Circuiti elettrici in corrente continua
In un singolo circuito Un circuito elettrico con una FEM di corrente continua diretta all'interno della sorgente di energia elettrica dal polo negativo al positivo eccita una corrente I nella stessa direzione, che è determinata da Legge di Ohm per l'intera catena:
I = E / (R + Rmartedì),
dove R è la resistenza del circuito esterno costituito dal ricevitore e dai fili di collegamento, RW è la resistenza del circuito interno che comprende la sorgente di energia elettrica.
Se le resistenze di tutti gli elementi del circuito elettrico non dipendono dal valore e dalla direzione della corrente e dell'EMF, allora esse, così come il circuito stesso, sono chiamate lineari.
In un circuito elettrico CC lineare a circuito singolo con un'unica fonte di energia elettrica, la corrente è direttamente proporzionale all'EMF e inversamente proporzionale alla resistenza totale del circuito.
Riso. 1. Schema di un circuito elettrico a circuito singolo con corrente continua
Dalla formula sopra segue che E - RwI = RI, dove I = (E - PvI) / R o I = U / R, dove U = E - RwI è la tensione della sorgente di energia elettrica, che è diretta da il polo positivo al polo negativo.
L'espressione I = U / R è Legge di Ohm per una sezione di un circuito, ai terminali ai quali è applicata una tensione U, coincidente in direzione con la corrente I nello stesso sito.
Tensione contro corrente U(I) a E = const e RW = const è chiamata la caratteristica esterna o volt-ampere di una sorgente lineare di energia elettrica (Fig. 2), secondo la quale è possibile per qualsiasi corrente I determinare la corrispondente tensione U e secondo le formule , riportate di seguito — calcolare la potenza del ricevitore di energia elettrica:
P2 = RI2 = E2R / (R + Rmartedì)2,
fonte di energia elettrica:
P1 = (R + RMartedì) Az2 = E2 / (R + RMartedì)
e l'efficienza dell'impianto nei circuiti DC:
η = P2 / P1 = R / (R + Rwt) = 1 / (1 + RWt / R)
Riso. 2. Caratteristica esterna (volt-ampere) della fonte di energia elettrica
Il punto X della caratteristica corrente-tensione della sorgente di energia elettrica corrisponde alla modalità di riposo (x.x.) In un circuito aperto, quando la corrente Azx = 0 e la tensione Ux = E.
Il punto H determina la modalità nominale se la tensione e la corrente corrispondono ai loro valori nominali Unom e Aznom, indicati nel passaporto della fonte di energia elettrica.
Il punto K caratterizza la modalità di cortocircuito (cortocircuito), che si verifica quando i terminali della sorgente di energia elettrica sono collegati tra loro, in cui la resistenza esterna R =0. In questo caso si verifica una corrente di cortocircuito Azk = E / Rwatt, che è volte superiore alla corrente nominale Aznom per il fatto che resistenza interna della sorgente energia elettrica Rw <R.In questa modalità, la tensione ai capi della sorgente di energia elettrica Uk = 0.
Il punto C corrisponde alla modalità adattata in cui la resistenza del circuito esterno R è uguale alla resistenza della sorgente di energia elettrica Rwatt target interna. In questa modalità, è presente una corrente Ic = E / 2R, la potenza del circuito esterno corrisponde alla potenza massima P2max = E2 / 4RW e l'efficienza (efficienza) dell'impianto ηc = 0,5.
Regime contrattuale in cui:
P2 / P2max = 4R2 / (R + Rtu)2 = 1 e Ic = E / 2R = I
Riso. 3. Grafici delle dipendenze della potenza relativa del ricevitore di energia elettrica e dell'efficienza dell'impianto dalla resistenza relativa del ricevitore
Nelle centrali elettriche, le modalità dei circuiti elettrici differiscono in modo significativo dalla modalità coordinata e sono caratterizzate da correnti I << Ic dovute alle resistenze dei ricevitori R Rvat, per cui il funzionamento di tali sistemi procede con elevata efficienza.
Lo studio dei fenomeni nei circuiti elettrici è semplificato sostituendoli con circuiti equivalenti - modelli matematici con elementi ideali, ognuno dei quali è caratterizzato da uno e i parametri presi dai parametri degli elementi spazzati. Questi diagrammi riflettono pienamente le proprietà dei circuiti elettrici e, se sono soddisfatte determinate condizioni, facilitano un'analisi della condizione elettrica dei circuiti elettrici.
Nei circuiti equivalenti con elementi attivi, vengono utilizzate una sorgente EMF ideale e una sorgente di corrente ideale.
Una sorgente EMF ideale caratterizzata da una EMF costante, E e una resistenza interna pari a zero, per cui la corrente di tale sorgente è determinata dalla resistenza dei ricevitori collegati e un cortocircuito provoca teoricamente corrente e potenza tendente a un valore infinitamente grande.
Ad una sorgente di alimentazione ideale è assegnata una resistenza interna tendente ad un valore infinitamente grande ed una corrente costante Azdo indipendentemente dalla tensione ai suoi capi, pari alla corrente di cortocircuito, per cui si ha un aumento illimitato del carico collegato al sorgente è accompagnata da un aumento teoricamente illimitato di tensione e potenza.
Riso. 4. Circuiti di backup per un circuito elettrico con una vera fonte di energia elettrica e un resistore, a - con una fonte ideale di EMF, b - con una fonte ideale di corrente.
Sorgenti reali di energia elettrica con FEM E, resistenza interna Rvn e corrente di cortocircuito Ic possono essere rappresentate da circuiti equivalenti che includono rispettivamente una sorgente di fem ideale o una sorgente di corrente ideale con elementi resistivi collegati in serie e in parallelo, che caratterizzano i parametri interni di una sorgente reale e limitando la potenza dei ricevitori collegati (Fig. 4, a, b).
Le vere fonti di energia elettrica operano in regimi vicini al regime delle sorgenti EMF ideali, se la resistenza dei ricevitori è grande rispetto alla resistenza interna delle fonti reali, ad es. quando si trovano in regimi vicini alla modalità inattiva.
Nei casi in cui le modalità operative sono vicine alla modalità corto circuito, le sorgenti reali si avvicinano alle sorgenti di corrente ideali perché la resistenza dei ricevitori è piccola rispetto alla resistenza interna delle sorgenti reali.
