¿Fuentes de voltaje iguales (diferentes capacidades de corriente) opuestas en serie?

En primer lugar, por favor, no intentes travesuras de "lucha de suministro" en la práctica si no sabes qué esperar.

Suponiendo que ambas fuentes sean exactamente de 10 V, la capacidad actual no importaría. Simplemente use la ley del circuito de Kirchoff como de costumbre: 10 V en una fuente, -10 V en la otra, por lo tanto, 0 V en la carga resistiva. V=RI=0, I=0, sin corriente.

La capacidad actual importaría si:

1) Hubo alguna diferencia de voltaje entre las fuentes;

2) Esta diferencia de voltaje hace que fluya suficiente corriente a través del circuito como para sobrecargar la capacidad de corriente de una o ambas fuentes.

En la práctica, probablemente no haya dos fuentes que produzcan exactamente el mismo voltaje, por lo que la condición 1 siempre será cierta. Sin embargo, la condición 2 rara vez se cumplirá: necesita una I grande, por lo que necesita una V/R grande. Si ambas fuentes tienen una clasificación de 10 V, probablemente no deberían diferir mucho, por lo que V será pequeño. Y R será al menos la suma de las impedancias de salida de las fuentes de tensión.

Si realmente desea explorar cómo las limitaciones actuales afectarían el resultado, debe considerar qué sucede cuando 1 y 2 son verdaderos. Sugeriría asumir que una fuente de voltaje es +10V/10A y la otra es, digamos, -9V/100A, y R es lo suficientemente pequeño (digamos 0.05 ohmios).

Como regla general, dos fuentes de igual voltaje se cancelan independientemente de la cantidad de corriente que puedan suministrar. La respuesta real depende del modelo que use para las fuentes de voltaje. Veamos algunos.

El modelo más simple es una fuente de voltaje ideal, que puede proporcionar corriente ilimitada. Las fuentes de voltaje ideales en realidad no existen, pero a menudo son una buena aproximación. La ley de voltaje de Kirchhoff nos dice que dos fuentes de voltaje ideales iguales y opuestas se cancelan.

El siguiente paso en complejidad es agregar una resistencia en serie con cada fuente de voltaje ideal. Esto limita la corriente que la fuente puede proporcionar. Como arriba, KVL dice que las fuentes de voltaje aún se cancelan.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Si los dos voltajes no son iguales (digamos, si V2 = 6V), la carga ve la diferencia entre los voltajes (4V) en serie con ambas resistencias de fuente.

En el mundo real, las fuentes de voltaje a menudo no pueden absorber la corriente. Por ejemplo, la etapa de salida de un convertidor elevador DC-DC se ve así:

^{simular este circuito}

¡La corriente descendente hace que aumente el voltaje! Otro ejemplo son las baterías, que solo pueden aceptar cierta corriente inversa antes de explotar. En estos casos, las fuentes de voltaje se cancelarán si son exactamente iguales, pero si no lo son, sus voltajes pueden volverse inestables.

Otra cosa que puede causar problemas cuando se conectan fuentes de voltaje en serie es la conexión a tierra. Si sus voltajes se derivan del mismo sistema de suministro de energía, pueden compartir una tierra común:

^{simular este circuito}

En este caso, los extremos negativos de las fuentes de voltaje se unen fuera del circuito. Para conectarlos en serie, tendrías que cablear el circuito de esta manera:

^{simular este circuito}

Nuevamente, los voltajes iguales se cancelarán.

Normalmente no construirías un circuito con dos fuentes de alimentación opuestas. Pero hay circuitos realmente útiles que actúan casi como dos fuentes de tensión opuestas en serie. Un ejemplo común es un motor de CC impulsado por una fuente de voltaje de CC. Cuando el motor gira, actúa como un generador, creando un voltaje que se opone a la fuente. Esto se denomina "EMF posterior". La tensión contraelectroelectromagnética depende de la velocidad del motor. Eventualmente, el voltaje del motor y el voltaje de la fuente casi se cancelan y el motor gira a una velocidad constante. (El "casi" se debe a la fricción.)

Una fuente de voltaje es como el control de crucero en su automóvil.

En su ejemplo, quiere asegurarse de que siempre haya una diferencia de 10 V (es decir, el terminal positivo siempre está 10 V por encima del terminal negativo).

Entonces, si tuvieras un circuito simple:

/------------\
|            |
|            |
|            \
|            /
+ V1         \ R1
- 10V        / 10Ω
|            \
|            |
|            |
\------------/

La fuente de voltaje de la izquierda dice que hará lo que sea necesario para que el cable superior esté 10Vpor encima del cable inferior. En este caso, también hay una resistencia entre los cables. Para obtener 10V, la resistencia necesita 1Aque la corriente la atraviese, por lo que la fuente de voltaje se queda sin 1Acorriente porque eso es lo que se necesita para pasar 10Ventre los cables.

Aquí hay otro circuito:

         R1 1Ω
/-------\/\/\/\/-------\
|                      |
|                      |
+ V1                   + V2
- 13.8V                - 12V
|                      |
|                      |
\----------------------/

Este es un ejemplo de un cargador de 13,8 V que carga una batería de automóvil que está un poco descargada y está en 12V. (Nota: en la vida real, es más complicado, ¡pero este es un ejemplo!) La fuente de voltaje de la izquierda quiere asegurarse de que haya una 13.8Vdiferencia entre el cable inferior y el superior izquierdo. La fuente de voltaje de la derecha quiere asegurarse de que haya una 12Vdiferencia. Hay una resistencia entre ellos.

Cuando construye el sistema, las fuentes de voltaje están felices de no tener que hacer NINGÚN trabajo para obtener las diferencias de voltaje que desean. Una vez que conecta la última escritura, de repente tienen que trabajar.

La fuente de voltaje de la izquierda tiene que bombear 1.8A(porque la resistencia va a dejar caer el voltaje) y la fuente de voltaje de la derecha tiene que absorber (y, en este caso, almacenar ) 1.8A. Si no hacen esto, no son buenas fuentes de voltaje porque fallaron al hacer esa diferencia de voltaje.

Aquí hay otro circuito:

/----------------------\
|                      |
|                      |
+ V1                   + V2
- 13.8V                - 13.8V
|                      |
|                      |
\----------------------/

En este caso, no se necesita corriente para mantener esas diferencias de voltaje. Sin embargo, si V1 decidiera repartir 1Ay V2 decidiera absorber 1A, ambos seguirían funcionando. Diablos, si V1 repartiera 1MA (mega-amperios) y V2 absorbiera 1MA, todavía funcionaría. Afortunadamente, ningún circuito es NUNCA como este.

En tu primer circuito:

/----------------------\
|                      |
|                      |
+ V1                   + V2
- 10V                  - 10V
|                      |
|                      |
/-------\/\/\/\/-------\
       R1 ("Load")

La izquierda hace una 10Vdiferencia entre su parte inferior y su parte superior. Lo mismo ocurre con el derecho. Esto significa que la línea superior está 10Vmás alta que la inferior izquierda y la inferior derecha. Esto significa que NO hay voltaje en la carga. Suponiendo que se trata de una carga pasiva (nota: PUEDEN suceder cosas raras, pero no en su ejemplo) , esto significa que no consume corriente, por lo que las fuentes de voltaje no tienen que repartir o absorber corriente para mantener ese voltaje diferencia.

Si vuelvo a dibujar tu segundo circuito:

/------------\
|            |
|            |
+ V1         \
- 10V        /
|            \ R1
|            / "Load"
+ V2         \
- 10V        /
|            |
|            |
\------------/

El centro de la izquierda está 10Vpor encima de la parte inferior. La parte superior izquierda está 10Vpor encima de eso, lo que la hace 20Vpor encima de la parte inferior. Esto significa que hay 20Val otro lado de la carga. Si la carga fuera 1Ω, entonces las fuentes de voltaje se distribuirían 20Aporque eso es lo que se necesitaría para satisfacer los requisitos de voltaje.

Sin embargo, limitó uno de ellos a 10A, por lo que no pudieron hacer eso.

Lo que plantea la pregunta: ¿qué pasaría? Bueno, nada porque este circuito no puede existir así.

Las fuentes de voltaje real, como las baterías, actúan como fuentes de voltaje "Thevenin", que creo que es lo siguiente que debe buscar. Este circuito también explica cómo funciona el límite de corriente en la vida real.