Что такое источники тока. Какие бывают виды источников тока. Как работают химические и физические источники тока. Где применяются различные типы источников тока. Какие характеристики важны для источников тока. Каковы перспективы развития источников тока.
Что такое источник тока
Источник тока — это устройство, преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию. Основная задача источника тока — создавать и поддерживать электрический ток в цепи.
Ключевые свойства идеального источника тока:
- Создает постоянный ток, не зависящий от сопротивления нагрузки
- Напряжение на выходе меняется в зависимости от нагрузки
- Внутреннее сопротивление стремится к бесконечности
Реальные источники тока отличаются от идеальных и имеют ограничения по напряжению и мощности. Тем не менее, они широко применяются в электротехнике и электронике.
Основные виды источников тока
Источники тока можно разделить на две большие категории:
1. Химические источники тока
- Гальванические элементы и батареи
- Аккумуляторы
- Топливные элементы
2. Физические источники тока
Преобразуют различные виды энергии в электрическую с помощью физических явлений. Основные типы:
- Электромеханические генераторы
- Фотоэлектрические преобразователи
- Термоэлектрические генераторы
- Магнитогидродинамические генераторы
- Пьезоэлектрические генераторы
Принципы работы химических источников тока
Химические источники тока работают на основе электрохимических реакций между электродами и электролитом. Ключевые процессы:
- На отрицательном электроде (аноде) происходит окисление активного вещества, в результате чего высвобождаются электроны
- Электроны движутся по внешней цепи к положительному электроду (катоду), создавая электрический ток
- На катоде происходит восстановление окислителя с участием электронов
- Ионы в электролите обеспечивают замыкание цепи внутри источника
Существует несколько типов химических источников тока:
Первичные источники (гальванические элементы)
Предназначены для однократного использования. После разряда химические реагенты истощаются и элемент больше не может вырабатывать ток. Примеры: солевые и щелочные батарейки.
Вторичные источники (аккумуляторы)
Допускают многократную перезарядку за счет обратимости химических реакций. При зарядке внешний ток восстанавливает исходные реагенты. Примеры: свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, литий-ионные аккумуляторы.
Топливные элементы
Вырабатывают электричество за счет непрерывной подачи топлива и окислителя извне. Могут работать очень долго, пока подаются реагенты. Используются водородные, метанольные и другие типы топливных элементов.
Принципы работы физических источников тока
Физические источники тока используют различные физические эффекты для генерации электрического тока:
Электромеханические генераторы
Основаны на явлении электромагнитной индукции. При вращении проводника в магнитном поле в нем возникает электрический ток. Широко используются на электростанциях.
Фотоэлектрические преобразователи
Используют фотоэффект для прямого преобразования света в электричество. Применяются в солнечных батареях.
Термоэлектрические генераторы
Работают на эффекте Зеебека — возникновении ЭДС в цепи из разнородных проводников при наличии разности температур. Используются для питания космических аппаратов.
Магнитогидродинамические генераторы
Генерируют ток за счет движения электропроводящей жидкости или плазмы в магнитном поле. Перспективны для создания мощных генераторов.
Пьезоэлектрические генераторы
Вырабатывают ток при механической деформации некоторых кристаллов. Применяются в малогабаритных устройствах.
Ключевые характеристики источников тока
При выборе и оценке источников тока учитывают следующие важные параметры:
- ЭДС (электродвижущая сила) — напряжение на разомкнутых клеммах
- Внутреннее сопротивление
- Номинальный ток
- Емкость (для химических источников) — количество электричества, отдаваемое при разряде
- КПД — эффективность преобразования энергии
- Удельная энергоемкость — отношение запасенной энергии к массе или объему
- Срок службы
- Диапазон рабочих температур
- Саморазряд — потеря емкости при хранении
Применение различных источников тока
Источники тока находят широкое применение во многих областях:
Химические источники тока
- Портативная электроника (смартфоны, ноутбуки)
- Электромобили и гибридные автомобили
- Системы бесперебойного питания
- Космические аппараты
- Медицинские имплантаты
Электромеханические генераторы
- Электростанции (тепловые, гидро-, ветровые)
- Автономные генераторы
- Транспорт (автомобильные генераторы)
Фотоэлектрические преобразователи
- Солнечные электростанции
- Космические аппараты
- Автономное энергоснабжение зданий
Термоэлектрические генераторы
- Космические зонды
- Автономные источники питания в труднодоступных местах
- Утилизация тепловых отходов в промышленности
Перспективы развития источников тока
Основные направления совершенствования источников тока:
- Повышение удельной энергоемкости химических источников
- Увеличение срока службы и числа циклов заряда-разряда аккумуляторов
- Разработка новых электрохимических систем (литий-воздушные, натрий-ионные и др.)
- Повышение КПД фотоэлектрических преобразователей
- Создание эффективных топливных элементов на доступном топливе
- Разработка компактных термоядерных источников энергии
- Совершенствование технологий беспроводной передачи энергии
Развитие источников тока играет ключевую роль в решении глобальных энергетических проблем и переходе к экологически чистой энергетике.
Электрический ток — направленное, упорядоченное движение электрических зарядов.
Электрические заряды могут быть разными. Это могут быть электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием поля электрические заряды начнут перемещаться, возникнет электрический ток.
Обрати внимание!
Условия существования электрического тока:
• наличие свободных электрических зарядов;• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;
• замкнутая электрическая цепь.
Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.
Существуют различные виды источников тока:
• Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Сюда относятся: электрофорная машина, динамо-машина, генераторы.
Диски электрофорной машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щёток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака.
• Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.
К нему относится термоэлемент. Две проволоки из разных металлов спаяны с одного края. Затем место спая нагревают, тогда между другими концами этих проволок появляется напряжение.
• Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию. Сюда относится фотоэлемент.
При освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
• Химический источник тока — в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.
К нему относится, например, гальванический элемент.
В цинковый сосуд Ц вставлен угольный стержень У, у которого имеется металлическая крышка М. Стержень помещён в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углём С. Пространство между цинковым корпусом и смесью оксида марганца с углём заполнено желеобразным раствором соли Р. В результате химической реакции цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.
Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Они являются одноразовыми. В быту часто используют батарейки, которые можно подзаряжать многократно. Их называют аккумуляторами.
Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде, в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через раствор, зарядит один электрод положительно, а другой — отрицательно. Такие аккумуляторы называют кислотными или свинцовыми. Кроме них ещё существуют щелочные или железоникелевые аккумуляторы. В них используется раствор щёлочи и пластины: одна — из спрессованного железного порошка, а вторая — из пероксида никеля.
Аккумуляторы используют в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах, железнодорожных вагонах и даже на искусственных спутниках Земли.
Обрати внимание!
Источник электроэнергии, потребители электроэнергии, замыкающие устройства, соединённые между собой проводами, называют электрической цепью.
Чтобы в цепи существовал электрический ток, она должна быть замкнутой, т.е. состоять из проводников электричества. Если в каком-либо месте провод разорвётся, то ток в цепи прекратится. На этом основано действие выключателей.
Обрати внимание!
Чертежи, на которых изображаются способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами.
Приборы на схемах обозначают условными знаками. Вот некоторые из них:
Источники:
Пёрышкин А.В. Физика, 8 класс// ДРОФА, 2013.
http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=09&id=9010
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba06a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_8.swf
Источник тока: типы, принцип работы, особенности
Источник тока – элемент питания электрической цепи, обеспечивающий постоянное потребление, измеренное амперами, либо заданную форму закона изменения параметра. Так работают сварочные аппараты, каждой толщине металла соответствует номер (диаметр) электрода. Процесс обеспечен постоянным током. В противном случае начинается срыв дуги, происходят другие неприятные эффекты.
Отличие реального источника от идеального
Известно, мощность источника питания электрической цепи ограничена. В результате увеличение нагрузки вызывает изменение параметров. Общеизвестны скачки напряжения гаражных кооперативов, дач, прочих специфичных объектов. Подстанция выделяет ограниченный ресурс, потребление бывает немаленьким. В первую очередь, подразумеваются нагревательные приборы (воды), сварочные аппараты.
Таким образом, розетка выступает источником напряжения. Вольтаж сильно зависит от поведения потребителей. Замечено, утренние часы подстанции перегружают, соответствующим образом учитывается областями при тарификации. Что касается идеальных источников, подразумевается, параметры постоянные. До некоторых пор встретить подобное оборудование представлялось невозможным, современные технологии рамки ограничений сильно расширили.
Инвертор сварочный
Сварочный инвертор IWM 220 сохраняет работоспособность в диапазоне питающих напряжений 180 – 250 вольт, выдавая постоянное действующее значение тока на зажимы. Электронные блоки питания достигают столь высоких показателей путем гибкого регулирования режимов работы. Брать инверторы, принцип действия основан на выпрямлении, фильтрации напряжения 220 вольт, последующей нарезкой пачками импульсов. Варьированием скважности посылок, длиной достигается изменение тока.
Измерительный датчик Холла влияет, напрямую или опосредованно, на напряжение смещения силового ключа. Возможны другие, процессорные, схемы управления выходными параметрами приборов. В последнем случае заботы забирает процессор, несущий соответствующую программу, заложенную в память цифровым кодом.
Для сварки используются переменный и постоянный токи, для черных и цветных металлов. Важно понимать: источник способен поддерживать любой закон изменения параметров. Это признаётся отличительной особенностью, предназначением. Обеспечивает правильное функционирование потребителей.
Работа источника тока
Требования к факторам питания
В учебниках физики приводятся в качестве примеров источников тока:
- Батарейки.
- Аккумуляторы.
Несложно заметить, сплошь гальванические источники питания химического принципа действия. Автоводитель знает: аккумулятор бессилен выдать постоянный ток, напряжение. Мощность ограничена скоростью протекания химических реакций на пластинах, обкладках. В результате параметры не остаются постоянными.
Лучший пример источника питания тока, напряжения – инвертор. Электроника гибко изменяет параметры устройства, добиваясь достижения нужного эффекта. На выходе переменные, постоянные напряжения, токи. В зависимости от возникающих потребностей. В персональном компьютере уйма питающих напряжений: для жестких дисков, процессора, DVD-приводов. 5, 12, 3,3 В. У каждого предназначение, несколько предназначений.
Протекание тока в цепи
Таким образом, потребитель определяет, нужен постоянный ток, либо требуется напряжение, сформированное по определенному закону. Если брать сварку, скорость протекания через плазму зарядов определяет рабочую температуру процесса, напрямую предопределяет условия существования дуги, глубину плавления металла. Технологи давно просчитали условия, определили экспериментально, руководство сварочного аппарата пишет следующее:
- толщина листа – 3 мм;
- диаметр электрода – 3,2 мм;
- рабочий ток процесса 100 – 140 А.
Сварщик молниеносно выставляет указанные параметры на корпусе IWM 220, берет электрод нужного диаметра, обжимает ухватом, заводит второй выход на землю. Потом надевает маску, начинает легонько постукивать детали, получая искру. Не слишком обеспокоен результатами труда, отраслевое пособие промышленности сообщает, с какой скоростью двигаться вдоль шва, под каким углом наблюдать результат процесса. Сварщик твердо знает, чего делать не нужно. Чтобы удостовериться, специальная комиссия по результатам тестов (выполнение определенных швов) присваивает рабочему разряд (ощутимо влияет на спектр полномочий, заработную плату).
Итак, род тока определяют потребности идущего процесса. В большинстве случаев требуется напряжение, часто приборы первоначально требовали постоянства тока. Прежде это обогреватели различного толка, основывающие принцип действия законом Джоуля-Ленца. Мощность, преобразующаяся в тепло, определяется размером сопротивления, протекающим током.
В бытовых целях удобнее поддерживать напряжение. Помимо обогревателей имеется множество других приборов. Прежде всего электроника. Напряжение на активном сопротивлении проводника линейно зависит от тока. Нет разницы, что поддерживать постоянным. Отчего тогда при сварочном процессе приходится стабилизировать.
Рука сварщика неспособна двигаться с достаточной твердостью, флуктуации воздуха постоянно меняют длину дуги. Имеются другие помехи. Напряжение на участке непостоянно. Следовательно, ток менялся бы (согласно закону Ома). Недопустимо по причинам описанным выше: изменится температура, технологический процесс пойдет неправильным путем. Приходится поддерживать постоянным ток, не напряжение.
Как практики получают ток заданной формы
Исторически первыми открыты гальванические источники тока. Произошло в 1800 году. Гением, подарившим человечеству первый источник питания, является Алессандро Вольта. Последовала плеяда открытий. Первым измерителем стал гальванометр – прибор, регистрирующий силу электрического тока. Принцип действия новинки, представленной миру Швейггером, основывался на взаимодействии магнитных полей проводника, стрелки компаса.
Вопрос важен по простой причине, для поддержания нужного закона тока нужно измерить физическую величину. Первые гальванометры оценивали параметр по силе магнитного поля, создаваемого проводником. В дальнейшем заложило основу действия первых тестеров. Как работает современное оборудование?
В зарядных устройствах поддерживается постоянным напряжение. Ток измеряется с целью оценки полноты наполненности батареи. Благодаря продуманному подходу, телефон способен сигнализировать мнемонически о ходе процесса. Когда батарея полна, полоса зарядки полностью закрашивается (первые сотовые телефоны), либо исчезает (на многих смартфонах в выключенном состоянии). Ход процесса регистрируется датчиком Холла: только исчезают импульсы, считается, устройство не нуждается в дальнейшей подзарядке.
На основе указанного эффекта первое время было возможным регистрировать наличие/отсутствие тока. С развитием науки, техники появились преобразователи на основе соединений индия, отличающиеся неплохими метрологическими качествами. По величине выходного напряжения способные оценивать параметры тока. Современные аналого-цифровые преобразователи измерения позволят перевести разницу потенциалов в цифры, понятные процессору. Последний выполняет необходимые операции по управлению устройством, способствуя получению тока заданной формы.
Инвертор действует схожим образом. Последовательности импульсов, нарезаемые ключом, проходят малогабаритный параметр в неизменном виде (форма графика), с измененными характеристиками. Остается только измерить нужные величины, произвести интегрирование на некотором участке. В результате современный сварочный аппарат по определению защищен против залипания: при резком возрастании тока питания отключается. Имеются у инверторов некоторые другие полезные качества, обеспечиваемые электроникой. Вот почему сварщикам нравятся аппараты.
В мощных цепях ток контролируется трансформаторами. Датчики Холла с десятками, сотнями амперов не работают напрямую. Типичный лимит составляет десятки мА. Используется принцип, схожий с имеющим место быть в цифровых мультиметрах: из потока движущихся по электрической цепи зарядов вычленяется некоторая малая часть. Далее пропорцией оценивается полная величина. Трансформаторы тока действуют аналогичным образом. Не имея первичной обмотки, путем электромагнитной индукции передают малую часть энергии поля измерительному средству (например, счетчику, аппаратуре контроля).
Отличительные особенности
Из сказанного понимаем следующее:
- Физика под источником тока понимает агрегат, формирующий на выходе постоянный параметр. Практика часто предъявляет иные требования. Хотя чаще ток требуется постоянный.
- На схемах источник тока обозначают по-другому, нежели источник ЭДС. Круг с двумя галками. Иногда рядом стоит латинская литера I. Сие помогает решать согласно уравнениям Кирхгофа задачи нахождения условий элементов электрической цепи.
- Форма закона генерируемого тока определяется нуждами потребителя. Большинство бытовых приборов питается напряжением. Постоянство тока, особая форма не нужны, даже приносят вред. Мясорубка при заклинивании вала костью требует больше энергии. На это настроена регулирующая и защитная электроника.
- Мощность, отдаваемая идеальным источником, растет пропорционально активному сопротивлению нагрузки. В реальности видим некий лимит, выше которого параметры начнут отличаться от заданных.
Проще говоря, исторически с точки зрения практики удобнее постоянным поддерживать напряжение, не ток. Термин, рассматриваемый разделом, вызывает много затруднений у людей посторонних, далеких электронике, вполне сведущих в технике. Итак, источник тока – отвечает за поддержание нужной формы тока. Чаще требуется постоянный.
Величина тока послужит целям регулирования. Искрение коллекторного двигателя сопровождается возрастанием нагрузки. Растет потребляемый ток, цепи контроля повышают напряжение на обмотках с целью преодолеть возникший «кризис». Приводит к необходимости контроля величины тока. В мясорубках задачу решает цепь обратной связи, формирующая угол отсечки ключом входного напряжения.
Пытаясь сохранить постоянной разность потенциалов, приборы варьируют потребление тока. В результате запрашиваемая от подстанции мощность меняется, эффект приводит к проседанию вольтажа. Визуально наблюдаем медленным миганием лампочек накала (энергосберегающие несут в цоколе драйвер для поддержания постоянства напряжения). Аналогичным образом устройства показали бы проседание тока при неизменном напряжении.
Источник тока — это… Что такое Источник тока?
Рисунок 1 — схема с условным обозначением источника тока[1] Рисунок 2.1 — Обозначение на схемах источника тока
Исто́чник то́ка (также генератор тока) — двухполюсник, который создаёт ток , не зависящий от сопротивления нагрузки, к которой он присоединён. В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока.
На рисунке 1 представлена схема замещения триполярного транзистора, содержащая источник тока (с указанием S·Uбэ; стрелка в кружке указывает положительное направление тока источника тока), генерирующий ток S·Uбэ, т. е. ток, зависящий от напряжения на другом участке схемы.
Свойства
Идеальный источник тока
Напряжение на клеммах идеального источника тока зависит только от сопротивления внешней цепи:
Мощность, отдаваемая источником тока в сеть, равна:
Так как для источника тока , напряжение и мощность, выделяемая им, неограниченно растут при росте сопротивления.
Реальный источник тока
Реальный источник тока, так же как и источник ЭДС, в линейном приближении может быть описан таким параметром, как внутреннее сопротивление . Отличие состоит в том, что чем больше внутреннее сопротивление, тем ближе источник тока к идеальному (источник ЭДС, наоборот, тем ближе к идеальному, чем меньше его внутреннее сопротивление). Реальный источник тока с внутренним сопротивлением эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление и ЭДС .
Напряжение на клеммах реального источника тока равно:
Сила тока в цепи равна:
Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна:
Примеры
Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени () после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) ведёт к пробою зазора.
Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник тока, только не постоянного, а переменного. Поэтому размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо; вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки без отключения линии эту обмотку предварительно шунтируют.
Применение
Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. Например, реальные генераторы тока создают электрический ток только в некотором диапазоне напряжений, верхний порог которого зависит от напряжения питания источника. Таким образом, реальные источники тока имеют ограничения по нагрузке.
Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике, например, для питания измерительных мостов, для питания каскадов дифференциальных усилителей, в частности операционных усилителей.
Концепция генератора тока используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Для описания активных элементов для них вводятся эквивалентные схемы, содержащие управляемые генераторы:
- Источник тока, управляемый напряжением (сокращенно ИТУН)
- Источник тока, управляемый током (сокращенно ИТУТ)
Примечания
См. также
Литература
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3
Источники тока — это… Что такое Источники тока?
устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 в. (например, батарея Вольта, элемент Лекланше). Однако вплоть до 40-х гг. 20 в. в мире было разработано и реализовано в конструкциях не более 5 типов гальванических пар. С середины 40-х гг. вследствие развития радиоэлектроники (См. Радиоэлектроника) и широкого использования автономных И. т. создано ещё около 25 типов гальванических пар. Теоретически в И. т. может быть реализована свободная энергия химических реакции практически любого окислителя и восстановителя, а следовательно, возможна реализация несколько тысяч гальванических пар. Принципы работы большинства физических И. т. были известны уже в 19 в. В дальнейшем вследствие быстрого развития и совершенствования Турбогенераторы и Гидрогенераторы стали основными промышленными источниками электроэнергии. Физические И. т., основанные на других принципах, получили промышленное развитие лишь в 50—60-х гг. 20 в., что обусловлено возросшими и достаточно специфическими требованиями современной техники. В 60-х гг. технически развитые страны уже имели промышленные образцы термогенераторов, термоэмиссионных генераторов (СССР, ФРГ, США), атомных батарей (Франция, США, СССР).Технический прогресс, проникновение электротехники и электроники на транспорт, в быт, медицину и т. д. стимулировали разработку автономных источников электропитания, среди которых химические И. т. в количественном отношении заняли видное место, став продукцией массового потребления. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, средства ж.-д. транспорта, автомобили, тракторы, самолёты, искусственные спутники, космические корабли, средства связи и многое другое оснащены малогабаритными И. т.
Теория И. т. предусматривает исследование всех стадий процесса генерирования электрического тока на основе современных представлений о физике твёрдого тела, жидкости и газа, о процессах переноса зарядов и электрохимических реакциях. Теория И. т. изучает также вопросы оптимизации, включающие как выбор исходных параметров, обеспечивающих оптимальные выходные характеристики И. т., так и разработку методов прогнозирования характеристик будущих И. т. К важнейшим характеристикам И. т. относятся: кпд, энергоёмкость (или удельная энергоёмкость), мощность (или удельная мощность, отнесённая к единице массы, объёма и т. д.), срок службы, качество генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность к перегрузкам, стоимость, надёжность).
Химическими источниками тока принято называть устройства, вырабатывающие электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций химических реагентов. В соответствии с эксплуатационной схемой и способностью отдавать энергию в электрическую сеть химические И. т. подразделяются на первичные, вторичные и резервные, а также электрохимические генераторы. Первичные И. т. (гальванические элементы и батареи) допускают, как правило, однократное использование энергии химических реагентов. Отдельные конструкции гальванических элементов и батарей разрешают кратковременное повторное использование энергии реагентов после электрической подзарядки. Положительный (катод) и отрицательный (анод) электроды, разделённые электролитом в жидком или пастообразном состоянии или же пористой мембраной-сепаратором с поглощённым в ней электролитом, электрически связаны (гальваническая связь) в течение всего срока службы И. т.
Вторичные И. т. (отдельные Аккумуляторы и аккумуляторные батареи) допускают многократное (сотни и тысячи заряд-разрядных циклов) использование энергии составляющих химических реагентов. Электроды и электролит весь срок службы аккумуляторов находятся в электрическом контакте друг с другом. Для увеличения ресурса аккумуляторов в некоторых специфических условиях эксплуатации разработаны способы сухозаряженного хранения аккумуляторов. Такие аккумуляторы перед включением предварительно заливают электролитом.Резервные И. т. допускают только однократное использование энергии химических реагентов. В отличие от гальванических элементов и аккумуляторов, в резервных И. т. электролит при хранении никогда гальванически не связан с электродами. Он хранится в жидком состоянии (в стеклянных, пластмассовых или металлических ампулах) либо в твёрдом (но неэлектропроводном) состоянии в межэлектродных зазорах. При подготовке к работе резервных И. т. ампулы разрушают сжатым воздухом, взрывом, а кристаллы твёрдого электролита расплавляют с помощью электрического или пиротехнического разогрева. Резервные И. т. применяют для питания электрической аппаратуры, которая долгое время может (вынуждена) находиться в резервном (неработающем) состоянии. Срок хранения современных резервных И. т. превышает 10—15 лет.
Электрохимические генераторы (топливные элементы (См. Топливный элемент)) представляют собой разновидность химических И. т. Электрохимические генераторы способны длительное время непрерывно генерировать электрический ток в результате преобразования энергии химических реагентов (газообразных или жидких), поступающих в генератор извне. К 1970 в США и СССР были созданы промышленные образцы электрохимических генераторов. Ведутся интенсивные работы по созданию электрохимических генераторов для космических объектов, электромобилей, стационарных установок и т. д. Разрабатываются разновидности электрохимических генераторов (высоко-, средне- и низкотемпературные, на газообразных, жидких и твёрдых реагентах и т. д.), из которых наиболее перспективны генераторы, непосредственно преобразующие энергию природного топлива в электрическую. (Подробнее о химических И. т. см. в ст. Химические источники тока.)Физическими источниками тока называют устройства, преобразующие тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим И. т. относят: электромашинные генераторы, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.
Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, — наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы по мощности (от долей вт до сотен Мвт), по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, резервные и т. д.), по роду первичного двигателя (дизель-генераторы, турбо- и гидрогенераторы), по рабочему телу (пар, вода, газ) и т. д. Благодаря длительному периоду теоретического, конструктивного и технологического совершенствования характеристики этого типа И. т. достигли значений, близких к предельным (см. Генератор электромашинный). Работа термоэлектрического генератора (ТЭГ) основана на использовании Зеебека эффекта. Рабочим материалом в ТЭГ служат различные полупроводниковые соединения кремния, германия и т. п. (как правило, твёрдые растворы). Кпд ТЭГ от 3 до 15% в диапазоне температур от 100 до 1000°C. Исследования ТЭГ ведутся в СССР, США, Франции и др. Области возможного применения ТЭГ: автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, медицине), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и др. (см. Термоэлектрический генератор). Принцип работы термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) основан на использовании термоэмиссионного эффекта (испускание электронов поверхностью нагретого металла). Термоэмиссионный поток электронов зависит главным образом от температуры и свойств поверхности материала. Кпд отдельных лабораторных образцов ТЭП достигает 30%, а действующих энергетических установок 15% (при электрической мощности, снимаемой с единицы поверхности катода, — 30 вт/см2). Наиболее перспективно применение ТЭП в качестве автономных источников электроэнергии большой мощности (до 100 квт). Работы по ТЭП ведутся в СССР, США, ФРГ, Франции и др. (см. Термоэмиссионный преобразователь энергии). Принцип действия И. т., преобразующих энергию солнечного излучения, основан на использовании внутреннего фотоэффекта (см. Фотоэлектрические явления). Фотоэлектрический генератор (Солнечная батарея) представляет собой совокупность вентильных фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Практически прямое преобразование энергии солнечного излучения стало возможно лишь после создания в 1953 высокоэффективного фотоэлемента из монокристаллического кремния. Лучшие образцы кремниевых фотоэлементов имеют кпд около 15%; срок службы их практически неограничен. Солнечные батареи применяются главным образом в космической технике, где они занимают доминирующее положение как источники энергии на искусственных спутниках Земли, орбитальных станциях и космических кораблях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году, например в Туркменской ССР, Индии, Пакистане (см. Гелиотехника).И. т., преобразующие энергию атомного распада (атомные батареи), используют кинетическую энергию электронов, образующихся при β-распаде. Эти И. т. находились к 1971 в стадии разработки, и их практическое использование требует решения многих конструкторских и технологических задач. Кпд атомных батарей невысок (до 1%), а область применения может быть определена лишь после накопления достаточного опыта их использования.
Лит. см. при статьях с описанием конкретных типов источников тока.
Н. С. Лидоренко.
Существует несколько видов источников тока, различающиеся по природе происхождения энергии. Каждый из этих видов имеет свои индивидуальные особенности, в частности, принципы выработки электрической энергии, а также ее преобразование. Определить, какой тип элемента применяется, можно с помощью графического обозначения.
Что такое источники тока
Источники тока – это элементы электрической цепи, который поддерживают энергию с заданными параметрами. При этом, энергоснабжение цепи не зависит от характеристик элементов, входящих в её состав, в частности, сопротивления.
Прибор для выработки токаРазличают идеальные и реальные устройства для выработки тока:
- Идеальные определяются только благодаря гипотезам и теоретическим выкладкам. Так, учёные нередко определяют ряд условий, при которых ток имеет максимальные значения, приближенные к идеалу. То есть, осуществляется имитация идеального источника.
- Реальные условия поддерживают заданные параметры выходного тока и напряжения. Любой прибор обеспечивает свою работу, при условии, что это позволяют сделать его технические характеристики.
Важно! Таким образом, максимальное значение тока и напряжения дают возможность определить, какой именно вариант источника будет использован в цепи – идеальный или реальный.
Виды источников
Существует несколько видов устройств для выработки тока, каждый из которых имеет свои основные показатели, характеристики и особенности, приведённые в следующей таблице:
| Вид источника | Характеристики источника тока |
| Механический | Специальное устройство (генератор) обеспечивает трансформацию механической энергии в электрическую. В настоящее время большое количество тока производится именно с помощью механических источников. |
| Тепловой | В основу работы агрегатов заложен принцип переработки тепловой энергии в электрическую. Такое преобразование происходит благодаря разности температур контактирующих между собой полупроводников. В настоящее время разработаны источники тока, тепловая энергия в которых вырабатывается благодаря распаду радиоактивных элементов. |
| Химический | Химические варианты можно условно разделить на 3 группы – гальванические, аккумуляторы и тепловые. · Гальванический элемент работает посредством взаимодействия 2-х разных металлов, помещенных в электролит. · Аккумуляторы – устройства, которые можно несколько раз заряжать и разряжать. Существует несколько видов аккумуляторов с различными типами элементов, входящих в их состав. · Химически-тепловые используются только для кратковременной работы. Применяются, в основном, в сфере ракетостроения. |
| Световой | В конце XX века достаточно популярными стали солнечные батареи, которые «собирают» световые частицы, преобразуемые впоследствии в электрическую энергию. Это происходит за счет выдачи напряжения и благодаря воздействию на световые частицы. |
Важно! Каждый вид имеет свои преимущества и недостатки, которые определяются принципом использования, а также исходными показателями вырабатываемой энергии.
Механические источники
Механические агрегаты являются самыми простыми по принципу их использования и обустройства. Характеристика таких генераторов очень проста для понимания. В специальных устройствах вырабатывается энергия, которая впоследствии преобразуется в электричество. Такие приборы используются на тепловых электростанциях и гидроэлектростанциях.
МеханическийТепловые источники
Тепловые варианты источников обеспечивают уникальный принцип работы. Энергия вырабатывается благодаря образованию термопары, которая. Это означает, что на концах проводников обеспечивается расчётная разность температур, элементы взаимодействуют между собой, создавая электрическое поле.
ТепловойОбратите внимание! Радиоактивные термопары используют в космической промышленности. Эффективность такого использования возможна благодаря долгому сроку службы и эффективным показателям вырабатываемой мощности.
В результате подобного движения заряженных частиц от горячей части проводника к холодной возникает электроток. При этом, чем больше разница температур, тем выше показатель результативной энергии. На практике термопары нередко входят в состав измерительных приборов.
Световые источники
Световые устройства ля выработки электроэнергии считаются самыми экологичными, эффективными и относительно дешевыми. Специальная панель из полупроводников поглощает световые частицы, которые при таком взаимодействии выдают определенное напряжение.
СветовойПри этом, световые панели имеют небольшой показатель КПД – 15 %. Панели такого типа нашли широкое применение – от бытовых приборов до инновационных разработок в космической отрасли.
Важно! Световые источники начали использоваться вместо литиевых батарей из-за высокой стоимости последних. Несмотря на то, что многие объекты промышленности требуют значительного переоснащения для перехода на световые источники, конечная экономия возникает уже на первичных этапах эксплуатации.
Химические источники
В данную группу входит 3 основных устройства, отличающиеся строением и принципом работы:
- Гальванический элемент – это вариант для выработки электроэнергии, который может быть использован один раз. То есть, после полной разрядки, повторное накопление заряда на внутреннем веществе невозможно. В состав таких приборов входят солевые, литиевые или щелочные батарейки.
- Аккумуляторы – подразделяются на несколько типов: свинцово-кислотные, литий-ионные, никель-кадмиевые.
- Тепловые элементы – используются в космической и инновационной промышленности для производства кратковременного тока с высокими показателями. Практическое применение агрегатов основано на потребностях в резервных источниках питания.
Важно! Химико-тепловые устройства требуют первоначального нагрева до 500–600 °С, чтобы активизировать твердый электролит.
ХимическийВ каждой сфере промышленности используется собственный вариант с конкретными параметрами. В бытовых условиях применяются, в основном, батарейки; в производственной – аккумуляторы.
Обозначение источников тока
Чтобы при выборе не возникало вопроса относительно того, какой тип источника тока представлен, используются специальные обозначения. В физике существуют точные графические изображения, которые позволяют идентифицировать тип применяемого источника:
ОбозначенияНа каждой схеме условных обозначений можно увидеть следующие параметры:
- Общее обозначение источника тока и движущей силы ЭДС;
- Графическое изображение без ЭДС;
- Химический тип;
- Батарея;
- Постоянное напряжение;
- Переменное напряжение;
- Генератор.
Благодаря графическим идентификаторам на схеме электрической цепи всегда можно определить, какой именно тип используется в конкретной ситуации, и как правильно его обозначать. Существуют также международные обозначения, которые встречаются немного реже, обычно при реализации интернациональных проектов.
Принцип действия
Каждая маркировка источников тока определяет принцип его действия. В стандартной ситуации выработка энергии производится посредством взаимодействия составляющих частей, а именно:
- Механический тип. В результате взаимодействия деталей механизма, возникает трение. Благодаря такому явлению, возникает статическое электричество, преобразуемое в ток.
- Механические конструкции работают посредством образования последовательно движущихся заряженных частиц. Явление возникает благодаря взаимодействию химического элемента с электролитом. Заряженные частицы покидают структуру кристаллической решётки металла, входя в состав проводящей жидкости.
- Солнечные батареи (световые источники) работают за счет выбивания заряженных частиц из диэлектрической (кремниевой) основы под воздействием светового потока. Благодаря этому возникает постоянное напряжение.
- Тепловые. Как правило, это 2 последовательно соединенных металлических основания. Одна часть нагревается, а вторая остается охлажденной. При изменении температурного режима возникает разница температур, в результате чего происходит движение заряженных частиц.
Важно! Любое изменение в строении вещества может привести к необратимым последствиям, которые проявятся при работе устройства.
Конструкция
Конструкция элемента влияет на принцип его работы. Каждый источник, который выдает электрический ток, имеет определенную конструкцию:
- Самый простой бытовой аккумулятор включает в себя металлический корпус, внутри которого используется щелочная среда. Дополнительными элементами являются свинцовые пластины, на которых накапливаются катоды и аноды.
Аккумулятор- Обычная бытовая батарейка с входящим в её состав сухим элементом имеет металлический корпус, в который помещен стержень-накопитель катодов. Всё прочее пространство заполнено солевым электролитом.
Батарейка- Генератор переменного тока – это устройство, состоящее из трещоток или металлической рамки.
Механический принцип устройства- Тепловой источник тока, который уже включен в цепь. Это обычная рамка, установленная на подставке из диэлектрика. Обычно, конструкция подключена к измерительному прибору, типа амперметра. Источник тепла – это пламя или внешний электрический импульс.
Тепловое устройствоВажно! Подобная конструкция помогает точно понять, как образуется энергия, которая впоследствии преобразуется в ток. Каждый вариант строения обычно заключен в специальный корпус из диэлектрического материала.
Условия работы источников тока
Любой источник тока работает при определенных условиях. В отсутствие химической реакции внутри элементов не смогут образовываться заряженные частицы. Если будет отсутствовать анод и катод, то движения частиц не возникнет даже при наличии реакции.
В аккумуляторах происходит похожий процесс, но толчком для возникновения химической реакции является замыкание во внешней электрической цепи. Заряженные элементы начинают двигаться от анода к катоду и наоборот, создавая постоянный поток.
Идеальный и реальныйСветовые типы не могут работать без наличия источника света. КПД зависит от типа используемого диэлектрического элемента. Дополнительно необходимо иметь в наличии приспособление ля преобразования полученной энергии.
Тепловой вариант не будет работать, если в его основу входит 1 тип металла. Если будет отсутствовать источник тепла, то ни о каком возникновение движущихся частиц не может быть и речи.
ИсточникиДля выработки электрической энергии требуется выбрать источник тока, соответствующий потребностям в конкретной сфере применения. Существует несколько вариантов таких приспособлений, каждый из которых имеет определенное строение, принцип работы и индивидуальные технические показатели.
Источник тока — Википедия с видео // WIKI 2
Обозначение источника тока на схемах (вариант)
Исто́чник то́ка (в теории электрических цепей) — элемент, двухполюсник, сила тока через который не зависит от напряжения на его зажимах (полюсах). Используются также термины генератор тока и идеальный источник тока.
Источник тока используется в качестве простейшей модели некоторых реальных источников электрической энергии или как часть более сложных моделей реальных источников, содержащих другие электрические элементы. Следует заметить, что электрические характеристики реальных источников могут быть близки к свойствам источника тока или его противоположности — источника напряжения.
В электротехнике источником тока называют любой источник электрической энергии.
Энциклопедичный YouTube
1/3
Просмотров:10 002
673
20 266
✪ Источники электрического тока
✪ Опыты по физике. Источники тока: химический; механический; тепловой; световой
✪ Химические источники тока. Урок №2
Содержание
Свойства
Идеальный источник тока
Сила тока, текущего через идеальный источник тока, всегда одинакова по определению:
- I = const {\displaystyle I={\text{const}}}
Напряжение на клеммах идеального источника тока (не путать с реальным источником!) зависит только от сопротивления R {\displaystyle R} подключенной к нему нагрузки:
- U = I ⋅ R {\displaystyle U=I\cdot R}
Мощность, отдаваемая источником тока в нагрузку:
- P = I 2 ⋅ R {\displaystyle P=I^{2}\cdot R}
Поскольку ток через идеальный источник тока всегда одинаков, то напряжение на его клеммах и мощность, передаваемая им в нагрузку, с ростом сопротивления нагрузки возрастают, достигая в пределе бесконечных значений.
Реальный источник
В линейном приближении любой реальный источник тока (не путать с описанным выше источником тока — моделью!) или иной двухполюсник может быть представлен в виде модели, содержащей, по меньшей мере, два элемента: идеальный источник и внутреннее сопротивление (проводимость). Одна из двух простейших моделей — модель Тевенина — содержит источник ЭДС, соединенный последовательно с сопротивлением, а другая, противоположная ей, модель Нортона — источник тока, соединенный параллельно с проводимостью (т. е. идеальным резистором, свойства которого принято характеризовать значением проводимости). Соответственно, реальный источник в линейном приближении может быть описан при помощи двух параметров: ЭДС E {\displaystyle {\mathcal {E}}} источника напряжения (или силы тока I {\displaystyle I} источника тока) и внутреннего сопротивления r {\displaystyle r} (или внутренней проводимости y = 1 / r {\displaystyle y=1/r} ).
Можно показать, что реальный источник тока с внутренним сопротивлением r {\displaystyle r} эквивалентен реальному источнику ЭДС, имеющему внутреннее сопротивление r {\displaystyle r} и ЭДС E = I ⋅ r {\displaystyle {\mathcal {E}}=I\cdot r} .
Напряжение на клеммах реального источника тока равно
- U out = I R ⋅ r R + r = I R 1 + R / r . {\displaystyle U_{\text{out}}=I{\frac {R\cdot r}{R+r}}=I{\frac {R}{1+R/r}}.}
Сила тока в цепи равна
- I out = I r R + r = I 1 1 + R / r . {\displaystyle I_{\text{out}}=I{\frac {r}{R+r}}=I{\frac {1}{1+R/r}}.}
Мощность, отдаваемая реальным источником тока в сеть, равна
- P out = I 2 R ( 1 + R / r ) 2 . {\displaystyle P_{\text{out}}=I^{2}{\frac {R}{\left(1+R/r\right)^{2}}}.}
Реальные генераторы тока имеют различные ограничения (например, по напряжению на его выходе), а также нелинейные зависимости от внешних условий. В частности, реальные генераторы тока создают электрический ток только в некотором диапазоне напряжений, верхний порог которого зависит от напряжения питания источника. Таким образом, реальные источники тока имеют ограничения по нагрузке.
Примеры
Источником тока является катушка индуктивности, по которой шёл ток от внешнего источника, в течение некоторого времени ( t ≪ L / R {\displaystyle t\ll L/R} ) после отключения источника. Этим объясняется искрение контактов при быстром отключении индуктивной нагрузки: стремление к сохранению тока при резком возрастании сопротивления (появление воздушного зазора) приводит к резкому возрастанию напряжения между контактами и к пробою зазора.
Вторичная обмотка трансформатора тока, первичная обмотка которого последовательно включена в мощную линию переменного тока, может рассматриваться как почти идеальный источник переменного тока. Следовательно, размыкание вторичной цепи трансформатора тока недопустимо. Вместо этого при необходимости перекоммутации в цепи вторичной обмотки (без отключения линии) эту обмотку предварительно шунтируют.
Применение
Источники тока широко используются в аналоговой схемотехнике, например, для питания измерительных мостов, для питания каскадов дифференциальных усилителей, в частности операционных усилителей.
Концепция генератора тока используется для представления реальных электронных компонентов в виде эквивалентных схем. Для описания активных элементов для них вводятся эквивалентные схемы, содержащие управляемые генераторы:
В схеме токового зеркала (рисунок 2) ток нагрузки в правой ветви задается равным эталонному току в левой ветви, так что по отношению к нагрузке R2 эта схема выступает как источник тока.
Обозначения
Существуют различные варианты обозначений источника тока. Наиболее часто встречаются обозначения (a) и (b). Вариант (c) устанавливается ГОСТ[1] и IEC[2]. Стрелка в кружке указывает положительное направление тока в цепи на выходе источника. Варианты (d) и (e) встречаются в зарубежной литературе. При выборе обозначения нужно быть осмотрительным и использовать пояснения, чтобы не допускать путаницы с источниками напряжения.
Рисунок 3. Обозначения источника тока на схемах
Примечания
- ↑ ГОСТ 2.721-74 Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения.
- ↑ IEC 617-2:1996. Graphical symbols for diagrams — Part 2: Symbol elements, qualifying symbols and other symbols having general application
См. также
Литература
- Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3.
Эта страница в последний раз была отредактирована 8 февраля 2018 в 03:08.Типы источников тока
Источниками электрического тока называют приборы, превращающие в электрическую энергию другие виды энергии, источники делятся на два класса: химические и физические.
Химические источники тока преобразуют химическую энергию в электрическую. Они состоят из одного источника или множества первичных или вторичных источников тока, объединенных в батарею. Превращение химической энергии в электрическую энергию выполняется в них непосредственно, без участия других видов энергий. Химические источники тока имеют разную степень многократного использования. В зависимости от возобновляемости введено разделение на два типа.
Первичные источники – батарейки. Их невозможно использовать повторно из-за необратимости химических реакций протекающих во время работы.
Вторичные источники – аккумуляторы. Перед использованием они заряжаются специальными приборами. Накопленный заряд транспортируется вместе с аккумуляторами. Во время эксплуатации аккумуляторов химическая энергия веществ, образовавшихся в процессе зарядки, преобразуется в электрическую энергию. После окончания заряда аккумулятора возможна регенерация веществ, необходимых для его работы путем зарядки.
Топливные элементы – аналогичны батарейкам, но для прохождения химической реакции вещества поступают в них снаружи, а продукты реакции удаляются, что дает возможность элементам эффективно работать долгое время.
Полутопливные элементы содержат одно из реагирующих веществ, второе при функционировании все время поступает в элемент. Срок службы установлен запасом не возобновляемого вещества. Если возможна регенерация не возобновляемого вещества путем зарядки, то полутопливный элемент восстанавливает работоспособность как аккумулятор.
Возобновляемые элементы – механически или химически перезаряжаемые элементы. В них предусмотрена возможность замены после окончания разряда израсходованных веществ. В отличие от топливных эти элементы работают с периодическим возобновлением реагентов.
Следует учитывать некоторую условность разделения на аккумуляторы и батарейки. Свойства аккумуляторов проявляются у щелочных батареек, их можно реанимировать при степени разряда 24-40 %. Некоторые аккумуляторы, как и батарейки, используются один раз.
По типу используемого электролита химические источники тока делятся на: cолевые, щелочные, кислотные.
Физические источники тока преобразуют механическую, световую, тепловую, ядерную и другие виды энергии кроме химической в электрическую.
Источником тока принято называть множество приборов питания: батарейки, электрогенераторы, лабораторные блоки питания, источники питания системных блоков персональных компьютеров и многие другие. Перечисленные источники питания характеризуются выходным напряжением. Выбирая батарейку или блок питания, мы, прежде всего, ориентируемся на рабочее выходное напряжение, которое обязан поддерживать источник в пределах небольшого отклонения. Электрический ток изменяется в зависимости от сопротивления нагрузки в широких пределах, на некоторых источниках электроэнергии указан максимально возможный ток, который может отдать источник в нагрузку в зависимости от его мощности. Если основной параметр для выбора источника питания напряжение, то почему батарейки называются источниками тока, ведь правильнее их было бы называть источниками напряжения? Так сложилось исторически, принято называть источники питания источниками тока.
На этом путаница не заканчивается. В электротехнике существуют четко обозначенные понятия источник тока и источник напряжения. Учитывая все это, нам приходится иметь дело с терминологией сложившейся исторически и терминологией принятой в электротехнике, подкрепленной четкими определениями.
Идеальный источник напряжения обладает бесконечно малым внутренним сопротивлением, что дает возможность ему поддерживать напряжение на подключенной нагрузке, не зависимо от сопротивления нагрузки. Батарейки, аккумуляторы, источники питания компьютеров все это реальные источники напряжения. При подключении нагрузки соответствующей области применения, например для батарейки фонарика это небольшая лампа накаливания, напряжение уменьшается на незначительную величину, так как мы имеем дело с реальным, а не идеальным источником напряжения, внутренне сопротивление источника не равно нулю, но имеет очень малую величину.
А что же такое источник тока с точки зрения электроники и электротехники? Идеальный источник тока обладает бесконечно большим внутренним сопротивлением и способен поддерживать на нагрузке постоянный ток независимо от сопротивления нагрузки. При изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение на клеммах источника тока. Реальный источник тока это специальный электронный прибор, электрическая схема которого поддерживает стабильный ток в нагрузке независимо от сопротивления нагрузки. Такие приборы применяются мало, но в некоторых случаях они не заменимы. Наиболее часто источники стабильного тока применяются при зарядке аккумуляторов. Для правильной зарядки аккумуляторов их необходимо заряжать стабильным током, соответствующим паспортным данным. Интересное и очень ценное свойство источника стабильного тока – при замыкании выходных клемм не происходит выхода из строя прибора, так как ток остается стабильным, даже если сопротивление нагрузки около нуля. Это свойство лежит в основе источника стабильного тока, а не обеспечивается различными электронными защитами как у источников напряжения.
Источник — это устройство, которое преобразует механическую, химическую, тепловую или какую-либо другую форму энергии в электрическую энергию. Другими словами, источником является активный сетевой элемент, предназначенный для выработки электрической энергии.
Различные типы источников, доступных в электрической сети, это источники напряжения и источники тока. Источник напряжения имеет функцию воздействия ЭДС, тогда как источник тока имеет функцию воздействия тока.
Содержание:
Источники тока и напряжения также классифицируются как идеальный источник или практический источник.
Источник напряжения
Источник напряжения — это двухполюсное устройство, напряжение которого в любой момент времени является постоянным и не зависит от тока, потребляемого от него. Такой источник напряжения называется идеальным источником напряжения и имеет нулевое внутреннее сопротивление.
Практически идеальный источник напряжения не может быть получен.
Источники, имеющие некоторое количество внутренних сопротивлений, известны как Практический источник напряжения . Из-за этого внутреннего сопротивления; происходит падение напряжения, и это приводит к снижению напряжения на клеммах. Чем меньше внутреннее сопротивление (r) источника напряжения, тем ближе оно к идеальному источнику.
Символическое представление идеального и практического источника напряжения показано ниже.
На рисунке A, показанном ниже, показана принципиальная схема и характеристики идеального источника напряжения:
На рисунке B, представленном ниже, показана принципиальная схема и характеристики источника практического напряжения:
Примером источников напряжения являются аккумуляторы и генераторы переменного тока.
Источник тока
Источники тока далее классифицируются как идеальные и практические источники тока.
Идеальный источник тока — это двухконтактный элемент схемы, который подает одинаковый ток на любое сопротивление нагрузки, подключенное через его клеммы. Важно помнить, что ток, подаваемый источником тока, не зависит от напряжения клемм источника. Он имеет бесконечное сопротивление.
Практический источник тока представляется как идеальный источник тока, соединенный с сопротивлением параллельно.Символическое представление показано ниже:
Рисунок C, показанный ниже, показывает его характеристики. 
На рисунке D, показанном ниже, показаны характеристики практического источника тока.
Примером источников тока являются фотоэлементы, коллекторные токи транзисторов.
устройства, которые преобразуют различные виды энергии в электроэнергию. Они были произвольно разделены на химические и физические источники в соответствии с типом преобразованной энергии. Информация о первых химических источниках тока (электрохимические элементы и аккумуляторы) датируется 19-м веком (например, элементы Вольта и Лекланше). Однако до 1940-х годов было разработано и произведено не более пяти типов вольтовых пар.Начиная с середины 1940-х годов, в результате развития радиоэлектроники и широкого использования автономных источников тока, было создано около 25 дополнительных типов гальванических пар. Теоретически, свободная энергия химической реакции между практически любым окислителем и восстановителем может быть реализована в источнике тока; Таким образом, возможно несколько тысяч типов вольтовых пар.
Принципы работы большинства физических источников тока были известны еще в 19 веке.Впоследствии, в результате бурного развития и совершенствования, турбогенераторы и гидрогенераторы стали основными промышленными источниками электроэнергии. Источники физического тока, основанные на других принципах, были разработаны в промышленности только в 1950-х и 1960-х годах из-за растущих и довольно специфических требований современных технологий. В 1960-х годах в технически развитых странах были промышленные образцы термогенераторов, генераторов теплового излучения (СССР, Федеративная Республика Германия и США) и атомных батарей (Франция, США и СССР).
Технический прогресс и появление электротехники и электроники в области транспорта, повседневной жизни и медицины стимулировали развитие автономных источников электроэнергии, среди которых химические источники тока были заметны с точки зрения численности, поскольку они стали предметом потребления. , Портативные фонари, магнитофоны, радиоприемники, телевизоры и медицинская аппаратура, а также железнодорожный подвижной состав, автомобили, тракторы, самолеты, искусственные спутники, космические аппараты и средства связи оснащены небольшими источниками тока.
Теория источников тока включает в себя изучение всех этапов процесса генерации электрического тока, используя в качестве основы современные представления о физике твердого тела, жидкости и газа; процессы переноса заряда; и электрохимические реакции. Теория также изучает проблемы оптимизации, которые включают как выбор начальных параметров, которые обеспечат оптимальные выходные характеристики источника тока, так и разработку методов прогнозирования характеристик будущих источников тока.Среди наиболее важных характеристик — эффективность, энергетическая емкость (или удельная энергоемкость), мощность (или удельная мощность по отношению к весу или объему единицы), срок службы и характер генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность перегрузки, стоимость и надежность).
Химические источники тока . Устройства, которые вырабатывают электрический ток в результате окислительно-восстановительной реакции между химическими реагентами, считаются химическими источниками тока.В зависимости от рабочей цепи и способности подавать питание на электрическую цепь, химические источники тока подразделяются на первичные, вторичные и резервные, а также электрохимические генераторы. Как правило, первичные типы (электрохимические элементы и батареи) допускают только одноразовое использование энергии химических реагентов. Некоторые конструкции электрохимических ячеек и батарей допускают кратковременное многократное использование энергии реагентов после зарядки. Положительный и отрицательный электроды (катод и анод соответственно) разделены жидким или пастообразным электролитом или пористой разделительной мембраной, в которой электролит абсорбируется; они подключены электрически (проводная связь) в течение всего срока службы источника тока.
Вторичные источники тока (определенные аккумуляторы и батареи) позволяют многократно использовать энергию химических реагентов (сотни и тысячи циклов зарядки-разрядки). В течение срока службы аккумуляторных батарей электроды и электролит находятся в проводящей связи друг с другом. Чтобы увеличить срок службы таких батарей при определенных конкретных условиях, был разработан способ хранения в сухом заряженном состоянии. Такие батареи перед использованием заполнены электролитом.
Резервные источники тока позволяют использовать энергию химических реагентов только один раз. В отличие от электрохимических и накопительных элементов, электролит в резервных элементах никогда не соединяется с электродами во время хранения. Он хранится в виде жидкости (в стеклянной, пластиковой или металлической ампуле) или в виде твердого вещества (которое является непроводящим) в пространстве между электродами. Для подготовки резервных источников к работе ампулы разбиваются сжатым воздухом или взрывом, а кристаллы твердого электролита расплавляются электрическим или пиротехническим нагревом.Такие источники используются для питания электрических устройств, которые могут (или могут потребоваться) находиться в резерве в течение длительного периода. Срок хранения современных резервных источников тока составляет 10–15 лет.
Электрохимические генераторы (топливные элементы) являются одним из видов химических источников тока. Они могут генерировать электрический ток непрерывно в течение длительного периода времени путем преобразования энергии газообразных или жидких химических реагентов, которые поступают в генератор извне.
К 1970 г. промышленные образцы электрохимических генераторов были разработаны в США и СССР.Ведется интенсивная работа по созданию генераторов для космических аппаратов, транспортных средств с электроприводом и стационарных установок. Разрабатываются различные генераторы (высоко-, средне- и низкотемпературные типы с газообразными, жидкими и твердыми реагентами), наиболее перспективными из которых являются те, которые преобразуют энергию природного топлива непосредственно в электричество.
Физические источники тока . Физические источники тока — это устройства, которые преобразуют тепловую, механическую и электромагнитную энергию, а также энергию излучения и ядерного распада в электрическую энергию.Согласно наиболее часто используемой классификации источники физического тока включают в себя динамоэлектрические генераторы, термоэлектрические генераторы, генераторы теплового излучения, магнитогидродинамические генераторы и генераторы, которые преобразуют энергию солнечного излучения и атомного распада.
Динамоэлектрические генераторы, которые преобразуют механическую энергию в электроэнергию, являются наиболее распространенным типом источника электроэнергии, основой современной энергетики. Они могут быть классифицированы по их мощности (от долей ватта до сотен мегаватт), их назначению и эксплуатационным характеристикам (стационарные, транспортные, резервные и т. Д.), Типу первичного двигателя (дизель-генераторы, турбогенераторы и гидрогенераторы). -торс) и тип рабочей среды (пар, вода или газ).Из-за длительного периода теоретического, конструкторского и технологического совершенствования характеристики этого типа источника тока достигли значений, близких к теоретическим.
Работа термоэлектрического генератора основана на использовании эффекта Зеебека. Исполнительным материалом в термоэлектрическом генераторе может быть любое одно из различных полупроводниковых соединений кремния и германия (обычно твердые растворы). Эффективность составляет 3–15 процентов в диапазоне температур от 100 ° до 1000 ° C.Исследования по термоэлектрическим генераторам проводятся в СССР, США и Франции. Они имеют потенциал для использования в качестве автономных источников энергии (на транспорте, в средствах связи и медицине) и для защиты от коррозии (на трубопроводах).
Принцип работы термоэмиссионного преобразователя основан на использовании эффекта термоэмиссии (эмиссии электронов от нагретой поверхности металла). Тепловыделение потока электронов в основном зависит от температуры и свойств поверхности материала.Эффективность некоторых лабораторных моделей преобразователей тепловыделения достигает 30 процентов, а эксплуатационная мощность установок достигает 15 процентов (электрическая мощность, получаемая на единицу поверхности катода, равна 30 Вт на кв. См). Наиболее перспективным применением преобразователей тепловыделения являются автономные мощные источники (до 100 кВт). Работа над такими устройствами ведется в СССР, США, ФРГ, Франции.
Принцип действия преобразователей солнечной лучистой энергии основан на использовании внутреннего фотоэлектрического эффекта.Такой генератор (солнечная батарея) состоит из набора фотоэлектрических элементов, которые преобразуют энергию солнечного излучения в электричество. Практически прямое преобразование энергии солнечного излучения стало возможным только после создания в 1953 году высокоэффективного фотоэлемента из монокристаллического кремния. Лучшие кремниевые фотоэлектрические элементы имеют эффективность около 15 процентов; срок их службы практически неограничен. Солнечные батареи используются главным образом в космической технике, где они занимают доминирующее положение в качестве источника энергии на искусственных спутниках Земли, орбитальных космических станциях и космических кораблях; они также используются для снабжения электроэнергией в районах, удаленных от линий электропередач с большим количеством солнечных дней в году, таких как Туркменская ССР, Индия и Пакистан.
Источники тока, которые преобразуют энергию атомного распада (атомные батареи), используют кинетическую энергию электронов, которые образуются во время бета-распада. Эти источники находились в стадии разработки к 1971 году, и их практическое использование требует решения многих конструкторских и технологических задач. Их эффективность низкая (около 1%), и область их применения может быть определена только после накопления достаточного опыта их использования.
| 1 | LTM8042-1 | 3 | 30 | от 35 мА до 350 мА | 4,2 м | Постоянный ток Постоянное напряжение | uModule Мульти-топология 350 мА Драйвер CC / CV
|
Источники энергии 
На приведенном выше рисунке напряжение на клемме источника V ab зависит от напряжения на клемме V кд ,
Здесь напряжение источника V ab зависит от тока ветви кд
