Меню

Последовательное включение источника тока



Последовательное и параллельное соединение источников тока

Основные параметры переменного синусоидального тока.

Ответ: Переменным называют ток в электрической цепи, который меняют свое значение и направление периодически по времени. Если изменения этих величин происходит по синусоидальным законам, говорят, что ток имеет синусоидальный характер. Именно такой ток используется в энергетике во всех странах мира. Основными параметрами переменного тока являются напряжение, амплитуда, период, частота и фаза.

Амплитуда – максимальное значение физической величины,(обозначают прописными буквами с индексом m): Im, Um, Em

Период – время, в течение которого переменный ток совершает полный цикл своих изменений. Т – период, с.

Частота – это число периодов в секунду. f =1/Т – частота, Гц.

f = 50Гц– промышленная частота переменного тока в России.

Под действующим значением переменного тока понимается такая величина постоянного тока, которая оказывает такое же тепловое и электромеханическое действие, как и переменный ток.

I = Im/

Электрические цепи постоянного тока. Закон Ома для участка цепи.

Ответ: Закон Ома для участка цепи. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению, обратно пропорциональна сопротивлению:

— где I-сила тока в А;

— U – напряжение в В;

— R-сопротивление в Ом.

Электрические цепи постоянного тока. Закон Ома для полной цепи.

Ответ: Ток в замкнутой неразветвленной цепи пропорционален ЭДС и обратно пропорционален полному сопротивлению:

— где I-сила тока в А;

— Е –электродвижущая сила в В;

— R- внешнее сопротивление электрической цепи в Ом;

— ri — внутреннее сопротивление источника тока в Ом.

Первый закон Кирхгофа для электрических цепей постоянного тока.

Ответ: Сумма токов направленных к узлу, равна сумме токов, направленных от него:

Второй закон Кирхгофа для электрических цепей постоянного тока.

Ответ:Напряжение на зажимах цепи равно сумме падений напряжения на всех участках цепи:

Где U-напряжение на зажимах электрической цепи;

Последовательное и параллельное соединение резисторов.

Последовательное
Параллельное или
Параллельное (для двух сопротивлений)
Примечание. Выражение вида представляют собой проводимости g.

Последовательное и параллельное соединение источников тока

Существуют два основных способа соединения источников питания: последовательное и параллельное.

Последовательное включение источников тока (источников ЭДС) применяется тогда, когда требуется создать напряжение требуемой величины, а рабочий ток в цепи меньше или равен номинальному току одного источника ЭДС

При параллельном соединении источников тока положительные выводы всех источников тока соединяются между собой, а также их отрицательные выводы тоже соединяются между собой. Характерным для параллельного соединения является одно и то же напряжение U на выводах всех источников. Для электрической цепи можно записать следующие уравнения:

Источник

Последовательное соединение источников электрической

Задачи анализа электрических цепей

Все реальные электротехнические устройства работают в замкнутых электрических цепях, состоящих из источников электрической энергии, потребителей (приемников электрической энергии), соединительных проводов, приборов и аппаратуры, с помощью которых осуществляется контроль и управление режимами работы цепи или ее отдельных элементов. Работу электрических устройств оценивают по величинам тока, напряжения, мощности. Поэтому главной задачей анализа цепей является установление связи между напряжениями, токами и параметрами цепи. Под параметрами цепей постоянного тока в установившемся режиме понимают сопротивления или проводимости элементов цепи.

Электрические цепи современных электрорадиотехнических устройств весьма разнообразны. Для анализа режима их работы необходимо знать общие свойства цепей и уметь производить расчет цепей, в зависимости от их структуры, наиболее целесообразными методами. Под расчетом цепей будем подразумевать, как правило, определение токов в элементах электрической цепи (в ветвях сложной цепи) при известных значениях параметров цепи и заданных источниках электрической энергии.

Расчет простых цепей

К простым цепям относятся цепи, которые путем простых преобразований могут быть сведены к одноконтурной цепи.

Цепь с последовательно соединенными приемниками электрической энергии

1. Соединение элементов цепи называется последовательным, если к концу первого элемента подключено начало второго, к концу второго — начало третьего и т. д. При последовательном соединении через все элементы поочередно происходит один и тот же ток I. То второму закону Кирхгофа напряжение на зажимах цепи U равно сумме падений напряжений на последовательно соединенных участках цепи

Рис. 13

U=

отсюда U=I( )=I*Rэ 2.1

Rэ= —общее сопротивление всей цепи.

На основании выражения (2.1) ток в цепи равен

I= 2.2

Падения напряжения на отдельных участках цепи пропорциональны сопротивлениям этих участков

Общая мощность цепи равна сумме мощностей, потребляемых последовательно соединенными приемниками

P= или в общем виде:

P= 2.3

2. Ток всей цепи и напряжения на отдельных участках последовательной цепи зависят от сопротивления каждого элемента. При изменении сопротивления одного элемента будут изменяться напряжения на всех элементах, так как изменяется величина тока в цепи. Так при увеличении сопротивления одного элемента ток в цепи будет уменьшаться, падения напряжения на остальных элементах цепи также будут уменьшаться, а напряжения на элементе с возрастающим сопротивлением—увеличиваться. Эта взаимозависимость режимов работы последовательно соединенных элементов является характерным недостатком последовательной цепи. Последовательное соединение приемников используют лишь в тех случаях, когда их номинальные напряжения ниже напряжения сети. В этом случае последовательно соединять целесообразно приемники с одинаковыми номинальными напряжениями.

В радиотехнической аппаратуре широко применяется последовательное соединение резисторов в так называемых делителях напряжения. Например, соединив три резистора последовательно (рис. 14), мы можем с различных точек цепи снимать различные напряжения. Последовательное соединение применяется также для включения различных вспомогательных приборов и устройств, не являющихся потребителями энергии (амперметр, выключатель, плавкий предохранитель и т, п.).

Читайте также:  Защита от токов индуктивности

Рис. 14

Последовательное соединение источников электрической

Энергии

Последовательным соединением источников электрической энергии называется такое соединение, при котором положительный полюс (зажим) одного источника соединяется с отрицательным полюсом (зажимом) второго и т. д. При последовательном соединении источников их электродвижущие силы складываются, следовательно, общая э.д.с. батареи равна сумме э.д.с. отдельных источников. Внутреннее сопротивление последовательно соединенных источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных элементов.

Последовательное соединение источников применяется в том случае, когда необходимо иметь напряжение больше, чем то, которое может обеспечить один источник, а ток потребителя не превышает номинального тока элемента.

Такое соединение источников допускается для однородных элементов (гальванических элементов, аккумуляторов и т. п.), имеющих одинаковые э.д.с. и внутренние сопротивления. Поэтому для батареи

E = n* ; r = n 2.4.

Здесь и — соответственно э.д.с. и внутреннее сопротивление одного элемента n — количество последовательно соединенных элементов.

В некоторых случаях в электрических цепях может встретиться последовательное соединение источников, когда направление их э.д.с. различно (встречное включение). Пусть в схеме рис. 15 два

Рис. 15

источника и включены согласно, а источник — встречно.

Для упрощения схемы все последовательно соединенные источники можно заменить одним эквивалентным источником Е (рис. 16).

Рис. 16

Э.д.с. эквивалентного источника равна алгебраической сумме э.д.с. отдельных элементов: Е = +

Внутреннее сопротивление эквивалентного источника равно арифметической сумме внутренних сопротивлений заменяемых элементов

При ( + )> направление э.д.с. эквивалентного источника и направление тока в цепи совпадают с направлением э.д.с. и . Элементы и в этом случае работают в режиме источников, а элемент — в режиме потребителя электрической энергии.

Дата добавления: 2016-04-06 ; просмотров: 3556 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Последовательное и параллельное включение источников питания

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.

Для этой цепи на основании второго закона Кирхгофа можно записать

Таким образом, электрическая цепь может быть заменена цепью с эквивалентным источником питания, имеющим ЭДС Eэ и внутреннее сопротивление rэ

При параллельном соединении источников соединяются между собой положительные выводы всех источников, а также их отрицательные выводы.

Характерным для параллельного соединения является одно и то же напряжение U на выводах всех источников. Для электрической цепи можно записать

Как видно, при параллельном соединении источников ток и мощность внешней цепи равны соответственно сумме токов и мощностей источников. Параллельное соединение источников применяется в первую очередь тогда, когда номинальные ток и мощность одного источника недостаточны для питания потребителей. На параллельную работу включают обычно источники с одинаковыми ЭДС, мощностями и внутренними сопротивлениями.

2.5 Химические источники электрической энергии.

Кроме электромеханических генераторов к источникам электрической энергии для питания цепей постоянного тока относятся гальванические или первичные элементы и аккумуляторы.

а) Гальванические (первичные) элементы. Между электродом и электролитом, в который он погружен, всегда возникает некоторая разность потенциалов, зависящая от материала электрода и состава электролита.

Появление разности потенциалов объясняется тем, что вещество электрода под действием химических сил растворяется в электролите (например, цинк в растворе серной кислоты) и положительные ионы его переходят в электролит. Преобладание отрицательных зарядов на электроде и положительных в прилегающем к нему пограничном слое электролита вызывает появление двойного электрического слоя, а следовательно, и электрического поля на границе электрода, направленного от электролита к электроду. Электрические силы этого поля противодействуют переходу положительных ионов с электрода в раствор. Когда силы электрического поля уравновесят химические (сторонние по отношению к электрическому полю) силы, растворение цинка прекратится. Возникает разность потенциалов между электродом и электролитом, называемая электродным потенциалом. Помещая в электролит два электрода из равных металлов, получим между ними разность электродных потенциалов — стороннюю ЭДС E = φ1—φ2- Следовательно, устройство, состоящее из двух разнородных электродов, помещенных в электролит, является источником питания – гальваническим или первичным элементом, в котором происходит процесс преобразования (необратимый) химической энергии в электрическую. Большое распространение получили сухие и наливные марганцово-цинковые элементы. Электродвижущая сила элемента E=1,5 В.

Номинальным разрядным током элемента называется наибольший длительный ток, допускаемый при его эксплуатации. Емкостью элемента называется количество электричества, выраженное в ампер-часах (А·ч), которое можно получить от элемента за весь период его работы.

б) Аккумуляторы (вторичные элементы). Гальванические элементы, у которых после их разрядки возможен обратный процесс зарядки с преобразованием электрической энергии в химическую, называются аккумуляторами или вторичными элементами.

Щелочной аккумулятор получил такое название по электролиту— щелочи, а именно 21 % — ому водному раствору. едкого калия КОН или едкого натрия NaOH. Аккумулятор состоит из двух блоков – пластин, расположенных в стальном сосуде с электролитом. Пластины – это стальные рамки с вставленными в них стальными коробочками, заполненными активной массой. Активная масса отрицательных пластин кадмиево-никелевых элементов состоит из губчатого кадмия, а железо-никелевых – из губчатого железа. Активная масса положительных пластин у обоих аккумуляторов состоит из гидрата окиси никеля Ni(OH)3.

Кислотный (свинцовый) аккумулятор состоит из двух блоков пластин погруженных в электролит(25 – 30 %-ный водный раствор серной кислоты). Положительные пластины из свинца для увеличения поверхности соприкосновения с электролитом имеют ребристую поверхность или выполнены из свинцовых каркасов, заполненных активной массой (перекись свинца).Отрицательные пластины представляют собой свинцовые каркасы, заполненные губчатым свинцом.

Читайте также:  Прямой ток светодиода что это такое

КПД свинцового аккумулятора 0,75 – 0,8, щелочного 0,5 – 0,6. Ток короткого замыкания свинцового аккумулятора очень велик. Щелочные, имеют меньшую чувствительность к коротким замыканиям. Это объясняется большим внутренним сопротивлением щелочного аккумулятора. Щелочные аккумуляторы имеют большую механическую прочность, больший срок службы и меньшую требовательность к уходу, по сравнению с кислотными.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Совместная работа нескольких источников питания на одну нагрузку

www.electrosad.ru

У многих начинающих заниматься электроникой часто возникают проблемы нехватки мощности (тока) источников питания или недостаточной величины напряжения. Для того чтобы обойти эту проблему часто соединяют несколько источников параллельно или последовательно. Что при этом происходит и как это сделать правильно рассмотрим ниже.

Общие принципы

Параллельное и последовательное соединение элементов давно известно и применяется в практической схемотехнике, для получения заданных номиналов элементов. На примере соединения резисторов это выглядит так:

Но резистор или конденсатор имеет только один основной параметр — номинал и вариант соединения просто изменяет их результирующую (суммарную) величину.

На практике часто используется параллельное (иногда электрохимических) и последовательное соединение источников питания.

Последовательное соединение используется для увеличения результирующего напряжения, а параллельное — для увеличения суммарного потребляемого тока.

Последовательное соединение электрохимических источников питания

При последовательном соединении параметры ( E и Ri) просто суммируются,

Самое главное, Вы должны знать:

Как я уже говорил, каждый источник питания (любого типа) имеет свои характеристики которые можно свести к статическим и полностью определяющим его характеристики — Ri, U( E ); Эти характеристики химических источников тока могут меняться от экземпляра к экземпляру или со временем случайным образом (они зависят от множества параметров на каждом этапе технологического процесса их производства);

Не бывает двух абсолютно одинаковых источников питания, как вообще любых электронных компонентов. (хотя для того чтобы как-то ограничить разброс применяется группировка компонентов, по ряду номиналов и ряду точности).

Поэтому при последовательном соединении продолжительность работы химических источников тока определяется худшим в цепочке. Когда он потеряет емкость, его внутреннее сопротивление возрастет и ограничит потребляемый нагрузкой ток.

При параллельном соединении все много сложнее.

Отсюда вытекают большинство возникающих проблем.

Параллельное соединении электрохимических источников питания

При параллельном соединении электрохимических элементов (источников) питания, если не принимать мер возникают проблемы.

Дело в том что эти элементы обладают сразу несколькими параметрами определяющими их характеристики.

Напряжение (ЭДС) — E , и внутреннее сопротивление — Ri .

Сразу стоит уточнить, что эти параметры сугубо индивидуальны и поэтому достаточно редко даже в одной партии они повторяются.

Посмотрим рисунок 3, при параллельном соединении двух разных источников питания (электрохимический элемент), имеющих равное внутренне сопротивление (Например 0,25 ом, суммарное 0,5 ) и разное выходное напряжение ( U 1 =2,2 В, U 2 =2,1 В, Δ U= 0,1 В ) между ними появляется ток перетекания I пер равный 0,2 А.

Этот ток будет существовать даже при выключенной нагрузке, пока напряжение на источниках не сравняется. Когда лучший электрохимический элемент разряжается на худший — это потеря их суммарной емкости.

Поэтому параллельное соединение отдельных элементов электрохимических источников тока не рекомендуется. Возможно параллельное соединение (резервирование) последовательных батарей элементов с применением специальных устройств защиты (см. рис. 6) от токов перетекания или коммутаторов.

Фотоэлектрические элементы — элементы солнечных батарей

Немного иная ситуация получается при параллельном соединении элементов солнечных батарей, которая определяется свойствами самого солнечного элемента. Это генерация тока под действиями квантов света попадающих на плоский p-n переход достаточно большой площади. Солнечный элемент имеет вольт-амперную характеристику подобную полупроводниковому диоду с соответствующими отклонениями присущими p-n переходам большой площади.

Поэтому для солнечного элемента токи перетекания отсутствуют. Но наличие в параллельно соединенных элементах Δ U, приводит к тому что при малом отборе тока элемент с меньшим напряжением просто отключается. А при высоком отборе мощности ток нагрузки каждого элемента разный и определяется током нагрузки на каждом элементе при данном напряжении нагрузки U. см. рис. 5.

Посмотрим на примере вольт амперной характеристики элемента солнечной батареи, что происходит при их параллельном соединении, как показано на Рис. 1б. Примерный график вольт амперной характеристики приводится ниже.

На рис. 5 видим, что при равном напряжении U н элемент SC3 генерирует ток I 1 меньший тока генерируемого элементом SC4 равного I 2 . В результате суммарный ток нагрузки равен:

То есть при данном U н отдаваемая соединенными параллельно элементами мощность равна:

Этот требует, чтобы не перегружать лучшие элементы, группировать при параллельном соединении элементы с близкими токами (характеристиками в рабочих точках).

А еще лучше формировать последовательно соединенные группы элементов на номинальное напряжение с последующим их соединением в параллельные группы заданной мощности.

Совместная работа батарей химических элементов

Часто рекомендуют при параллельном подключении батареи электрохимических источников использовать включенные последовательно с каждой батареей диоды, которые предотвратят токи перетекания. Но условия равенства их выходного напряжения (максимальной близости) сохраняется. Это особенно важно именно для электрохимических источников питания, которые имеют ограничения по разрядному току. В случае его превышения сокращается ресурс. Схема включения показана на рис. 6.

Здесь необходимо учитывать, что выходное напряжение такой батареи меньше на 0,3 -:- 0,8В (падение напряжения на p-n переходе диода при его прямом смещении) чем у батареи без защитных диодов. Как видно из величины потери напряжения использовать эту схему для параллельного соединения отдельных элементов не экономично. Велики потери мощности.

Читайте также:  Применение переменного тока в моей профессии

Диоды так же позволяют использовать горячую замену батареи, поскольку при подключении свеже заряженной батареи диод разряженной просто будет заперт.

Блоки питания

Свои особенности при параллельном соединении имеют и блоки питания работающие на общую нагрузку.

Все типы блоков (сетевые 50 Гц и импульсные — в том числе повышающие и понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный) содержат в своем составе преобразователь напряжения (трансформатор или электронный импульсный преобразователь с трансформатором) и выпрямляющее устройство на выходе — диодные выпрямители. На рис. 7 показано такое соединение.

В данной схеме, как при параллельном соединении солнечных элементов, не существует статических токов перетекания, они пресекаются диодными выпрямителями которые, как известно, имеют очень большое обратное сопротивление.

Обязательное условие при таком включении блоков питания это: равенство напряжений и наличие соединения общих точек обоих источников питания показанных на рис. 7 пунктирной линией красного цвета. Это условие определяется, как понятно из сказанного выше, а равномерной нагрузкой каждого источника питания.

Но она, как любая система, имеет свои особенности.

Это импульсные токи перетекания при зарядке фильтрующего конденсатора с меньшим напряжением (например U2 ) от БП1, где напряжение больше. После выравнивания напряжения ток перетекания уменьшается до нуля.

В реальности напряжение на выходе БП1 и БП2 разное. И поэтому рассматриваем работу такой связки учитывая дополнительные параметры показанные на рис 8 .

Известно, что каждый блок питания имеет свое внутреннее сопротивление Ri, а за счет системы стабилизации его величина существенно снижается. Практически Ri определяет КПД блока питания и желательно чтобы соотношение Rн/ Ri было максимальным. Поскольку ток нагрузки блока питания определяется суммой Ri и Rн, а как мы уже знаем Ri -> min, то можно считать, что он целиком определяется R н.

В связке двух параллельно включенных блоков питания нагружается только тот БП который имеет более высокое выходное напряжение. То есть I н = I 1 . Это будет продолжаться до тех пор пока выходное напряжение (за счет падения напряжения на Ri ) не начнет падать (система стабилизации не сможет его поддерживать, когда ток нагрузки достигнет максимального, в этом случае начнет расти внутреннее сопротивление нагруженного блока питания Ri. ). Второй БП будет до этого будет работать в режиме холостого хода.

Такой режим работы нельзя считать нормальным.

Кроме выравнивания выходного напряжения — известно другое решение проблемы, это включение последовательно с выходом каждого БП небольшого выравнивающего резистора, который как бы увеличивает его внутреннее сопротивление, в результате чего выходное напряжение падает и включается в работу блок питания имеющий меньшее напряжение. Причем их величина одинакова для обоих.

Величина этого сопротивления от 1% до 10% от R н и зависит от разницы выходных напряжений и мощности нагрузки.

Недостаток данного решения потери мощности в выравнивающих резисторах.

Но, для равномерной загрузки, требование максимального сближения U1 и U2 остается.

Заключение

В Интернет форумах множество публикаций посвященных параллельному включению и только единичные сообщения о фатальных результатах. эти единичные случаи возможны из-за скрытых неисправностей блоков питания или большой разницы выходных напряжений.

Параллельное соединение выходных цепей блоков импульсных питания возможно. Но при этом для равномерной загрузки их выходные напряжения должны быть максимально близки. В случае невыполнение этого условия возможна перегрузка БП с большим напряжением.

Параллельное включение отдельных электрохимических элементов питания недопустимо,

Параллельное включение батарей электрохимических элементов питания возможно при условии применения защитных диодов в составе каждой батареи,

Параллельное соединение фотоэлектрических элементов допустимо, но при этом надо учитывать что возможна перегрузка лучших элементов в группе (с наибольшим напряжением), а при большой разнице в выходном напряжении худший элемент может вообще не включаться в работу.

Обсуждения параллельного включения блоков питания компьютеров :

Источник

Последовательное включение источника тока

Пусть батарею образуют n последовательно соединенных элементов. Батарея замкнута на внешнее сопротивление R (рис. 3.7). Сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем. Запишем для всего замкнутого контура, образующего цепь, второе правило Кирхгофа. Оно имеет вид:

В общем случае при последовательном соединении нескольких источников с различными ЭДС сила тока определяется отношением суммы ЭДС всех источников тока к полному сопротивлению всей цепи:

где – внутреннее сопротивление i-го источника, R сопротивление нагрузки.

Последовательное соединение источников эквивалентно источнику тока с большой ЭДС, однако при этом возрастает его внутреннее сопротивление. Чтобы такое соединение привело к увеличению тока в нагрузке по сравнению с током от одного источника, необходимо, чтобы . При этом .

Рассмотрим параллельное соединение в батарею n одинаковых элементов с ЭДС и внутренним сопротивлением r (рис. 3.8). Пусть батарея замкнута на внешнее сопротивление R. Сопротивлением соединительных проводов пренебрегаем. Согласно первому правилу Кирхгофа сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов во всех элементах батареи. Поэтому через каждый из элементов в отдельности протекает ток силой . Применим второе правило Кирхгофа к замкнутому участку цепи ABCDEF. Тогда получим . Отсюда . Таким образом, при параллельном соединении n одинаковых элементов в батарею ЭДС не меняется, а внутреннее сопротивление уменьшается в n раз. Легко видеть, что параллельное соединение элементов выгодно при малом внешнем сопротивлении. Действительно, если , то им можно пренебречь, и формула приближенно принимает вид , то есть сила тока возрастает в n раз по сравнению с силой тока от одного элемента.

Источник