1.2.7 Режимы работы электрической цепи. (Режим холостого хода, режим короткого замыкания, номинальный режим, согласованный режим. Понятие о кпд.)

В электрической цепи при изменении сопротивления нагрузки R_н от нуля до бесконечности изменяется ток I и напряжение U. Рассмотрим наиболее характерные режимы работы источника электрической энергии при изменении сопротивления нагрузки Rн.

Таких режимов четыре: холостого хода, номинальный, короткого замыкания и согласованный.

В режиме холостого хода сопротивление нагрузки .

Ток в цепи равен нулю, а напряжение на зажимах источника энергии наибольшее и равно ЭДС: U=E.

В номинальном режиме от источника электроэнергии отбирается номинальная мощность, т.е. та наибольшая мощность, которую может длительно развивать источник не перегреваясь.

Нагрев источника определяется мощностью потерь ΔР в нем, пропорциональной значению внутреннего сопротивления и квадрату тока: ΔР = I²R_вн.

Понятие номинального режима относится также и к приёмнику, который при перегрузке может нагреться до недопустимо высокой температуры.

Для каждого источника и приёмника номинальный режим предполагает вполне определённую номинальную нагрузку, соответствующую номинальным значениям тока I_ном и напряжения U_ном.

Важным показателем рациональной работы источника энергии является коэффициент полезного действия (КПД) η.

КПД определяется отношением мощности в нагрузке ( Р_н= I²R_н ) к полной мощности, вырабатываемой источником электроэнергии( Р_и = ЕI ).

(Вт)

Выражение для коэффициента полезного действия может быть записано через параметры цепи.

В режиме короткого замыкания, когда , ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника электроэнергии , Р_и=ЕI_к и Р_н=0.

В этом случае

Для источника с малым внутренним сопротивлением (аккумуляторы, электромашинные генераторы) режим короткого замыкания опасен – это аварийный режим. Для гальванических элементов режим короткого замыкания менее опасен, так как их внутреннее сопротивление относительно велико.

При согласованном режиме в приёмнике (нагрузке) выделяется наибольшая мощность. Такой режим используется в измерительных цепях, в устройствах вычислительной техники и связи.

При согласованном режиме мощность в приёмнике Р_н равна мощности источника Р_и=ЕI за вычетом внутренних потерь в самом источнике, т.е. Р_н= ЕI - I²R_вн

КПД в этом случае:

Наибольшая мощность в приёмнике (нагрузке) при согласованном режиме будет равна половине мощности источника:

В этом случае коэффициент полезного действия

При передаче больших мощностей работа в согласованном режиме, как правило, недопустима. В цепях большой мощности непременным условием является , т.е. обеспечение возможно большего .

Режимы работы источников электрической энергии.

Режимы		U	I	Pи	Pн
Номинальный		Uном	Iном	Pи ном	Pн ном
Согласованный						0,5
Холостого хода		Е	0	0	0	1
Короткого замыкания	0	0	Iк=		0	0