Схемы замещения источников электрической энергии

Свойства источника электрической энергии описываются ВАХ Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru , называемой внешней характеристикой источника. Далее в этом разделе для упрощения анализа и математического описания будут рассматриваться источники постоянного напряжения (тока). Однако все полученные при этом закономерности, понятия и эквивалентные схемы в полной мере распространяются на источники переменного тока. ВАХ источника может быть определена экспериментально на основе схемы, представленной на рис. 4,а. Здесь вольтметр V измеряет напряжение на зажимах 1-2 источника И, а амперметр А – потребляемый от него ток I, величина которого может изменяться с помощью переменного нагрузочного резистора (реостата) RН.

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru

В общем случае ВАХ источника является нелинейной (кривая 1 на рис. 4,б). Она имеет две характерные точки, которые соответствуют:

а – режиму холостого хода Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru ;

б –режиму короткого замыкания Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru .

Для большинства источников режим короткого замыкания (иногда холостого хода) является недопустимым. Токи и напряжения источника обычно могут изменяться в определенных пределах, ограниченных сверху значениями, соответствующими номинальному режиму (режиму, при котором изготовитель гарантирует наилучшие условия его эксплуатации в отношении экономичности и долговечности срока службы). Это позволяет в ряде случаев для упрощения расчетов аппроксимировать нелинейную ВАХ на рабочем участке m-n (см. рис. 4,б) прямой, положение которой определяется рабочими интервалами изменения напряжения и тока. Следует отметить, что многие источники (гальванические элементы, аккумуляторы) имеют линейные ВАХ.

Прямая 2 на рис. 4,б описывается линейным уравнением

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru , (1)

где Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru - напряжение на зажимах источника при отключенной нагрузке (разомкнутом ключе К в схеме на рис. 4,а); Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru - внутреннее сопротивление источника.

Уравнение (1) позволяет составить последовательную схему замещения источника (см. рис. 5,а). На этой схеме символом Е обозначен элемент, называемыйидеальным источником ЭДС. Напряжение на зажимах этого элемента Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru не зависит от тока источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 5,б. На основании (1) у такого источника Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru . Отметим, что направления ЭДС и напряжения на зажимах источника противоположны.

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru

Если ВАХ источника линейна, то для определения параметров его схемы замещения необходимо провести замеры напряжения и тока для двух любых режимов его работы.

Существует также параллельная схема замещения источника. Для ее описания разделим левую и правую части соотношения (1) на Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru . В результате получим

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru

или

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru , (2)

где Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru ; Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru - внутренняя проводимость источника.

Уравнению (2) соответствует схема замещения источника на рис. 6,а.

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru

На этой схеме символом J обозначен элемент, называемый идеальным источником тока. Ток в ветви с этим элементом равен Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru и не зависит от напряжения на зажимах источника, следовательно, ему соответствует ВАХ на рис. 6,б. На этом основании с учетом (2) у такого источника Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru , т.е. его внутреннее сопротивление Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru .

Отметим, что в расчетном плане при выполнении условия Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru последовательная и параллельная схемы замещения источника являются эквивалентными. Однако в энергетическом отношении они различны, поскольку в режиме холостого хода для последовательной схемы замещения мощность равна нулю, а для параллельной – нет.

Кроме отмеченных режимов функционирования источника, на практике важное значение имеет согласованный режим работы, при котором нагрузкой RН от источника потребляется максимальная мощность

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru , (3)

Условие такого режима

Схемы замещения источников электрической энергии - student2.ru , (4)

В заключение отметим, что в соответствии с ВАХ на рис. 5,б и 6,б идеальные источники ЭДС и тока являются источниками бесконечно большой мощности.

Наши рекомендации