Постоянного тока

В разделе 1.1. настоящей работы такая цепь рассматривалась для иллюстрации закона Ома для замкнутой цепи. Схема цепи представлена на рисунке 2. Она состоит из реального источника э.д.с. Е, имеющего внутреннее сопротивление R_вт, и нагрузочного резистора с сопротивлением R. В результате рассмотрения этой цепи было получено аналитическое выражение (5) внешней характеристики источника э.д.с. U = F(I) и был построен ее график в ограниченном (рабочем) диапазоне изменения тока I нагрузки (рис.3).

На этом же рисунке для сравнения была показана внешняя характеристика идеального источника э.д.с., у которого отсутствует внутреннее сопротивление (R_вт = 0).

Для более детального анализа режимов работы такой цепи необходимо рассмотреть график внешней характеристики источника э.д.с. на всем возможном диапазоне изменения тока нагрузки.

представляет собой уравнение прямой линии в отрезках на осях, поскольку э.д.с. E = const и внутреннее сопротивление источника R_вт = const.

Рис. 31

Полный возможный диапазон изменения нагрузки составляет от тока I = 0 (R ® ¥ , режим холостого хода) до максимального тока (R = 0, режим короткого замыкания).

График внешней характеристики, построенный в соответствии с равенством (59), представлен на рисунке 31.

Режим холостого хода источника э.д.с. (точка Х на пересечение с осью ординат) соответствует разомкнутой цепи ( ). При этом напряжение на зажимах источника в соответствии с равенством (59) .

Режим короткого замыкания (точка К на пересечение внешней характеристики с осью абсцисс) наступает при сопротивлении нагрузочного резистора R = 0, что соответствует соединению разнопотенциальных зажимов источника проводником с нулевым сопротивлением (у которого l = 0 – отсюда название «короткое» замыкание). В режиме короткого замыкания (R = 0) ток источника э.д.с. достигает максимального значения , а напряжение на выходных зажимах .

Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышающих допустимую по условиям эксплуатации величину. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным режимом.

Номинальный режим – это такой режим работы источника э.д.с. (или другого элемента цепи), при котором источник работает при значениях тока, напряжения и мощности, указанных в его паспорте. Номинальные значения тока I_ном, напряжения U_ном и мощности Р_ном = U_номI_ном соответствуют наивыгоднейшим условиям работы источника с точки зрения экономичности, надежности и долговечности. На внешней характеристике (рис. 31) точка, соответствующая номинальному режиму, обозначается Н. Как правило, эта точка находится в начальной части характеристики, где номинальный ток I_н = (0,02¸0,10) I_к.

Согласованный режим источника э.д.с. имеет место, когда сопротивление нагрузочного резистора R становится равным внутреннему сопротивлению R_вт источника э.д.с. (R = R_вт).

В согласованном режиме ток I_с в цепи , то есть в два раза меньше тока короткого замыкания. Э.д.с. источника Е уравновешивается двумя равными по величине падениями напряжения, обусловленными сопротивлением R = R_вт внешней цепи и внутренним сопротивлением R_вт, то есть напряжение на выходных зажимах источника U =0,5Е. Точка, соответствующая согласованному режиму, обозначена на внешней характеристике (рис.31) буквой С.