Меню

Режимы работы источника токов



Режимы работы источника ЭДС

Существуют три режима работы источника:

холостой ход (х.х),

режим короткого замыкания (к.з).

Рассмотри эти режимы.

Холостым ходом называется режим, когда к зажимам (клеммам) источника не подключена нагрузка (рис.5). В режиме холостого хода источник не отдает своей энергии потребителю и не производит полезной работы.

Примером источника, находящегося в режиме холостого хода является батарейка, к которой ничего не подключено. Режим х.х. безопасен для источника.

Единственная польза от этого режима состоит в том, что в режиме х.х. вольтметр покажет ЭДС источника. В записи это выглядит как формула: U=E.

Рис.5. Источник ЭДС в режиме холостого хода

Признаком режима холостого хода является ток в цепи, равный нулю. В самом деле, к зажимам источника нагрузка (потребитель энергии) не подключена (сравни с рис.1). Сопротивление между зажимами (клеммами) источника бесконечно велико. Следовательно, в соответствии с законом Ома, ток в цепи равен нулю.

Режимом нагрузки называется режим, при котором к источнику подключен потребитель. Источник отдаёт свою энергию нагрузке и в цепи протекает ток.

Рис.6. Источник ЭДС в режиме нагрузки

Признаком нагрузки является наличие тока в цепи. Есть ток — есть нагрузка, нет тока – холостой ход.

Когда проектируется любая схема, определяется номинальный (расчетный, нормальный) ток. Превышение этого тока называется перегрузкой. Режим перегрузки недопустим, т.к приводит к выходу из строя источника ЭДС.

Коротким замыканием называется режим, когда зажимы источника соединяются проводником, сопротивление которого равно нулю (рис.7). Короткое замыкание возникает из-за повреждения изоляции проводов или из-за персонала, допустившего ошибку при сборке электрической схемы.

Сравните схемы на рис. 7 и на рис. 6. На рис. 7 пунктиром показано ошибочное соединение. Термин «короткое замыкание» используется потому, что в этом случае ток проходит мимо нагрузки, по кратчайшему пути, возникшему вследствие повреждения изоляции или ошибки при сборке схемы.

Рис.7. Источник ЭДС в режиме короткого замыкания

Короткое замыкание – это аварийный режим, опасный для источника ЭДС. В режиме короткого замыкания, когда сопротивление нагрузки R=0, ток в цепи многократно возрастает в соответствии с формулой:

Ток короткого замыкания превышает номинальный в 10 – 1000 раз. Проходящий по проводам ток выделяет в них теплоту, от чего провод нагревается. Количество теплоты определяется по формуле:

Видно, что количество теплоты зависит от тока в квадрате. При коротком замыкании ток сильно возрастает, провода и источник перегреваются, возможно возгорание. Поэтому короткое замыкание совершенно недопустимо.

Заметим, что если источник маломощный, то короткое замыкание не особенно опасно. Например, для пальчиковой батарейки. Она не может дать большой ток. При коротком замыкании батарейки она лишь немного нагреется и разрядится. Напротив, автомобильный аккумулятор способен создать ток силой в сотни ампер. Такой ток вызовет сильный нагрев проводов. Вероятность возгорания проводов при коротком замыкании очень велика.

Для защиты от последствий короткого замыкания применяются предохранители.

Простейшим типом предохранителя являются плавкие предохранители. В них находится тонкая проволочка, которая почти мгновенно плавится при резком увеличении тока. Цепь обрывается, короткое замыкание устранено. В схеме на рис.7 показан плавкий предохранитель F.

Читайте также:  Измерение сопротивления мостом постоянного тока это метод

На каждом плавком предохранителе указан ток, который он выдерживает, не расплавляясь. Если предохранитель сгорел, его следует заменять точно таким же, предварительно найдя и устранив причину, вызвавшую срабатывание предохранителя.

Пример 2. Расчёт простейшей цепи в режиме короткого замыкания для источника ЭДС

Рассчитать величину тока короткого замыкания для пальчиковой батарейки и для автомобильного аккумулятора. Сделать вывод об опасности режима короткого замыкания.

Определить величину тока короткого замыкания для:

а) пальчиковой батарейки с параметрами: ,

б) автомобильного аккумулятора с параметрами: ,

Определим ток короткого замыкания для батарейки и для аккумулятора:

а)

б)

Как видим, для батарейки ток короткого замыкания невелик (1,5А) и не представляет опасности. Для аккумулятора этот ток достаточно велик (252А). Неизбежен сильный нагрев проводов, по которым проходит ток короткого замыкания. Возможно возгорание.

Пример 3. Расчёт простейшей цепи в режиме нагрузки

Найти напряжение в бортовой сети автомобиля в момент включения стартера, если ЭДС аккумулятора равно 12,6В, а его внутреннее сопротивление r=0,05Ом. Стартер автомобиля потребляет 100 А.

1) В момент включения стартёра, он является нагрузкой для аккумулятора автомобиля. Найдём сопротивление стартёра (сопротивление нагрузки). Преобразовав закон Ома для полной цепи, запишем:

Найдем напряжение на нагрузке:

Результаты расчёта показывают, что в режиме нагрузки напряжение на аккумуляторе автомобиля существенно уменьшается. Причины этого рассмотрены ниже.

Источник

Два режима работы источника питания

Е2 wp-image-9222 alignleft» title=»Электродвижущая сила и токи в цепи с двумя источниками питания при Ei > Е2″ src=»https://znaesh-kak.com/wp-content/uploads/2017/12/12-1-300×196.png» alt=»Электродвижущая сила и токи в цепи с двумя источниками питания при Ei > Е2″ width=»150″ height=»98″/> Ток в цепи (рис. 1) с двумя, источниками питания можно определить, пользуясь методом наложения. В этом случае ток в каждом участке цепи определяют как алгебраическую сумму токов, создаваемых каждым из источников, действующих независимо друг от друга при неизменных сопротивлениях цепи.

При наличии в цепи одного первого источника ток в цепи

Он совпадает по направлению с. э. д. с. Е1.

При наличии в цепи одного второго источника ток в цепи картинка

Направление его совпадает с направлением э. д. с. Е2.

Действительный ток в цепи при одновременном действии двух источников и одинаковом направлении их э. д. с.

Если э. д. с. источников направлены встречно, то ток в цепи

Рис. 1. Электродвижущая сила и токи в цепи с двумя источниками питания при Ei > Е2.

При встречном направлении э. д. с. источников ток в цепи возможен только при Е1Е2.

По какому принципу работают 2 режима

Допустим, что Е1 > Ег, в этом случае ток цепи будет направлен в ту же сторону, что и большая э. д. с. Е1 и встречно к Е2 (рис. 1). Электродвижущая сила, направленная противоположно току, называется встречной э. д. с. или противо — э. д. с.

Читайте также:  Механические характеристики генератора постоянного тока

Формуле можно придать следующий вид:

откуда э. д. с. первого источника

Напряжение UАБ на зажимах первого источника

а напряжение Uba на зажимах второго источника

Умножив все части уравнения на ток I, получим:

Последнее уравнение представляет секундный баланс энергии рассматриваемой цепи. Мощность Е1I, развиваемая первым источником, за вычетом мощности I 2 r01, преобразуемой в тепло в этом источнике, представляет собой мощность U1I отдаваемую первым источником во внешнюю, по отношению к нему, цепь.

Эта мощность расходуется в сопротивлении r и во втором источнике. Мощность I2r, получаемая от первого источника, преобразуется в тепло в сопротивлении r. Мощность I2r02 преобразуется в тепло во втором источнике, являясь его тепловыми потерями.

Наконец, мощность E2I, получаемая вторым источником от первого, преобразуется в нем в химическую или механическую в зависимости от устройства этого источника (аккумулятор, который в этом случае заряжается, или машина постоянного тока, которая в этом случае работает электродвигателем).

Режим генератора и режим потребителя

Таким образом, источники питания могут работать или в режиме генератора или в режиме потребитель электрической энергии.

Если источник работает в режиме генератора, то его напряжение меньше э. д. с. (U

Если источник работает в режиме потребителя, то его напряжение больше э. д. с. (U > E), а ток и э. д. с. имеют противоположные направления.

Статья на тему Два режима работы источника питания

Источник

Режимы работы источника электрической энергии

Режим работы источника характеризуется напряжением на его зажимах, током и мощностью, отдаваемым во внешнюю цепь. Если напряжение, ток и мощность источника соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводом изготовителем, то такой режим работы называется номинальным.

В номинальном режиме гарантируются наибольший КПД и срок службы источника. Величины, которые определяют номинальный режим, заносятся в паспорт источника и называются номинальными, они берутся за основу при расчете электрических схем.

Рассмотрим простейшую цепь, представленную на рис. 1.5.

По закону сохранения энергии мощность Р, развиваемая источником, равна мощности РН, отдаваемой во внешнюю цепь и мощности потерь в источнике Р, т.е.

Р= РН + Р. (1.7)

Как известно из физики мощность источника , а мощность нагрузки , мощность потерь внутри источника . Подставляя эти значения в (1.7) получим:

Разделив все члены уравнения (1.7а) на I, и решив его относительно U, получим уравнение внешней характеристики источника:

Уравнение внешней характеристики показывает, что напряжение на зажимах источника всегда меньше ЭДС на величину внутреннего падения напряжения .

Выражение (1.8) есть уравнение прямой в отрезках на осях, поэтому характеристика может быть построена по двум точкам. При I = 0 U = Е, а при U = 0 IK= E/r.

У идеального источника внутреннее сопротивление r = 0 и U = E, т.е. напряжение на зажимах источника не зависит от тока и равно ЭДС. Мощность нагрузки может быть рассчитана так же как мощность потерь внутри источника . Подставляя последнее выражение в (1.7а) получим:

Поделив все члены уравнения (1.9) на I, и решая его относительно I, будем иметь:

Читайте также:  Как проверить есть тока тестер 220

Ток в цепи пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи. Это выражение известно как обобщенный закон Ома для цепи постоянного тока.

Как следует из закона Ома при R = , т.е. при отключенном приемнике I=0. Такой режим называется режимом холостого хода источника. В режиме холостого хода напряжение на зажимах источника U = Е, следовательно, ЭДС может быть измерена при отключенном от источника приемнике.

Если сопротивление приемника R = 0, то такой режим будет называться режимом короткого замыкания источника. В этом режиме ток короткого замыкания IК ограничен только внутренним сопротивлением источника:

Ток короткого замыкания во много раз превышает номинальный, поэтому режим короткого замыкания является аварийным.

Режим работы источника, при котором его внутреннее сопротивление r равно сопротивлению внешней цепи, т.е. r = R, называется режимом согласованной нагрузки. В этом режиме источник энергии отдает во внешнюю цепь наибольшую мощность.

Нетрудно видеть из уравнения (1.9), что мощность потерь внутри источника в этом режиме равна половине мощности источника, а коэффициент полезного действия составляет только 50%. Именно по этим причинам режим согласованной нагрузки не применяется в технике больших токов, однако он широко используется в радиотехнике и технике связи, где из-за малых мощностей цепей низкий КПД не имеет решающего значения.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Режимы работы источника электрической энергии

date image2014-02-04
views image7631

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Представим простейшую электрическую цепь схемой рис.1.1, на которой указан реальный источник ЭДС, например аккумулятор.

Существуют следующие режимы работы источникаэлектрической энергии постоянного тока: номинальный режим, рабочий режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания.

Режимы работы источника электрической энергии определяет вольт-амперная характеристика (рис.1.4) — зависимость напряжения U от тока .

Номинальный режим источника характеризуется номинальными параметрами источника, соответствующими расчётным паспортным значениям завода-изготовителя, к которым относятся параметры: Iном,Uном и Рном, где Рном номинальная мощность источника. По Uном рассчитывается сопротивление изоляции проводов, по Iном рассчитываются условия нагрева проводов по допустимому току.

Рис.1.4. Вольт-амперая характеристика источника ЭДС

Точка = соответствует режиму холостого хода, точка — режиму короткого замыкания реального источника ЭДС.

При = 0 идеализированный источник электрической энергии называется идеальным источником ЭДС, а вольт-амперная характеристика (рис.1.5) определяется выражением:

Такой источник называется также источником напряжения. На этом же рисунке приведено условное схемное изображение источника напряжения.

Рис.1.5. Идеальный источник ЭДС

В электрических цепях с полупроводниковыми приборами и электронными лампами значительно превышает . Источник электрической энергии, у которого , называется идеальным источником тока с параметром:

Такому источнику соответствует характеристика рис.1.6:

Рис.1.6. Идеальный источник тока

На этом же рисунке приведено условное схемное изображение источника тока.

Если все слагаемые формулы (1.11) разделить на внутреннее сопротивление источника, то получим выражение:

Откуда следует, что ток источника тока J складывается из тока I (во внутреннем участке цепи) и тока I (во внешнем участке цепи). Схема с источником тока J приведена на рис.1.7:

Рис.1.7. Электрическая схема цепи с источником тока

Источник