1.2. Характеристики и схемы замещения источников и приемников (потребителей) электрической энергии

1. 2. Характеристики и схемы замещения источников и приемников (потребителей) электрической энергии

 

Простейшая электрическая цепь (рис. 1. 1 а) состоит из источника И и приемника П электрической энергии, соединенных проводами. Цепь может содержать переключатель К для замыкания и размыкания цепи.

В цепях постоянного тока напряжения и токи неизменны во времени. Внешняя характеристика источника представляет собой зависимость напряжения на его зажимах от тока. Для источника внешнюю характеристику снимают, изменяя параметры приемника, а для приемника – изменяя параметры источника. На рис. 1. 1 б, в показаны внешние характеристики источника и приемника.

Элемент называют активным, если в нем содержатся сторонние источники ЭДС и напряжение на его выводах при отсутствии тока отлично от нуля. Пассивным называют элемент, в котором нет сторонних ЭДС и напряжение на его выводах при отсутствии тока равно нулю. Вводя абстрактные понятия идеальных линейных резистивных элементов (R), источников напряжения (ЭДС E) и тока (J), составляют схемы замещения источников и приемников, удобные для анализа электрических цепей. На рис. 1. 2 представлены внешние характеристики линейного резистивного элемента (прямая 1), источника напряжения U = E (прямая 2), источника тока I = J (прямая 3) и даны графические изображения этих элементов в схемах замещения.

Для резистивного элемента, согласно закону Ома, напряжение пропорционально току: U = R ∙ I (прямая 1), для идеального источника напряжения напряжение не зависит от тока (прямая 2), а для идеального источника тока ток не зависит от напряжения (прямая 3). Любой реальный активный элемент электрической цепи имеет схему замещения, состоящую из последовательно соединенных резистивного элемента и идеального источника напряжения (рис. 1. 3 а) или из параллельно соединенных резистивного элемента и идеального источника тока (рис. 1. 3 б). Внешние характеристики источников математически выражаются уравнениями прямой линии

 

                                                  U_и = E – R_и∙ I,                                           (1. 1)

где

                                               .                                           (1. 2)

Следует отметить, что для идеального источника ЭДС R_u = 0, а для идеального источника тока R_u = ∞.

Внешние характеристики в этих схемах соответствуют уравнению (1. 1) при

 

                                                 E = R∙ J = R∙ I_K,                                      (1. 3)

 

где I_K – ток короткого замыкания.

Для реального источника

 

U = E – R∙ I = R∙ (J – I).

 

ЭДС E равна напряжению холостого хода U_{х. х} при токе I = 0, а ток источника J равен току короткого замыкания I_K при U = 0.

 

1. 3. Напряжение на участке цепи

 

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка.

На рис. 1. 4 а изображен участок цепи, на котором есть сопротивление R и нет ЭДС. Крайние точки этого участка обозначены буквами a и b. Пусть

 

ток I течет от точки a к точке b. За условное положительное направление тока в электротехнике принято направление движения положительных зарядов (от точки с более высоким потенциалом к точке с меньшим потенциалом).

На участке цепи без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Следовательно, потенциал точки a ( ) выше потенциала точки b ( ) на величину, равную произведению сопротивления R на ток I:

.

 

В соответствии с определением напряжение между точками a и b

 

.

 

Следовательно, U_ab = R ∙ I. Другими словами, напряжение на сопротивлении равно произведению тока, протекающего по сопротивлению, на величину этого сопротивления. В электротехнике разность потенциалов на концах сопротивления принято называть либо напряжением на сопротивлении, либо падением напряжения. Положительное направление напряжения совпадает с положительным направлением тока, протекающего по данному сопротивлению.

Рассмотрим теперь вопрос о напряжении на участке цепи, содержащем не только сопротивление, но и ЭДС.

На рис. 1. 4 б, в показаны участки некоторых цепей, по которым протекает ток I. Найдем разность потенциалов (напряжение) между точками a и c для этих участков. По определению

 

.

 

Выразим потенциал точки a через потенциал точки c. При перемещении от точки c к точке b идем встречно направлению ЭДС E (рис. 1. 4 б), поэтому потенциал точки b оказывается ниже, чем потенциал точки c, на величину ЭДС E, т. е.

 

.

 

При перемещении от точки c к точке b идем согласно направлению ЭДС E (рис. 1. 4 в) и поэтому потенциал точки b оказывается выше, чем потенциал точки c, на величину ЭДС E, т. е.

 

.

 

При перемещении от точки c к точке b идем согласно направлению ЭДС E (рис. 1. 4 в) и поэтому потенциал точки b оказывается выше, чем потенциал точки c, на величину ЭДС E, т. е.

 

.

 

Ранее говорилось, что на участке цепи без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Поэтому в обеих схемах рис. 1. 4 б, в потенциал точки a выше, чем потенциал точки b на величину падения напряжения на сопротивлении R:

 

.

 

Таким образом, для рис. 1. 4 б имеем , или

 

.

 

Для рис. 1. 4 в             

 

или                           

 

Положительное направление напряжения указывают на схемах стрелкой. Стрелка должна быть направлена от первой буквы индекса ко второй. Так, положительное направление напряжения U_ca изображают стрелкой, направленной от a к c.

Из самого определения напряжения следует также, что . Поэтому U_ca = –U_ca. Другими словами, изменение чередования индексов равносильно изменению знака этого напряжения. На основании изложенного ясно, что напряжение может быть и положительной, и отрицательной величиной.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: