3.Источники электрической энергии.

Идеализированный источник напряжения – это элемент цепи, напряжение которого не зависит от тока и является заданной постоянной величиной, ему соответствует на рис. 1.7. сплошная ВАХ. В действительности мы имеем дело с реальными источниками напряжения, которые отличаются от идеальных источников тем, что их напряжение с ростом потребляемого тока уменьшается. ВАХ реального источника напряжения представлена на рис. 1.7. пунктирной линией, тангенс угла наклона которой равен внутреннему сопротивлению источника напряжения R₀. Любой реальный источник при сопротивлении нагрузки R >> R₀  может быть приведен к идеализированному следующим образом (рис.1.8.):

U(реал)=IR-E. E(реал)=E—IR

Таким образом, свойства источника ЭДС или реального источника напряжения определяются двумя параметрами – вырабатываемой ЭДС

Е и внутренним сопротивлением R₀.

Идеализированный источник тока – это элемент цепи, ток которого не зависит от напряжения и является заданной постоянной величиной, ему соответствует сплошная ВАХ на рис. 1.8.

У реального источника тока с ростом напряжения вырабатываемый ток уменьшается. ВАХ реального источника напряжения представлена на рис. 1.8. пунктирной линией, тангенс угла наклона которой равен внутренней проводимости источника тока G₀. Любой реальный источник тока может быть приведен к идеализированному следующим образом (рис. 1.9.):

идеализированному следующим образом (рис. 1.9.):

,                                          (1. 7)

где J, G₀ – постоянные параметры.

Таким образом, свойства источника задающего тока определяются двумя параметрами: задающим током J

и внутренней проводимостью G₀. Чем меньше G₀, тем ближе характеристика реального источника тока к идеализированному.

Поскольку внутренние сопротивления реальных источников всегда можно отнести к потребителям цепи далее рассматриваются только идеализированные источники напряжения и тока.

Провода, связывающие потребители и источники, по своей сущности также относятся к потребителям энергии. Однако, часто провода наделяют лишь соединительными функциями и считают, что они служат лишь для того, чтобы показать, как связаны между собой отдельные элементы цепи. Сопротивления проводов, если ими нельзя пренебречь, учитываются включением в соответствующих местах цепи дополнительных потребителей.

Зависимость между током и напряжением на элементе цепи называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) элемента, которая обычно изображается графически. На рис. 1.3. показаны ВАХ потребителей различного типа. Прямолинейные ВАХ (1) и (3) соответствуют линейным элементам, а криволинейная ВАХ (2) – нелинейным элементам. Мы изучаем в рамках этого пособия только линейные цепи, для которых отношение  или его отклонение от постоянной величины невелико. В данном случае, когда ВАХ изображается линией, близкой к прямой, считают, что потребитель подчиняется

закону Ома, согласно которому напряжение и ток пропорциональны друг другу.

Этот коэффициент пропорциональности k называют электрическим сопротивлением элемента R, которое измеряется в Омах (Ом).

В качестве потребителя в теории электрических цепей постоянного тока выступает резистор, характеризующийся сопротивлением (R), для которого справедлив закон Ома:

или ,                                    (1.

3)

Обозначение резистора на электрических схемах изображено на рис. 1.4.

Величину, обратную сопротивлению, называют проводимостью, которая измеряется в Сименсах (См).

Закон Ома можно представить через проводимость:

                                      (1.4)

В пассивных элементах ток течет от точек с относительно большим потенциалом к точкам, имеющим относительно меньший потенциал. Поэтому на рис. 1.5. стрелка тока направлена от «+» к «–», что соответствует закону Ома в форме:

                                                                         (1.5)

Для обозначений, принятых на рис. 1.6., закон Ома должен быть записан в следующей форме: .

Таким образом, в ТОЭ потребитель моделируется идеальным потребителем, свойства которого определяются значением единственного параметра (R или

G).

Источники энергии моделируются с помощью источника ЭДС (Е), или источника напряжения, и источника тока (J). ВАХ источников энергии – это внешние характеристики, обычно имеющие ниспадающий характер, т.к. в большинстве случаев с увеличением тока напряжение источника уменьшается.

Реальные источники электрической энергии — Студопедия

Поделись  

Отличием реальных источников энергии от идеальных является прежде всего наличие в них внутреннего сопротивления, обусловленного их конструкцией и физическими процессами, происходящими в них.

Внутреннее сопротивление реального активного элемента R_вн ограничивает мощность, отдаваемую источником в электрическую цепь. В связи с этим реальный источник энергии может быть представлен как модель, образованная из идеального источника энергии и идеального резистора (сопротивления), т.

е. в виде последовательной или параллельной схем замещения, соответственно с идеализированным источником напряжения (рис. 1.17,а) или идеализированным источником тока

(рис. 1.17,б).

Рис. 1.17. Реальные источники напряжения и тока:

а – последовательная схема замещения:

б – параллельная схема замещения.

В параллельной схеме замещения (рис. 1.17,б) для того, что бы напряжение на ее выходных зажимах было равно

u(t), необходимо выбирать величину i(t)=e(t)/R_вн.

На рис. 1.18 представлен реальный источник напряжения в виде последовательной схемы замещения с идеальным источником напряжения c внутренним сопротивлением и подключенной к зажимам источника сопротивления нагрузки R_Н, на котором возникает напряжение .

Рис. 1.18. Условное графическое изображение реального источника напряжения с нагрузкой R_Н

Основной характеристикой модели реального источника напряжения является его вольт-амперная характеристика (ВАХ), т.

е. зависимость тока через источник от напряжения на его зажимах, которая является функцией изменения сопротивления нагрузки . На рис. 1.19 показана ВАХ реального источника постоянного напряжения.

Рис. 1.19. ВАХ реального источника напряжения

ВАХ реального источника напряжения (рис. 1.19) представляет собой прямую линию, у которой точка 1 с координатами (0, ) получается при , когда , а точка 2 с координатами (0, ) образуется при , когда . Пунктирной линией на рис. 1.19 показана вольт-амперная характеристика идеального источника напряжения с внутренним сопротивлением = =0.

При расчетах схем, при необходимости, осуществляют эквивалентный переход от последовательной схемы замещения источника энергии к параллельной и наоборот, что позволяет упростить расчеты электрических цепей. Так, например, если при последовательном соединении двух источников энергии общее напряжение равно сумме их напряжений, и также суммируются величины их внутренних сопротивлений, то при параллельном соединении двух источников, для определения результирующего напряжения, необходимо осуществить соответствующие расчеты.

Их можно произвести на основе вышеупомянутых схем замещения реальных источников энергии.

На рис. 1.20 представлена схема параллельного соединения двух реальных источников энергии постоянного напряжения и пусть требуется определить напряжение на зажимах их соединения.

Рис. 1.20. Схема параллельного соединения источников напряжения

Для определения напряжения Е_1,2 осуществим эквивалентный переход от последовательной схемы замещения источников энергии к параллельной (рис. 1.21).

Рис. 1.21. Схема соединения источников в виде параллельной схемы их замещения

Дальнейшее преобразование цепи (рис. 1.21) приводит к схеме, показанной на рис. 1.22.

Рис. 1.22. Преобразование в схеме соединения источников энергии по рис. 1.21

Тогда, с учетом преобразований (рис. 1.22) напряжение на эквивалентном сопротивлении R_экв можно определить как

. (1.22)

Полученная формула (1.22) показывает, что при параллельном соединении источников их общее напряжение определяется как величина, зависящая не только от их напряжений, а и от их внутренних сопротивлений.

Так, если у источников энергии (рис.1.22) R₁=R₂=R, то формула (1.22) упрощается и будет иметь вид

.

На практике схему замещения (последовательную или параллельную) выбирают исходя из технических характеристик источника энергии, и прежде всего величины его внутреннего сопротивления. Так, мощный автомобильный аккумулятор с очень маленьким внутренним сопротивлением приближается к последовательной схеме замещения с идеальным источником напряжения и сопротивлением R_вн. Источник питания переносных радиоприемников (батарейку) с большим внутренним сопротивлением лучше всего представить в виде параллельной схемы замещения с источником тока. При необходимости, на практике реальный источник тока получают из реального источника напряжения с малым внутренним сопротивлением R_е, подключая последовательно к зажимам источника большое сопротивление R_вн (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Схема реального источника тока

Если в схеме (рис. 1.23) соблюдается условие, что R_вн>>R_н,

то при изменении R_н от нуля до некоторого значения ток i(t) в электрической цепи будет изменяться в небольших пределах и не будет зависеть от напряжения u_Rн (t) на зажимах R_н.



Что такое реальные источники напряжения и тока?

9 июля 2020 г. от EEE

В этом уроке мы узнаем, что такое реальные источники напряжения и тока?

Реальный источник напряжения :

Реальный (неидеальный) источник напряжения имеет внутреннюю сопротивление, из-за которого напряжение на его клеммах уменьшается при потреблении тока от него.

Реальный источник можно представить как идеальное напряжение последовательно включенный источник с сопротивлением, равным его внутреннему сопротивлению (R _в ) как показано на рис.

Это представление можно использовать для расчета истинного напряжение на клеммах источника напряжения, когда от него отводится ток. Обратите внимание, что внутреннее сопротивление является неотъемлемым свойством источника, а не дискретным компонент, который можно измерить омметром. Поскольку R _int становится Чем меньше источник напряжения, тем больше он приближается к идеальному источнику напряжения.

Реальный источник тока:

Реальный источник тока может быть представлен в виде идеального источник тока параллельно с внутренним сопротивлением (R _{интервал} ) как показано на схеме.

Когда сопротивление нагрузки R _L подключено параллельно клеммы, ток (I), создаваемый источником, делится между Rint и РЛ. Следовательно, ток нагрузки меньше, чем был бы в случае источника был идеальным. В большинстве случаев идеальный источник тока имел бы бесконечное внутреннее сопротивление. В этом случае весь ток источника будет подаваться на нагрузку. Как сопротивление шунта Rинт становится больше, источник тока приближается к идеальному источник тока поближе.

Источник Диалог:   

Настоящий источник напряжения может быть преобразован в эквивалентный реальный источник тока и наоборот. Фигура показывает реальный источник напряжения, подключенный к нагрузке R _L . Значение ток эквивалентного источника тока I = E / Rint. Значение Rint равно то же самое, но параллельно с источником тока, показанным на рис.

Два контура эквивалентны и легко доказываются.

На рис. 1, загрузка текущий                I _Л = Е / Rint + R _L

На рис. 2, нагрузка текущий                I’ _L = I Ꭓ (Rint / Rint + R _L )

= E / Rint + R _L

                       Итак,                I’ _L = I _L

Следовательно, эквивалент стендов двух цепей доказано. Преобразование источника (источник напряжения в эквивалентный источник тока и наоборот) часто упрощает анализ многих схемы. Любое сопротивление, включенное последовательно с источником напряжения, будь то внутреннее или внешнее сопротивление, может быть включено в его преобразование в эквивалентный источник тока. Точно так же любое сопротивление параллельно току источник может быть включен, когда он преобразуется в эквивалентный источник напряжения. Однако напряжение на любом таком сопротивлении или ток через любое такое сопротивление не могут быть вычисляется, если сопротивление включено в преобразование источника.

Что такое идеальный источник тока в реальной жизни?

спросил 1 год, 11 месяцев назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 302 раза

\$\начало группы\$

На страницах с 8 по 9 книги Горовица и Хилла Art of Electronics обсуждаются концепции источников тока и источников напряжения. Батареи приведены в качестве примера идеального источника напряжения, но примеров «идеального» источника тока, похоже, не приведено, так что же такое идеальный источник тока?

Мой вопрос отличается от этого вопроса, так как здесь я спрашиваю об идеальных источниках, а не о реальных источниках.

• источник тока

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

«Идеальный» источник тока должен иметь бесконечный диапазон напряжений. Точно так же «идеальный» источник напряжения должен иметь бесконечный диапазон тока.

Другими словами, идеальных источников не существует. Мы можем аппроксимировать их, используя источник питания (например, батарею или плавающий источник питания) с регулировкой тока или напряжения на его выходе.

Источники тока (и стоки) тем не менее широко используются в электронике. У них всегда есть ограничение диапазона соответствия напряжения , которое определяет, насколько они неидеальны.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Солнечные элементы, батареи с большим внутренним сопротивлением (например, кнопочные элементы), светодиодные источники постоянного тока…

Обратите внимание, что этот вопрос на самом деле не заведет вас слишком далеко. Батарея не является идеальным источником напряжения, и не требуется гораздо большего «обожествления», чтобы относиться к другим источникам питания как к источникам тока так же, как вы относитесь к батареям как к источникам напряжения.

Вопрос скорее в том, насколько «неидеальность» вы принимаете.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Батареи обычно ведут себя как источники напряжения из-за своего химического состава. При протекании тока и переносе заряда с одного электрода на другой нарушается внутренний электрохимический баланс и создается возможность протекания окислительно-восстановительных реакций, восполняющих израсходованный заряд. И чем больше протекает ток, тем больше происходит реакций, а значит, батарея стремится выдавать стабильное напряжение. Это также зависит от состояния заряда и внутреннего сопротивления, конечно.

С другой стороны, солнечный элемент или фотодиод действительно являются источником тока. Каждый фотон, который он получает, приводит к генерации определенного количества заряда. Максимальный выходной ток, представляющий собой поток заряда, прямо пропорционален количеству фотонов, полученных в секунду. Это несколько скрыто тем фактом, что, если солнечный элемент разомкнут и от него не поступает ток, напряжение возрастет до точки, при которой заряд просачивается обратно внутрь, поэтому он выглядит как источник постоянного напряжения. Но внутри это источник тока с ограничением по напряжению.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

В реальной жизни источник тока представляет собой комбинацию источника напряжения, который может обеспечить достаточное напряжение для конкретного приложения, и некоторой электроники, которая стремится контролировать ток — это часто делается путем попытки поддерживать постоянное напряжение на датчике тока. резистор. Например, в светодиодном освещении обычно используются светодиодные матрицы на 36 В, поэтому достаточно источника питания с мощностью 40 В, а электронная схема ограничивает ток до желаемого значения.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Идеальный источник напряжения способен обеспечивать требуемое напряжение независимо от силы тока. На практике это невозможно, каждый источник напряжения имеет свои ограничения по току. То же самое для источника тока (но наоборот).