3.Режимы работы электрических цепей.

3.Режимы работы электрических цепей.

3 Элементами электрической цепи являются конкретные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах, Режимы работы как отдельных элементов, так и всей электрической цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.

Рассмотрим наиболее характерные режимы работы электрической цепи с источником э.д.с., к которому подключен электроприемник с регулируемым сопротивлением R (рис. 1.9). Пусть источник характеризуется постоянной э.д.с. Е и внутренним сопротивлением Rвт = = const. Ток в цепи изменяется при изменении сопротивления R электроприемника, который является линейным элементом. Для схемы (рис. 1.9) по второму закону Кирхгофа можно записать

E = R*I + Rвт*I (3.1)

где R*I = U — напряжение на зажимах приемника, т. е. напряжение на зажимах внешней цепи; Rвт*I — падение напряжения внутри источника э.д.с.

Так как приемник присоединен непосредственно к зажимам источника э.д.с., то напряжение U одновременно является напряжением и на его зажимах.

Из уравнения (3.1) получаем, что

U = Е — Rвт*I (3.2)

Это уравнение, описывающее зависимость напряжения внешней цепи от тока в ней, является уравнением внешней характеристики источника э.д.с (рис. 1.10). При условии, что Е = const и Rвт = const, зависимость U(I) является линейной. Характерные режимы удобнее всего рассматривать, пользуясь внешней характеристикой.

Рис.1.9.Схема простейшей цепи постоянного тока с переменным сопротивлением электроприемника

Режим холостого хода — это режим, при котором ток в цепи I = 0, что имеет место при разрыве цепи. Как следует из уравнения (3.2), при холостом ходе напряжение на зажимах источника э.д.с. U = Е. Поэтому вольтметр — прибор с очень большим сопротивлением, будучи включенным в такую цепь, измеряет э.д.с источника. На внешней характеристике точка холостого хода обозначена х.

Номинальный режим имеет место тогда, когда источник э.д.с. или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Номинальные значения тока Iном, напряжения Uном и мощности Рном соответствуют наивыгоднейшим условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и т. п. На внешней характеристике точка, соответствующая номинальному режиму, обозначена N.

Режим короткого замыкания — это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению разно потенциальных зажимов источника э.д.с. проводником с нулевым сопротивлением.

Из Закона Ома для полной замкнутой цепи следует, что ток в цепи в любом из режимов

I = E/(R+Rвт) (3.3)

При коротком замыкании цепи, когда R = 0, ток достигает максимального значения Iк = E/Rвт, ограниченного внутренним сопротивлением Rвт источника э.д.с., а напряжение на зажимах источника э. д. с. U = RI = 0.

Значению тока Iк и напряжению U = О соответствует точка «к» на внешней характеристике источника э. д. с.

Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным режимом.

Согласованный режим источника э. д. с. и внешней цепи имеет место, когда сопротивление внешней цепи R = Rвт. В согласованном режиме ток в цепи

Iс =E/(2Rвт) = 0.5Iк (3.4)

т. е. в два раза меньше тока короткого замыкания. Э. д. с. источника Е уравновешивается двумя равными по значению падениями напряжения, обусловленными сопротивлением внешней цепи и внутренним сопротивлением, т. е. U = 0,5Е. Точка, соответствующая согласованному режиму, на внешней характеристике обозначена с.

Дата добавления: 2015-09-30