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 Р_Н, 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:

.

(1.7а)

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

.

(1.8)

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 I_K= 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:

.

(1.9)

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

.

(1.10)

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 I_К ограничен только внутренним сопротивлением источника:

.

(1.11)

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.

Дата добавления: 2015-05-06