Коло зі змінним опором

Розглянемо нерозгалужене електричне коло з двома послідовно ввімкненими опорами (рис.13.1): постійним опором R₁ та змінним опором R₂, який будемо змінювати від ∞ до 0, при постійній напрузі на зажимах кола.

Рисунок 13.1 - Нерозгалужене електричне коло з двома послідовно ввімкненими опорами, один з яких змінний

· При струм у колі буде:

Падіння напруги на R₁ :

Падіння напруги на R₂ :

Повна потужність кола:

Потужності, які споживають приймачі:

Чим більше , тим менший струм у колі й тим більш ККД.

· При R₂=∞ режим кола називається холостим ходом.

При цьому режимі струм у колі відсутній:

Падіння напруги на R₁ відсутнє:

Падіння напруги на R₂ дорівнює напрузі прикладеній до кола:

Повна потужність кола:

І приймачі не споживають потужність:

ККД дорівнює 100%.

· При R₂=0 режим кола називається режимом короткого замкнення.

При цьому режимі струм у колі найбільш можливий:

Падіння напруги на R₁ дорівнює напрузі прикладеній до кола:

Падіння напруги на R₂ відсутнє:

Повна потужність кола максимальна:

Другий приймач не споживає потужність:

А перший споживає усю потужність від джерела живлення:

ККД прагне до мінімуму.

· При R₁= R₂ режим кола називається згідним режимом за потужністю.

,

Другий приймач споживає найбільш можливу потужність у цьому колі:

ККД дорівнює 50%, тобто половина енергії перетворюється у тепло (втрачається). Такий низький ККД не придатний для енергетичного устаткування. Але в пристроях автоматики, телемеханіки та електрозв’язку потужності малі й звичайно важливим є не ККД, а передача більшої потужності від джерел до виконавчих механізмів, тому у цих пристроях віддають перевагу згідному режиму.

Режими роботи кола

Таким чином, існують наступні режиму роботи електричного кола:

· Холостий хід (чи неробочий хід) - це режим роботи кола при

розімкнутому зовнішньому колі (І=0). Коли електричне коло ввімкнути через опір, який прагне до нескінченності (чи набагато більший за опір всього кола),наприклад послідовно ввімкнути вольтметр, то цей режим можна віднести до холостого ходу. Характерно:

· КЗ - це з’єднання двох проводів електричного кола, які приєднанні до

різних зажимів джерела, через дуже малий опір по зрівнянню з опором самих проводів, наприклад амперметр. При КЗ напруга на зажимах джерела різко падає, а струм швидко збільшується до критичних величин, що може привести до сильного нагріву проводів, їх перегріву, займанню обладнання тощо, тому коло потрібно розімкнути. Для цього використовують апарати захисту від КЗ (запобіжник, вимикач). Характерно:

· Номінальний. При протіканні струму по проводам згідно закону Джоуля –

Ленца відбувається нагрів проводів й віддача тепла у зовнішнє середовище. Швидкість віддачі тепла пропорційне різності температур між провідником та зовнішнім середовищем. В перший час після ввімкнення кола різність температур між проводом, устаткуванням та зовнішнім середовищем мала, тому більша кількість тепла йде на нагрів провода, а інша розсіюється у зовнішнє середовище. Провід швидко нагрівається. З ростом температури проводу збільшується кількість розсіючого тепла, тому зріст температури провода зменшується. При деякій температурі проводу, яку назвали усталеною, кількість тепла, яка виділяється у проводі, дорівнює кількості розсіючого тепла у зовнішнє середовище. При дальшому проходженні незмінного струму температура провода залишається постійною. Час нагріву до усталеної температури свій для кожного провідника: лампа розжарювання нагрівається секунди, а двигун - години. Режим роботи кола, при якому усталена температура дорівнює нормі, називається номінальним (чи гранично допустимим), а струм, напруга, потужність… - номінальними й вказуються у паспортних даних устаткування. Нагрів провідників не можна допускати вище за усталену температуру, так як ізоляція при сильному нагріві може обвуглитися й навіть зайнятись. Перегрів голих проводів у ЛЕП приводе до зміни їх натягу.

· Перевантаження. Коли по проводу проходе струм, який не набагато

більший за номінальний ( десь до 30%І_НОМ ), то провідник буде перевантаженим. Так як усталена температура не миттєво зростає, то короткочасне перевантаження допустити можна. Цей час перевантаження регламентується в залежності від виду устаткування та його номінальних параметрів. Наприклад, перевантаження на 30% силового масляного трансформатору допускається до 6 годин при температурі зовнішнього середовища до +25°С. Для захисту від перевантажень використовують теплові реле, які можуть діяти як на сигнал (коли перевантаження у колі допустиме) так і на відключення.