Источники э.д.с. и источники тока

Источники электрической энергии в электрических цепях рассматриваются как источники э.д.с. и источники тока.

Источник э.д.с. - это источник электромагнитной энергии, напряжение на зажимах которого не зависит или мало зависит от тока, идущего от источника к нагрузке (приемнику). В общем случае, в источнике происходит потеря энергии, пропорциональная квадрату тока. Коэффициент пропорциональности называется собственным внутренним сопротивлением источника.

Рассмотрим баланс энергии в цепи с источником, обладающим активным сопротивлением , подключенным к нагрузке . Отдаваемая источником мощность выделяется в виде тепла внутри источника и на активном сопротивлении нагрузки

, или

Учитывая, что - напряжение на зажимах источника, можем записать

При разомкнутой цепи = 0 напряжение на зажимах источника равно э.д.с. . На рисунке 3.11 приведена зависимость от при и = 0

 

Для источника э.д.с. мало, поэтому . При = 0 источник э.д.с. называется идеальным и изображается в виде

Источник тока - это источник электромагнитной энергии, в котором ток не зависит или мало зависит от напряжения на его зажимах. Потеря энергии в источнике тока пропорциональна квадрату напряжения. Коэффициент пропорциональности ()называется собственной проводимостью источника.

Отдаваемая источником мощность рассеивается в нагрузке () и внутри источника () в виде тепла, поэтому можем записать , или

Учитывая, что - ток, протекающий от источника к приемнику, запишем

При замыкании источника тока на = 0 (короткое замыкание) , и ток короткого замыкания .

На рисунке 3.12 приведена зависимость от при и = 0 в пределах изменения напряжения на источнике от = 0 до и соответствующая этой зависимости электрическая схема.

 

 

Для источника тока обычно невелика, поэтому . При условии = 0 источник тока называется идеальным и изображается в виде:

Идеальные источники напряжения и тока также относят к основным элементам электрической цепи (табл. 3.2).

 

 

Таблица 3.2

 

Элемент эл. цепи	Связь между напряжением и током	Связь между током и напряжением
	e=const(i)	определяется внешней цепью
	определяется внешней цепью	J=const(u)

 

 

Схемы с реальными источниками электромагнитной энергии всегда можно рассматривать как схемы с идеальными источниками, что иллюстрируется на приведенных ниже рисунках

 

Важной разновидностью источников э.д.с. и тока являются зависимые (управляемые) источники, величины или которых зависят от тока или напряжения на некотором участке цепи. Рассмотрим основные типы зависимых источников.

ИНУН - источник напряжения, управляемый напряжением

 

ИНУТ - источник напряжения, управляемый током

 

 

ИТУН - источник тока, управляемый напряжением

 

ИТУТ - источник тока, управляемый током

 

В принятой системе обозначений первый индекс указывает на участок цепи, в которой находится источник, а второй - на участок, который управляет источником.

Введение зависимых источников э.д.с. и тока обусловлено активно развивающейся областью электротехники - электроникой. С помощью этих источников удобно отображать взаимное влияние различных элементов электрической цепи друг на друга, что характерно для систем, содержащих полупроводниковые элементы и микросхемы.

 

Схемы электрических цепей

Схема электрической цепи - это условное графическое изображение цепи. Примером схемы электрической цепи может служить схема системы передачи энергии от генератора 1 к потребителю 3 через линию электропередачи 2, изображенная на рис.3.13.

Основой для расчета электрической цепи служит схема замещения электрической цепи(эквивалентная схема), представляющая схему, состоящую из основных элементов , , , , и отображающая свойства реальной цепи. Схема замещения реальной цепи, представленной на рисунке 3. 13, может иметь вид, изображенный на рис.3.14.

 

Введем понятия узел, ветвь, контур электрической цепи и соответственно ее схемы.

Ветвь - участок схемы, в котором в любой момент времени ток имеет одно и то же значение. Ветвь может содержать любое число последовательно соединенных элементов цепи.

 

Последовательное соединение ‑ это такое соединение элементов, когда по ним протекает один и тот же ток.

Узел - место соединения ветвей.

Параллельным соединением ветвей называют такое соединение, при котором все ветви присоединяются к одной паре узлов и ко всем этим ветвям приложено одно и то же напряжение.

Смешанным соединением называют комбинацию последовательных и параллельных соединений.

Сложные цепи могут не сводиться к перечисленным типам соединений.

Контур - это любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. К каждому узлу в контуре присоединены две ветви.

В рассмотренном примере (схема рис.3.14) имеем:

· число узлов = 3;

· число ветвей = 5;

· ветви 1, 3, 5 содержат последовательно соединенные элементы;

· ветви 1 и 2, а также 4 и 5 соединены параллельно;

· ветвь 2 соединена параллельно участку, образованному ветвями 3, 4 и 5;

· ветвь 1 соединена последовательно с участком, образованным ветвями 2, 3, 4 и 5;

· ветви 1, 4, 5 не образуют какого либо из рассмотренных типов соединений;

· ветви 2, 3, 5 образуют контур (2,3,5), можно также выделить следующие контуры: (1,2), (2,3,4), (4,5), (1,3,4), (1,3,5).