Режимы холостого хода и короткого замыкания

При = ∞ ток в цепи будет равен нулю. Этот режим соответствует размыканию цепи. Режим электрической цепи, при котором = 0, называется режимом холостого хода. При режиме холостого хода .

Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок внешней цепи ( =0), в связи с чем напряжение на этом участке равно 0, называется режимом короткого замыкания.

При , а . Ток называется током короткого замыкания. Короткие замыкания в электрических цепях нежелательны, т.к. токи короткого замыкания во много раз превышают номинальные величины. Это приводит к порче электрических установок и источников электрической энергии.

Схемы замещения электрических цепей

Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т.е. схема, отражающая свойства цепи при определенных условиях. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых нельзя пренебречь, и указывают электрические соединения между ними.

Элементы электрических цепей бывают пассивными и активными. Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, называются пассивными. Они характеризуются сопротивлением (рисунок 2а) ли проводимостью .

Элементы электрической цепи, в которых преобразование энергии осуществляется при наличии ЭДС, называются активными. Они характеризуются величинами ЭДС и внутренним сопротивлением .

Если << , то сопротивлением источника r можно пренебречь, т.е. положить

= 0. Тогда и .Такой источник энергии называют источником ЭДС (источником напряжения) (рисунок 2б).

Рисунок 2. Источник ЭДС

В некоторых случаях, источник электрической энергии заменяют другой эквивалентной схемой, где вместо ЭДС источник характеризуется его током короткого замыкания (КЗ) , а вместо внутреннего сопротивления r в схему вводится внутренняя проводимость (рисунок 3а).

Рисунок 3. Схема представлена в виде источника тока КЗ и проводимостей

Возможность такой замены доказывается, если уравнение поделить на сопротивление , то: , где ; - ток КЗ источника; - ток приемника; – проводимость приемника. .

Если внутреннее сопротивление >> , то >> и можно положить, что = 0 (рисунок 3б). В этом случае = = .

Такой источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления , называется источником тока.

Таким образом, один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.

Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы.

Используя конкретную принципиальную схему (рисунок 4а), составим схему замещения (рисунок 4б).

Рисунок 4. Принципиальная схема устройства и ее схема замещения

В принципиальной схеме: Г – генератор электрической энергии, Пр – предохранители, Л – линия электропередачи, П₁ – потребитель 1, П₂ – потребитель 2, К – ключ, Р – рубильник, В – выключатель.

Элементами, не влияющими на режим работы схемы, являются все амперметры и вольтметры, все коммутирующие элементы и предохранители. Они не влияют на результаты расчета и поэтому в схеме замещения отсутствуют.

В схеме замещения (рисунок 4б) генератор представлен источником ЭДС и внутренним сопротивлением . Линия Л представлена сопротивлением , а потребители П₁ и П₂ представлены соответственно сопротивлениями и . Участок, вдоль которого течет один и тот же ток, называется ветвью электрической цепи. Место соединения ветвей называется узлом электрической цепи. Ветви, не содержащие источников электрической цепи, называются пассивными, а ветви, в которые входят источники, называются активными.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. На схеме замещения таких контуров три: 1 – 2 – 5 – 6 - 1; 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 1;

2 – 3 – 4 – 5 - 2.

На схеме замещения стрелками отмечаются положительные направления ЭДС, напряжений и токов. ЭДС направлена от отрицательного зажима к положительному зажиму (так же как и ток).

Положительное направление напряжения на участке цепи совпадает с направлением тока: от точки большего потенциала к точке меньшего потенциала.

Основная цель расчета электрической цепи заключается в определении токов в ее ветвях. Зная токи, нетрудно найти напряжения и мощности ветвей и отдельных элементов цепи.

Для расчета электрических цепей наряду с законами Ома применяются два закона Кирхгофа, являющиеся следствиями закона сохранения энергии.