Нормальный режим источника

Если включить рубильник внешней цепи, то источник из режима холостого хода перейдет в нормальный режим нагрузки.

Режим нагрузки безопасен для источника в пределах номинального тока.

Особенность режима нагрузки заключается в том, что напряжение на зажимах источника изменяется с изменением нагрузки: с увеличением нагрузки оно уменьшается, а с уменьшением возрастает U=Е- IR_вт.

Из уравнения следует, что если ЭДС источника остается неизменной, то с увеличением нагрузки, т.е. тока приемника внутреннее падение напряжения IR_вт будет также увеличиваться, поэтому напряжение на зажимах источника, действительно, станет уменьшаться.

С уменьшением нагрузки получим обратную картину, т.е. напряжение будет расти и достигнет своей наибольшей величины (U ≈ Е), когда будет выключен рубильник и источник опять перейдет в режим холостого хода.

Режим короткого замыкания

Режим короткого замыкания – аварийный для источника. Следовательно в этот режим источник никогда не переводят, но он может возникать в результате неправильных условий эксплуатации источника и приводит к выходу источника из строя, если в электрической цепи заблаговременно не будут предприняты меры для защиты от последствий короткого замыкания.

Режим короткого замыкания характеризуется в первую очередь тем, что при нем источник оказывается включенным на очень малое сопротивление внешней цепи (R_КЗ≈0).

Короткое замыкание чаще всего возникает из-за порчи изоляции токоведущих частей электрической цепи (в соединительных проводах, в вольтметре, в приемнике) и т.д.

Короткое замыкание сопровождается резким увеличением тока в цепи по сравнению с номинальным током источника. Для избегания последствий короткого замыкания каждую электрическую цепь в соответствии с нормами защищают плавкими предохранителями, представляющие провода из легкоплавкого металла.

При коротком замыкании вольтметр показывает напряжение, практически равное нулю. Благодаря малому напряжению при коротком замыкании ток практически не идет в приемнике.

Следовательно, при коротком замыкании почти вся ЭДС расходуется в самом источнике на преодоление его внутреннего сопротивления. Это и приводит к выделению большого количества тепла в источнике, а следовательно, и к выходу его из строя.

; .

О последствиях короткого замыкания всегда нужно помнить и не допускать эксплуатацию источника без плавных предохранителей в его электрической цепи.

Для профилактики следует чаще проверять состояние изоляции всех токоведущих частей.

Теперь посмотрим как меняются напряжения U_л и U₂ (рис. 3) на зажимах сопротивления R_л и R_пр в зависимости от тока в цепи.

Напряжение на зажимах сопротивления R_л определяется выражением U_л= IR_л. это напряжение пропорционально току в цепи: оно изменяется от нуля (I=I_ХХ=0) до наибольшего значения U₃ равного напряжению на зажимах цепи (при I=I_КЗ)

U_л→(0-U, при I=0 до I_КЗ=U/R_л).

Напряжение на зажимах второго переменного сопротивления R_пр U₂= U- U_л=U- IR_л. это напряжение также линейно зависит от тока и изменяется от наибольшего значения U (при I=I_ХХ=0) до нуля при (I=I_КЗ=U/R_л).

U₂→(U-0 при I_ХХ=0 до I_КЗ=U/R_л).

При R_л= R_пр или при I=U/2R_л= I_КЗ/2 напряжения. U_л и U_2пр равны друг другу.

На рис. 5 представлены графики, показывающие изменение напряжений U_л и U_2пр в зависимости от тока I.

 

Рис. 5

 

Изменение мощности цепи

Полная мощность цепи Р= U₁I изменяется пропорционально току от наименьшего Р_ХХ=0 (I=I_ХХ=0) до наибольшего Р_max= U₁I_КЗ. Мощность в постоянном сопротивлении линии R_Л равна Р_л= U_л·I= I² R_л, т.е. изменяется пропорционально квадрату тока. При изменении тока мощность Р_Л принимает различные значения от наименьшего Р_ЛХХ=0 (I=I_ХХ=0) до наибольшего Р_{Л КЗ}= Р_КЗ (при I=I_КЗ=U₁/R_л).

Мощность в переменном сопротивлении R_пр (сопротивление приемника) определяется как разность Р и Р_Л, т.е.

Р_пр=Р- Р_л= U₁I- I²R_л

Мощность Р_пр=0 при I=I_ХХ=0 и при коротком замыкании (I=I_КЗ=U₁/R_л).

Определяем максимальное значение мощности Р_пр, для этого найдем первую производную функции Р_пр(I)=U₁I- I²R_л и приравниваем к нулю.

Производная Р'_пр(I)=U₁-2 IR_л=0.

Наибольшая мощность получается при токе .

При любом значении сопротивления R_пр (в любом режиме) ток определяется по формуле .

Сравниваем эти выражения:

= , откуда следовательно

2R_л= R_л+ R_пр, следовательно

2R_л - R_л= R_пр и окончательно

согласованный режим.

 

Ток при согласованном режиме

; ;

И максимальная мощность

.

Графики зависимостей Р₁, Р_л, Р_пр, от тока даны на рис. 6.

 

 

Рис.6

 

Выясним целесообразные режимы работы источника энергии. Этот вопрос можно рассматривать с двух точек зрения.

Во- первых, следует выяснить, при каких условиях источник развивает максимальную полезную мощность.

Во-вторых - при каком режиме будет самый высокий КПД.

Полезная мощность в цепи - это мощность в приемнике. Мощность в постоянных сопротивлениях Р_л следует рассматривать как мощность потерь.

Наибольшая мощность развивается при согласованном режиме Р_л= Р_пр, в этом случае и полезная мощность равна мощности потерь .

Мощность развиваемая источником равна: .

КПД: , или 50 %.

Наибольший КПД получается при R_пр= , т.е. в режиме холостого хода, действительно:

при I=0, или 100%.

Таким образом, передачи с высоким КПД должны выполняться при режимах, близких к холостому ходу.

Обычно работа источников энергии соответствует режиму работы источников и приемников электрической энергии при тех значениях токов и напряжений, на которые они рассчитаны заводами изготовителями. Номинальные значения токов, напряжений и мощностей указывается в каталогах и паспортах для всех источников и приемников электрической энергии. Соблюдение номинальных режимов обеспечивает эффективное и экономичное производство и потребление электрической энергии и гарантирует срок службы электротехнических устройств, указанный заводом изготовителем. Чаще всего номинальный режим работы источника и приемника соответствует случаю, когда сопротивление эквивалентного приемника много больше внутреннего сопротивления эквивалентного генератора (режим близкий к режиму холостого хода). При этом КПД электрической цепи близок к единице, что очень важно для силовых (мощных) электротехнических устройств и установок.

Для маломощных электрических устройств, используемых в радиотехнике, электронике и автоматике, важным является достижение максимально возможной мощности приемника. В этих случаях стремятся обеспечить согласованный режим работы источников и приемников электрической энергии, который для них является номинальным режимом.

В некоторых измерительных приборах номинальный режим близок к режиму короткого замыкания. В них стремятся получать максимально возможный ток, значение которого практически не зависит от сопротивления приемника.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: