电源工况及内阻对负载的影响

实验3-14：串接3个4.5V的标准电池（3R12）。在打开开关S₁（图3-25）时用高阻电压表（R_iV≈10MΩ）测量开路电压U₀。通过闭合开关并用旋转式可变电阻器R_L（500Ω）以不同强度对电池进行短时加载。用低阻电流表（R_iA≤0.1Ω）测量电流I和用高阻电压表测量电池端子电压U。先把所测得的值填到表中，然后画出U=f（I）曲线图。计算出每个负载下的输出功率P。

图3-25 内电阻的测量

图3-26 电源的负载特性曲线

增加负载电流时，端子电压U下降。特性曲线U=f（I）的测试全在一条直线上（图3-26）。

电池的特性曲线表示出端子电压与负载电流的关系（图3-26）。曲线是从电压坐标的开路电压U₀开始到电流坐标的短路电流I_K终止。

人们一般不是直接测量短路电流I_K。把一个低阻的电流表跨接在电源的端子上，内电阻R_iA始终在外电路中。特别是电流源不可短接，否则会有损害。

在这种情况下，画一条特性曲线，作为一条直线把其延长到与电流坐标相交。其交点就是要求的短路电流I_k。下倾的特性曲线的斜率（R_i=ΔU/ΔI）与电源电阻，即上述的内电阻R_i相符。

对于原电池，电解质是内电阻；对于发电机，其电枢绕组电阻或磁场绕组电阻是内电阻。

内电阻：(https://www.xing528.com)

式中 R_i——内电阻；

U₀——开路电压；

I_k——短路电流。

电源的端子电压在有负载时由于有内电阻而降低。

在空载运行中（R_L=∞），电源未承受用电器负载，无电流流动，电源有最大的电压，即开路电压U₀。

在短路时（R_L=0Ω），电流最大（I_k），电源端子电压U为0V。

在有负载时（R_L＜∞），工作类型在空载运行与短路之间。电源给负载电阻R_L一个功率P，在载荷特性曲线图上（图3-27），此功率与通过工作点与功率坐标轴相平行的直线所形成的矩形面积相符。

随着电源负载的增加，所发出的功率从0达到最高点P_max（在R_L=R_i时匹配），然后开始下降（图3-25）。在短路点给用电器的功率又重新为0。功率曲线是一条抛物线。

图3-27 电源的输出功率