Чем генерируется постоянный ток: обзор источников питания, их преимуществ и недостатков

Схема электрической цепи – применение и классификация.

Однако, в современных электромеханических системах, где для управления исполнительными двигателями используются преобразователи частоты, система напряжений в общем случае является несинусоидальной.

Источник питания на рис. Действующее значение связано с амплитудным простым соотношением 2. Нюансы графической маркировки Чтобы удобнее было анализировать и рассчитывать электрическую цепь, её изображают в виде схемы.

Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит.

Когда по цепи течет ток, за некоторое время по ней пройдет некоторое количество электричества и выполнится определенная работа. В этом случае они считаются первичными. Каждая электрическая цепь включает в себя различные устройства и объекты, создающие пути для прохождения электрического тока. Точка, в которой концы фаз соединяются в общий узел, называется нейтральной на рис.

Электрическая цепь с параллельным соединением элементов

Изображение электрической цепи с помощью условных обозначений называют электрической схемой. При этом электромагнетические процессы могут быть описаны с помощью знаний об электрическом токе, а также тех, что предлагает электродвижущая сила и напряжение. Функция зависимости тока, протекающего по двухполюсному компоненту, от напряжения на этом компоненте называется вольт-амперной характеристикой ВАХ. Виды элементов Условно их можно разделить на три группы: Источники питания.

Это означает, что хотя в отдельных фазах мгновенная мощность пульсирует см. Согласованный режим Согласованный режим электрической цепи обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. Напряжение же выравнивается в местах зажимов на уровень ЭДС.

При выходе из строя одной из фаз, нулевой провод может заменить ее и предотвратить аварийную ситуацию в трехфазной цепи. Если бы суммарная мгновенная мощность пульсировала, то на валу между турбиной и генератором действовал бы пульсирующий момент. Во всех практических случаях реальные источники ЭДС или источники питания не являются идеальными, так как обладают внутренним сопротивлением.

При изменении тока в пределах активной двухполюсник эквивалентный источник отдает энергию во внешнюю цепь участок I вольт-амперной характеристики на рис. Нелинейные элементы электрической цепи обладают сопротивлением, которое растёт при повышении напряжения, что подводится к лампе. Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Последовательное включение источников питания источников ЭДС применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС рис.
Лекция по электротехнике 1.1 — Схемы электрической цепи

Лекция по электротехнике 1.1 - Схемы электрической цепиЛекция по электротехнике 1.1 — Схемы электрической цепи

Из каких элементов состоит электрическая цепь

Новички нередко задаются вопросом, из каких важных элементов состоит электрическая цепь. Такими составляющими являются:

  • Источник тока,
  • Нагрузка,
  • Проводник.

В состав могут в том числе входить такие элементы, как устройства коммутации, а также приборы защиты.

Условные обозначения электроустройств

Для возникновения тока, необходимо соединить две точки, одна из которых имеет избыток электронов по сравнению с другой. Другими словами, необходимо создать разность потенциалов между этими двумя точками. Как раз для получения разности потенциалов в цепи применяется источник тока.

Важно! Нагрузкой считается любой потребитель электрической энергии. Этот фактор оказывает сопротивление электрическому току и от величины сопротивления нагрузки зависит величина тока

Ток от источника энергии к нагрузке течёт по проводникам. В качестве кабеля можно использовать материалы с наименьшим сопротивлением (медь, серебро, золото).

1.2. Основные понятия и определения

Совокупность
соединенных друг с другом источников
электрической
энергии и приемников
, по которым может
протекать электрический
ток, называется электрической цепью.

Изображение
электрической цепи на рисунке с помощью
условных
обозначений называется электрической
схемой.

Элементы
электрических цепей подразделяются на
пассивные (рис. 1.1, а-в)
и
активные
(рис. 1.1, г-ж).

Следует
заметить, что внутреннее сопротивление
идеального
источника э.д.с. равно нулю (r
= 0
),
а внутреннее сопротивление
идеального источника тока равно
бесконечности (r
= ∞
).
При
необходимости можно преобразовать
источник э.д.с. в источник
тока, т.е. перейти от схемы д) к схеме ж)
рис 1.1. Возможен
и обратный переход. Эквивалентные
преобразования осуществляются
по следующим формулам:

и

,

где:I
– ток источника тока; Е
– э.д.с.
источника э.д.с.

Рис.
1.1. Условные графические обозначения
некоторых элементов электрических
схем:

а – резистора; б
– переменного резистора; в – нелинейного
резистора;

г
– идеального источника
электродвижущей
схемы (э.д.с.); д – реального источника
э.д.с; е
– идеального источника тока; ж –
реального источника тока.

На практике чаще
всего преобразуется источник тока в
источник э.д.с. для упрощения расчетов
схемы.

Зависимость
тока от напряжения называется вольтамперной
характеристикой. ВАХ изображают
графически: по оси ординат откладывается
ток, по оси абсцисс – напряжение.

Проанализировав
ВАХ рис. 1.2 и рис. 1.3, можно сделать выводы,
что напряжение на зажимах идеального
источника э.д.с. не зависит от тока,
протекающего по источнику, а ток
идеального источника тока не зависит
от напряжения на его зажимах.

Линейными
электрическими цепями называются цепи,
состоящие из линейных элементов, т.е.
элементов, имеющих ВАХ в виде прямой
линии. Цепь, содержащая
хотя бы один нелинейный элемент,
называется нелинейной. Нелинейные
элементы имеют ВАХ в виде кривой линии.

Рис.
1.2. ВАХ: 1–идеального
источника Рис. 1.3. ВАХ: 1–идеального
источни-

э.д.с.;
2–реального источника э.д.с.
ка тока; 2–реального источника тока

Электрические
цепи подразделяются на неразветвленные
и разветвленные. В неразветвленной цепи
по всем ее элементам
протекает один и
тот же ток (рис. 1.4). В разветвленной цепи
(рис. 1.5) ток I1,
разветвляется на два тока: I2
и I3.
Данная схема имеет два узла и три ветви.

Рис.
1.4. Неразветвленная цепь Рис.
1.5. Разветвленная цепь

постоянного
тока постоянного
тока

Узлом называется
точка соединения трех и более ветвей.

Ветвью
называется участок цепи, заключенный
между двумя узлами, по которому протекает
один и тот же ток. Различают активную
ветвь и пассивную ветвь. Активная ветвь
содержит источник или источники
электрической энергии, пассивная ветвь
не содержит источников э.д.с. и тока.

Виды источников электрического тока

Существуют следующие виды источников электрического тока:

  • механические;
  • тепловые;
  • световые;
  • химические.

Механические источники

В этих источниках происходит преобразование механической энергии в электрическую. Преобразование осуществляется в специальных устройствах – генераторах. Основными генераторами являются турбогенераторы, где электрическая машина приводится в действие газовым или паровым потоком, и гидрогенераторы, преобразующие энергию падающей воды в электричество. Большая часть электроэнергии на Земле производится именно механическими преобразователями.

Тепловые источники

Здесь преобразуется в электричество тепловая энергия. Возникновение электрического тока обусловлено разностью температур двух пар контактирующих металлов или полупроводников — термопар. В этом случае заряженные частицы переносятся от нагретого участка к холодному. Величина тока зависит напрямую от разности температур: чем больше эта разность, тем больше электрический ток. Термопары на основе полупроводников дают термоэдс в 1000 раз больше, чем биметаллические, поэтому из них можно изготавливать источники тока. Металлические термопары используют лишь для измерения температуры.

В настоящее время разработаны новые элементы на основе преобразования тепла, выделяющегося при естественном распаде радиоактивных изотопов. Такие элементы получили название радиоизотопный термоэлектрический генератор. В космических аппаратах хорошо себя зарекомендовал генератор, где применяется изотоп плутоний-238. Он даёт мощность 470 Вт при напряжении 30 В. Так как период полураспада этого изотопа 87,7 года, то срок службы генератора очень большой. Преобразователем тепла в электричество служит биметаллическая термопара.

Производители

Обозначения элементов на схеме

Прежде чем приступить к монтажу оборудования необходимо изучить нормативные сопровождающие документы. Схема позволяет донести до пользователя полную характеристику изделия с помощью буквенных и графических обозначений, занесенных в единый реестр конструкторской документации. К чертежу прилагаются дополнительные документы. Их перечень может быть указан в алфавитном порядке с цифровой сортировкой на самом чертеже, либо отдельным листом. Классифицируют десять видов схем, в электротехнике обычно используют три основные схемы.

  • Функциональная имеет минимальную детализацию. Основные функции узлов изображают прямоугольником с буквенными обозначениями.
  • Принципиальная схема подробно отображает конструкцию использованных элементов, а также их связи и контакты. Необходимые параметры могут быть отображены непосредственно на схеме или в отдельном документе. Если указана только часть установки, это однолинейная схема, когда указаны все элементы – полная.
  • В монтажной электрической схеме используют позиционные обозначения элементов, их месторасположение, способ монтажа и очередность.

Для чтения электросхем нужно знать условные графические обозначения. Провода, которые соединяют элементы, изображаются линиями. Сплошная линия – это общее обозначение проводки. Над ней могут быть указаны данные о способе прокладки, материале, напряжении, токе. Для однолинейной схемы группа проводников изображается пунктирной линией. В начале и в конце указывают маркировку провода и место его подключения.

Выключатель на схеме выглядит как кружок с наклоненной вправо чертой. По виду и количеству черточек определяют параметры устройства.

Кроме основных чертежей есть схемы замещения.

Источники питания

Источники питания, которые находятся в таком элементе, как электрические цепи постоянного тока – это специальные устройства, внутри которых случается переработка всевозможных видов поступающей энергии в электрическую энергию. В специализированных справочниках можно встретить понятие электрической энергии под другим названием – электромагнитная энергия.

В роли источников питания, как правило, используются:

  • Генераторы электрической энергии, которые перерабатывают энергию механического происхождения в электрическую энергию;
  • Аккумуляторы, которые преобразовывают энергию химического происхождения в электромагнитную энергию;
  • Солнечные батареи и схожие с ними фотоэлементы, основной задачей которых является переработка энергии света и тепла, в ходе чего образуется электромагнитная энергия;
  • Генераторы магнитогидродинамического типа, в которых проходит целый ряд преображений различной энергии, после чего появляется и удерживается электромагнитные импульсы;
  • Реакторы атомного действия, которые считаются самыми экономными, но неустойчивыми в плане сохранения атомной энергии на долгое время. Такие реакторы преобразуют энергию ядра в тепловой элемент, который впоследствии перерабатывается и получается электромагнитный импульс.

Защитное заземление

Почему переменный ток используется чаще

Выше мы уже говорили о том, почему переменный ток в настоящее время используется чаще, чем постоянный. И все же, давайте рассмотрим этот вопрос подробнее.

Споры о том, какой же ток в использовании лучше идет со времен открытий в области электричества. Существует даже такое понятие, как «война токов» — противоборство Томаса Эдисона и Николы Теслы за использование одного из видов тока. Борьба между последователями этих великих ученых просуществовала вплоть до 2007 года, когда город Нью-Йорк перевели на переменный ток с постоянного.

Самая главная причина, по которой переменный ток используется чаще – это возможность передавать его на большие расстояния с минимальными потерями. Чем больше расстояние между источником тока и конечным потребителем, тем больше сопротивление проводов и тепловые потери на их нагрев.

Для того, чтобы получить максимальную мощность необходимо увеличивать либо толщину проводов (и уменьшать тем самым сопротивление), либо увеличивать напряжение.

В системах переменного тока можно увеличивать напряжение при минимальной толщине проводов тем самым сокращая стоимость электрических линий. Для систем с постоянным током доступных и эффективных способов увеличивать напряжение не существует и поэтому для таких сетей необходимо либо увеличивать толщину проводников, либо строить большое количество мелких электростанций. Оба этих способа являются дорогостоящими и существенно увеличивают стоимость электроэнергии в сравнении с сетями переменного тока.

При помощи электротрансформаторов напряжение переменного тока эффективно (с КПД до 99%) можно изменять в любую сторону от минимальных до максимальных значений, что тоже является одним из важных преимуществ сетей переменного тока. Применение трехфазной системы переменного тока еще больше увеличивает эффективность, а механизмы, например, двигатели, которые работают в электросетях переменного тока намного меньше, дешевле и проще в обслуживании, чем двигатели постоянного тока.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что использование переменного тока выгодно в больших сетях и при передаче электрической энергии на большие расстояния, а для точной и эффективной работы электронных приборов и для автономных устройств целесообразно использовать постоянный ток.

Как устроен генератор переменного тока — назначение и принцип действия

Что такое активная и реактивная мощность переменного электрического тока?

Что такое частотный преобразователь, основные виды и какой принцип работы

Что такое конденсатор, виды конденсаторов и их применение

Как условно обозначаются элементы на электрических схемах?

Что такое варистор, основные технические параметры, для чего используется

Законы электрических цепей

Закон Ома

Пусть имеется однородный участок цепи — им может служить кусок металла постоянного сечения, все точки которого имеют одинаковую температуру, и пусть на концах этого проводника поддерживается неизменная разность потенциалов U. Тогда, согласно закону Ома, в однородном участке цепи сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах участка:

U = IR, I = U/R, R = U/I

Существуют участки цепи, в которых зависимость силы тока от разности потенциалов на их концах нелинейна. В этом случае рассматривают среднее значение сопротивления:

Переходя к пределу при условии, что Di-> 0, получаем динамическое сопротивление:

Первый закон Кирхгофа — закон баланса токов в узле

Реальные электрические цепи включают в себя комбинации последовательно и параллельно соединенных нагрузок и генераторов. В рассчитывать разности потенциалов на всех участках цепи и силы токов в них, а также электродвижущие силы источников тока, входящих в данную цепь, можно с помощью закона Ома и закона сохранения заряда. Однако для упрощения расчетов Г. Кирхгофом были предложены два простых правила, нашедших широкое применение в электротехнике.

Первое из них относится к узлам разветвления цепи, в которых сходятся и из которых расходятся токи. Токи, подходящие к узлу, условились считать положительными, а токи, исходящие из узла — отрицательными. В этом случае в каждой точке разветвления проводов алгебраическая сумма всех сил токов равна нулю (первое правило Кирхгофа):

Электрический заряд в узле не накапливается.

Второй закон Кирхгофа

Алгебраическая сумма ЭДС источников питания в любом контуре равна алгебраической сумме падений напряжения на элементах этого контура:

Второе закон, по существу, является следствием закона Ома для неоднородного участка цепи.

Закон Джоуля — Ленца

Количество теплоты, выделяемое проводником с током I на сопротивлении R, прямопропорционально произведению квадрата силы тока, на сопротивление и на время прохождения тока:

Основные понятия и определения

Электрическая цепь – совокупность
устройств и объектов, электромагнитные
процессы в которых могут быть описаны
с помощью таких понятий, как электродвижущая
сила (ЭДС), ток, напряжение, сопротивление.

Элемент электрической цепи – отдельное
устройство, входящее в состав электрической
цепи и выполняющее в ней определенную
функцию.

Основные элементы электрической цепи
– источники и приемники электроэнергии.

В источниках электроэнергии различные
виды энергии (химическая – в гальванических
элементах; механическая – в генераторах;
световая; тепловая) преобразуются в
электромагнитную или электрическую.

В приемниках электроэнергии
электромагнитная энергия преобразуется
в другие виды энергии (химическую –
гальванические ванны; тепловую –
нагревательные приборы; механическую
– электрические двигатели).

Вспомогательные элементы электрической
цепи – резисторы, емкости, индуктивности,
выключатели, предохранители, измерительные
приборы.

Условные графические обозначения:

источник напряжения или ЭДС

гальванический

элемент

выключатель

резистор

емкость

индуктивность

амперметр

вольтметр

Электрические цепи принято изображать
в виде различных схем, на которых
показываются основные и вспомогательные
элементы и их соединения. Различают
монтажные, принципиальные схемы и схемы
замещения.

На монтажных схемах изображают рисунок
(эскиз) элементов цепи и соединения
проводов, на принципиальных — условное
графическое изображение элементов и
схему их соединения. Схема замещения –
расчетная модель электрической цепи.
На ней реальные элементы заменяются
идеальными и исключаются все элементы,
не влияющие на результаты расчета.

Источники питания постоянного тока

Силы постороннего происхождения

Силы постороннего происхождения могут возникнуть по различным причинам. Возникновение данных сил в аккумуляторах происходит при проведении электрических и химических действий. В генераторных механизмах такие силы появляются при перемещении заряженных проводников по электромагнитному полю.

Электрическая цепь имеет свой собственный источник постоянного тока, который выполняет все те же действия, что и обычный насос, который нужен для циркуляции жидкости в системе гидравлики.

При воздействии сил постороннего происхождения заряженные частицы осуществляют движение по электрическому источнику противоположно силам магнитного поля. От этого в электрической цепи замкнутого типа непрерывно поддерживается электрический постоянный ток.

Силы постороннего происхождения производят свою работу только при движении заряженных частиц по электрической цепи. Электродвижущая сила – это своеобразная величина физического происхождения, которая равняется соотношению работы сил стороннего происхождения и фактического значения электрического заряда. Обозначить такое понятие можно данной формулой:

ЭДС=Е=А(ст)/q

Из этого следует, что электродвижущая сила становится определённой той работой, которую производят силы постороннего происхождения, когда положительно заряженная частица осуществляет своё передвижение. Измерить такую силу движения электричества можно при помощи В, то есть вольтов.

Дополнительное сопротивление

При произведении движения одиночного электрического заряда по электрической цепи замкнутого типа работа сил постороннего происхождения приравнивается к значению электродвижущей силы, которая работает непосредственно в данной электрической цепи.

В этом случае электромагнитное поле производит нулевую работу.

Что такое электрический ток и напряжение

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц (носителей электрического заряда). Носителями электрического тока являются электроны (в металлах и газах), катионы и анионы (в электролитах), дырки при электронно-дырочной проводимости. Данное явление проявляется созданием магнитного поля, изменением химического состава или нагреванием проводников. Основными характеристиками тока являются:

  • сила тока, определяемая по закону Ома и измеряемая в Амперах (А), в формулах обозначается буквой I;
  • мощность, согласно закону Джоуля-Ленца, измеряемая в ваттах (Вт), обозначается буквой P;
  • частота, измеряемая в герцах (Гц).

Электрический ток, как носитель энергии используют для получения механической энергии с помощью электродвигателей, для получения тепловой энергии в отопительных приборах, электросварке и нагревателях, возбуждения электромагнитных волн различной частоты, создания магнитного поля в электромагнитах и для получения световой энергии в осветительных приборах и различного рода лампах.

Напряжение – это работа, совершаемая электрическим полем для перемещения заряда в 1 кулон (Кл) из одной точки проводника в другую. Исходя из данного определения, все-таки сложно осознать, что же такое напряжение.

Чтобы заряженные частицы перемещались от одного полюса к другому, необходимо создать между этими полюсами разность потенциалов (именно она и именуется напряжением). Единицей измерения напряжения является вольт (В).

Для окончательного понимания определения электрического тока и напряжения, можно привести интересную аналогию: представьте, что электрический заряд — это вода, тогда давление воды в столбе – это и есть напряжение, а скорость потока воды в трубе – это сила электрического тока. Чем выше напряжение, тем больше сила электрического тока.

Что такое переменный ток

Если менять полярность потенциалов, то направление протекания электрического тока меняется. Именно такой ток и называется переменным. Количество изменений направления за определенный промежуток времени называется частотой и измеряется, как уже было сказано выше, в герцах (Гц). Например, в стандартной электрической сети в нашей стране частота равна 50 Гц, то есть направление движения тока за секунду меняется 50 раз.

Что такое постоянный ток

Когда упорядоченное движение заряженных частиц имеет всегда только одно направление, то такой ток именуется постоянным. Постоянный ток возникает в сети постоянного напряжения, когда полярность зарядов с одной и другой стороны постоянна во времени. Его очень часто используют в различных электронных устройствах и технике, когда не требуется передача энергии на большое расстояние.

Передающие устройства

Прибор для измерения силы тока

Электрические цепи постоянного тока нуждаются в отдельных устройствах, которые будут транспортировать (передавать) электромагнитные импульсы от начального пути следования (источников) к конечному пункту (приёмникам). Такими устройствами можно назвать:

  • Провода;
  • Сети электропередачи;
  • Высоковольтные линии передач.

Проводом считается проволока, выполненная из металла, которая может находиться в резиновой изоляции. Проволоку изготавливают из стали, алюминия или меди.

Электрическая цепь имеет своеобразный путь, по которому транспортируется электрическое напряжение. Такой путь должен быть изолированным резиновой или пластмассовой оболочкой на всём своём протяжении.

Изоляция позволяет не допустить перехода электрического тока на любую другую открытую поверхность, которая обладает электрической проводимостью. Кроме того, изоляция предназначена для осуществления безопасности для человека, который может соприкоснуться с открытым участком электрического пути.

Электрическая цепь, в целом, а также все её отдельные компоненты обладают электрическим сопротивлением. Кроме всего прочего, электрическая цепь состоит не только из основных элементов, которые уже были рассмотрены, но и некоторых вспомогательных устройств. К таким устройствам можно отнести специальную аппаратуру коммуникационного типа, которая служит для включения или отключения электрического оборудования.

Что такое электрические цепи

Электрической цепью называют совокупность устройств, необходимых для прохождения по ним электрического тока Электрическая цепь – это комплекс различных элементов, соединенных между собой. Она предназначена для протекания электрического тока, где происходят переходные процессы. Движение электронов обеспечивается наличием разности потенциалов и может быть описано при помощи таких терминов, как напряжение и сила тока.

Внутренняя цепь обеспечивается подключением напряжения, как источника питания. Остальные элементы образуют внешнюю сеть. Для движения зарядов в источнике питания поля потребуется приложение сторонней силы. Это может быть обмотка генератора, трансформатора или гальванический источник.

Чтобы такая система правильно функционировала, ее контур должен быть замкнутый, иначе ток протекать не будет. Это обязательное условие для согласованной работы всех устройств. Не всякий контур может быть электрической цепью. Например, линии заземления или защиты не являются таковыми, поскольку в обычном режиме по ним не проходит ток. Назвать их электрическими можно по принципу действия. В аварийной ситуации по ним проходит ток, а контур замыкается, уходя в грунт.

Закон Ома – основной закон постоянного тока

Как известно, электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц в электрическом поле, которое количественно характеризуется напряжением. Таким образом, должна существовать некоторая зависимость между силой тока и напряжением.

Такую зависимость, в результате многочисленных опытов, установил немецкий физик Георг Симон Ом и определяется она следующим выражением

Данное выражение называется законом Ом для участка цепи или просто законом Ома и гласит следующее:

«Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению данного участка».

Закон Ома для участка цепи.

Таким образом, единица сопротивления Ом выражается из закона Ома и является производной от двух основных величин – вольт (В) и ампер (А)

В следующей статье будет показано, что при использовании закона Ома для всей цепи необходимо учитывать также параметры источника напряжения.

Контур, узел, ветвь

Для описания и анализа схем используются следующие термины:

  • Ветвь — участок с одним или несколькими компонентами соединенными последовательно;
  • Узел — место соединения двух и более ветвей;
  • Контур — совокупность ветвей, образующих для тока замкнутый контур. Один из узлов в контуре должен быть и началом и концом пути. Остальные узлы должны встречаться не более одного раза.

Очень полезным элементом электрической цепи является предохранитель. Он предотвращает перегорание элементов цепи в случае перегрева. Предохранитель содержит легкоплавкий проводник, который перегорает в случае превышения допустимых параметров. Поменять предохранитель легче, чем найти сгоревший элемент среди сотен подобных элементов.

Рис. 3. Примеры участков схем: ветвь, узел, контур:.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что такое электрическая цепь и ее составные части. Все электрические цепи состоят из источников, проводников, потребителей и переключающих устройств.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 5

Начать тест(новая вкладка)

КПД источника энергии

Кроме внутреннего сопротивления RВН и ЭДС Е источник энергии характеризуется также коэффициентом полезного действия КПД при работе на конкретную нагрузку RН.

Коэффициентом полезного действия КПД источника энергии называется отношение мощности приёмника энергии (мощности нагрузки) или полезной мощности РН к мощности источника энергии Р. Как известно мощность выражается произведением напряжения на ток протекающий через источник энергии, то есть по отношению к источнику энергии это будет

где PBH – мощность потерь внутри источника энергии.

Таким образом, КПД будет равен

Из вышесказанного возникает резонный вопрос, при каком КПД в нагрузку отдается наибольшая мощность? Можно было бы предположить, что максимальная мощность в нагрузку поступает при КПД η = 1 или 100 %, однако в этом случае напряжение U на источнике питания равняется ЭДС Е, то есть ток в цепи равен нулю I = 0, а значит и мощность на нагрузке также равна нулю Р = 0

Данный режим называется режимом холостого хода.

Другой случай, когда КПД η = 0, в этом случае ток имеет максимальное значение и фактически ограничен лишь внутренним сопротивлением источника питания I = E/RBH. Следовательно, напряжение нагрузки равно нулю UH = 0  и мощность в нагрузке также нулевая Р = 0

Данный режим называется режимом короткого замыкания.

Не вдаваясь в длинные расчёты сказу сразу, что максимальная мощность на нагрузке выделяется при КПД η = 0,5 или 50 %, в этом случае напряжение на нагрузке равно падению напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания UH = UBH, то есть сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника питания.

Данный режим называется режимом согласованной нагрузки.

В данном режиме работает большинство слаботочных устройств автоматики, телемеханики и электросвязи, где низкий КПД не влечёт значительных потерь энергии. Однако в мощных устройствах стараются проектировать устройства так чтобы КПД η = 0,95…0,98.

Конструкция

Конструкция элемента влияет на принцип его работы. Каждый источник, который выдает электрический ток, имеет определенную конструкцию:

Самый простой бытовой аккумулятор включает в себя металлический корпус, внутри которого используется щелочная среда. Дополнительными элементами являются свинцовые пластины, на которых накапливаются катоды и аноды.

Аккумулятор

Обычная бытовая батарейка с входящим в её состав сухим элементом имеет металлический корпус, в который помещен стержень-накопитель катодов. Всё прочее пространство заполнено солевым электролитом.

Батарейка

Генератор переменного тока – это устройство, состоящее из трещоток или металлической рамки.

Механический принцип устройства

Тепловой источник тока, который уже включен в цепь. Это обычная рамка, установленная на подставке из диэлектрика. Обычно, конструкция подключена к измерительному прибору, типа амперметра. Источник тепла – это пламя или внешний электрический импульс.

Тепловое устройствоВажно! Подобная конструкция помогает точно понять, как образуется энергия, которая впоследствии преобразуется в ток. Каждый вариант строения обычно заключен в специальный корпус из диэлектрического материала

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий