1.6. Режимы работы электрической цепи
Элементами электрической цепи являются конкретные электротехнические устройства, которые могут работать в различных режимах. Режимы работы как отдельных элементов, так и всей цепи характеризуются значениями тока и напряжения. Поскольку ток и напряжение в общем случае могут принимать любые значения, то режимов может быть бесчисленное множество.
Рассмотрим наиболее характерные режимы работы электрической цепи с источником электроэнергии, к которому подключён электроприёмник с регулируемым сопротивлением R (рис. 1.11). Пусть источник характеризуется постоянной ЭДС Е и внутренним сопротивлением RВТ = соnst. Ток в цепи изменяется при изменении сопротивления R электроприёмника, являющегося линейным элементом. Для схемы (рис. 1.11) по второму закону Кирхгофа можно записать:
Е= IR + IRВТ, (1.14)
г
де
IR
= U
– напряжение на зажимах приёмника, т.
е. напряжение на зажимах внешней цепи;
IRВТ
– падение напряжения внутри источника.
Так как приёмник присоединён непосредственно
к зажимам источника, то напряжение U
одновременно является напряжением и
на его зажимах.
Рис. 1.11 Рис. 1.12
Из уравнения (1.14) получаем, что
U = Е IRВТ. (1.15)
Это уравнение, описывающее зависимость напряжения внешней цепи от тока в ней, является уравнением внешней характеристики источника электроэнергии (рис. 1.12). При условии, что Е = соnst и RВТ = соnst, зависимость U(I) является линейной. Характерные режимы удобнее всего рассматривать, пользуясь внешней характеристикой.
Режим холостого хода это режим, при котором ток в цепи I = 0, что имеет место при R = , т. е. при разрыве цепи. Как следует из уравнения (1.15), при холостом ходе напряжение на зажимах источника U равно ЭДС Е. Поэтому, если включить к зажимам источника аb вольтметр (прибор с очень большим сопротивлением), то он измерит ЭДС источника. На внешней характеристике точка холостого хода обозначена буквой х.
Номинальный режим имеет место в том случае, когда источник электроэнергии или другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в паспорте данного электротехнического устройства. Номинальные значения тока Iном, напряжения Uном и мощности Рном соответствуют наивыгоднейшим условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надёжности, долговечности и т. п. На внешней характеристике точка, соответствующая номинальному режиму, обозначена буквой н.
Режим короткого замыкания – это режим, когда сопротивление приёмника равно нулю (R = 0), что соответствует соединению зажимов аb источника проводником с нулевым сопротивлением.
Из уравнения (1.14) следует, что ток в цепи при любом из режимов
I=
.
(1.16)
При коротком замыкании цепи, когда R = 0, ток достигает максимального значения
Iк
=
,
ограниченного внутренним сопротивлением RВТ источника, а напряжение на зажимах источника U = IкR = 0. Значению тока Iк и напряжению U = 0 соответствует точка к на внешней характеристике источника электроэнергии. Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным режимом.