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

Primero, por favor, no intentes shenanigans de "pelea de suministros" en la práctica si no sabes qué esperar.

Suponiendo que ambas fuentes son exactamente 10 V, la capacidad actual no importaría. Simplemente use la ley de circuito de Kirchoff como de costumbre: 10V en una fuente, -10V en la otra, así que 0V 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 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 verdadera. 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 calificación de 10 V, probablemente no deban diferir mucho, por lo que V será pequeña. Y R será al menos la suma de las impedancias de salida de las fuentes de voltaje.

Si realmente desea explorar cómo las limitaciones actuales podrían afectar el resultado, debe considerar qué sucede cuando 1 y 2 son verdaderos. Yo sugeriría suponiendo 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 cuánta corriente puedan suministrar. La respuesta real depende del modelo que utilice para las fuentes de voltaje. Echemos un vistazo a algunos.

El modelo más simple es una fuente de voltaje ideal, que puede proporcionar una corriente ilimitada. Las fuentes de voltaje ideales realmente no existen, pero a menudo son una buena aproximación. La Ley de Voltaje de Kirchhoff nos dice que dos fuentes de voltaje ideal 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 se indicó anteriormente, KVL dice que las fuentes de voltaje aún se cancelan.

^{simular este circuito : esquema creado usando 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 hundir la corriente. Por ejemplo, la etapa de salida de un convertidor de refuerzo CC-CC se ve así:

^{simular este circuito}

¡La corriente de hundimiento hace que el voltaje aumente! Otro ejemplo son las baterías, que solo pueden aceptar tanta corriente inversa antes de que exploten. 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 al conectar las 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 base común:

^{simular este circuito}

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

^{simular este circuito}

De nuevo, los voltajes iguales se cancelarán.

Normalmente, no construiría un circuito con dos fuentes de alimentación opuestas. Pero hay circuitos realmente útiles que actúan casi como dos fuentes de voltaje 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 llama "back-EMF". La tensión de retorno EMF depende de la velocidad del motor. Eventualmente, el voltaje del motor y el voltaje de la fuente casi se anulan, y el motor gira a una velocidad constante. (El "casi" se debe a la fricción).

Una fuente de voltaje es algo así como el control de crucero en tu auto.

En su ejemplo, quiere asegurarse de que siempre haya una diferencia de 10V (es decir, el terminal positivo siempre está 10V 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 10V por encima del cable inferior. En este caso, también hay una resistencia entre los cables. Para obtener 10V , la resistencia necesita 1A de la corriente que la atraviesa, así que la fuente de voltaje elimina 1A de la corriente porque eso es lo que se necesita para obtener 10V entre 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 agotada 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 diferencia de 13.8V entre el cable inferior y la parte superior izquierda. La fuente de voltaje de la derecha quiere asegurarse de que hay una diferencia de 12V . Hay una resistencia entre ellos.

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

La fuente de voltaje de la izquierda debe bombear 1.8A (porque la resistencia va a disminuir el voltaje) y la fuente de voltaje de la derecha debe absorber (y, en este caso, tienda ) 1.8A . Si no lo hacen, 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 1A y V2 decidiera absorber 1A , ambos seguirían funcionando. Diablos, si V1 distribuyó 1MA (mega-amp) y V2 absorbió 1MA , todavía funcionaría. Afortunadamente, ningún circuito es de esta manera.

En tu primer circuito:

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

La izquierda hace una diferencia de 10V entre su parte inferior y su parte superior. También lo hace el derecho. Esto significa que la línea superior es 10V más alta que ambas la parte inferior izquierda y la parte inferior derecha. Esto significa que NO hay voltaje a través de la carga. Suponiendo que sea una carga pasiva (nota: pueden suceder cosas extrañas, pero no en su ejemplo) , entonces esto significa que no consume ninguna corriente, por lo que las fuentes de voltaje no tienen que repartirse absorber cualquier corriente para mantener esa diferencia de voltaje.

Si vuelvo a dibujar tu segundo circuito:

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

El centro de la izquierda es 10V sobre la parte inferior. La esquina superior izquierda está 10V por encima de eso, lo que la hace 20V por encima de la parte inferior. Esto significa que hay 20V en la carga. Si la carga fuera 1Ω , entonces las fuentes de voltaje eliminarán 20A porque eso es lo que se necesitaría para satisfacer los requisitos de voltaje.

Sin embargo, limitaste uno de ellos a 10A , por lo que no pudieron hacerlo.

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

Las fuentes de voltaje reales, como las baterías, actúan como las 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.