte snagu prijemnika električne energije:
P2 = RI2 = E2R / (R + RTutorak)2,
izvor električne energije:
P1 = (P + RTutorak) Az2 = E2 / (R + RTutorak)
i učinkovitost instalacije u istosmjernim krugovima:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Riža. 2. Vanjska (volt-amperska) karakteristika izvora električne energije
Točka X strujno-naponske karakteristike izvora električne energije odgovara stanju mirovanja (x.x.) U otvorenom krugu, kada je struja Azx = 0 i napon Ux = E.
Točka H određuje nazivni način rada ako napon i struja odgovaraju njihovim nazivnim vrijednostima Unom i Aznom, danim u putovnici izvora električne energije.
Točka K karakterizira način kratkog spoja (kratki spoj), koji nastaje kada su stezaljke izvora električne energije međusobno spojene, pri čemu je vanjski otpor R =0. U tom slučaju dolazi do struje kratkog spoja Azk = E / Rwatt, koja je puta veća od nazivne struje Aznom zbog činjenice da unutarnji otpor izvora električna energija Rw <R.U ovom načinu rada napon na stezaljkama izvora električne energije Uk = 0.
Točka C odgovara usklađenom načinu rada gdje je otpor vanjskog strujnog kruga R jednak otporu unutarnjeg ciljnog Rwatt izvora električne energije. U ovom načinu rada postoji struja Ic = E / 2R, snaga vanjskog kruga odgovara najvećoj snazi P2max = E2 / 4RW i učinkovitosti (učinkovitosti) instalacije ηc = 0,5.
Ugovorni režim gdje:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 i Ic = E / 2R = I
Riža. 3. Grafikoni ovisnosti relativne snage prijemnika električne energije i učinkovitosti instalacije o relativnom otporu prijemnika.
U elektranama se načini električnih krugova značajno razlikuju od koordiniranog načina rada i karakterizirani su strujama I << Ic zbog otpora prijemnika R Rvat, zbog čega se rad takvih sustava odvija s visokom učinkovitošću.
Proučavanje pojava u električnim krugovima pojednostavljeno je zamjenom s ekvivalentnim krugovima — matematičkim modelima s idealnim elementima, od kojih je svaki karakteriziran jednim i parametrima preuzetim iz parametara pometnutih elemenata. Ovi dijagrami u potpunosti odražavaju svojstva električnih krugova i, ako su ispunjeni određeni uvjeti, olakšavaju analizu električnog stanja električnih krugova.
U ekvivalentnim krugovima s aktivnim elementima koriste se idealni izvor EMF i idealni izvor struje.
Idealan EMF izvor karakteriziran konstantnom EMF, E i unutarnjim otporom jednakim nuli, zbog čega je struja takvog izvora određena otporom spojenih prijemnika, a kratki spoj uzrokuje struju i snagu teoretski teži beskonačno velikoj vrijednosti.
Idealnom izvoru napajanja pripisuje se unutarnji otpor koji teži beskonačno velikoj vrijednosti i konstantna struja Azdo bez obzira na napon na njegovim stezaljkama, jednaka struji kratkog spoja, uslijed čega dolazi do neograničenog povećanja opterećenja priključenog na izvor je popraćen teoretski neograničenim povećanjem napona i snage.
Riža. 4. Pomoćni sklopovi za električni krug sa stvarnim izvorom električne energije i otpornikom, a - s idealnim izvorom EMF, b - s idealnim izvorom struje.
Stvarni izvori električne energije s EMF E, unutarnjim otporom Rvn i strujom kratkog spoja Ic mogu se prikazati ekvivalentnim krugovima koji uključuju idealni izvor emf ili idealni izvor struje, s otpornim elementima spojenim u seriju i paralelno, koji karakteriziraju unutarnje parametre stvarnog izvora i ograničavanje snage spojenih prijemnika (slika 4, a, b).
Realni izvori električne energije rade u režimima bliskim režimu idealnih EMF izvora, ako je otpor prijemnika velik u odnosu na unutarnji otpor realnih izvora, tj. kada su u režimima bliskim stanju mirovanja.
U slučajevima kada su režimi rada bliski režimu kratki spoj, stvarni izvori se približavaju idealnim izvorima struje jer je otpor prijemnika mali u usporedbi s unutarnjim otporom stvarnih izvora.
