Режимы работы сети постоянного тока

Режимы работы электрических цепей

2015-06-04
16543

Электрическая цепь в зависимости от значения сопротивления нагрузки R может работать в различных характерных режимах:

Номинальный режим — это расчетный режим, при котором элементы цепи (источники, приемники, линия электропередачи) работают в условиях, соответствующих проектным данным и параметрам.

Изоляция источника, линии электропередачи, приемников рассчитана на определенное напряжение, называемое номинальным. Превышение этого напряжения приводит к пробою изоляции, увеличению токов в цепи и другим аварийным последствиям.

Тепловой режим источников или приемников энергии рассчитан на выделение в них определенного количества тепла, то есть на определенную мощность, а последняя зависит от квадрата тока RI 2 , rI 2 .

Расчетный по тепловому режиму ток называется номинальным.

Номинальное значение мощности для источника электрической энергии — это наибольшая мощность, которую источник при нормальных условиях работы может отдать во внешнюю цепь без опасности пробоя изоляции и превышения допустимой температуры нагрева.

Для приемников электрической энергии типа двигателей — это мощность, которую могут развивать на валу при нормальных условиях работы. Для остальных приемников электрической энергии (нагревательные и осветительные приборы) — это их мощность при номинальном режиме. Номинальные значения напряжений, токов и мощностей указывают в паспортах изделий.

Согласованный режим работы — это режим, в котором работает электрическая цепь (источник и приемник), когда сопротивление нагрузки R равна внутреннему сопротивлению источника r. Этот режим характеризуется передачей от данного источника к приемнику максимально возможной мощности. Однако в согласованном режиме К.П.Д. h = 0,5 — низкий и для мощных цепей работа в согласованном режиме экономически невыгодна. Согласованный режим применяется, главным образом, в маломощных цепях, если К.П.Д. не имеет существенного значения, а требуется получить в приемнике возможно большую мощность.

Режим холостого хода и короткого замыкания. Эти режимы являются предельными режимами работы электрической цепи.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута и ток равен нулю. Так как ток равен нулю, то падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника так же равно нулю (rI = 0) и напряжение на выводах источника равно ЭДС (e = U). Из этих соотношений вытекает метод измерения ЭДС (2.7) источника: при разомкнутой внешней цепи вольтметром, сопротивление которого можно считать бесконечно большим, измеряют напряжение на его выводах.

В режиме короткого замыкания выводы источника соединены между собой, например, сопротивление нагрузки замкнуто проводником с нулевым сопротивлением. Напряжение на приемнике при этом равно нулю.

Сопротивление всей цепи равно внутреннему сопротивлению источника, и ток короткого замыкания в цепи равен:

Он достигает максимально возможного значения для данного источника и может вызывать перегрев источника и даже его повреждение. Для защиты источников электрической энергии и питающих цепей от токов короткого замыкания в маломощных цепях устанавливают плавкие предохранители, в более мощных цепях — отключающие автоматические выключатели, а высоковольтных цепях — специальные высоковольтные выключатели.

Источник

11.Режимы работы электрической цепи постоянного тока

Номинальный режим- когда к источнику подключается потребитель на который он рассчитан.

Режим холостого хода – работа источника без потребителя.

Режим короткого замыкания – работа без потребителя, контакты источника замыкаются накоротко.

Согласованный режим – сопротивление внешней цепи равно внутреннему сопротивлению и источнику. В этом режиме от источника к потребителю передается максимальная мощность. КПД=50%.Применяется в радиотехнике.

12. Мощность в цепи постоянного тока

Электрическая мощность Р (Вт) определяется произведением напряжения на силу тока:

где U-напряжение на токоприемнике, В

I-сила тока через токоприемник, А

Единица мощности – 1 ватт 1вольт x 1 ампер

Принимая во внимание закон Ома (), равенство 1 можно представить следующим образом:

(2)

(3)

В практике пользуются единицей мощности – киловатт (кВт), 1 Квт=1000 Вт.

Условие максимальной передачи мощности от генератора к нагрузке выражается простым определением: сопротивление нагрузки Rн должно равняться сопротивлению генератора Rг, то есть Rн = Rг. Иными словами, это означает, что все входные и выходные сопротивления любых активных или пассивных устройств должны быть чисто активными.

КПД= Мощность полезная/мощность затраченная.

13. Однофазные электрические цепи переменного тока

Переменным называется электрический ток, величина и направление которого изменяются во времени.

Область применения переменного тока намного шире, чем постоянного. Это объясняется тем, что напряжение переменного тока можно легко понижать или повышать с помощью трансформатора, практически в любых пределах. Переменный ток легче транспортировать на большие расстояния. Но физические процессы, происходящие в цепях переменного тока, сложнее, чем в цепях постоянного тока из-за наличия переменных магнитных и электрических полей. Токи, значения которых повторяются через равные промежутки времени в одной и той же последовательности, называются периодическими, а наименьший промежуток времени, через который эти повторения наблюдаются, — периодом Т

Значение переменного тока в рассматриваемый момент времени называют мгновенным значением и обозначают строчной буквой i.

Мгновенный ток называется периодическим, если значения его повторяются через одинаковые промежутки времени.

Периодические токи, изменяющиеся по синусоидальному закону, называются синусоидальными.

Мгновенное значение синусоидального тока определяется по формуле

Напряжение u(t) = Um sin (ωt +ψu),

ЭДС e(t) = Em sin (ωt +ψe),

14.Изображение синусоидальных величин в прямоугольной координатах.

Синусоидальные токи и напряжения можно изобразить графически, записать при помощи уравнений с тригонометрическими функциями и представить в виде вращающихся векторов на декартовой или комплексной плоскости.

Запишем синусоидальные напряжения с помощью тригонометрических функций:

Значения в скобках синуса называют фазами синусоид, а значения фазы в начальный момент времени — начальной фазой.

Величина ω называется угловой частотой:

рад/с

При совместном рассмотрении двух синусоидально изменяющихся величин одной частоты разность их фазовых углов, равную разности начальных фаз, называют углом сдвига фаз:

Если α=0, то говорят, что сигналы синфазны, если α=π, то говорят, что сигналы в противофазе. Если α=+π/2 — в квадратуре. Т.е. е2 отстаёт от е1 на угол α.

Источник

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Предположим, что к внешним зажимам а, Ь источника питания подключен приемник с изменяющимся сопротивлением r_н (рис. 2.1). При изменении сопротивления r_н ток I и напряжение U источника будут также изменяться. Из всех возможных режимов работы источ­ника электрической энергии наиболее важными являются четыре: номинальный режим, режим холостого хода, режим короткого, за­мыкания и согласованный режим.

Номинальный режим источника характери­зуется тем, что напряжение, ток и мощность его соответствуют тем значениям, на которые он рассчитан заводами-изготовителями. При этом гарантируются наилучшие условия работы (экономич­ность, долговечность и т. п.).

Величины, определяющие номинальный режим, обычно ука­зывают в паспорте или на щитке, прикрепленном к устройству. Эти данные берут за основу при расчетах электрических схем.

Основными номинальными данными электротехнических устройств являются их номинальные напряжения и токи: U_н и I_н. По номи­нальному напряжению рассчитывают изоляцию электрических проводов, а по номинальному току — условия их предельно до­пустимого нагрева.

Режимом холостого хода источника называют режим, при котором ток в нем равен нулю. Для практического осуществления режима холостого хода достаточно отключить один из проводов, при помощи которых источник присоединен к цепи (рис. 2.2,а).

При холостом ходе источника напряжения U_x на его внешних зажимах будет наибольшим и равным э.д.с. источника: (U_х =Е. Следовательно, э.д.с. источника можно измерить вольтметром, подключенным к его разомкнутым внешним зажимам.

Режим короткого замыкания характеризуется тем, что напряжение на внешних зажимах источника равно нулю: U_H = 0 (рис. 2.2, б). Ток I_к короткого замыкания источника будет наибольшим. Значение тока I_к может быть во много раз больше зна­чения номинального тока I_н, поэтому, как правило, режим корот­кого замыкания является опасным для источника.

Согласованным режимом источника называ­ют режим, при котором он отдает во внешнюю цепь наиболь­шую мощность. Последнее обстоятельство часто используют в осо­бых случаях, о которых будет сказано в дальнейшем.

УСЛОВИЯ ПЕРЕДАЧИ ИСТОЧНИКОМ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ

ВО ВНЕШНЮЮ ЦЕПЬ

При сопротивлении резистора внешней цепи (см. рис. 2.1), равном r_н, напряжение и ток в нем связаны уравнением U = =r_нI_н, выражающим закон Ома для пассивного участка цепи. Учи­тывая это, уравнение (2.2) можно записать иначе:

Это уравнение выражает электрическое состояние простейшей замкнутой цепи. Из него можно получить выражение закона Ома для простейшей замкнутой цепи с по­следовательной схемой замещения источ­ника:

При этом мощность внешней цепи

Ток внешней цепи с параллельной схемой замещения источни­ка можно найти из выражения

,(2.9)

Тогда мощность внешней цепи

Мощность нагрузки Р_н при холостом ходе (r_н = ) и при ко­ротком замыкании (r_н = 0) равна нулю. Она имеет максимальное

значение, когда отношение максимально. Взяв первую

производную этой дроби по r и приравняв ее нулю, получим

Следовательно, мощность внешней цепи максимальна, когда сопротивление внешней цепи r_н равно внутреннему сопротивлению r источника, т. е. когда внешняя цепь и источник работают в со­гласованном режиме.

В согласованном режиме мощность потерь внутри источника равна половине мощности источника:

Исследуем изменение к.п.д. источника в зависимости от вели­чины сопротивления r_н. К.п.д. источника равен отношению мощ­ности внешней цепи Р_н к полной мощности Р, развиваемой источ­ником:

Из формулы (2.12) вид, что при холостом ходе, когда r_н = , к.п.д. , при котором замыканий, когда r_н =0, к.п.д. , в согласованном режиме r_н =r к.п.д. .

В рассмотренных выше соотношениях сопротивление r обозначало только внутреннее сопротивление источника. Однако полученные формулы останутся теми же, если под r подразумевать со­противление проводов линии, а под Е — напряжение U на ее входе. При этом на входе схемы можно предполагать включенным источ­ник э.д.с. с внутренним сопротивлением, равным нулю, и с по­стоянным значением э.д.с. Е=U. Все рассуждения относительно передачи энергии источника к приемнику с сопротивлением r_н, под­ключенному к концу линии, будут аналогичны случаю передачи энергии источником во внешнюю цепь.

Источник

Режимы электрических сетей

Основной задачей эксплуатации электрических сетей является поддержание в них необходимой пропускной способности и достаточного напряжения. Выделяют несколько режимов электрических сетей. К параметрам режима относятся показатели частоты, напряжения и мощности электропередачи.

Какие режимы электрических сетей бывают

В зависимости от значения главных параметров — частоты и напряжения, различают нормальный режим, аварийный режим, летний и зимний режимы электрических сетей.

Нормальный режим электрических сетей

Нормальный режим характеризуется показателями, близкими к номинальным. В таком режиме обеспечивается плавное регулирование работы электростанций, минимизируются потери электрической энергии в сети, удобно осуществляются оперативные переключения. Нормальный режим электрической сети обеспечивает снабжение электроэнергией потребителей без перебоев и с достаточным уровнем напряжения.

Нормальным является также режим, когда происходит включение-отключение линии высокой мощности трансформатора и моменты высоко амплитудных перепадов напряжения, длящихся доли секунд.

Аварийный режим электрических сетей

Режим становится аварийным в том случае, если система, при переходе из одного состояния нормы в другое, отмечается резкое изменение параметров частоты тока и напряжения. К аварийным вариантам работы электрических сетей относятся такие отклонения в работе, как:

1. Короткое замыкание. Характеризуется превышением номинального напряжения в десятки раз. Проявляется яркой вспышкой света лампочки.

2. Перегрузка электросети. Даёт о себе знать нагреванием розетки, выключателя, вплоть до их возгорания.

3. Скачок тока. Следствие кратковременного превышения напряжения. При включении, лампа накаливания перегорает.

4. Слабый ток. Причиной может быть разрыв цепи. В таком случае тускло горит лампа накаливания.

5. Скачок напряжения. Чаще возникает из-за ударов молнии. В большинстве случаев это приводит к выходу из строя электроприборов.

6. Низкое напряжение. Бывает по причине частичного разрыва цепи. При длительном использовании низкого напряжения приборы выходят из строя.

Летний и зимний режимы электрических сетей относятся к нормальным, однако они характеризуются значительными нагрузками на систему в связи с высокими или низкими температурами и воздействием неблагоприятных погодных условий.

Источник