Баланс мощностей для простейшей неразветвленной цепи

 

Рассмотрим энергетические соотношения для электрической цепи, состоящей из одной машины постоянного тока с ЭДС Е1 и внутренним сопротивлением r_в1 и аккумуляторной батареи с ЭДС Е2 и внутренним сопротивлением r_в2 (рис. 2.3).

ЭДС машины и аккумуляторной батареи направлены навстречу друг другу и E1 > E2. При этом действительное направление тока совпадает с направлением Е1. Напряжение U на зажимах обоих источников меньше ЭДС Е1 на внутреннее падение напряжения r_в1I в машине и больше ЭДС Е2 на падение напряжения r_в2I в батарее:

; (2.16)

. (2.17)

 

Рисунок 2.3

 

После умножения выражения (2.11) на ток I имеем:

. (2.18)

Левая часть полученного выражения представляет собой мощность, развиваемую машиной, первое слагаемое правой части определяет мощность тепловых потерь (в обмотке машины), а второе слагаемое правой части – мощность, отдаваемую машиной (потребляемую аккумуляторной батареей).

Если умножить выражение (2.12) на ток I, то получим

. (2.19)

Из этого уравнения следует, что мощность, потребляемая аккумуляторной батареей, расходуется на тепловые потери и на зарядку аккумулятора.

Полученные соотношения для баланса мощностей применимы и к любым другим цепям. Отличие состоит лишь в том, что в приемниках другого рода энергия расходуется не на зарядку аккумулятора, а на другие процессы.

Если представить источник энергии другой эквивалентной схемой (рис. 2.4), то окажется, что мощность, развиваемая источником тока, не равна мощности, развиваемой источником ЭДС.

 

 

Рисунок 2.4

 

Действительно, мощность, развиваемая источником тока, определяется произведением тока J на напряжение U на зажимах источника тока (J*U). Т.к. J = I_в + I, а I_в = U/r_в, то после простых преобразований имеем:

. (2.20)

Из сравнения выражений (2.13) и (2.15) следует, что при одинаковом напряжении на зажимах обоих источников и одинаковом токе I тепловые потери r_в1I² в схеме на рис. 2.3 не равны в общем случае тепловым потерям U²/r_в в схеме на рис. 2.4, вследствие чего и мощность, развиваемая источником ЭДС, не равна мощности, развиваемой источником тока. Это следует иметь в виду при замене реального источника энергии источником ЭЛС или источником тока.

Режимы работы источников и приемников энергии

 

Источники энергии и приемники могут работать в различных режимах.

В режиме холостого хода (ХХ) источника энергии приемники отключены и ток нагрузки равен нулю. Напряжение на зажимах генератора равно его ЭДС. Ряд приемников может также работать практически вхолостую, если отсутствует нагрузка (например, электрический двигатель при отсутствии момента нагрузки и пр.).

Короткое замыкание (КЗ) как аварийный режим имеет место при замыкании накоротко зажимов источника энергии или проводов линии от источника энергии к приемнику, когда ток ограничивается только внутренним сопротивлением источника или источника и проводов линии. Токи при этом достигают недопустимо больших значений. Короткое замыкание участков цепи может выполняться и преднамеренно для исследования цепей.

Номинальный режим работы источника энергии и приемника указывается в паспорте электротехнического изделия. Указанные данные означают, что устройство может работать неопределенно длительное время (или в определенном режиме) без перегрева и других недопустимых последствий при указанных номинальных значениях напряжения, тока и отдаваемой мощности.

Согласованный режим работы осуществляется в том случае, когда требуется получить от источника энергии с данными параметрами наибольшую мощность.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

Основная

 

1. Касаткин В.С., Немцов М.В., Электротехника. - М.; Энергоатомиздат, 2000.

2. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985.

3. Основы теории цепей; Учебник для ВУЗов. /В.П.Бакалов и др. 2-ое изд. перераб. и доп. – М.; 2000.

4. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.

5. Прянишников В.А. Электроника. - СПб; Корона принт, 2002.

6. Хоровиц П., Хилл У.. Искусство схемотехники.- М.:Мир, 1997.

7. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.

 

Дополнительная

 

1. Алексеенко А.Г., Шагурин Н.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.

2. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Попов В.П., Основы теории цепей.- Учебник для ВУЗов.- 3-е изд. испр.-М.: Высшая школа, 2000.

4. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. в 2-х томах, Под ред. Д.И. Панфилова ДОДЭКА, 1999.-т.1-Электроника.

5. Электротехника/Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

Лекции №2

Электрические цепи

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: