Вътрешното съпротивление на източниците на напрежение

Затворената верига

Затворената верига се състои от източник на напрежение, товарен резистор или консуматор и свързващите кабели. Източникът на напрежение може да бъде галваничен елемент или батерия. Батерията е взаимното свързване на няколко галванични елемента или клетки, за да се образува по-голяма единица. Източникът на напрежение може също да бъде генератор или като цяло всеки желан източник на сигнал, който осигурява електрическа енергия.

Устройството, което е електрически свързано към източника на напрежение, се нарича товар или консуматор. Източникът, линиите и потребителите образуват затворена верига. Електрическият ток протича и електрическата енергия, съхранявана в източника, се превръща в друга форма на енергия в потребителя. Електрическата енергия не се консумира, но физически се преобразува правилно в друга форма на енергия, например в топлинна енергия, светлинна енергия или механична енергия.

Точките на свързване на източник на напрежение имат различна електронна заетост или потенциал. Те се измерват при референтен потенциал, който има уговорената стойност нула като потенциал на земята (земята). Напрежението на източника се изчислява от потенциалната разлика между двата свързващи полюса. Докато съществува, електрическият ток може да тече в затворена верига.

Отрицателният терминал има излишни електрони и отрицателен потенциал.
Положителният терминал има липса на електрони и положителен потенциал.
Потенциалната разлика е напрежението между клемите (напрежение на терминала).
Референтният смисъл съответства на техническата посока на тока от плюс към минус.

Показана е проста схема с галваничен елемент, алтернативно генератор на постояннотоково напрежение G, омичен резистор R и линии. По дефиниция кабелите имат идеални свойства, без съпротивление. Стрелките показват смисъла на еталон за напрежение и ток. Входното и изходното напрежение са еднакви в това просто представяне.

В системата на потребителските стрелки стрелките за напрежение и ток върху потребителя сочат в същата посока.
В потребителската система стрелки стрелките за напрежение и ток в източника на напрежение сочат в противоположни посоки.

Вътрешното съпротивление на източниците на напрежение

Носителите на заряд са отделни в източник на напрежение. Това може да се види особено ясно в химическите системи на батерии и акумулатори. В случай на генератори разделянето става чрез електромоторната сила, наречена накратко ЕМП. Колкото по-голяма е разделителната сила, толкова по-голямо е генерираното напрежение. Според DIN 1323, EMF не е една от променливите, които се използват във веригата. Напрежението, генерирано от ЕМП, се нарича първоначално напрежение или напрежение на източника. Той може да бъде измерен само на отворените терминали за свързване без зареждане на източника.

Първичното напрежение, генерирано от ЕМП, се счита за идеално.
При безтоково измерване напрежението на терминала е идентично с източника или първоначалното напрежение.

Ако резистор на натоварване е свързан към източник на напрежение, генератор на сигнал или захранващ блок, обикновено наричан източник, протича електрически ток. С увеличаване на натоварването протича по-голям ток и напрежението на клемата U Kl намалява. Максималният ток I K протича при късо съединение на източника, тъй като тогава стойността на съпротивлението на товара на практика има стойността 0 Ω. Токът може да тече само ако причината е електрическо напрежение. Във всеки случай законите на веригата са валидни. Правилото за окото се прилага за напрежения в електрическа мрежа. Следователно част от първичното напрежение U 0 трябва да бъде преобразувано в източника на напрежение. В случай на късо съединение, токът I L в източника генерира напрежение U i, равно на общото напрежение на източника. Причината за външно измеримата загуба на напрежение може да се обясни с вътрешното съпротивление R i на генератора.

Видеоклипът може да се контролира само с помощта на лентата за управление, която може да се покаже. Това показва, че с увеличаване на натоварването, т.е.при по-ниски стойности на съпротивлението на натоварването, напрежението на клемата намалява и в същото време напрежението на вътрешното съпротивление на източника се увеличава. Напрежението на източника винаги е сумата от напрежението на терминала и спада на напрежението във вътрешното съпротивление. Осветената в жълто част е еквивалентната електрическа схема на източника на напрежение. На практика напрежението на вътрешното съпротивление не може да бъде измерено директно. Вътрешното съпротивление може да се определи с диаграма за измерване. С него могат да се изчислят всички останали стойности.

Всеки генератор на напрежение или източник на напрежение има вътрешно съпротивление.
Оригиналното напрежение U o е равно на сумата от крайното напрежение U Kl и напрежението на вътрешното съпротивление U i
Следното се отнася за напрежението на клемите: U Kl = U 0 - (I L R i)

Определянето на вътрешното съпротивление съгласно метода ΔU/ΔI

На диаграмата характеристиката на натоварването показва зависимостта на напрежението на клемата от изтегления ток на натоварване. Тази характеристика е линейна и за резистори на натоварване с линейно поведение. Вътрешното съпротивление на генератора може да се изчисли директно от неговия градиент, вижте градиентния триъгълник. Този метод може да се използва универсално за определяне на вътрешното съпротивление. В примера вътрешното съпротивление се изчислява с ΔU = 3 V и ΔI = 0,3 A до R i = 10 Ω

Определянето на вътрешното съпротивление по метода на половината терминално напрежение

Този метод на измерване може да се използва само без повреда на източник на напрежение с достатъчно високо вътрешно съпротивление. Съпротивлението на натоварването се намалява, докато напрежението на клемата достигне половината от стойността на напрежението на източника или отворената верига. Тогава стойността на съпротивлението на натоварване е същата като тази на вътрешното съпротивление. Във видеоклипа това е случаят със съпротивление на натоварване 10 Ω. Клемното напрежение, както и напрежението на вътрешното съпротивление, е 5 V. И двата резистора образуват последователна верига. През тях протича един и същ ток и при еднакъв спад на напрежението те имат еднаква стойност на съпротивлението.

Източници на напрежение, свързани последователно

Регулируем източник на напрежение не винаги е на разположение. По-специално при устройствата, работещи с батерии, работното напрежение се получава чрез свързване на няколко отделни елемента. Когато елементите са свързани последователно, техните вътрешни съпротивления също образуват последователна връзка. Общото напрежение е сумата от отделните напрежения, като се обръща внимание на полярността на отделните елементи.

Когато източниците на напрежение са свързани последователно, използваемото работно напрежение се увеличава.
Увеличаването на вътрешното съпротивление води до намаляване на тока на късо съединение.

Симетрично захранване с положително и отрицателно напрежение се създава чрез свързване на два равни източника на напрежение последователно с референтната точка, земната верига между двата източника. Графиката показва симетрично захранване с напрежение от ± 15 V, генерирано с два идентични източника и свързано със заземяването на веригата O V. Простото вътрешно съпротивление на източника действа отвън за всяко отделно напрежение.

Паралелното свързване на източници на напрежение

При паралелно свързване на източници на напрежение трябва да се свързват само източници на напрежение с едно и също първоначално напрежение и еднакво вътрешно съпротивление. Тогава напрежението на клемата е равно на първоначалното напрежение в режим на празен ход. U терминал = U 01 = U 02 и т.н.
Общото вътрешно съпротивление се изчислява съгласно закона на Ом за паралелно свързване на резистори. Ако n източници с една и съща стойност на вътрешно съпротивление са свързани паралелно, външното вътрешно съпротивление е: R i tot = R i/n

В следващия пример за превключване, три 1,5 V елемента от същия тип са свързани паралелно в първите два случая. При празен ход напрежението на клемата е 1,5 V, както се очаква. Не протичат токове. Напрежението на клемата пада леко при натоварване. Всеки елемент осигурява еднакъв дял от общото електричество.

3 източника на празен ход	3 източника с ток на натоварване
2 + 1 източник с ток на натоварване	2 + 1 източник на празен ход

В последните два случая един от елементите е „изразходван“ или е заменен с елемент с по-ниско първоначално напрежение, батерия с 1.2 Сменено 1,4 V. По-силно разредената (използвана) електрохимична клетка под 1,5 V също има по-високо вътрешно съпротивление на клетката. Неговото влияние не може да бъде представено в симулацията. При елементи, свързани паралелно с различни напрежения в отворена верига, крайното напрежение на междусистемната връзка е малко по-ниско, отколкото при три еднакви клетки с еднакъв товар. Частичните токове показват силни промени, като разклоненият ток на слабата клетка дори става отрицателен и протича в обратна посока. Последният случай показва паралелната връзка на неравномерни клетки за ненатоварения празен ход. Когато превключвателят е отворен, не протича ток на натоварване, но все още в паралелната верига протичат високи изравнителни токове, което може да доведе до бързо унищожаване на химичните първични клетки и акумулатори.

Паралелното свързване на източници на напрежение се използва, когато при високи натоварвания се изискват високи токове с максимално постоянно напрежение на клемите.
За да се предотвратят увреждащи изравнителни токове, могат да бъдат свързани паралелно само източници на напрежение с едно и също първоначално напрежение и еднакво вътрешно съпротивление.

поверителност
отпечатък
Контакт
△