Сопротивление внешней цепи при коротком замыкании: Короткое замыкание — урок. Физика, 8 класс.

Сопротивление — внешняя цепь — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3

Cтраница 3

При сопротивлениях внешней цепи, указанных в табл. VI.10, время успокоения не превышает 2 сек. При работе в цепях с внешним сопротивлением, — отличающимся в 1 5 раза от нормированного, время успокоения может доходить до 3 сек.
 [31]

При сопротивлении внешней цепи Л 0 по ней течет ток короткого замыкания.
 [32]

При сопротивлении внешней цепи 10 Ом по ней идет ток 10 А, при сопротивлении 20 Ом ток падает до 8 А. При каком внешнем сопротивлении ток будет равен 9 А.
 [33]

Если уменьшать сопротивление внешней цепи г, то сопротивление всей цепи г г0 также уменьшится, а сила тока в цепи увеличится. С увеличением силы тока падение напряжения внутри источника энергии ( / г0) возрастет, так как внутреннее сопротивление г0 источника энергии остается неизменным. Следовательно, с уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника энергии также уменьшается.
 [34]

Следовательно, сопротивление внешней цепи должно лежать в определенных незначительных пределах.
 [35]

Также и сопротивление внешней цепи г2 при Коротком замыкании может стать только очень малой величиной, но все же отличной от нуля.
 [36]

Поляризационная диаграмма для гальванического элемента, работающего при малом перенапряжении анодной и большом перенапряжении катодной реакций. Л — анодная кривая. % — катодная кривая.  [37]

Также и сопротивление внешней цепи г2 при коротком замыкании может стать только очень малой величиной, но все же отличной от нуля.
 [38]

Чему равно сопротивление внешней цепи, измеренное со стороны зажимов гальванометра.
 [39]

Если уменьшать сопротивление внешней цепи г, то сопротивление всей цепи г г0 также понизится, а сила тока в цепи, как это видно из формулы ( 22), увеличится. С повышением силы тока падение напряжения внутри источника энергии ( / г0) возрастет, так как внутреннее сопротивление, г0 источника энергии остается неизменным. Следовательно, из формулы ( 27) вытекает, что с уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника энергии также уменьшается.
 [40]

Как влияет сопротивление внешней цепи и гальванометра на точность и чувствительность потенщиометрической схемы измерения.
 [41]

Если уменьшать сопротивление внешней цепи R, то сопротивление всей цепи R R0 также уменьшится, а ток в цепи увеличится.
 [42]

При увеличении сопротивления внешней цепи ( уменьшении разрядного тока) начальное найряжение элемента ( батареи) увеличивается, а при уменьшении сопротивления ( увеличении разрядного тока) уменьшается.
 [43]

При уменьшении сопротивления внешней цепи разрядный ток в разряде с искусственно подогретым катодом становится больше того тока насыщения, который может дать при данной температуре катод, и разрядный ток может поддерживаться только при наличии на катоде, кроме термоэлектронной эмиссии, еще и процессов, охватываемых коэффициентом поверхности ионизации у Таунсенда.
 [44]

Последующее уменьшение сопротивления внешней цепи ведет к резкому уменьшению напряжения на зажимах генератора, а следовательно, и к уменьшению тока в цепи. ЭДС его оказывается на прямолинейном участке характеристики холостого хода.
 [45]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5

Исследование зависимости мощности и КПД источника тока от внешней нагрузки

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

, (1)

I- сила тока в цепи; Е- электродвижущая сила источника тока, включённого в цепь; R- сопротивление внешней цепи; r- внутреннее сопротивление источника тока.

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R®0) и при R®эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р₁> 0. Следовательно, функция Р₁ имеет максимум. Значение R₀, соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р₁ по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е ? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

R₀ = r. (4)

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи равном внутреннему сопротивлению источника тока.

При этом сила тока в цепи (5)

равна половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает своего максимального значения, равного

. (6)

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток протекает и внутри источника и при этом на внутреннем сопротивлении источника выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла равна

. (7)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи , определится формулой

= I²(R+r) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

, (10)

т.е. Р₁ изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи ( R>> r ), второе – короткому замыканию ( R<< r). Зависимость к.п.д. от силы тока в цепи с учётом формул (8), (9), (10) примет вид

(11)

Таким образом, к.п.д. достигает наибольшего значения h =1 в случае разомкнутой цепи ( I = 0), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей Р₁, Р_полн = EI и к.п.д. источника тока от силы тока в цепи показаны на рис.1.

Рис.1. I₀ E/r

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощность и к.п.д. невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи Р₁, достигает наибольшего значения, к.п.д. в этот момент равен 50%.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Рис. 2.

Соберите на экране цепь, показанную на рис. 2. Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши над кнопкой э.д.с. в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щелкните левой кнопкой мыши в рабочей части экрана, где будет расположен источник э.д.с.

Разместите далее последовательно с источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно кнопку в нижней части экрана) и амперметр (кнопка там же). Затем расположите аналогичным образом резисторы нагрузки и вольтметр , измеряющий напряжение на нагрузке.

Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щелкайте левой кнопкой мыши в местах рабочей зоны экрана, где должны находиться соединительные провода.

4. Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой . Затем щелкните на данном элементе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, обозначенное в таблице 1 для вашего варианта.

Таблица 1. Исходные параметры электрической цепи

Номер варианта	1	2	3	4	5	6	7	8
Е, В	10,0	9,5	9,0	8,5	8,0	8,5	9,0	9,5
r, Ом	4,8	5,7	6,6	7,5	6,4	7,3	8,2	9,1

5. Установите сопротивление внешней цепи 2 Ом, нажмите кнопку «Счёт» и запишите показания электроизмерительных приборов в соответствующие строки таблицы 2.

6. Последовательно увеличивайте с помощью движка регулятора сопротивление внешней цепи на 0,5 Ом от 2 Ом до 20 Ом и, нажимая кнопку «Счёт», записывайте показания электроизмерительных приборов в таблицу 2.

7. Вычислите по формулам (2), (7), (8), (9) Р₁, Р₂, Р_полн и h для каждой пары показаний вольтметра и амперметра и запишите рассчитанные значения в табл.2.

8. Постройте на одном листе миллиметровой бумаге графики зависимости P₁ = f(R), P₂ = f(R), P_полн=f(R), h = f (R) и U = f(R).

9. Рассчитайте погрешности измерений и сделайте выводы по результатам проведённых опытов.

Таблица 2. Результаты измерений и расчётов

R, Ом	2,0	2,5	3,0	…			20
U, В
I, А
P1, Вт
P2, ВТ
Pполн, ВТ
h

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Запишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
2. Что такое ток короткого замыкания?
3. Что такое полная мощность?
4. Как вычисляется к.п.д. источника тока?
5. Докажите, что наибольшая полезная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений цепи.
6. Верно ли утверждение, что мощность, выделяемая во внутренней части цепи, постоянна для данного источника?
7. К зажимам батарейки карманного фонаря присоединили вольтметр, который показал 3,5 В.
8. Затем вольтметр отсоединили и на его место подключили лампу, на цоколе которой было написано: Р=30 Вт, U=3,5 В. Лампа не горела.
9. Объясните явление.
10. При поочерёдном замыкании аккумулятора на сопротивления R1 и R2 в них за одно и то же время выделилось равное количество тепла. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

Внутреннее сопротивление батареи и ток короткого замыкания.

Пятница, 16 декабря 2016 г.

Технический

Значения внутреннего сопротивления аккумулятора и тока короткого замыкания можно получить у производителей аккумуляторов. Метод, используемый для получения опубликованных значений, различается, но когда используется метод, признанный международными стандартами, можно рассмотреть возможность сравнения между продуктами.

При поиске в Интернете можно найти множество статей, в которых обсуждаются фактические исследования случаев короткого замыкания батареи и получения интересных результатов. Без предохранителя или автоматического выключателя батареи короткое замыкание в системе может привести к пожару и катастрофическому отказу. В качестве альтернативы защита может сработать и изолировать батарею от точки отказа и нагрузки, приводящей к потере питания оборудования, для защиты которого предназначена батарея. Отсюда следует, что вопрос о токе короткого замыкания батареи может иметь как минимум две точки зрения, если рассматривать его с практической точки зрения.

Внутреннее сопротивление может использоваться для расчета теоретического тока короткого замыкания, но используемый метод остается открытым. Тем не менее, значения внутреннего сопротивления могут использоваться для оценки фактического тока короткого замыкания в аккумуляторной системе.

В этой статье обсуждается, как производитель аккумуляторов приходит к опубликованным данным о внутреннем сопротивлении и токах короткого замыкания. Также рассматривается, как можно оценить ток короткого замыкания в практической системе.

Некоторые производители проводят фактические испытания на короткое замыкание для определения характеристик. Метод испытаний обычно включает в себя полную зарядку продукта, который был «охарактеризован», чтобы установить реальную производительность по сравнению с фактической производительностью. Нет ничего необычного в том, что реальная производительность значительно лучше опубликованной. По этой причине производитель указывает, что полученные значения получены в результате реальных испытаний типичного продукта, снятого с производства. Однако это нечто большее, чем просто проведение теста. Необходимо учитывать значение «коротких» с точки зрения сопротивления. Ясно, что простое соединение двух разъемов, идущих от опор ячеек и запускающих тест, неприемлемо. В одном случае разъемы могут расплавиться и действовать как предохранитель, а в другом случае разъемы могут представлять собой большие цельные медные стержни, которые нелегко прикрепить к клеммам ячейки. Как правило, производитель рассматривает принятый стандарт, который дает некоторые указания относительно метода, который следует использовать.

Результаты реальных испытаний на короткое замыкание очень интересны. В течение первых нескольких микросекунд ток не виден. Через несколько миллисекунд ток начинает течь и будет быстро увеличиваться до пика, прежде чем снизится и, в конечном итоге, уменьшится до значения, близкого к номинальному опубликованному значению. Ток будет продолжать падать и в некоторых случаях может течь в течение нескольких часов, прежде чем достигнет нуля.

Фактические испытания на короткое замыкание интересны, но они не обязательно дают воспроизводимые значения, которые можно использовать для целей сравнения. Сопротивление цепи, температура и фактическое состояние заряда влияют на переменные результаты. Точка, в которой следует измерять ток, имеет наибольшую вариацию. Измерения, сделанные через 1 секунду, покажут большие различия по сравнению с измерениями, сделанными через 1 минуту. Имея это в виду, тесты показали, что «прогнозируемый» результат, сформулированный на основе реальных тестов, дает наиболее воспроизводимые результаты. Поскольку тесты основаны на одних и тех же опорных точках, сравнения с другими продуктами можно проводить с хорошей точностью.

Методы, которые используются большинством производителей, включают разрядку с двумя разными скоростями и построение характеристик U/I. Как правило, один разряд будет происходить при умеренно высоком токе, и после заранее определенного времени разряда будут зарегистрированы фактическое напряжение и фактический ток. Заранее заданное время разряда будет довольно коротким, чтобы свести к минимуму удаляемую емкость Ач, но будет достаточно продолжительным для получения достаточно стабильных результатов. Разгрузка будет прекращена, а продукт будет стоять в разомкнутом контуре и давать ему восстановиться в течение нескольких минут, прежде чем будет проведена вторая разгрузка. Этот второй разряд будет происходить при более высоком токе, обычно в три раза превышающем значение первого тока. Опять же, через заранее определенное время будут записаны фактическое напряжение и фактический ток, и тест будет завершен.

Внутреннее сопротивление рассчитывается следующим образом: —

Затем ток короткого замыкания рассчитывается по закону Ома, где для расчета можно использовать 2,00 В. Некоторые производители могут использовать типичное напряжение холостого хода элемента, которое в значительной степени зависит от удельного веса элемента. Можно использовать значения от 2,05 В до 2,15 В.

Значение внутреннего сопротивления может использоваться для оценки тока короткого замыкания в практической цепи.

Рассмотрим аккумулятор емкостью 250 А·ч с опубликованным внутренним сопротивлением 0,33 мОм.

Батарея состоит из 24 элементов, соединенных последовательно, что дает общее сопротивление элементов 0,33 x 24 = 7,92 мОм. Внешняя цепь имеет расчетное сопротивление 0,5 мОм.

Расчетный ток короткого замыкания: —

I = (24 x 2,00 В) / (((24 x 0,33 мОм) + (0,5 мОм) = 48 В / 8,42 мОм = 5701 А

Для сравнения, опубликованный ток короткого замыкания для одной ячейки составляет 6150 А.

Рассмотрим аккумулятор емкостью 2500 А·ч с опубликованным внутренним сопротивлением 0,049 мОм.
Эта батарея имеет 240 элементов, а сопротивление внешней цепи равно 21 мОм.
Расчетный ток короткого замыкания составляет: —

(240 x 2,00 В) / ((240 x 0,049 мОм) + 21 мОм)) = 480 В / (11,76 мОм + 21 мОм) = 480 В / 32,76 мОм = 14 652 А.

Внутреннее сопротивление и значения короткого замыкания зависят от типа рассматриваемой батареи, но в качестве руководства следующие значения являются типичными и приведены только для сравнения. Производители публикуют эти значения, и пользователь должен сверяться с ними, чтобы узнать правильное значение.

Приведенные ниже значения приведены только для справки и относятся к одной ячейке емкостью 100 Ач. Значения для многоячеистых моноблоков будут другими.

Из приведенной выше таблицы видно, что продукт VRLA AGM имеет гораздо более высокий ток короткого замыкания и более низкое внутреннее сопротивление. Эта характеристика является результатом более тонких пластин с меньшим шагом пластин и сепараторов с очень низким сопротивлением в сочетании с электролитом с более высоким удельным весом, который увеличивает напряжение холостого хода и начальный разрядный ток.
Отмечено, что внутреннее сопротивление элементов существенно не меняется в зависимости от состояния заряда до тех пор, пока элемент не будет разряжен более чем на 80%.

Ток короткого замыкания промышленных резервных батарей может быть чрезвычайно высоким, даже если номинальные характеристики этого не предполагают.

В реальных условиях, даже с небольшими батареями, токи нередко достигают нескольких тысяч ампер. Для больших батарей, таких как те, которые используются на электростанциях, токи короткого замыкания могут превышать 40 000 ампер.

Даже когда батарея не полностью заряжена, ток короткого замыкания очень похож на опубликованное значение, поскольку внутреннее сопротивление существенно не изменяется до тех пор, пока элемент не будет полностью разряжен.

Типовой метод определения внутреннего сопротивления

ЭДС и внутреннее сопротивление

ЭДС и внутреннее сопротивление

Далее: Резисторы последовательно и
Up: Электрический ток
Предыдущий: Сопротивление и удельное сопротивление

Теперь настоящие батареи строятся из материалов с ненулевым сопротивлением.
Отсюда следует, что настоящие батареи — это не просто источники чистого напряжения. Они также обладают
внутренние сопротивления .
Кстати, чистое напряжение
источник обычно называют ЭДС (что означает электродвижущая сила ). Конечно,
ЭДС измеряется в единицах вольт.
Батарея может быть смоделирована как ЭДС, соединенная последовательно с резистором.
, что представляет собой его внутреннее сопротивление. Предположим, что такие
батарея используется для подачи тока через внешний нагрузочный резистор, как
показано на рис. 17.
Обратите внимание, что на принципиальных схемах ЭДС изображается в виде двух близко расположенных параллельных
линии неравной длины. Электрический потенциал более длинной линии больше, чем
что у более короткого на вольт. Резистор представлен как
зигзагообразная линия.

Рисунок 17:
Батарея ЭДС и внутреннего сопротивления подключена
к нагрузочному резистору сопротивления .

Рассмотрим батарею на рисунке. Напряжение батареи
определяется как разность электрических потенциалов между его положительным и
отрицательные клеммы: т.е. , точки и , соответственно. По мере перехода от к
, электрический потенциал увеличивается на вольт, когда мы пересекаем
ЭДС, но затем уменьшается на вольт, когда мы пересекаем внутренний резистор.
Падение напряжения на резисторе следует из закона Ома, из которого следует, что
падение напряжения на резисторе, по которому течет ток
, находится в том направлении, в котором
текущие потоки. Таким образом, напряжение батареи связано с ее ЭДС
и внутреннее сопротивление через

(133)

Теперь мы обычно думаем об ЭДС батареи как о постоянной величине (поскольку она
зависит только от химической реакции, протекающей внутри батареи, которая преобразует
химическую энергию в электрическую), поэтому мы должны заключить, что напряжение
батарея на самом деле уменьшается по мере увеличения потребляемого от нее тока.
На самом деле напряжение равно только
ЭДС при токе пренебрежимо мала. Текущий розыгрыш
от батареи обычно не может превышать критического значения

(134)

поскольку
поскольку напряжение становится отрицательным (что может произойти только
если нагрузочный резистор тоже отрицательный: это практически невозможно).
Отсюда следует, что если мы замкнем накоротко батарею, подключив ее
положительные и отрицательные клеммы вместе, используя проводник с незначительным сопротивлением,
ток, потребляемый от батареи, ограничен ее внутренним сопротивлением.
Фактически в этом случае ток равен максимально возможному
Текущий
.

Реальная батарея обычно характеризуется с точки зрения
его ЭДС ( т.е. , его
напряжение при нулевом токе) и максимальный ток, который он может обеспечить.
Например, стандартная сухая камера ( т.