Elektrotechnika 1 - UTEE

Elektrotechnika 1 47
3.3 Modely stejnosměrného zdroje
Základní vlastnosti ideálního zdroje napětí byly diskutovány v kapitole 2.4.1, a to pro
obecný časový průběh napětí. Musí být tudíž platné i pro napětí stejnosměrné. Vyjdeme-li
z představy reálného zdroje napětí dle Obr. 2.20, můžeme uvažovat lineární model, tzv.
náhradní schéma zdroje, viz Obr. 3.2a. Jeho zatěžovací charakteristika je uvedena na
Obr. 3.2b.
I
U
R i
R z
U
U 0
∆U
U i
U z
a) b)
Obr. 3.2: Lineární model reálného stejnosměrného zdroje napětí
0
I k
I
Náhradní schéma se skládá z ideálního zdroje napětí U i , tzv. vnitřního napětí, v sérii
s lineárním rezistorem R i , tzv. vnitřním odporem. Výstupní napětí takového náhradního
obvodu je rovno
U = U
i
− Ri
. I = U
i
− ∆U
, ( 3.1 )
stejně jako u původního reálného zdroje. Nazývá se svorkovým napětím. Je-li zatěžovací
proud roven nule, říkáme, že zdroj pracuje naprázdno. Jak vyplývá z rovnice ( 3.1 ), jeho
výstupní napětí, tzv. napětí naprázdno, je pak rovno U
0
= U
i
. Odebíráme-li ze zdroje proud
I, výstupní napětí klesne o úbytek úměrný velikosti tohoto proudu, tj. ∆ U = Ri . I . Je zřejmé,
že čím je vnitřní odpor R i menší, tím je výstupní napětí zdroje méně závislé na zatěžovacím
proudu a tím je zdroj tzv. „tvrdší“, tj. bližší ideálnímu zdroji napětí, který má vnitřní odpor
rovný nule. Pokud to zdroj snese, můžeme pokračovat ve zvyšování zatěžovacího proudu tak
dlouho, až výstupní napětí poklesne na nulu. Dostáváme se tak do situace, kdy jsou svorky
zdroje spojeny nakrátko a zkratovou spojkou teče maximální možný proud, tzv. proud
nakrátko, který je roven I
k
= U
i
Ri
. Přímková zatěžovací charakteristika zdroje na Obr.
3.2b pak protíná vodorovnou osu (osu proudu) v bodě, který odpovídá proudu nakrátko I k , a
svislou osu (osu napětí) v bodě, který je bodem napětí naprázdno U 0 .
Hledáme-li tedy parametry náhradního schématu reálného zdroje napětí, musíme
provést dvě měření. Především změříme napětí naprázdno U 0 . Použijeme k tomu voltmetr
s dostatečně vysokým vstupním odporem, aby ze zdroje odebíral prakticky zanedbatelný
proud. Pokud to měřený zdroj snese a je schopen bez poškození pracovat po dobu měření
nakrátko, změříme také proud nakrátko I k ampérmetrem se zanedbatelně malým odporem a
vypočítáme vnitřní odpor jako R i =U o /I k . Jestliže zdroj není dimenzován na tak veliké proudy,
musíme jej zatěžovat pouze v mezích dovoleného proudu I max , změřit odpovídající pokles
výstupního napětí a vnitřní odpor vypočítat z tohoto poklesu.