A feszültségforrások belső ellenállása

A zárt áramkör

A zárt áramkör feszültségforrásból, terhelési ellenállásból vagy fogyasztóból és az összekötő kábelekből áll. A feszültségforrás lehet galvánelem vagy elem. Az akkumulátor több galvánelem vagy cella összekapcsolása nagyobb egység kialakításához. A feszültségforrás lehet generátor vagy általában bármely kívánt jelforrás, amely elektromos energiát szolgáltat.

A feszültségforráshoz elektromosan csatlakoztatott eszközt terhelésnek vagy fogyasztónak nevezik. A forrás, a vezetékek és a fogyasztók zárt áramkört alkotnak. Elektromos áram folyik, amelynek során a forrásban tárolt elektromos energia a fogyasztóban más energiává alakul. Az elektromos energiát nem fogyasztják, hanem fizikailag helyesen alakítják át egy másik energiaformává, például hőenergiává, fényenergiává vagy mechanikus energiává.

A feszültségforrás kapcsolódási pontjai eltérő elektronfoglalással vagy potenciállal rendelkeznek. Ezeket olyan referenciapotenciálon mérik, amelynek a földi (földi) potenciáljaként az elfogadott érték nulla. A forrásfeszültséget a két csatlakozási pólus közötti potenciálkülönbségből számítják ki. Amíg létezik, az elektromos áram zárt áramkörben áramolhat.

A negatív terminál elektronfelesleggel és negatív potenciállal rendelkezik.
A pozitív terminál elektronhiányos és pozitív potenciállal rendelkezik.
A potenciálkülönbség a kapcsok közötti feszültség (kapocsfeszültség).
A referencia érzék megfelel az áram technikai irányának plusz és mínusz között.

Egy egyszerű áramkör látható galvánelemmel, alternatívaként egy G egyenáramú feszültséggenerátorral, egy ohmos R ellenállással és a vezetékekkel. Definíció szerint a kábeleknek ideális, ellenállásmentes tulajdonságaik vannak. A nyilak jelzik a feszültség és az áram referenciaérzetét. A bemeneti és a kimeneti feszültség ebben az egyszerű ábrázolásban megegyezik.

A fogyasztói nyílrendszerben a fogyasztón lévő feszültség és áram nyilak ugyanabba az irányba mutatnak.
A fogyasztói nyílrendszerben a feszültségforrásban lévő feszültség és áram nyilak ellentétes irányba mutatnak.

A feszültségforrások belső ellenállása

A töltőhordozók külön vannak egy feszültségforrásban. Ez különösen jól látható az elemek és akkumulátorok kémiai rendszereiben. A generátorok esetében az elválasztás az elektromotoros erő révén történik, amelyet röviden EMF-nek hívunk. Minél nagyobb az elválasztó erő, annál nagyobb a feszültség. A DIN 1323 szerint az EMF nem tartozik az áramkörben használt változók közé. Az EMF által generált feszültséget eredeti feszültségnek vagy forrásfeszültségnek nevezzük. Csak a nyitott csatlakozási terminálokon mérhető a forrás betöltése nélkül.

Az EMF által generált primer feszültséget ideálisnak tekintik.
Áramtalan mérés esetén a kapocs feszültsége megegyezik a forrás vagy az eredeti feszültségével.

Ha egy terhelési ellenállás egy feszültségforráshoz, egy jelgenerátorhoz vagy egy tápegységhez van csatlakoztatva, amelyet általában forrásnak neveznek, elektromos áram folyik. Növekvő terhelés esetén nagyobb áram áramlik, és az U Kl terminálfeszültség csökken. A maximális I K áram akkor áramlik, ha a forrás rövidzárlatos, mivel a terhelés ellenállási értéke akkor gyakorlatilag 0 Ω. Az áram csak akkor folyhat, ha az oka elektromos feszültség. Mindenesetre az áramkör törvényei érvényesek. A háló szabálya érvényes az elektromos hálózat feszültségeire. Az U 0 primer feszültség egy részét ezért a feszültségforráson belül kell átalakítani. Rövidzárlat esetén az I L áram a forrásban Ui feszültséget generál, amely megegyezik a teljes forrásfeszültséggel. A külsőleg mérhető feszültségvesztés oka a generátor R i belső ellenállásával magyarázható.

A videoklip csak a megjeleníthető vezérlőpult segítségével vezérelhető. Ez azt mutatja, hogy növekvő terheléssel, vagyis a terhelési ellenállás alacsonyabb értékeivel a terminálfeszültség csökken, és ezzel egyidejűleg a forrás belső ellenállásánál növekszik a feszültség. A forrásfeszültség mindig a kapocsfeszültség és a belső ellenálláson mért feszültségesés összege. A sárga színnel kiemelt rész a feszültségforrás egyenértékű kapcsolási rajza. A gyakorlatban a belső ellenállás feszültsége nem mérhető közvetlenül. A belső ellenállás mérési diagram segítségével határozható meg. Ezzel kiszámolható az összes többi érték.

Minden feszültséggenerátornak vagy feszültségforrásnak van belső ellenállása.
Az eredeti U o feszültség megegyezik az U Kl terminálfeszültség és az U i belső ellenállás feszültségének összegével
A kapocsfeszültségre az alábbiak vonatkoznak: U Kl = U 0 - (I L R i)

A belső ellenállás meghatározása a ΔU/ΔI módszer szerint

Az ábrán a terhelési karakterisztika mutatja a kapocsfeszültség függését a lehúzott terhelési áramtól. Ez a jellemző lineáris viselkedésű terhelési ellenállások esetén is lineáris. A generátor belső ellenállása közvetlenül a gradienséből számítható, lásd a gradiens háromszöget. Ez a módszer univerzálisan alkalmazható a belső ellenállás meghatározására. A példában a belső ellenállást ΔU = 3 V és ΔI = 0,3 A - R i = 10 Ω értékekkel kell kiszámítani.

A belső ellenállás meghatározása a terminálfeszültség felének módszerével

Ez a mérési módszer csak a kellően nagy belső ellenállású feszültségforrás károsodása nélkül használható. A terhelési ellenállás addig csökken, amíg a kapocsfeszültség el nem éri a forrás vagy a nyitott áramkör feszültségének felét. A terhelési ellenállás értéke ekkor megegyezik a belső ellenállással. A videoklipben ez a helyzet 10 Ω terhelési ellenállással. A terminálfeszültség, valamint a belső ellenállás feszültsége 5 V. Mindkét ellenállás soros áramkört képez. Ugyanaz az áram áramlik át rajtuk, és ugyanazzal a feszültségeséssel azonos ellenállási értékkel rendelkeznek.

Sorozatba kapcsolt feszültségforrások

Állítható feszültségforrás nem mindig áll rendelkezésre. Különösen az akkumulátorral működtetett eszközöknél az üzemi feszültséget több különálló elem összekapcsolásával érik el. Ha az elemeket sorba kapcsolják, belső ellenállásaik soros kapcsolatot is alkotnak. A teljes feszültség az egyes feszültségek összege, figyelve az egyes elemek polaritására.

Ha a feszültségforrásokat sorba kötik, a használható üzemi feszültség növekszik.
A belső ellenállás növekedése a rövidzárlati áram csökkenéséhez vezet.

Szimmetrikus pozitív és negatív feszültségű tápegység jön létre két egyenlő feszültségforrás sorba kapcsolásával a referenciaponttal, az áramkör földelésével a két forrás között. A grafika ± 15 V szimmetrikus feszültségellátást mutat két azonos forrásból, és az O V áramkör földeléséhez kapcsolódik. A forrás egyszerű belső ellenállása kívülről hat minden egyes feszültségre.

A feszültségforrások párhuzamos kapcsolása

A feszültségforrások párhuzamos csatlakoztatásakor csak azonos feszültségű és azonos belső ellenállású feszültségforrásokat szabad összekötni. A kapocsfeszültség ekkor megegyezik az eredeti feszültséggel terhelés nélküli üzemben. U terminál = U 01 = U 02 stb.
A teljes belső ellenállást az ellenállások párhuzamos csatlakoztatásának Ohm-törvénye szerint számítják ki. Ha n azonos azonos belső ellenállású értékű forrás van párhuzamosan kapcsolva, akkor a külső irányú belső ellenállás: R i tot = R i/n

A következő kapcsolható példában három azonos típusú 1,5 V-os elem párhuzamosan van összekötve az első két esetben. Alapjáraton a terminálfeszültség a vártnak megfelelően 1,5 V, áram nem folyik. A kapocsfeszültség terhelés alatt csak kis mértékben csökken. Minden elem a teljes villamos energia azonos arányát adja.

3 forrás üresjáratban	3 forrás terhelő árammal
2 + 1 forrás terhelő árammal	2 + 1 forrás tétlen

Az utóbbi két esetben az egyik elemet „felhasználták”, vagy kicserélték egy alacsonyabb eredeti feszültségű elemre, egy 1.2-es elemre. 1,4 V cserélve. Az erősebben kisütött (használt) 1,5 V-nál kisebb elektrokémiai cellának nagyobb a belső belső ellenállása is. Hatása nem ábrázolható a szimulációban. Különböző nyitott áramú feszültségű elemek párhuzamos csatlakoztatása esetén az összekapcsolás terminálfeszültsége kissé alacsonyabb, mint három azonos típusú cellával azonos terhelés esetén. A parciális áramok erőteljes változásokat mutatnak, a gyenge sejt elágazási árama még negatívvá is válik, és ellenkező irányban folyik. Az utolsó eset az egyenlőtlen cellák párhuzamos kapcsolatát mutatja a terheletlen alapjáraton. Ha a kapcsoló nyitva van, nem áramlik a terhelés, de a párhuzamos áramkörben még mindig nagy kiegyenlítő áramok áramlanak, ami a kémiai primer cellák és akkumulátorok gyors megsemmisüléséhez vezethet.

A feszültségforrások párhuzamos csatlakozását akkor alkalmazzák, ha nagy terhelések esetén a lehető legállandóbb terminálfeszültségű nagy áramokra van szükség.
A kiegyenlítő áramok károsodásának elkerülése érdekében csak azonos feszültségű és azonos belső ellenállású feszültségforrásokat szabad párhuzamosan csatlakoztatni.

magánélet
lenyomat
Kapcsolatba lépni
△