Источники напряжения, будь то аккумуляторы, генераторы и т. д., не идеальны. Реальный источник напряжения состоит из идеального источника напряжения, соединенного последовательно с сопротивлением, называемым внутренним сопротивлением. Это сопротивление на самом деле не существует, чтобы мы могли его видеть. Это сопротивление, определяемое поведением реальных источников напряжения.
Рассмотрим схему идеального источника напряжения и фактического источника напряжения. Ее параметры следующие:
- VI = Напряжение внутреннего сопротивления
- VL = напряжение сопротивления нагрузки
- RI = внутреннее сопротивление
- RL = сопротивление нагрузки
Примем следующие значения: I = 4 А, RI = 3 Ом, RL = 5 Ом.
Падение напряжения на внутреннем сопротивлении: VI = I x RI = 4 А x 3 Ом = 12 В.
Падение напряжения на нагрузочном резисторе: VL = I x RL = 4 А x 5 Ом = 20 В.
Общее падение напряжения составит: VI + VL = 12 В + 20 В = 32 В (равно напряжению идеального источника, закон напряжения Кирхгофа).
Хорошо видно, что на нагрузку (RL) подается только 20 из 32 вольт, остальное напряжение теряется на внутреннем сопротивлении. Часто это напряжение (VL = 20 вольт) называют напряжением на клеммах, поскольку оно измеряется на клеммах источника напряжения.
Чтобы получить внутреннее сопротивление в источнике напряжения, необходимо выполнить следующие шаги:
- Измеряют напряжение на клеммах незаряженного источника напряжения. Измеренное напряжение будет VNL (напряжение без нагрузки)
- Нагрузку подключают к источнику напряжения и измеряют напряжение. Измеренное напряжение будет VL (напряжение с нагрузкой)
- Измеряется ток источника с нагрузкой. Измеренный ток будет I
Как только эти значения становятся доступными, применяется следующее уравнение: RI = (VNL-VL) / I.
Например, если VNL = 12 вольт, VL = 11,8 вольт и I = 10 ампер, то внутреннее сопротивление RI = (12 В – 11,8 В) / 10 А = 0,02 Ом.
Из последнего уравнения мы можем получить: VL = VNL – (I x RI).
Если электрический ток I возрастает до 25 ампер (это означает, что нагрузочный резистор имеет меньшее значение), напряжение нагрузки составляет: VL = 20 В – (25 А x 0,02 Ом) = 11,5 В.
Можно сделать вывод, что чем больший электрический ток потребляет нагрузка (RL), тем ниже напряжение на клеммах из-за большего падения напряжения на внутреннем сопротивлении (RI).
Передача мощности между источником напряжения и нагрузкой наиболее эффективна, когда сопротивление нагрузки соответствует внутреннему сопротивлению источника напряжения.
© digitrode.ru