1.Режимы работы электрических цепей Режимы работы электрической цепи

Режим короткого замыкания ( КЗ )

В режиме короткого замыкания источник питания замкнут накоротко. Режим является аварийным. Ток короткого замыкания КЗ во много раз превышает значение номинального тока.

R_н = 0    I = max

Режим холостого хода ( ХХ )

В режиме холостого хода источник питания отсоединен от нагрузки и работает вхолостую. Сопротивление внешнего участка цепи и ток равен 0.

R_н = ∞

Режим согласованной нагрузки

Свойства электрической цепи – наибольшая мощность нагрузки развивается источником, когда сопротивление нагрузки ровно внутреннему сопротивлению источника.

R_н = r₀

Из графика видно с ростом сопротивления нагрузки растёт мощность на нагрузке при R_н = r₀мощность нагрузки наибольшая при дальнейшем росте Rн – P_Rн уменьшается.

2.Энергетические соотношения в электрических цепях.

Для схемы (см. рис. 1,9) E = U+ RвтI . После умножения всех членов этого уравнения на I получим EI = UI+RI*I или P₁ = P₂ + Pп, (3.5) где P₁ — мощность источника э. д. с. (источника электроэнергии); Р₂ — мощность, потребляемая электроприемником; Рn — потеря мощ­ности в источнике электроэнергии. Уравнение (3.5) — это уравнение баланса мощностей электрической цепи. Записав с учетом (3.3) Р₂ = UI = RI² = E² R/(R + Rвт)² , (3.6) получим зависимость мощности приемника от его сопротивления R при Е = const и Rвт = const. Мощность Р₂ в режиме холостого хода, когда I = 0, и в режиме короткого замыкания, когда U = 0, равна нулю. Следовательно, зависимость P₂(I) при изменении тока I от 0 до Iк имеет максимум. Для определения условий, при которых эта мощ­ность будет наибольшей (Р₂ = P_2 max). воспользуемся уравнением (3.5): Р₂ = Р ₁ - Рn = EI – RвтI² , Приравняв производную dP₂/dI = Е — 2RвтI нулю, с учетом (3.4) получим I = Е/(2Rвт) = I_c = 0,5I_k. Таким образом, приемник потребляет максимальную мощность при согласованном режиме, когда R = Rвт. С учетом этого равенства из формулы (3.6) определим значение мощности Р_2max или мощности Р_2c. в согласованном режиме: P_2max = Р_2c = E²Rвт/(2Rвт)² =Е²/(4Rвт)

Мощность P_1c, развиваемая источником электроэнергии в согла­сованном режиме, если учесть (3.4), Р_1c = ЕI_c = E²/(2Rвт). ^ Наибольшую мощность источник электроэнергии развивает при коротком замыкании, когда ток достигает наибольшего значения.

В этом случае P_lmax = EI_k = = E²/R_ВТ. Мощность источника в согласованном режиме в два раза меньше его максимальной мощ­ности . Коэффициент полезного действия (к. п. д.) источника элект­роэнергии в согласованном режиме |_с = P_2c/P_1c = 0.5. Рис. 1.11. Энергетические зависимое-ти а цепях постоянного тока Из-за такого низкого значения к. п. д., обусловленного большими потерями мощности и энергии в источнике питания и сетях, со­гласованный режим в промышлен­ных установках не применяют.  Однако этот режим имеет преимущество перед другими режимами, заключающееся в том, что при Е = const мощность приемника дос­тигает наибольшего значения. Поэтому согласованный режим приме­няют в цепях с малыми токами (схемы автоматики, электрических измерений, связи и т. д.), в которых к. п. д. не имеет решающего значения. Зависимости Р_ь Р₂, Р_п и   от тока в цепи показаны на рис. 1.11. При их построении принималось во внимание, что Е = const и R_вт = const, Зависимость P₁(I) = EI имеет линейный характер. Потери мощности в источнике электроэнергии параболически зависят от тока, причем при токе короткого замыкания P_n = RвтI_k² = RвтE²/Rвт² = E²/Rвт = P_1max. Наибольшее значение мощность электроприемника Р_2max имеет при согласованном режиме, т. е. при I = 0,5 I_k. Так как к. п. д.  = P₂/P₁ = (Р₁ - Pn)/P₁ = 1 – RвтI/E = 1 – I/I_k то зависимость  |(I) линейна. При номинальном режиме к. п. д. много выше, чем при согласованном режиме. Для большинства промышленных источников электроэнергии при номинальном режиме   = 0,8 - 0,9. Следовательно, I_ном = (0,1 - 0,2) I_k, т. е. номинальный ток во много раз меньше тока короткого замыкания.