РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ Режим работы электрической цепи, т. е. ее электрическое ¦ , °ет°яние, определяется значениями токов, напряженний и мощ-I °стей ее отдельных элементов. смотрим на примере простейшей цепи с переменным Ц противлением приемника электрической энергии (рис. 3.11).j Номинальный режим Источники и приемники электрической энергии, провод^ а также вспомогательные аппараты и приборы характеризуют^ номинальными величинами тока, напряжения, мощности и т. д.¦ на которые эти устройства рассчитаны заводами-изготов® телями для нормальной работы. Номинальные величин! обычно указываются в паспорте устройства. Режим работы, при котором действительные токи, напряже ния, мощности элементов электрической цепи соответствуй их номинальным величинам, называется номинальны] (нормальным). Отклонения от номинального режима нежелательны, а nj вышение номинальных величин в большинстве случаев недо^ пустимо, так как при этом не могут быть гарантирован расчетные продолжительность и экономичность работы элек-¦ трических устройств и установок. Для обеспечения нормальных условий работы приемников¦ электрической энергии необходимо соблюдать соответствие напряжений: действительное напряжение на зажимах устройства¦ должно быть равно его номинальному напряжению. Рабочий режим Режимы электрической цепи по различным причинам могу отличаться от номинального. Если в электрической цепи действительные характеристик режима отличаются от номинальных величин ее элементов но отклонения находятся в допустимых пределах, то режии называется рабочим. На схеме рис. 3.11 сопротивление со-¦ единительных проводов отнесено к приемнику. Применяя! к этой цели закон сохранения энергии, нетрудно составить) уравнение энергетического баланса за некоторое время: где Wu = EIt — энергия источника [см. (3.7)]; Wn = I2Rt—знер-¦ гия приемника [см. (3.10)] Wo—энергия потерь в источнике. По аналогии с энергией приемника! энергию потерь выразим в виде! Wo = I2rt, где г—внутреннее сопротив-J ление источника. В этом случае энергетический баланс имеет вид Далее, сокращая на /, получаем уравнение баланса напряжений E=Ir + IR, или E=U0 + U, к у0_внутреннее падение напряжения в источнике; U— г;К ряжение на внешних зажимах источника. Г31 Ток в цепи \l=E/(r+R).\ (3.15) Эта формула является выражением закона Ома для простейшей цепи. Напряжение и на внешних зажимах источника, равное в этом случае напряжению на приемнике, меньше ЭДС [источника на величину внутреннего падения напряжения 1г. U=IR = E—Ir. (3.16) Отношение мощности Р„ приемника к мощности Ри источника называется коэффициентом полезного действия источника: Ц = РП/Р„. (3.17) КПД источника можно определить отношением напряжения на зажимах источника к его ЭДС: л = Ра/Ри = UI/EI= U/E. (3.18) Внутреннее сопротивление Рассматривая уравнение баланса мощностей электрической [цепи (рис. 3.11) и схему замещения источника электрической I энергии (рис. 3.13, а), отметим, что понятие о внутреннем ?сопротивлении источника можно характеризовать с двух сто-¦рон. С одной стороны — это расчетная величина и в этом «качестве входит в расчетные схемы (схемы замещения), а численно определяется по формуле (3.12): г —Poll2, где " мощность потерь электрической энергии в источнике при токе I в нем независимо от причины и очага потерь. С другой !Стороны, потери электрической энергии обусловлены каким-либо физическим явлением внутри источника, например яв-¦ лением электрического сопротивления проводника, которое ; ыРажает формула (2.8); в частности, в электрической машине ' нУтреннее сопротивление складывается из нескольких слага-? Мых, в том числе сопротивления проводов обмотки якоря, . °пРотивления контактов и др. отнести и к приемнику электрической энергии, если проц преобразования энергии в нем сопровождается потерями эле трической энергии. Режимы холостого хода и короткого замыкания При R = oо тока в цепи не будет. Этот случай соответств размыканию цепи. Режим электрической цепи или отделы* источников, при котором ток в них равен нулю, называе режимом холостого хода. При холостом ходе напря: ние на внешних зажимах источника равно его ЭДС U— При Л = 0, согласно выражению (3.15), /=?/г = /к, а напря ние на зажимах приемника и источника {/=0. Режим электрической цепи, при котором накоротко замю участок с одним или несколькими элементами, в связи с ч напряжение на этом участке равно нулю, называется ре ж мом короткого замыкания. Соответственно ток /„ в це называется током короткого замыкания. Короткие замыкания в электрических установках неже тельны, гак как токи короткого замыкания, как прави в несколько раз превышают номинальные величины, что вед к резкому увеличению выделения теплоты в токоведущ частях и, следовательно, к порче электрических установок Напряжение на зажимах источника уменьшается от U= до U=0, если ток нагрузки увеличивается от нуля до то короткого замыкания /« (рис. 3.12). Задачи Задача 3.12. Источник электрической энергии имеет в качестве нагру реостат с переменным сопротивлением R. ЭДС источника Е= 24 В, a j внутреннее сопротивление г=1 Ом. Построить графики зависимости напря ния U на зажимах источника, мощности источника Р„, мощности приемн Рп, КПД источника, мощности потерь внутри источника Р0 от тока в ц^ при изменении сопротивления нагрузки от R = со (холостой ход) до R (короткое замыкание), считая ЭДС источника постоянной. Решение. Для решения задачи пользуемся схемой рис. 3.11. При противлении нагрузки Л=11 Ом: U=IR = 2 ll =22 В; P„ = EI= 24-2 = 48 Вт; P„ = I2R = 22 -11=44 Вт; />о = /2г = 22 • 1 =4 Вт; Л = Р„//'И = 44/48 = 0,917. Для других величин сопротивле. R результаты подсчетов при веде в табл. 3.1. блицы в прямоугольной системе координат строим график р рп р07 г) в функции I. Графики показаны на рис. 3.12. Из табл. 3.1 и графика рис. 3.12 видно, что при равенстве сопротивления узки внутреннему сопротивлению источника, на потребителе выделяется симальная мощность. Поэтому режим, при котором сопротивление потреби-R равно внутреннему сопротивлению источника, т. е. ¦"Я=г, ] называют '«ежимом максимальной отдачи мощности источником. Однако, при Eofi отдаче КПД цепи г, = 50%. максим аль- ? Задача 3.13. К источнику электрической энергии ЭДС ?-18 В и внутренним сопротивлением г=0,25 Ом подключен приемник энергии, имеющий сопротивление 5J5 Ом. Начертить схему цепи и определить: 1) напряжение на внешних зЛжимах источника и его КПД; 2) стоимость энергии, израсходованной в приемнике за 30 дней при работе по 7 ч в день, если цена электроэнергии 4 коп. за 1 кВт-ч. ; Задача 3.14. В электрической цепи, состоящей из источника и приемника электрической энергии, ток 1=2 А. Внутреннее сопротивление источника 1 Ом. Сопротивление приемника Л = 23 Ом. Начертить схему цепи и определить: Ik ЭДС источника; 2) мощность приемника, мощность и КПД источника.