Stromkreise mit Gleichstrom
In einem einzelnen Stromkreis erregt ein Stromkreis mit einem Gleichstrom EMF, der innerhalb der elektrischen Energiequelle vom Minuspol zum Pluspol gerichtet ist, einen Strom I derselben Richtung, die durch bestimmt wird Ohm'sches Gesetz für die gesamte Kette:
I = E / (R + RDienstag),
Dabei ist R der Widerstand des externen Stromkreises, der aus dem Empfänger und den Anschlussdrähten besteht, und RW der Widerstand des internen Stromkreises, der die elektrische Energiequelle enthält.
Wenn die Widerstände aller Elemente des Stromkreises nicht von der Größe und Richtung des Stroms und der EMF abhängen, werden sie sowie der Stromkreis selbst als linear bezeichnet.
In einem linearen Gleichstromkreis mit einer einzigen Schleife und einer einzigen elektrischen Energiequelle ist der Strom direkt proportional zur EMF und umgekehrt proportional zum Gesamtwiderstand des Stromkreises.
Reis. 1. Diagramm eines Einkreis-Stromkreises mit Gleichstrom
Aus der obigen Formel folgt, dass E — RwI = RI, wobei I = (E — PvI) / R oder I = U / R, wobei U = E — RwI die Spannung der Quelle elektrischer Energie ist, von der aus gerichtet wird den Pluspol zum Minuspol.
Ausdruck I = U / R ist Ohmsches Gesetz für einen Abschnitt eines Stromkreises, an den Klemmen, an denen eine Spannung U anliegt, deren Richtung mit dem Strom I an derselben Stelle übereinstimmt.
Die Spannung über dem Strom U(I) bei E = const und RW = const wird als äußere oder Voltampere-Kennlinie einer linearen elektrischen Energiequelle bezeichnet (Abb. 2), nach der es für jeden Strom I möglich ist, die zu bestimmen entsprechende Spannung U und berechnen Sie gemäß den unten angegebenen Formeln die Leistung des Empfängers elektrischer Energie:
P2 = RI2 = E2R / (R + RDienstag)2,
Quelle elektrischer Energie:
P1 = (R + RDienstag) Az2 = E2 / (R + RDienstag)
und die Effizienz der Installation in Gleichstromkreisen:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Reis. 2. Externe (Volt-Ampere) Charakteristik der elektrischen Energiequelle
Punkt
Punkt H bestimmt den Nennmodus, wenn Spannung und Strom ihren im Pass der elektrischen Energiequelle angegebenen Nennwerten Unom und Aznom entsprechen.
Punkt K kennzeichnet den Kurzschlussmodus (Kurzschluss), der auftritt, wenn die Anschlüsse der elektrischen Energiequelle miteinander verbunden werden, bei dem der Außenwiderstand R =0 ist. In diesem Fall entsteht ein Kurzschlussstrom Azk = E / Rwatt, der um ein Vielfaches höher ist als der Nennstrom Aznom Innenwiderstand der Quelle elektrische Energie Rw <R.In diesem Modus ist die Spannung an den Anschlüssen der elektrischen Energiequelle Uk = 0.
Punkt C entspricht dem angepassten Modus, bei dem der Widerstand des externen Stromkreises R gleich dem Widerstand der internen Ziel-Rwatt-Quelle elektrischer Energie ist. In diesem Modus liegt ein Strom Ic = E / 2R vor, die Leistung des externen Stromkreises entspricht der höchsten Leistung P2max = E2 / 4RW und der Wirkungsgrad (Wirkungsgrad) der Anlage ηc = 0,5.
Vertragsregime, bei dem:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 und Ic = E / 2R = I
Reis. 3. Diagramme der Abhängigkeiten der relativen Leistung des Empfängers elektrischer Energie und des Wirkungsgrads der Anlage vom relativen Widerstand des Empfängers
In Kraftwerken unterscheiden sich die Betriebsarten von Stromkreisen erheblich von der koordinierten Betriebsart und sind aufgrund der Widerstände der Empfänger R Rvat durch Ströme I << Ic gekennzeichnet, wodurch der Betrieb solcher Systeme mit hoher Effizienz erfolgt.
Die Untersuchung von Phänomenen in elektrischen Schaltkreisen wird vereinfacht, indem man sie durch äquivalente Schaltkreise ersetzt – mathematische Modelle mit idealen Elementen, von denen jedes durch eines charakterisiert wird und die Parameter aus den Parametern der gewobbelten Elemente abgeleitet werden. Diese Diagramme geben die Eigenschaften elektrischer Schaltkreise vollständig wieder und erleichtern bei Erfüllung bestimmter Bedingungen eine Analyse des elektrischen Zustands elektrischer Schaltkreise.
In Ersatzschaltungen mit aktiven Elementen werden eine ideale EMF-Quelle und eine ideale Stromquelle verwendet.
Eine ideale EMF-Quelle ist durch eine konstante EMF E und einen Innenwiderstand gleich Null gekennzeichnet, wodurch der Strom einer solchen Quelle durch den Widerstand der angeschlossenen Empfänger bestimmt wird und ein Kurzschluss theoretisch Strom und Leistung verursacht tendiert zu einem unendlich großen Wert.
Einer idealen Stromquelle wird ein Innenwiderstand zugeordnet, der zu einem unendlich großen Wert tendiert, und unabhängig von der Spannung an ihren Anschlüssen ein konstanter Strom Azdo, der dem Kurzschlussstrom entspricht, wodurch eine unbegrenzte Erhöhung der an sie angeschlossenen Last erfolgt Quelle geht mit einem theoretisch unbegrenzten Spannungs- und Leistungsanstieg einher.
Reis. 4. Backup-Schaltungen für einen Stromkreis mit einer realen elektrischen Energiequelle und einem Widerstand, a – mit einer idealen EMF-Quelle, b – mit einer idealen Stromquelle.
Reale elektrische Energiequellen mit EMK E, Innenwiderstand Rvn und Kurzschlussstrom Ic können durch Ersatzschaltbilder dargestellt werden, die eine ideale EMK-Quelle bzw. eine ideale Stromquelle mit in Reihe und parallel geschalteten Widerstandselementen enthalten, die charakterisieren die internen Parameter einer realen Quelle und die Begrenzung der Leistung der angeschlossenen Empfänger (Abb. 4, a, b).
Reale Quellen elektrischer Energie arbeiten in Regimen nahe dem Regime idealer EMF-Quellen, wenn der Widerstand der Empfänger im Vergleich zum Innenwiderstand realer Quellen groß ist, d. h. wenn sie sich in Regimen nahe dem Ruhezustand befinden.
In Fällen, in denen die Betriebsarten dem Modus nahe kommen Kurzschluss, reale Quellen nähern sich idealen Stromquellen an, da der Widerstand der Empfänger im Vergleich zum Innenwiderstand realer Quellen klein ist.
