Šaltinio pakeitimo schemos elektros energija
Sukurkime elektros energijos šaltinių sampratą.
Elektros energijos šaltinis gali būti pavaizduotas lygiaverte grandine (lygiavertine grandine), parodyta fig. 9.
Ryžiai. 9. Elektros grandinės su EML šaltiniu lygiavertė grandinė
Tai pagrindinė, dažniausiai naudojama lygiavertė elektros energijos šaltinio grandinė. Tai gali būti vadinama lygiaverte elektros grandinės grandine su EML šaltiniu. Lygiavertėje grandinėje šaltinis apima EMF E ir vidinis pasipriešinimas R i. Elektros energijos imtuvas pav. 9 pavaizduotas atsparumas apkrovai R. EMF E ir vidinis pasipriešinimas R išaltinis yra konstantos. Atsparumo vertė R imtuvas gali pasikeisti. (Pavyzdžiui, in laboratoriniai darbai norėdami pakeisti vertę R dažnai naudokite slankiklį reostatą). Pasikeitus pasipriešinimui R srovė pasikeis aššaltinio duota imtuvui.
Schema pav. 9 vienos grandinės. Jai pritaikykime antrąjį Kirchhoffo dėsnį, pagal kurį turime:
Įtampa imtuvo gnybtuose yra įtampos kritimas per apkrovos varžą U = R.I.. Išreikšdami įtampą pagal antrojo Kirchhoffo dėsnio formulę, matome, kad įtampa imtuvo gnybtuose yra lygi EMF E atėmus įtampos kritimą per šaltinio vidinę varžą R i I
Pagal šią išraišką galima sukonstruoti išorinę šaltinio charakteristiką (10 pav., 1 segmentas). Išorinė charakteristika yra tiesi atkarpa, esanti tarp taškų tuščiąja eiga ir trumpasis jungimas. Tuščiosios eigos taškas atitinka srovę, lygią nuliui, ir įtampą, lygią EMF E. Trumpojo jungimo taškas atitinka nulinę įtampą U= 0 ir didžiausia galima srovė aš = aš k vadinama trumpojo jungimo srove.
Ryžiai. 10. Išorinės šaltinių charakteristikos:
1 - tikras šaltinis; 2 - idealus EML šaltinis; 3 – idealus srovės šaltinis
Jei šaltinio vidinė varža R i nereikšmingas, palyginti su imtuvo varža R(šaltinis veikia režimu, artimu tuščiosios eigos režimui, o šaltinio vidinė varža gali būti nepaisoma, darant prielaidą, kad R i= 0), tada šaltinį galima pavaizduoti paprastesne ekvivalentine grandine (11 pav.), kuri yra ypatingas grandinės atvejis pav. 9.
Ryžiai. 11. Elektros grandinės ekvivalentinė grandinė su idealus šaltinis EMF
Tokį šaltinį galima pavadinti idealiu EML šaltiniu arba įtampos šaltiniu, nes jo įtampa yra pastovi ir lygi EMF reikšmei. U=E. Išorinė įtampos šaltinio charakteristika yra pluoštas (10 pav., sija 2), nubrėžtas iš tuščiosios eigos taško lygiagrečiai abscisių ašiai.
Ypač atkreipkime dėmesį į vieną labai dažną ir todėl labai svarbų praktikai atvejį, kai elektros energijos šaltinį patogu laikyti įtampos šaltiniu. Faktas yra tas, kad daugumoje šiuolaikinių generatorių, įskaitant laivų generatorius, yra automatinio įtampos reguliavimo (priežiūros) įrenginiai. Jų darbo esmė yra ta, kad pasikeitus apkrovos srovei ir atitinkamai įtampos kritimui per vidinę šaltinio varžą R i I tiek pat pasikeičia šaltinio EML E. Todėl įtampa šaltinio gnybtuose praktiškai nesikeičia. Toks šaltinis atitinka išorinę charakteristiką 2 pav. 10, todėl, analizuojant imtuvo veikimą, tokį elektros energijos šaltinį patogu laikyti įtampos šaltiniu.
Elektros energijos šaltinį taip pat gali pavaizduoti lygiavertė grandinė, kurioje yra srovės šaltinis. Tai parodysime pereidami nuo grandinės su EML šaltiniu prie grandinės su srovės šaltiniu.
Užrašykime antrojo Kirchhoffo dėsnio išraišką schemai Fig. 9 tokia forma:
Padalinkite visas šios išraiškos sąlygas iš R i
,
kur gi = 1/R i . (4)
Laidumas gi galima vadinti šaltinio vidiniu laidumu. Vidinis laidumas atsiranda dėl to, kad jo šildymo šaltinyje prarandama elektros energija.
Požiūris E/R i skaitine prasme lygi trumpojo jungimo srovei aš kšaltinis (srovė, kuri tekės per šaltinį, jei jo išvesties gnybtai bus trumpai sujungti). Turint tai omenyje, galima apibrėžti
aš k = E/R i , (5)
kur aš k – šaltinio trumpojo jungimo srovė.
Taip pat pažymime
g i U= aš i
ir vadinkite šią reikšmę šaltinio vidine srove.
Dėl to iš antrojo Kirchhoffo dėsnio lygties, kuri galioja pav. 9, mes pasiekiame pirmojo Kirchhoffo dėsnio lygtį
aš k=aš+ aš i ,
kuri galioja schemai pav. 12.
Lygiavertė grandinė pav. 12 susideda iš elektros energijos šaltinio ir jo imtuvo. Elektros energijos šaltinis diagramoje pažymėtas punktyrine linija. Elektros energijos šaltinis susideda iš srovės šaltinio aš k(pavaizduotas kaip apskritimas su dviem rodyklėmis) ir šaltinio vidinis laidumas gi. Srovės šaltiniui būdinga pastovi srovė aš k, lygi elektros energijos šaltinio trumpojo jungimo srovei. Išilgai šakos su vidiniu šaltinio laidumu gi teka šaltinio vidinė srovė aš i. Imtuvas pasižymi laidumu g. Apkrovos srovė teka per imtuvą aš.
Ryžiai. 12. Elektros grandinės su srovės šaltiniu ekvivalentinė grandinė
Dabartinė aš k ir vidinis laidumas gišaltinis yra konstantos. Laidumo vertė g imtuvas gali skirtis. Dabartinė aš k srovės šaltinis mazge yra padalintas į sroves aš i ir aš proporcingas laidumui gi ir g atitinkamai. Todėl apkrovos įtampa yra lygi srovės santykiui Ik prie laidumo sumos gi ir g:
U= aš k /(gi + g).
Tada šaltinio vidinę srovę galima rasti kaip
aš i = g i U.
Apkrovos srovė aš apibrėžta panašiai
aš = gU.
Lygiavertė grandinė pav. 12 yra lygiavertis fig. 9, todėl išorinė charakteristika 1 pav. 10. EML ir srovės šaltiniai, turintys identiškas išorines charakteristikas, vadinami lygiaverčiais šaltiniais. EML šaltinio parametrų perskaičiavimas į lygiaverčio srovės šaltinio parametrus ir atvirkščiai gali būti atliktas naudojant aukščiau pateiktas formules. Skaičiavimams naudojant lygiavertes tokių šaltinių grandines, reikia turėti omenyje, kad schemoje Fig. 9 veikiame su įtempiais, parodytais fig. 10 su vertikaliai išdėstytomis rodyklėmis, o pav. 12 mes susiduriame su srovėmis, parodytomis fig. 10 rodyklių, išdėstytų horizontaliai.
Ryžiai. 13. Elektros grandinės su idealiu srovės šaltiniu ekvivalentinė grandinė
Konkrečiu elektros energijos šaltinio atveju, kai energijos nuostoliai šaltinio viduje yra nereikšmingi, palyginti su imtuvui suteikta energija, galime daryti prielaidą, kad šaltinio vidinis laidumas yra lygus nuliui. gi= 0). Tada ekvivalentinę elektros energijos šaltinio grandinę galima supaprastinti sumažinant ją iki grandinės, parodytos Fig. 13, kurią galima pavadinti lygiaverte grandine su idealiu srovės šaltiniu. Išorinė tokio šaltinio charakteristika yra pluoštas (10 pav., sija 3), ištrauktas iš trumpojo jungimo taško lygiagrečiai y ašiai.
Apžvelgta mūsų EML šaltiniai ir srovė gali būti vadinama nepriklausomais šaltiniais, nes jie turi EMF E ir srovės aš k nepriklauso nuo įtampos ir srovių kitose elektros grandinės dalyse. Tuo pačiu metu, analizuojant elektronines grandines (pavyzdžiui, dvipolius ir lauko tranzistorius), reikia atsižvelgti į vadinamuosius priklausomus (valdomus) EML arba srovės šaltinius, kuriuose EML. E arba srovė aš k pokytis, priklausantis nuo vienos ar kelių elektros grandinės šakų įtampos arba srovės. Dabartis pamoka pirmiausia orientuota į grandinių su nepriklausomais šaltiniais analizę.
Oro linija > DC
Energijos šaltinių keitimo schemos
Pirmuonys elektros grandinė ir jo lygiavertė grandinė, kaip nurodyta, susideda iš vieno energijos šaltinio su EMF E ir vidine varža r tu ir vienas imtuvas su varža r (žr. 1.3 pav.). Srovė išorinėje grandinės dalyje energijos šaltinio atžvilgiu, t.y. imtuve su varža r , paimtas nukreiptas iš taško a su dideliu potencialuį tašką b su mažesniu potencialu.
Srovės kryptis diagramoje bus nurodyta rodykle su prošvaisa arba dviem indeksais šalia raidės aš toks pat kaip ir atitinkamuose diagramos taškuose. Taigi, diagramai pav. 1,3 srovė imtuve I = I a b , kur indeksai a ir b žymi srovės kryptį iš taško a į tašką b .
Parodykime, kad energijos šaltinis su žinomu EML E ir vidinis pasipriešinimas r tu , gali būti atstovaujamadvi pagrindinės lygiavertės grandinės(lygiavertės grandinės).
Kaip jau minėta, viena vertus, įtampa energijos šaltinio gnybtuose yra mažesnė nei EMF įtampos kritimui šaltinio viduje:
kita vertus, įtampa per varžą r 
Atsižvelgiant į lygybę
iš (1.5a) ir (1.56) gauname arba 
Ypač tuščiąja eiga (atidarykite gnybtus a ir b ) pasirodo E=U x, ty EMF yra lygus atviros grandinės įtampai. At trumpas sujungimas(išvados a ir b) srovė 
Iš (1,7 6) išplaukia, kad r w energijos šaltinis, kaip ir imtuvo varža, riboja srovę.
Lygiavertėje grandinėje galite parodyti grandinės elementą su r tu , sujungtas nuosekliai su elementu, žyminčiu EML E (1.7 pav., a). Įtampa U priklauso nuo imtuvo srovės ir yra lygi skirtumui tarp EMF E maitinimo šaltinis ir įtampos kritimas r W I (1.6a). Energijos šaltinio diagrama parodyta pav. 1.7, a, vadinamaspirmoji pakeitimo schemaarba grandinė su emf šaltiniu.
Jeigu r tu<
Energijos šaltinį taip pat galima pavaizduoti antrąja ekvivalentine grandine (1.8 pav., a). Norėdami pagrįsti šią galimybę, padalijame dešinę ir kairę lygties (1.7a) puses iš r tu . Kaip rezultatas, mes gauname
kur g w \u003d 1 / r w - vidinis laidumasenergijos šaltinis, arba
J \u003d I + I w , (1,8)
kur J = E / r w - srovė su trumpuoju energijos šaltinio jungimu (ty srovė su varža r = 0); I w = U / r w = g w U - tam tikra srovė, lygi energijos šaltinio išėjimų įtampos ir jo vidinės varžos santykiui; aš = U/r = gU – imtuvo srovė; g = 1/r - imtuvo laidumas.
Gautą lygtį (1.8) tenkina lygiavertė grandinė su srovės šaltiniu, sudaryta iš šaltinio su tam tikra srove J = E / r w (1.8 pav., a) ir lygiagrečiai su juo sujungtą elementą r W (bendros išvados 1 ir 2).
Jei g w<
Elektros energijos šaltinių pakeitimo schemos
Elektros energijos šaltinio savybes apibūdina VAC, vadinamas išorinė šaltinio charakteristika. Toliau šiame skyriuje, siekiant supaprastinti analizę ir matematinį aprašymą, bus nagrinėjami nuolatinės srovės įtampos (srovės) šaltiniai. Tačiau visi šiuo atveju gauti dėsniai, sąvokos ir lygiavertės grandinės visiškai taikomos kintamosios srovės šaltiniams. Šaltinio srovės-įtampos charakteristika gali būti nustatyta eksperimentiškai, remiantis schema, parodyta fig. 4a. Čia voltmetras V matuoja įtampą šaltinio AND gnybtuose 1-2, o ampermetras A – iš jo sunaudotą srovę, kurios reikšmę galima keisti naudojant kintamos apkrovos rezistorių (reostatą) RN. 
Bendruoju atveju šaltinio CVC yra netiesinis (1 kreivė 4b pav.). Jis turi du būdingus taškus, kurie atitinka:
a - tuščiosios eigos režimas 
;
b - trumpojo jungimo režimas 
.
Daugumoje šaltinių trumpojo jungimo režimas (kartais tuščiąja eiga) yra nepriimtinas. Šaltinio srovės ir įtampa paprastai gali svyruoti tam tikrose ribose, iš viršaus ribojamos vertėmis, atitinkančiomis vardinis režimas(režimas, kai gamintojas garantuoja geriausias jo veikimo sąlygas ekonomiškumo ir eksploatacijos ilgaamžiškumo požiūriu). Tai leidžia kai kuriais atvejais supaprastinti skaičiavimus, aproksimuoti netiesinį CVC darbinėje atkarpoje m-n (žr. 4 pav., b) tiesės, kurios padėtį lemia įtampos ir srovės kitimo veikimo intervalai. Pažymėtina, kad daugelis šaltinių (galvaniniai elementai, baterijos) turi linijines I–V charakteristikas.
Tiesi linija 2 pav. 4b aprašyta tiesine lygtimi
|
,kur yra įtampa šaltinio gnybtuose, kai apkrova atjungta (atviras klavišas K grandinėje 4 pav., a); 
- šaltinio vidinė varža.
(1) lygtis leidžia sudaryti nuoseklioji ekvivalentinė grandinėšaltinis (žr. 5a pav.). Šioje diagramoje simbolis E žymi elementą, vadinamą idealus emf šaltinis. Įtampa šio elemento gnybtuose 
nepriklauso nuo šaltinio srovės, todėl atitinka srovės-įtampos charakteristiką pav. 5 B. Remiantis (1), toks šaltinis turi . Atkreipkite dėmesį, kad EML ir įtampos šaltinio gnybtuose kryptys yra priešingos. 
Jei šaltinio CVC yra tiesinis, tada nustatykite jo ekvivalentinės grandinės parametrai būtina išmatuoti bet kurių dviejų jo veikimo režimų įtampą ir srovę.
Taip pat yra lygiagrečiojo šaltinio ekvivalento grandinė. Norėdami jį apibūdinti, kairę ir dešinę santykio (1) dalis padalijame iš . Kaip rezultatas, mes gauname 
arba
|
,kur; - vidinis šaltinio laidumas.
(2) lygtis atitinka šaltinio ekvivalento grandinę fig. 6, a. 
Šioje diagramoje simbolis J žymi elementą, vadinamą idealus srovės šaltinis. Srovė šakoje su šiuo elementu yra lygi įtampai šaltinio gnybtuose ir nepriklauso nuo jos, todėl ji atitinka CVC pav. 6b. Tuo remiantis, atsižvelgiant į (2), tokiam šaltiniui , t.y. jo vidinis pasipriešinimas.
Atkreipkite dėmesį, kad projektavimo plane, kai sąlyga įvykdoma, nuoseklios ir lygiagrečios šaltinio ekvivalentinės grandinės yra lygiavertės. Tačiau energijos požiūriu jie skiriasi, nes tuščiosios eigos režimu serijinės ekvivalentinės grandinės galia yra lygi nuliui, bet ne lygiagrečiai.
Be nurodytų šaltinio veikimo režimų, praktikoje tai svarbu derybinis režimas operacija, kai apkrova RN iš šaltinio sunaudoja didžiausią galią
Idealus srovės šaltinis
Idealaus srovės šaltinio gnybtų įtampa priklauso tik nuo išorinės grandinės varžos:
Galia, kurią srovės šaltinis suteikia tinklui, yra lygi:
Kadangi dabartiniam šaltiniui , jo išskiriama įtampa ir galia auga neribotą laiką didėjant pasipriešinimui.
Tikrasis srovės šaltinis
Realų srovės šaltinį, taip pat EMF šaltinį tiesiniu aproksimavimu galima apibūdinti tokiu parametru kaip vidinė varža. Skirtumas tas, kad kuo didesnė vidinė varža, tuo srovės šaltinis artimesnis idealui (EMF šaltinis, priešingai, kuo arčiau idealo, tuo mažesnė jo vidinė varža). Tikras srovės šaltinis su vidine varža yra lygiavertis tikram EMF šaltiniui su vidine varža ir EMF .
Įtampa tikrojo srovės šaltinio gnybtuose yra:
Srovės stiprumas grandinėje yra:
Realaus srovės šaltinio tinklui suteikiama galia yra lygi:
Idealus įtampos šaltinis
Idealus įtampos šaltinis (EMF šaltinis) yra fizinė abstrakcija, tai yra, toks įrenginys negali egzistuoti. Jei darytume prielaidą, kad toks įrenginys egzistuoja, tai juo tekanti srovė I linktų į begalybę, kai prijungiama apkrova, kurios varža RH linkusi į nulį. Tačiau tuo pat metu paaiškėja, kad EML šaltinio galia taip pat linkusi į begalybę, nes. Tačiau tai neįmanoma, nes bet kurio energijos šaltinio galia yra ribota.
Tikras įtampos šaltinis
Tiesą sakant, bet kuris įtampos šaltinis turi vidinę varžą r, kuri yra atvirkščiai susijusi su šaltinio galia. Tai yra, kuo didesnė galia, tuo mažesnė varža (tam tikrai pastoviai šaltinio įtampai) ir atvirkščiai. Vidinės varžos buvimas išskiria tikrą įtampos šaltinį nuo idealaus. Reikia pažymėti, kad vidinė varža yra išskirtinai konstruktyvi energijos šaltinio savybė. Realaus įtampos šaltinio ekvivalentinė grandinė yra nuoseklus EMF šaltinio - E (idealios įtampos šaltinio) ir vidinės varžos - r jungtis.
Paveikslėlyje parodytos idealaus įtampos šaltinio (emf šaltinio) (mėlyna linija) ir tikrojo įtampos šaltinio (raudona linija) apkrovos charakteristikos.
kur:
Įtampos kritimas per vidinę varžą;
Įtampos kritimas visoje apkrovoje.
Įvykus trumpajam jungimui (), tai yra, visa energijos šaltinio galia išsisklaido jo vidinėje varžoje. Tokiu atveju srovė bus didžiausia šiam EML šaltiniui. Žinodami atviros grandinės įtampą ir trumpojo jungimo srovę, galime apskaičiuoti įtampos šaltinio vidinę varžą:
Thévenino teorema- tiesinėms elektros grandinėms nurodo, kad bet kuri elektros grandinė, turinti du gnybtus ir susidedanti iš įtampos šaltinių, srovės šaltinių ir rezistorių (rezistorių) derinio, yra elektriškai lygiavertė grandinei, kurios vienas įtampos šaltinis V ir vienas rezistorius R yra sujungti nuosekliai.
Nortono teorema naudojamas vaizduoti ne idealius šaltinius kaip idealius srovės šaltinius su šunto rezistoriumi. Ryšys tarp šių dviejų modelių parametrų pateikiamas pagal lygtį:
Be to, abiejų modelių vidinės varžos yra vienodos. Srovė I nustatoma trumpąja apkrova.
Kai kurioms grandinėms įprasta rasti trumpojo jungimo srovę IN