Какие бывают режимы работы электрической цепи

При
подключении к источнику питания
различного количества потребителей
или изменения их параметров будут
изменяться величины напряжений, токов
и мощностей в электрической цепи, от
значений которых зависит режим работы
цепи и ее элементов.

Реальная
электрическая цепь может быть представлена
в виде активного и пассивного двухполюсников
(рис. 1.23).

Рис.
1.23

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 r0э,
нагрузкой для которого является входное
сопротивление пассивного двухполюсника
Rвх=Rн.

Режим
работы электрической цепи (рис. 1.23)
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
(1.10) для данной цепи запишется в виде

(1.12)

U=Eэ−Ir0э.

Эта
вольт-амперная характеристика строится
по двум точкам 1 и 2 (рис. 1.24), соответствующим
режимам холостого хода и короткого
замыкания.

1. Режим холостого хода

В этом
режиме с помощью ключа SA
нагрузка Rн
отключается от источника питания (рис.
1.23). В этом случае ток в нагрузке становится
равным нулю, и как следует из соотношения
(1.12) напряжение на зажимах ab
становится равным ЭДС Eэ
и называется напряжением холостого
хода Uхх

U=Uхх=Eэ.

Рис.
1.24

2. Режим короткого замыкания

В этом
режиме ключ SA
в схеме электрической цепи (рис. 1.23)
замкнут, а сопротивление Rн=0.
В этом случае напряжение U
на зажимах аb
становится равным нулю, т.к. U=IRн,
а уравнение (1.12) вольт-амперной
характеристики можно записать в виде

(1.13)

.

Значение
тока короткого замыкания Iк.з
соответствует т.2 на вольт-амперной
характеристике (рис. 1.24).

Анализ
этих двух режимов показывает, что при
расчете электрических цепей параметры
активного двухполюсника Eэ
и r0э
могут быть определены по результатам
режимов холостого хода и короткого
замыкания:

(1.14)

Eэ=Uхх;

.

При
изменении тока в пределах

активной
двухполюсник (эквивалентный источник)
отдает энергию во внешнюю цепь (участок
I
вольт-амперной характеристики на рис.
1.24). 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.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, — это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника. Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

1.6. Режимы работы электрических цепей.

Как указывалось выше, любая электрическая цепь состоит из источников и нагрузок (приемников). При включении различного количества приемников с изменением их параметров будут изменяться напряжения, токи и мощности в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. Наиболее характерными являются следующие режимы: номинальный, согласованный, холостого хода и короткого замыкания.

 Номинальным называется режим, при котором приемник работает со значениями тока, напряжения и мощности, на которые он рассчитан и которые называются его номинальными (или техническими) данными. Номинальные мощности и токи многих элементов электрических цепей (двигателей, генераторов, резисторов и др.) устанавливаются, исходя из нагревания их до наибольшей допускаемой температуры. Номинальные данные указываются в справочной литературе, технической документации или на самом элементе.

С учетом номинальных напряжений и токов источников и приемников производится выбор проводов и других элементов электрических цепей.

 Согласованным называется режим, при котором мощность, отдаваемая источником или потребляемая приемником, достигает максимального значения. Это возможно при определенном соотношении (согласовании) параметров электрической цепи, откуда и вытекает название данного режима.

 Под режимом холостого хода понимается такой режим, при котором приемник отключен от источника. При этом источник не отдает энергию во внешнюю цепь, а приемник не потребляет ее.

Режимом короткого замыкания называется режим, возникающий при соединении между собой выводов источника, приемника или соединительных проводов, а также иных элементов электрической цепи, между которыми имеется напряжение. При этом сопротивление в месте соединения оказывается практически равным нулю. При коротких замыканиях могут возникать недопустимо большие токи, электрическая дуга, возможно резкое снижение напряжения, поэтому режим короткого замыкания рассматривают, как аварийный.

Энергетические установки работают чаще всего в режиме, при котором токи и мощности не превышают номинальных значений, а напряжения близки к номинальным.

Рассмотрим простейшую неразветвленную цепь (рис. 1.14, а). В этой цепи участок  amb представляет собой простейший пассивный двухполюсник, являющийся приемником, участок  anb — простейший активный двухполюсник, являющийся источником.

Рекомендуемые материалы

Для рассматриваемой цепи по второму закону Кирхгофа можно написать:

                             (1.16)

Формула для определения соотношения между напряжением  U и э.д.с. источника  E, полученная из (1.16),

                                           (1.17)

называется внешней характеристикой источника, которая связывает напряжения на зажимах  источника с величиной тока через источник        (рис. 1.14б).

Очевидно, что напряжение на зажимах источника  U тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление при одном и том же токе через источник.

В идеальном источнике напряжения r₀=0, U=E во всем диапазоне изменения тока (рис. 1.14, б кривая 2).

Если умножить (1.16) на ток I , то получим соотношение между мощностями

                                   (1.18)

Произведение EI представляет собой мощность, вырабатываемую источником. Правая часть (1.18) содержит потери мощности во внутреннем сопротивлении источника  I²r₀, и мощность, потребляемую приемником I²r. Если из вырабатываемой мощности вычесть потери мощности во внутреннем сопротивлении источника, получим мощность UI, отдаваемую источником во внешнюю цепь

                                 (1.19)

Мощность, отдаваемая источником в данной цепи, равна мощности, потребляемой приемником

                                       (1.20)

Вырабатываемая источником мощность определяется произведением:

(1.21)

причем положительные направления  э.д.с. и тока совпадают. Отдаваемая им мощность:

(1.22)

где направления напряжения и тока противоположны, а мощность, потребляемая приемником  определяется произведением:

                               (1.23)

где положительные направления тока и напряжения совпадают. Такие взаимные направления тока и э.д.с., а также тока и напряжения характерны для источников и приемников в любых электрических цепях (рис. 1.15 а,б).

Отношение мощности, отдаваемой источником, к вырабатываемой им мощности  называется                                                                                      

коэффициентом полезного действия (КПД)

источника

Рис  1.15

                                                                  (1.24)

Пользуясь полученными соотношениями, установим, как будут меняться значения тока, напряжения, мощности при изменении сопротивления r, т.е. в различных режимах работы источника. При отключении источника с помощью выключателя В (рис. 1.14а) электрическая цепь будет работать в режиме холостого хода. В этом случае следует считать r равным бесконечности, при этом I=E/(r+ r₀)=0. Вследствие чего оказываются равными нулю падение напряжения Ir₀, потери мощности I²r и мощности EI и UI. Т.к. Ir₀=0, то согласно (1.17)  U=Ux=E. Уменьшение сопротивления r приводит к увеличению тока I, падения напряжения Ir₀, мощности EI. Напряжение U при этом уменьшается. О характере изменения мощности приемника можно судить, анализируя выражение

                       (1.25)

Зависимость

Обратите внимание на лекцию «47. Федеральный надзор и контроль в области безопасности».

представлена на рис. 1.16.

Уменьшение сопротивления r , а значит увеличение тока I приводит к возрастанию Рпотр и при r=r₀ Рпотр =Р_max , что соответствует режиму согласованной нагрузки. В согласованном режиме U=0.5E, Р_потр=0.5, Р_выр, η=0.5. Дальнейшее уменьшение r приводит к уменьшению Р_потр.

Для номинального режима работы характерно следующее соотношение сопротивлений r >> r₀, что обеспечивает поступление основной части вырабатываемой мощности к приемнику. При этом  к.п.д. принимает значения, близкие к 1 , U_ном=I_номr>>I_номr₀ и согласно (1.17) U близко к E.

В режиме короткого замыкания r=0 и ток короткого замыкания оказывается намного больше номинального тока: I_к=E/r₀>>I_ном

При коротком замыкании U=I_Kr=0, Рпотр=UI_K=0. Мощность Р_выр=EI_K значительно возрастает и преобразуется в теплоту в сопротивлении r₀. Последнее может привести с выходу из строя изоляции и даже к перегоранию проводов.

На внешней характеристике источника рис.1.14, б, которая подчиняется уравнению (1.17) и представляет собой прямую при E=const и ro= const, указаны точки, соответствующие режимам холостого хода, короткого замыкания и номинальному режиму работы источника. Здесь же приведена внешняя характеристика идеального источника э.д.с. (кривая 2 на рис. 1.14, б),для которого r₀=0,U=E=const.

Методическая
разработка

по
ОП.03 Электротехника и электроника

на
тему

 «Режимы
работы электрических цепей»

2020

Цель занятия:

1.   Изучить
тему Режимы работы электрических цепей

Время:  2 часа

Место: кабинет Электротехники и электроники

Учебно — материальное обеспечение:

Плакаты, презентации, лабораторное оборудование.

Распределение
времени занятия:

Вступительная
часть                                                                      5 мин;

Проверка
подготовки обучающихся к занятию                             5 мин;

Учебные
вопросы занятия                                                              25
мин;

Домашнее
задание                                                                         5
мин;

Заключение                                                                                    5
мин.

Содержание занятия

Вступительная часть

–       
принять
рапорт дежурного по группе;

–       
проверить
наличие студентов и их готовность к занятию;

–       
ответить
на вопросы, которые возникли при подготовке к занятию на самостоятельной
работе;

–       
провести
опрос по ранее изученному материалу:

–       
Опрос
рекомендуется провести устно, задавая вопросы и вызывая одного-двух студентов
для ответа,

Режимы
работы электрических цепей

Каждый
приемник электрической энергии характеризуется номинальными величинами, которые
приводятся в справочной литературе, на щитке, прикрепленном к корпусу, и др.

К
номинальным величинам приемников относят номинальное напряжение U_н, мощность Р_н и ток I_н (например, на лампах накаливания имеется штамп, в котором указываются
номинальное напряжение и мощность).

В качестве
номинальных величин аккумуляторов указываются напряжение и емкость (в ампер-часах), которая
показывает, какое количество электричества может пройти через аккумулятор, пока его напряжение не снизится до некоторого минимального значения.

Электрические
цепи могут работать в различных режимах.

Номинальным
режимом работы
какого-либо элемента электрической цепи (источника, приемника) считается такой режим, в котором данный элемент работает при номинальных величинах.

Согласованным
называется режим, при
котором мощность, отдаваемая источником или потребляемая приемником, имеет
максимальное значение.
Максимальные значения мощностей получаются при определенном соотношении
(согласовании) параметров ЭЦ.

Под режимом холостого хода ХХ
понимается такой режим, при котором через
источник или приемник не протекает ток. При этом источник не отдает энергию во внешнюю цепь, а приемник не
потребляет ее.

Режимом короткого
замыкания (КЗ) называется режим, возникающий при соединении между собой без какого-либо
сопротивления (накоротко) зажимов источника
или иных элементов электрической цепи, между которыми
имеется напряжение.

Режим
короткого замыкания может быть следствием нарушения изоляции, обрыва проводов, ошибки оператора при
сборке электрической цепи и др.

При
коротком замыкании могут возникнуть недопустимо большие токи, электрическая
дуга, что может привести к тяжелым последствиям, поэтому режим короткого
замыкания является аварийным.

2.8 Нелинейные
электрические цепи постоянного тока

Электрическая
цепь относится к классу нелинейных, если она содержит хотя бы один нелинейный
элемент. В свою очередь, нелинейным является такой элемент, параметры которого
(сопротивление или проводимость) зависят от величины напряжения или тока. На
схемах  замещения, которые используются при расчетах электрических цепей,
реальные устройства представляются совокупностями линейных и нелинейных
сопротивлений, индуктивностей и емкостей, поэтому свойства нелинейных цепей
изучаются, исходя из характеристик этих элементов.

Характеристиками
нелинейных элементов электрических цепей постоянного тока обычно являются их
вольтамперные характеристики i(u)
или u(i).

На
электрических схемах нелинейный элемент в общем случае обозначается так, как
показано на рис. 2.8,а.

Примеры
вольтамперных характеристик цепей постоянного тока приведены на рис. 2.8(б, в,
г).

Рис.
2.8

Характеристику,
изображенную на рис. 2.8,б, имеет, например, обычная лампа накаливания с
металлической нитью. На рис. 2.8,в изображена вольтамперная характеристика
полупроводникового диода. Именно на несимметричных характеристиках
осуществляется выпрямление переменного тока, поскольку прямое и обратное
сопротивления могут отличаться в 10⁵  – 10⁷ раз.

Более
подробно свойства различных  полупроводниковых элементов рассматриваются в
разделе «Электроника». Здесь же ограничимся рассмотрением особенностей расчета
нелинейных электрических цепей постоянного тока.

Как
и в случае линейных цепей, расчет строится на использовании законов Ома и
Кирхгофа. Однако уравнения Кирхгофа становятся нелинейными алгебраическими 
уравнениями, решение которых имеет свои особенности. Рассмотрим эти особенности
на отдельных примерах.

На
рис. 2.9,а показано последовательное соединение двух  нелинейных элементов.
Задано входное напряжение u
= U
= const 
и вольтамперные характеристики 1 и 2 этих элементов (рис. 2.9,б). Требуется
найти ток  I  и
напряжения  U₁
,U₂
.

Рис.
2.9

По
II
закону Кирхгофа имеем

                                                  
U₁
+ U₂
 = U                          
            (2.17)

Составляющие
левой части (2.17) для установившегося режима неизвестны, так же, как и ток I
. Поэтому для аналитического решения нелинейного уравнения (1) необходимо иметь
аналитическое  представление характеристик U₁(I)
и U₂
(I).

На
практике чаще всего аналитическое представление характеристик неизвестно, они
задаются графически (кривые 1 и 2 на рис. 2.9,б), поэтому наиболее
привлекательными своей простотой и отсутствием необходимости аналитического
представления характеристик нелинейных элементов являются графические способы
решения.

В
рассматриваемой задаче нужно в соответствии с уравнением (2.17), складывая
напряжения на элементах при различных токах, построить результирующую
вольтамперную характеристику 3 (рис. 2.9,б), и затем по  кривой 3, отложив на
оси абсцисс заданное напряжение U,
определить графически ток  в цепи, а по току найти напряжения U₁
 и U₂
 (процесс решения на рис. 2.9,б показан стрелками).

При
параллельном соединении (рис. 2.10,а) имеем

                                          
I₁
+ I₂
= I                         
                          (2.18)

На
рис.2.10б в соответствие с (2.18) складываются ординаты вольтамперных
характеристик элементов при различных напряжениях, и строится результирующая
характеристика 3, по которой  при заданном напряжении U
находится общий ток, а по кривым  1 и 2 – токи I₁
и I₂
.

Рис.
2.10

При
последовательно-параллельном (смешанном) соединении      (рис. 2.11,а), когда
заданы три вольтамперные характеристики: i₁(u₁),
i₂(u₂)
и i₃(u₃),
изображенные на рис. 2.12,а, и входное напряжение u_вх.
= U,
получим систему двух нелинейных уравнений:

Процесс
решения этих уравнений соответствует прямому и обратному преобразованию цепи
(рис. 2.11).

Рис.
2.11 

По
уравнению (2.19), используя правила построения вольтамперной характеристики при
параллельном соединении, строится ВАХ i₁(u_ab),
что соответствует первому преобразованию, представленному на рис. 2.10,б. При
этом складываются ординаты характеристик 2-го и 3-го нелинейных элементов (рис.
2.12,а). Построенную кривую i₁(u_ab)
и заданную характеристику i₁(u₁)
переносим на рис. 2.11,б. Затем по уравнению (2.20), используя правила
построения ВАХ при последовательном соединении, строим результирующую ВАХ цепи i₁(u_вх).
При этом складываются на рис. 2.12,б абсциссы характеристик i₁(u₁)
и i₁(u_ab).

Рис.
2.12

Результирующая
характеристика  i₁(u_вх.)
позволяет по заданному напряжению u_вх
= U
найти ток цепи I₁
(cм.
рис. 2.12,б). По току I₁
определяются напряжения  U₁ 
и  U_ab,
а также токи  I₂ 
и  I₃ 
(см. рис. 2.12, на котором соответствующие решения показаны стрелками).
Нетрудно заметить, что нахождение по графикам напряжений  U_ab 
 и  U₁
соответствует обратному переходу к схеме, изображённой на рис. 2.11,б, а
определение токов I₂
и I₃
 – переходу к исходной схеме ( рис. 2.11,а).

Аналогично
рассчитываются и более сложные цепи, состоящие из последовательных и
параллельных участков.

Обратим
внимание на следующее обстоятельство. Если в сложных нелинейных электрических
цепях ветви содержат источники ЭДС, то, чтобы применить те же правила, которые
были нами рассмотрены, нужно сначала построить эквивалентные характеристики
ветвей.

Рассмотрим
схему (рис. 2.13,а), в которой ветвь содержит источник ЭДС, совпадающий по
направлению с током I.

Рис.
2.13

Запишем
нелинейное уравнение II закона Кирхгофа
для этой цепи:

–
U
+  u_нэ
= Е.

Откуда
U
= u_нэ
– Е,
что соответствует сдвигу ВАХ i
(u_нэ)
влево на величину ЭДС, т.е. эквивалентное ВАХ ветви i
(u_вх)
сдвинута влево по отношению к заданной  ВАХ i
(u_нэ)
на величину ЭДС.

Очевидно,
что для схемы, в которой направление тока и ЭДС противоположны (рис. 2.13,б),
эквивалентная ВАХ будет сдвинута вправо.

Заметим,
что направление смещения (сдвига) определяется простым правилом: если
закоротить входные зажимы схем (U_вх
= 0), то в первом случае значение тока на оси ординат
должно быть положительным, что свидетельствует о необходимости смещения ВАХ
влево. Во второй схеме при тех же условиях ток будет отрицателен, а
результирующая ВАХ расположится правее ВАХ нелинейного элемента.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ
ЧАСТЬ

—     
подвести
итоги занятия;

—     
напомнить
тему, цели и учебные вопросы;

—     
объявить
оценки;

—     
ответить
на вопросы;

—     
отметить
активность и дисциплину на занятии;

—     
дать
задание на самоподготовку.

Список
используемой литературы

1.      
Славинский,
А. К. Электротехника с основами электроники : учебное пособие / А. К.
Славинский, И. С. Туревский. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2020. — 448 с.

2.      
Маркелов,
С. Н. Электротехника и электроника : учебное пособие / С.Н. Маркелов, Б.Я.
Сазанов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 267 с.

Режимы работы электрических цепей:

В электрической цепи различают активные и пассивные элементы (участки). Активными считаются элементы, в которых .преобразование энергии сопровождается возникновением ЭДС (аккумуляторы, генераторы). Пассивными считаются элементы, в которых ЭДС не возникает.

Параметры, характеризующие работу электрической цепи (рис. 2.5) при различных режимах, определяются следующими выражениями.    

Ток в замкнутой цепи

Напряжение на клеммах источника

Падение напряжения на сопротивлении источника

Полезная мощность (мощность потребителя)

2. В режиме короткого замыкания

Таким образом, полезная мощность Р при холостом ходе и коротком замыкании равна нулю. Следовательно, при каком-то значении сопротивления R полезная мощность Р имеет максимальную величину.

Для определения этого значения определим первую производную полезной мощности по току и приравняем ее к нулю, т. е.

или 

Следовательно, максимальная мощность будет при токе

Максимальная полезная мощность выделяется при

Полезная мощность максимальна, когда сопротивление потребителя R станет равным внутреннему сопротивлению источника Это и есть условие максимальной отдачи мощности источником (2.26).

При максимальной отдаче мощности ток в цепи равен а коэффициент полезного действия

так как

К 100 % КПД цепи приближается в режиме, близком к холостому ходу.

Максимальной отдачи мощности добиваются в маломощной аппаратуре: звуковоспроизводящей, радио, магнитофонах и др. В мощных энергетических установках добиваются максимального КПД.

Режим короткого замыкания в электрических установках нежелателен, так как он приводит к большому току (больше номинального), т. е. резкому увеличению выделения тепла и выходу из строя аппаратуры.

Нормальным (рабочим) называется режим работы цепи, при котором ток напряжение и мощность не превышают номинальных значений — значений, на которые источник на приемники энергии рассчитаны заводом-изготовителем.

Пример 2.1

К источнику электрической энергии с ЭДС и внутренним сопротивлением подключен резистор R, сопротивление которого можно изменять (рис. 2.5). Определить ток цепи I, спряжение на клеммах источника U, мощность потребителя Р, мощность источника и КПД цепи при следующих значениях сопротивлений резистора

Решение

1. При сопротивлении резистора

2. При сопротивлении резистора — максимальная отдача мощности)

3. При сопротивлении резистора

Пример 2.2

При замкнутом ключе К (рис. 2.8) показания вольтметра 6 В, а амперметра 1,5 А. Если ключ # разомкнут, то вольтметр покажет 6,6 В. Определить сопротивление потребителя R и внутреннее сопротивление источника Сохранен ли баланс мощностей и каков КПД цепи при замкнутом ключе К?

Решение

При разомкнутом ключе К вольтметр показывает величину ЭДС источника а при замкнутом — напряжение на клеммах источника и потребителя

Тогда сопротивление потребителя

а внутреннее сопротивление источника

Баланс мощностей в работающей цепи: т.е. т.е. баланс мощностей сохранен.

КПД цепи

Пример 2.3

Электрический чайник, рассчитанный на напряжение и ток ежедневно работает 7 минут. Какое количество тепла ежедневно выделяет его нагреватель и столько стоит потребляемая чайником энергия за 1 месяц (30 дней), если 1 кВт-ч энергии стоит 63 копейки?

Решение

Ежедневно энергия, потребляемая чайником, составляет

За 1 месяц чайник потребляет энергии

стоимость которой

Количество тепла, выделяемое ежедневно, равно