Вопрос 10. Режимы работы

Реальная электрическая цепь может быть представлена в виде активного и пассивного двухполюсников. Двухполюсником называют цепь, которая соединяется с внешней относительно нее частью цепи через два вывода а и b – полюса.

Активный двухполюсник содержит источники электрической энергии, а пассивный двухполюсник их не содержит. Для расчета цепей с двухполюсниками реальные активные и пассивные элементы цепи представляются схемами замещения. Схема замещения пассивного двухполюсника П представляется в виде его входного сопротивления. .

Схема замещения активного двухполюсника А представляется эквивалентным источником с ЭДС Eэ и внутренним сопротивлением , нагрузкой для которого является входное сопротивление пассивного двухполюсника Rвх=Rн.

Режим работы электрической цепи определяется изменениями параметров пассивного двухполюсника, в общем случае величиной сопротивления нагрузки Rн. При анализе электрической цепи рассматривают следующие режимы работы: холостого хода, номинальный, короткого замыкания и согласованный.

Работа активного двухполюсника под нагрузкой Rн определяется его вольт-амперной (внешней) характеристикой, уравнение которой для данной цепи запишется в виде:

Эта вольт-амперная характеристика строится по двум точкам 1 и 2, соответствующим режимам холостого хода и короткого замыкания.

Режим холостого хода – режим, при котором напряжение на выводах источника равно его ЭДС. В этом режиме с помощью ключа SA нагрузка Rн отключается от источника питания. В этом случае ток в нагрузке становится равным нулю, и напряжение на зажимах ab становится равным ЭДС Eэ и называется напряжением холостого хода Uхх: U=Uхх=Eэ. (
Режим короткого замыкания – режим, при котором ток короткого замыкания ограничивается только внутренним сопротивлением. В этом режиме ключ SA в схеме электрической цепи замкнут, а сопротивление . В этом случае напряжение U на зажимах аb становится равным нулю, т.к. , а уравнение вольт-амперной характеристики можно записать в виде: Значение тока короткого замыкания соответствует т.2 на ВАХ. Анализ этих двух режимов показывает, что при расчете электрических цепей параметры активного двухполюсника и могут быть определены по результатам режимов холостого хода и короткого замыкания. При изменении тока в пределах активной двухполюсник (эквивалентный источник) отдает энергию во внешнюю цепь (участок I вольт-амперной характеристики на ВАХ). При токе I<0 (участок II) источник получает энергию из внешней цепи, т.е. работает в режиме потребителя электрической энергии. Это произойдет, если к зажимам аb двухполюсника присоединена внешняя цепь с источниками питания. При напряжении U<0(участок III) резисторы активного двухполюсника потребляют энергию источников из внешней цепи и самого активного двухполюсника.
Номинальный режим - обеспечивает технические параметры, как отдельных элементов, так и всей цепи, указанные в технической документации, в справочной литературе или на самом элементе. Для разных электротехнических устройств указывают свои номинальные параметры. Однако три основных параметра указываются практически всегда: номинальное напряжение , номинальная мощность и номинальный ток . Работа активного двухполюсника под нагрузкой в номинальном режиме определяется уравнением . На вольт-амперной характеристике это уравнение определяется точкой 3.
Согласованный режим - обеспечивает максимальную передачу активной мощности от источника питания к потребителю. Определим параметры электрической цепи, обеспечивающие получение согласованного режима. При подключении нагрузки к активному двухполюснику в ней возникает ток