Vnútorný odpor zdrojov napätia

Uzavretý okruh

Uzavretý obvod sa skladá zo zdroja napätia, záťažového rezistora alebo spotrebiča a spojovacích káblov. Zdrojom napätia môže byť galvanický prvok alebo batéria. Batéria je prepojenie niekoľkých galvanických prvkov alebo článkov za vzniku väčšej jednotky. Zdrojom napätia môže byť tiež generátor alebo všeobecne akýkoľvek požadovaný zdroj signálu, ktorý poskytuje elektrickú energiu.

Zariadenie, ktoré je elektricky pripojené k zdroju napätia, sa označuje ako záťaž alebo spotrebič. Zdroj, vedenia a spotrebitelia tvoria uzavretý okruh. Prúdi elektrický prúd, čím sa elektrická energia uložená v zdroji premení na inú formu energie u spotrebiteľa. Elektrická energia sa nespotrebováva, ale fyzicky správne premieňa na inú formu energie, napríklad na tepelnú, svetelnú alebo mechanickú.

Miesta pripojenia zdroja napätia majú rozdielne obsadenie elektrónov alebo potenciály. Merajú sa pri referenčnom potenciáli, ktorý má dohodnutú hodnotu nula ako zemný (zemný) potenciál. Zdrojové napätie sa počíta z rozdielu potenciálov medzi dvoma pólmi pripojenia. Pokiaľ existuje, môže elektrický prúd tiecť v uzavretom okruhu.

Záporný terminál má prebytok elektrónov a negatívny potenciál.
Kladný terminál má nedostatok elektrónov a pozitívny potenciál.
Rozdiel potenciálov je napätie medzi svorkami (svorkové napätie).
Referenčný zmysel zodpovedá technickému smeru prúdu od plus do mínus.

Je znázornený jednoduchý obvod s galvanickým prvkom, alternatívne s generátorom jednosmerného napätia G, ohmickým odporom R a linkami. Podľa definície majú káble ideálne vlastnosti bez odporu. Šípky označujú referenčný zmysel pre napätie a prúd. Vstupné a výstupné napätia sú v tomto jednoduchom znázornení rovnaké.

V systéme šípok spotrebiteľa sú šípky napätia a prúdu na spotrebiteľovi v rovnakom smere.
V spotrebiteľskom systéme šípok smerujú šípky napätia a prúdu v zdroji napätia opačným smerom.

Vnútorný odpor zdrojov napätia

Nosiče náboja sú oddelené v zdroji napätia. Toto je zreteľne vidieť na chemických systémoch batérií a akumulátorov. V prípade generátorov prebieha separácia prostredníctvom elektromotorickej sily, skrátene nazývanej EMF. Čím väčšia je separačná sila, tým vyššie je generované napätie. Podľa DIN 1323 nie je EMF jednou z premenných, ktoré sa používajú v obvode. Napätie generované EMF sa nazýva pôvodné napätie alebo zdrojové napätie. Môže sa merať iba na otvorených pripojovacích svorkách bez zaťaženia zdroja.

Primárne napätie generované EMF sa považuje za ideálne.
Pri bezprúdovom meraní je koncové napätie identické so zdrojom alebo pôvodným napätím.

Ak je záťažový rezistor pripojený k zdroju napätia, generátoru signálu alebo napájacej jednotke, ktorá sa všeobecne nazýva zdroj, preteká elektrický prúd. So zvyšujúcim sa zaťažením preteká väčší prúd a svorkové napätie U Kl klesá. Maximálny prúd I K preteká pri skratovaní zdroja, pretože hodnota odporu záťaže má potom prakticky hodnotu 0 Ω. Prúd môže tiecť iba vtedy, ak je príčinou elektrické napätie. V každom prípade sú zákony elektrického obvodu platné. Pravidlo siete platí pre napätia v elektrickej sieti. Časť primárneho napätia U 0 preto musí byť prevedená v rámci zdroja napätia. V prípade skratu generuje prúd I L v zdroji napätie U i rovnajúce sa celkovému zdrojovému napätiu. Príčinu externe merateľnej straty napätia možno vysvetliť vnútorným odporom R i generátora.

Videoklip je možné ovládať iba pomocou ovládacieho panela, ktorý je možné zobraziť. Ukazuje, že so zvyšujúcim sa zaťažením, to znamená s nižšími hodnotami odporu záťaže, klesá svorkové napätie a súčasne rastie napätie na vnútornom odpore zdroja. Zdrojové napätie je vždy súčtom koncového napätia a úbytku napätia na vnútornom odpore. Časť zvýraznená žltou farbou je ekvivalentná schéma zapojenia zdroja napätia. V praxi sa napätie na vnútornom odpore nedá zmerať priamo. Vnútorný odpor je možné určiť pomocou meracej schémy. S ním je možné vypočítať všetky ďalšie hodnoty.

Každý generátor napätia alebo zdroj napätia má vnútorný odpor.
Pôvodné napätie U o sa rovná súčtu svorkového napätia U Kl a napätia na vnútornom odpore U i
Pre napätie na svorke platí: U Kl = U 0 - (I L R i)

Stanovenie vnútorného odporu podľa metódy ΔU/ΔI

Na diagrame zobrazuje záťažová charakteristika závislosť koncového napätia na odoberanom záťažovom prúde. Táto charakteristika je tiež lineárna pre záťažové rezistory s lineárnym chovaním. Vnútorný odpor generátora je možné vypočítať priamo z jeho gradientu, pozri gradientový trojuholník. Túto metódu možno univerzálne použiť na stanovenie vnútorného odporu. V tomto príklade sa vnútorný odpor počíta s ΔU = 3 V a ΔI = 0,3 A až R i = 10 Ω.

Stanovenie vnútorného odporu metódou polovičného svorkového napätia

Túto metódu merania je možné použiť iba bez poškodenia zdroja napätia s dostatočne veľkým vnútorným odporom. Zaťažovací odpor sa znižuje, až kým napätie na svorke nedosiahne polovicu hodnoty zdroja alebo napätia naprázdno. Hodnota odporu záťaže je potom rovnaká ako hodnota vnútorného odporu. Vo videoklipe je to tak so zaťažovacím odporom 10 Ω. Koncové napätie, ako aj napätie na vnútornom odpore, je 5 V. Oba odpory tvoria sériový obvod. Preteká nimi rovnaký prúd a pri rovnakom poklese napätia majú rovnakú hodnotu odporu.

Zdroje napätia zapojené do série

Nastaviteľný zdroj napätia nie je vždy k dispozícii. Najmä pri zariadeniach napájaných z batérie sa prevádzkové napätie získava pripojením niekoľkých jednotlivých prvkov. Keď sú prvky zapojené do série, ich vnútorné odpory tiež tvoria sériové zapojenie. Celkové napätie je súčtom jednotlivých napätí, pričom sa dbá na polaritu jednotlivých prvkov.

Keď sú zdroje napätia zapojené do série, zvyšuje sa použiteľné prevádzkové napätie.
Zvýšenie vnútorného odporu vedie k zníženiu skratového prúdu.

Symetrický napájací zdroj s kladným a záporným napätím sa vytvorí spojením dvoch zdrojov rovnakého napätia do série s referenčným bodom, zemou obvodu medzi týmito dvoma zdrojmi. Obrázok zobrazuje symetrický zdroj napätia ± 15 V generovaný dvoma identickými zdrojmi a súvisiaci so zemou obvodu O V. Jednoduchý vnútorný odpor zdroja pôsobí na každé jednotlivé napätie zvonku.

Paralelné pripojenie zdrojov napätia

Pri paralelnom pripojení zdrojov napätia by mali byť pripojené iba zdroje napätia s rovnakým pôvodným napätím a rovnakým vnútorným odporom. Koncové napätie sa potom rovná pôvodnému napätiu v režime naprázdno. U svorka = U 01 = U 02 atď.
Celkový vnútorný odpor sa počíta podľa Ohmovho zákona o paralelnom pripojení rezistorov. Ak je paralelne zapojených n zdrojov s rovnakou hodnotou vnútorného odporu, je vnútorný efektívny smerom von: R i tot = R i/n

V nasledujúcom prepínateľnom príklade sú tri 1,5 V prvky rovnakého typu spojené paralelne v prvých dvoch prípadoch. Pri voľnobežných otáčkach je napätie svorky podľa očakávania 1,5 V. Neprúdia žiadne prúdy. Napätie na svorke pri zaťažení klesá iba mierne. Každý prvok poskytuje rovnaký podiel na celkovej elektrine.

3 zdroje nečinné	3 zdroje so záťažovým prúdom
Zdroj 2 + 1 so záťažovým prúdom	2 + 1 zdroj nečinný

V posledných dvoch prípadoch je jeden z prvkov „spotrebovaný“ alebo bol nahradený prvkom s nižším pôvodným napätím, batériou s číslom 1,2. 1,4 V vymenené. Silnejšie vybitý (použitý) elektrochemický článok menší ako 1,5 V má tiež vyšší vnútorný odpor článku. Jeho vplyv nie je možné v simulácii znázorniť. Pri paralelne zapojených prvkoch s rôznym napätím otvoreného obvodu je koncové napätie prepojenia o niečo nižšie ako pri troch rovnakých článkoch s rovnakou záťažou. Čiastkové prúdy vykazujú silné zmeny, pričom odbočný prúd slabého článku sa stáva dokonca záporným a tečie opačným smerom. Posledný prípad ukazuje paralelné pripojenie nerovnakých článkov pre nezaťažený voľnobeh. Ak je spínač otvorený, netečie žiadny prúd záťaže, ale paralelným obvodom stále pretekajú vysoké vyrovnávacie prúdy, čo môže viesť k rýchlej deštrukcii chemických primárnych článkov a akumulátorov.

Paralelné pripojenie zdrojov napätia sa používa, keď sú pri vysokom zaťažení potrebné vysoké prúdy s čo najstálejším svorkovým napätím.
Aby sa zabránilo poškodeniu vyrovnávacích prúdov, môžu byť paralelne zapojené iba zdroje napätia s rovnakým pôvodným napätím a rovnakým vnútorným odporom.

súkromia
odtlačok
Kontakt
△