Mạch điện có dòng điện một chiều
Trong một mạch điện Một mạch điện có dòng điện một chiều EMF hướng bên trong nguồn năng lượng điện từ cực âm sang cực dương kích thích dòng điện I cùng chiều, được xác định bởi Định luật Ohm cho toàn bộ chuỗi:
Tôi = E / (R + RT Thứ ba),
trong đó R là điện trở của mạch ngoài gồm máy thu và các dây nối, RW là điện trở của mạch trong gồm nguồn điện.
Nếu điện trở của tất cả các phần tử của mạch điện không phụ thuộc vào giá trị và hướng của dòng điện và EMF, thì chúng cũng như bản thân mạch điện được gọi là tuyến tính.
Trong mạch điện một chiều tuyến tính một vòng với một nguồn năng lượng điện duy nhất, dòng điện tỷ lệ thuận với EMF và tỷ lệ nghịch với tổng điện trở của mạch.
Cơm. 1. Sơ đồ mạch điện một chiều có dòng điện một chiều
Từ công thức trên, suy ra E — RwI = RI, trong đó I = (E — PvI) / R hoặc I = U / R, trong đó U = E — RwI là điện áp của nguồn năng lượng điện, được định hướng từ cực dương sang cực âm.
Biểu thức I = U / R là Định luật Ôm cho một đoạn mạch, đến các đầu cuối mà điện áp U được đặt vào, trùng hướng với dòng điện I tại cùng một vị trí.
Điện áp so với dòng điện U(I) tại E = const và RW = const được gọi là đặc tính bên ngoài hoặc vôn-ampe của nguồn năng lượng điện tuyến tính (Hình 2), theo đó bất kỳ dòng điện nào I cũng có thể xác định được điện áp tương ứng U và theo các công thức , được đưa ra dưới đây - tính công suất của máy thu năng lượng điện:
P2 = RI2 = E2R / (R + RTTuesday)2,
nguồn năng lượng điện:
P1 = (R + RTTuesday) Az2 = E2 / (R + RTuesday)
và hiệu quả của việc cài đặt trong các mạch điện một chiều:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Cơm. 2. Đặc tính bên ngoài (volt-ampe) của nguồn năng lượng điện
Điểm X của đặc tính dòng điện-điện áp của nguồn năng lượng điện tương ứng với chế độ không tải (x.x.) trong mạch hở, khi dòng điện Azx = 0 và điện áp Ux = E.
Điểm H xác định chế độ danh định nếu điện áp và dòng điện tương ứng với các giá trị danh định của chúng Unom và Aznom, được đưa ra trong hộ chiếu của nguồn năng lượng điện.
Điểm K đặc trưng cho chế độ đoản mạch (đoản mạch), xảy ra khi các cực của nguồn năng lượng điện được nối với nhau, trong đó điện trở ngoài R=0. Trong trường hợp này, dòng điện ngắn mạch Azk = E / Rwatt xảy ra, cao hơn nhiều lần so với dòng điện danh định Aznom do thực tế là điện trở trong của nguồn năng lượng điện Rw < R .Ở chế độ này, điện áp ở hai cực của nguồn năng lượng điện Uk = 0.
Điểm C tương ứng với chế độ phù hợp trong đó điện trở của mạch ngoài R bằng với điện trở của nguồn năng lượng điện Rwatt mục tiêu bên trong. Ở chế độ này có dòng điện Ic = E/2R, công suất mạch ngoài tương ứng với công suất cao nhất P2max = E2/4RW và hiệu suất (efficiency) cài đặt ηc = 0,5.
Chế độ hợp đồng trong đó:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 và Ic = E / 2R = I
Cơm. 3. Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc của công suất tương đối của máy thu năng lượng điện và hiệu suất lắp đặt vào điện trở tương đối của máy thu
Trong các nhà máy điện, các chế độ của mạch điện khác biệt đáng kể so với chế độ phối hợp và được đặc trưng bởi dòng điện I << Ic do điện trở của máy thu R Rvat, do đó hoạt động của các hệ thống đó diễn ra với hiệu quả cao.
Việc nghiên cứu các hiện tượng trong mạch điện được đơn giản hóa bằng cách thay thế chúng bằng các mạch tương đương - mô hình toán học với các phần tử lý tưởng, mỗi phần tử được đặc trưng bởi một và các tham số được lấy từ các tham số của các phần tử quét. Các sơ đồ này phản ánh đầy đủ các đặc tính của mạch điện và nếu đáp ứng một số điều kiện nhất định, sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích tình trạng điện của mạch điện.
Trong các mạch tương đương với các phần tử hoạt động, nguồn EMF lý tưởng và nguồn dòng điện lý tưởng được sử dụng.
Nguồn EMF lý tưởng được đặc trưng bởi EMF không đổi, E và điện trở trong bằng 0, do đó dòng điện của nguồn đó được xác định bởi điện trở của máy thu được kết nối và đoản mạch gây ra dòng điện và công suất theo lý thuyết có xu hướng đạt giá trị lớn vô hạn.
Một nguồn năng lượng lý tưởng được gán một điện trở trong có xu hướng lớn vô hạn và dòng điện không đổi Azdo bất kể điện áp ở các cực của nó, bằng với dòng điện ngắn mạch, do đó tải kết nối với nguồn tăng không giới hạn. nguồn đi kèm với sự gia tăng điện áp và công suất không giới hạn về mặt lý thuyết.
Cơm. 4. Mạch dự phòng cho mạch điện có nguồn năng lượng điện thực và điện trở, a - với nguồn EMF lý tưởng, b - với nguồn dòng điện lý tưởng.
Các nguồn năng lượng điện thực với EMF E, điện trở trong Rvn và dòng điện ngắn mạch Ic có thể được biểu diễn bằng các mạch tương đương bao gồm nguồn emf lý tưởng hoặc nguồn dòng điện lý tưởng tương ứng với các phần tử điện trở mắc nối tiếp và song song, đặc trưng cho các tham số bên trong của nguồn thực và giới hạn công suất của các máy thu được kết nối (Hình 4, a, b).
Các nguồn năng lượng điện thực hoạt động ở chế độ gần với chế độ của nguồn EMF lý tưởng, nếu điện trở của máy thu lớn so với điện trở trong của nguồn thực, tức là khi chúng ở chế độ gần với chế độ không tải.
Trường hợp các chế độ vận hành gần với chế độ ngắn mạch, nguồn thực tiếp cận nguồn dòng lý tưởng vì điện trở của máy thu nhỏ so với điện trở trong của nguồn thực.
