Основные теоретические сведения.

Всякий потребитель электрической энергии получает энергию от генератора по воздушной или кабельной линии передачи, выполненной из металлического (медного, алюминиевого или стального) провода и обладающей большим или меньшим сопротивлением. Это сопротивление обуславливает падение напряжения и потерю мощности в линии.

При изменении нагрузки линии (тока потребителя) падение напряжения и потеря мощности в линии изменяются, что сказывается на работе потребителя.

Для теоретического и экспериментального изучения процессов в двухпроводной линии постоянного тока пользуются схемой замещения, изображенной на рис. 2-1.

Рис. 2-1. Схема замещения линии передачи энергии

На схеме приняты следующие обозначения:

R_Л – сопротивление линии передачи;

R_Н – сопротивление потребителя, которое может меняться от 0 до ∞

I – ток в линии передачи и у потребителя.

U₁ – напряжение в начале линии,

U₂ – напряжение в конце линии у потребителя.

Падение напряжения в линии определяется соотношением:

∆U = U₁ – U₂ = R_Л I, (2.2)

откуда

R_л = ΔU/I. (2.3)

Энергетический процесс в схеме характеризуется соотношением мощностей:

Р₁– мощность, получаемая линией от генератора;

P₁ = U₁ I = (Rл + Rн) I² (2.4)

Р₂ – мощность, отдаваемая линией потребителю;

Р₂ = U₂ I = Rн I² (2.5)

∆P – потеря мощности в линии

∆P = Rл I² (2.6)

Коэффициент полезного действия линии η может быть определен из соотношения:

Для определения к.п.д. линии передачи энергии в предельных режимах работы (режимы холостого хода и короткого замыкания) удобнее пользоваться формулой, которую можно получить воспользовавшись выше приведенными соотношениями (2.4), (2.5), (2.7).

Основными режимами работы электрической цепи являются: номинальный режим; режим холостого хода; режим короткого замыкания; согласованный режим.

Номинальным режимом называют такой режим, для которого рассчитан источник электрической энергии или электроприемник. Номинальный режим работы определяют номинальное напряжение, номинальный ток, номинальная мощность (Uн, Iн, Rн).

Шкала номинальных напряжений устанавливается общесоюзными государственными стандартами. Ограничение числа номинальных напряжений диктуется как техническими, так и экономическими соображениями. Номинальное напряжение U_н влияет на выбор необходимой электрической изоляции и на конструктивное выполнение элементов электрических установок.

Значение номинальных токов I_н электрических генераторов и электроприемников лимитируется предельно допустимыми температурами нагрева этих устройств.

Номинальная мощность Р_н для электрического генератора – это наибольшая полезная мощность, которую он в нормальных (номинальных) условиях работы может отдавать во внешнюю цепь. Номинальная мощность для электродвигателей – это наибольшая полезная мощность на валу, которую двигатель способен длительно развивать при нормальных условиях работы. Для остальных приемников (ламп, электронагревательных устройств и др.) номинальная мощность – это электрическая мощность, которую они потребляют при нормальном режиме работы.

Режим холостого хода источника – это режим, при котором ток в нем равен нулю. Для практического осуществления режима холостого хода достаточно отключить один из проводов, при помощи которого источник присоединен к цепи (рис. 2-2).

В режиме холостого хода, т.е. при разомкнутой внешней цепи, ее сопротивление практически равно бесконечности (R_н = ∞). Напряжение на внешних зажимах источника в режиме холостого хода U_х 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.

Рис. 2-2. Режим холостого хода Рис. 2-3. Режим короткого замыкания

источника источника

Режим короткого замыкания характеризуется тем, что напряжение на короткозамкнутом участке равно нулю (рис. 2-3), сопротивление на этом участке также равно нулю. Ток на короткозамкнутом участке I_к будет наибольшим, во много раз превышающим номинальное значение тока I_н, поэтому представляет опасность.

Согласованным режимом называют режим, при котором сопротивление внутренней цепи равно сопротивлению внешней, источник отдает на внешнюю цепь наибольшую мощность. Ток при согласованном режиме I_с.р. равен половине тока короткого замыкания:

Перечень оборудования:

1. Источник питания.

2. Резисторы: R₂, Rр .

3. Измерительные приборы: амперметр и вольтметры.

Содержание работы

Исследовать режимы работы простейшей электрической цепи: номинальный режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания, согласованный режим.