Генерирования электрической энергии

Направления ЭДС и тока в схеме рис. 53 одинаковы. Источник отдает энергию во внешнюю цепь, то есть работает в режиме генератора. Напряжение на зажимах источника

Мощность, вырабатываемая источником,

(Мощность положительна, т.к. ЭДС Еи токI одного знака).

Мощность потерь внутри источника определяется в соответствии с законом Джоуля-Ленца

.

Мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь,

Баланс мощностей

Коэффициент полезного действия (КПД) равен отношению полезной мощности ко всей мощности, вырабатываемой источником. Полезной мощностью в данном режиме является мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь. Поэтому КПД равен

У реального источника ЭДС может быть второй режим работы – режим потребления (при наличии в цепи двух источников). Этот режим иллюстрируется схемой рис. 54. Направления ЭДС и тока в схеме рис. 54 противоположны. Схема потребляет энергию из внешней цепи. Напряжение на зажимах источника.

Рис. 54. Схема работы реального источника ЭДС в режиме

потребления электрической энергии

Мощность, потребляемая источником,

(ЭДС Еи токI имеют разные знаки).

Мощность потерь на внутреннем сопротивлении источника

Мощность, потребляемая из сети,

Баланс мощностей

Полезной мощностью во втором режиме работы является мощность, потребляемая источником, а затрачиваемой – мощность, потребляемая из сети. Поэтому КПД равен

Схемы рис. 53, 54 и энергетические соотношения, приведенные выше, хорошо иллюстрируют обратимость электрических машин постоянного тока и режимы разрядки – зарядки аккумуляторных батарей. Электрическая машина может работать в режиме генератора, отдавая энергию во внешнюю цепь, или в режиме электродвигателя, потребляя энергию из сети. Аккумуляторная батарея в режиме разрядки отдает электрическую энергию во внешнюю цепь, а в режиме зарядки потребляет ее из сети.

Из схем рис. 53, 54 и соотношений, приведенных в настоящем параграфе, следует, что приемник электрической энергии может быть как пассивным элементом (или схемой, составленной из пассивных элементов), так и активным элементом – реальным источником ЭДС, работающим в режиме потребления. Любой из этих приемников или оба вместе потребляют электрическую энергию от источника-генератора.

В общем случае, если в цепи содержится qисточников ЭДС, то часть из них (не более (q– 1) источников) могут работать в режиме энергопотребления, а оставшиеся (как минимум один источник) должны работать в режиме генерирования электрической энергии.

Из условия эквивалентности реальных источников напряжения и тока следует, что источник тока также может работать как в режиме генерирования электрической энергии, так и в режиме энергопотребления. Учет этих режимов работы источника тока при составлении уравнения баланса мощностей рассмотрен в следующем параграфе.

Пример 6. Рассчитать КПД источников для схемы рис. 31 (пример 3).

Решение

В схеме два источника в четвертой и шестой ветвях. КПД источника в четвертой ветви равен:

.

Аналогичным образом определяем КПД источника в шестой ветви:

.