Режимы работы источников электродвижущей силы; Студопедия

Последнее уравнение показывает, что напряжение на зажимах работающего источника не равно его ЭДС, оно либо меньше, либо больше ЭДС и зависит от режима работы источника.

Режимы работы источников ЭМП

Такое расположение источников, когда они производят токи одинаковый направление называется последовательный согласный. В этом случае оба источника работают в одном режиме -. режим генератора – вырабатывают энергию и передают ее во внешнюю цепь.

Закон Ома для цепи с любым количеством источников.

Такая комбинация источников, когда они генерируют токи в противоположном направлении направление называется последовательно друг с другом.

В этом случае источники работают в разных режимах:

Источник с большей ЭДС (источник, направление ЭДС которого совпадает с направлением тока, протекающего в цепи) работает в режиме gгенератор;

Источник с меньшей ЭДС (источник, направление ЭДС которого противоположно направлению тока, протекающего в цепи) действует следующим образом потребительИсточник находится в режиме потребителя, потребляя часть энергии другого источника.

Из последнего уравнения следует, что напряжение на зажимах работающего источника не равно его ЭДС, оно либо меньше, либо больше ЭДС и зависит от режима работы источника.

Напряжение на клеммах источника, работающего в режиме генератора, меньше его ЭДС на некоторую величину (падение напряжения на внутреннем сопротивлении).

Напряжение на зажимах источника, работающего в режиме потребления, больше его ЭДС на величину .

Напряжение на клеммах источника равно его ЭДС, если цепь разомкнута, или настолько мало, что им можно пренебречь.

0), называется коротким замыканием источника.

Взаимосвязь между ЭДС и напряжением источника. Способы работы электрической цепи

Закон Ома устанавливает зависимость между ЭДС прибора-источника и напряжением на его выводах.

Применяя закон Ома к внешней части цепи, находящейся между клеммами источника, получаем

где U – напряжение на клеммах источника.

Подставив (1.8) в (1.7), получим искомое соотношение:

Значение /7?и падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Таким образом, напряжение на клеммах источника равно его ЭДС минус падение напряжения внутри источника.

Если клеммы источника ЭДС разомкнуты, ток в цепи не течет: I = 0, поэтому I = 0, А E = U. Такой режим работы называется режимом холостого хода. Таким образом, ЭДС источника равна напряжению на его зажимах, когда источник находится в режиме холостого хода, или коротко: ЭДС источника Е равно напряжению холостого хода /Uxx:

Понятно, что ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах и может быть измерена вольтметром, подключенным к клеммам источника электроэнергии в режиме холостого хода.

Режим работы, при котором клеммы источника соединены проводом с очень низким сопротивлением (R

0) называется коротким замыканием источника.

Предполагая в (1.7) Rh + Rh = 0, находим

где / <– ток короткого замыкания.

Внутреннее сопротивление источника ЭДС Rn обычно низкий, поэтому ток короткого замыкания может быть очень высоким, представляя опасность для компонентов схемы и обслуживающего персонала. Режим короткого замыкания обычно является режимом неисправности.

Основным режимом работы схемы является номинальный или расчетный режим. В этом режиме генератор работает с высоким КПД, выдавая максимально допустимый рабочий ток при номинальном напряжении в течение длительного времени. Все электрические нагрузки рассчитаны на номинальное напряжение сети. Это напряжение регулируется национальным стандартом. В сетях постоянного тока он обычно устанавливается на 110, 220 или 440 В. В автомобильных и тракторных сетях обычно устанавливается напряжение 12 В.

Лист № 1.5 (312)

Взаимосвязь между ЭДС и напряжением источника. Режимы электрических цепей

ЭДС батареи 12 В. При токе разряда 10 А напряжение на клеммах составляет 11,7 В.

Лекция 4.

Режимы работы источника E.D.S.

Режим ожидания (переключатель S разомкнут) (Рисунок 3.5). Напряжение холостого хода на выходе источника равно его ЭДС (UХХ = E), ток холостого хода равен нулю (IXX = 0), поскольку сопротивление нагрузки бесконечно (RН = ¥), коэффициент полезного действия (КПД) идеального источника ЭДС в этом режиме стремится к единице (h = 1).

1. Номинальный режим – это режим, для которого предназначен источник (клавиша S закрыта). В таком состоянии источник работает эффективно с точки зрения надежности и экономичности.

IН = IHOM = , UВЫХОД = UNOM,

h = < 1.

2. Скоординированная работа – Режим, в котором на нагрузку подается максимальная мощность.

Источник энергии: PИ=E×I

IНАГР = , UНАГР = IНАГР RН = RН,

PН = UНАГР×IНАГР = RН I 2 НАГР = ( ) 2 RН.

Вопрос: “При каком значении RН будет ли мощность в нагрузке иметь максимальное значение?”, т.е. экстремум функции PН(RН). Для этого мы берем производную выражения Pн=Rн·I 2 =E 2 ·R/(R+R) 2 .

Максимальное значение мощности будет при =0. Это произойдет при Rн=Rw .

Таким образом, в согласованном режиме

4. Режим короткого замыкания – Режим, при котором сопротивление нагрузки равно нулю.

Рисунок 3.6: Зависимость мощности: источника, нагрузки и потерь от тока.

Как видно из рис. 3.6, потери мощности имеют форму параболы в соответствии с формулой Pw= RwI 2 а мощность источника – прямая линия по формуле Pи= EIа затем мощность нагрузки в соответствии с балансом мощности Pи= P+Pнбудет иметь форму перевернутой параболы, потому что Pн= Pи-Pw .

Равновесие силопределение – “Сумма мощностей источников равна сумме мощностей назначения и мощностей потерь”..

Рисунок 3.7: Внешние характеристики реального источника Э.Д.С.

Внешняя характеристика реального источника ЭДС представляет собой прямую линию, убывающую в соответствии с формулой второго закона Кирхгофа Uн=E-UНа сайте=E-RI. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении представляет собой прямую линию, увеличивающуюся Uw=RI.

Rн
Uw
Uн
Uн
Uна веб-странице
Iн
Iн
E
E
E
Rn
E

Рисунок 3.8: Зависимость падения напряжения от источника, приемника и тока от сопротивления нагрузки.

На рис. 3.8 показана зависимость падения напряжения на источнике, приемнике и тока от величины сопротивления нагрузки. Как видно, эти зависимости имеют форму гиперболы. Действительно, в формуле Eи Rwявляются константами, а Rн – является переменной, поэтому это уравнение гиперболы. График падения напряжения на внутреннем сопротивлении также представляет собой гиперболу, поскольку согласно закону Ома Uw=RвходIн , Rw

является константой, а график Iн(Rн) является гиперболой, поэтому также Uw(Rw) также является гиперболой.

Вопросы, связанные с темой лекции.

1. условие эквивалентности для схем.

2. Эквивалентное последовательное сопротивление, схема, формула. 3.

3. Эквивалентное сопротивление с параллельным сопротивлением, схема, формула.

4. преобразование реального источника ЭДС в эквивалентный источник тока. Схема, формула.

5. преобразование реального источника тока в эквивалентный источник ЭДС. Схема, формула.

6. преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду, схемы, формулы.

7. преобразование эквивалентных резисторов звезды в эквивалентные резисторы треугольника, схемы, формулы.

8. теорема об эквивалентном осцилляторе (Гельмгольц – Технен), формула сема.

9. Теорема об эквивалентном источнике тока (Нортон).

10. Режимы работы источника (типы) ЭМП.

11. источник ЭДС холостого хода, схема, условия, для чего он используется.

12. Номинальная работа источника ЭДС, определение, формулы для падения напряжения: на нагрузке, на внутреннем сопротивлении.

13. номинальный режим работы источника ЭДС, определение, формулы для тока и КПД.

14. Источник ЭДС номинального режима, определение, формулы для мощности: источник, нагрузка, потери.

15. баланс сил, определение, формула.

16. согласованный режим работы источников ЭМП, если применимо.

17. условие для согласованного режима работы, доказательство.

18. режим короткого замыкания ЭДС, ток короткого замыкания, формула.

19. Зависимость мощности и КПД от тока, формулы для доказательства вида этих графиков.

20. Зависимость ЭДС, падения напряжения на нагрузке и на внутреннем сопротивлении от тока, формулы для доказательства вида этих графиков.

21. Зависимость ЭДС, тока, падения напряжения на внутреннем сопротивлении и на нагрузке от величины сопротивления нагрузки.

Лекция 4.

Прокрутите до верха

Живите по принципу: ЧТО ЕСТЬ В МИРЕ? Я не случайно указываю на то, что пространство в вашей голове ограничено, а информации вокруг вас много, и что вы имеете на нее право.

Первый номер журнала “Аполлон” в 1909 году начинался с заявления редакторов о своей миссии.

Легко ввязаться в драку, не понимая различий между мужчинами и женщинами.

Конфликты в семейной жизни. Как его изменить? Немногие браки и отношения существуют без конфликтов и напряжения. Все через это проходят.

Так что в скоординированном режиме.

Режимы работы источника E.D.S.

1. Режим ожидания (клавиша S открыта) (Рисунок 3.5). Напряжение холостого хода на выходе источника равно его ЭДС (UХХ = E), ток холостого хода равен нулю (IXX = 0), поскольку сопротивление нагрузки бесконечно (RН = ¥), коэффициент полезного действия (КПД) идеального источника ЭДС в этом режиме стремится к единице (h = 1).

2. Номинальный режим – это режим, для которого предназначен источник (клавиша S закрыта). В таком состоянии источник работает эффективно с точки зрения надежности и экономичности.

IН = IHOM = , UВЫХОД = UNOM,

h = < 1.

3. согласованная работа – Режим, в котором на нагрузку подается максимальная мощность.

Источник энергии: PИ=E×I

IНАГР = , UНАГР = IНАГР RН = RНпоэтому

PН = UНАГР×IНАГР = RН I 2 НАГР = ( ) 2 RН.

Вопрос: “При каком значении RН будет ли мощность в нагрузке иметь максимальное значение?”, т.е. экстремум функции PН(RН). Для этого мы берем производную выражения Pн=Rн·I 2 =E 2 ·R/(R+R) 2 .

Максимальное значение мощности будет при =0. Это произойдет при Rн=Rw .

Таким образом, в согласованном режиме

4. Режим короткого замыкания – Режим, при котором сопротивление нагрузки равно нулю.

Рисунок 3.6. Зависимость мощности: источника, нагрузки и потерь от тока.

Как видно из рис. 3.6, потери мощности имеют форму параболы в соответствии с формулой Pw= RwI 2 а мощность источника – прямая линия по формуле Pи= EIа затем мощность нагрузки в соответствии с балансом мощности Pи= Pw+Pнбудет иметь форму перевернутой параболы, потому что Pн= Pи-P . Баланс сил, определение – “Сумма мощностей источников равна сумме мощностей назначения и мощностей потерь”..

Рисунок 3.7: Внешние характеристики реального источника E.D.S.

Внешняя характеристика реального источника ЭДС представляет собой прямую линию, убывающую в соответствии с формулой второго закона Кирхгофа Uн=E-Uw=E-RI. Падение напряжения на внутреннем сопротивлении представляет собой прямую линию, увеличивающуюся Uw=RI.

Рисунок 3.8: Зависимость падения напряжения от источника, нагрузки и тока от сопротивления нагрузки.

На рис. На рис. 3.8 показана зависимость падения напряжения на источнике, нагрузке и токе от величины сопротивления нагрузки. Как видно, зависимость имеет форму гиперболы. Действительно, в формуле Eи Rwявляются постоянными величинами, а Rн – является переменной, поэтому это уравнение гиперболы. График падения напряжения на внутреннем сопротивлении также представляет собой гиперболу, поскольку согласно закону Ома Uw=RвходIн , Rw

является константой, а график Iн(Rн) является гиперболой, поэтому также Uw(Rw) также является гиперболой.

Вопросы, связанные с темой лекции.

1. условие эквивалентности для схем. 2.

2. Эквивалентное сопротивление для последовательного сопротивления, схема, формула. 3.

3. Эквивалентное сопротивление с параллельным сопротивлением, схема, формула.

4. преобразование реального источника ЭДС в эквивалентный источник тока. Схема, формула.

5. преобразование реального источника тока в эквивалентный источник ЭДС. Схема, формула.

6. Преобразование треугольных резисторов в эквивалентную звезду, схемы, формулы.

7. преобразование резисторов замещения звезды в эквивалентные резисторы треугольника, диаграммы, формулы.

8. теорема об эквивалентном осцилляторе (Гельмгольц – Технен), формула сема.

9. Теорема об эквивалентном источнике тока (Нортон).

10. режимы работы источника ЭМП (типы).

11. источник ЭМП холостого хода, схема, условия, что делается.

12. номинальная работа источника ЭДС, определение, формулы для падения напряжения: на нагрузке, на внутреннем сопротивлении.

13. Номинальная работа источника ЭДС, определение, формулы для тока и КПД.

14. Источник ЭДС номинального режима, определение, формулы для мощности: источник, нагрузка, потери.

15. баланс сил, определение, формула.

16. согласованный режим работы источников ЭМП, если применимо.

17. условие для согласованного режима работы, доказательство.

18. режим короткого замыкания ЭДС, ток короткого замыкания, формула.

19. Зависимость мощности и КПД от силы тока, формулы для доказательства вида этих графиков.

20. Зависимость ЭДС, падения напряжения на нагрузке и внутреннего сопротивления от тока, формулы для доказательства вида этих графиков.

21. Зависимость ЭДС, тока, падения напряжения на внутреннем сопротивлении и на нагрузке от величины сопротивления нагрузки.

. (1.12)

1.3 Законы Кирхгофа

Электрические цепи делятся на неразветвленные и разветвленные. Неразветвленные цепи – это источники и потребители электроэнергии, соединенные последовательно. Источники электроэнергии могут быть подключены согласованно (в одном направлении) или встречно (в разных направлениях).

Разветвленные цепи – это цепи, в которых источники и потребители электроэнергии соединены параллельно или смешаны. Такие цепи являются сложными, поэтому используется либо закон Кирхгофа, либо другие методы расчета цепей постоянного тока.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю:

. (1.15)

На схеме на рисунке 1.8 показано параллельное соединение трех электрических потребителей, направление токов для узла “a” отмечено.

Рисунок 1.8: Электрическая цепь с параллельным соединением потребителей

Считайте направление тока к узлу положительным, а направление тока от узла – отрицательным. Затем, используя выражение (1.15), для узла “a” запишем:

или .

Второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения на резистивных элементах

, (1.16)

где m – число резистивных элементов, n – число ЭДС в цепи.

При этом необходимо определить направление обхода контура, а также направления токов в ветвях контура и источники ЭДС.

Рассмотрим один из контуров сложной электрической цепи с определенным направлением перехода контура в схеме рис.1.9. Согласно второму закону Кирхгофа, напишите:

Величина тока в неразветвленной электрической цепи с несколькими источниками (рис. 2.1) определяется отношением алгебраической суммы ЭДС всех источников к полному сопротивлению объекта

Режимы работы источников тока. Диаграмма потенциалов

Рассмотрим неразветвленную линейную электрическую цепь с несколькими источниками энергии (рис. 2.1).

Величина тока в неразветвленной электрической цепи с несколькими источниками (рис. 2.1) определяется отношением алгебраической суммы ЭДС всех источников к общему сопротивлению цели

Режимы работы источников тока. Диаграмма потенциала

Для определения знаков ЭДС в алгебраической сумме условно определяется направление обхода цепи: по часовой стрелке или против часовой стрелки. Источник ЭДС в том же направлении, что и выбранное направление обхода, считается положительным, а источник ЭДС в направлении, отличном от выбранного направления обхода, считается отрицательным. Например, если направление обхода – по часовой стрелке (рис. 2.1), то

Режимы работы источников тока. Диаграмма потенциалов

Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

Если в результате расчета получается знак плюс, то направление тока совпадает с выбранным направлением обхода, а если знак минус, то направление тока в цепи противоположно выбранному направлению обхода. Источники, электродвижущая сила которых совпадает с направлением тока, работают в режиме генератора, а источники, электродвижущая сила которых не совпадает с направлением тока, работают в режиме приемника.

Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

При испытании и расчете некоторых электрических цепей необходимо определить потенциалы различных точек цепи и построить потенциальную диаграмму. Для этого можно использовать следующую формулу

В цепи Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов(рис. 2.1) точка Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциаловимеет положительный потенциал, а точка Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов– имеет отрицательный потенциал, и поэтому Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

поскольку источник действует как генератор, т.е.

Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

По сюжету Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциаловточка Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциаловимеет положительный потенциал, а точка Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов– отрицательный, поэтому Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциаловисточник с напряженностью электромагнитного поля Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциаловвыступает в качестве потребителя, т.е.

Режимы работы источников тока. Диаграмма потенциалов

Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

Поэтому потенциал точки может быть записан в виде

Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

если цепь шунтирована в направлении тока, или

Режимы работы источников питания. Диаграмма потенциалов

если цепь шунтирована в направлении, противоположном току.

Отсюда можно сделать следующий вывод (правило): если обойти цепь или участок цепи в направлении тока, то потенциал в каждой точке определяется потенциалом предыдущей точки плюс ЭДС источника, работающего в режиме генератора, минус ЭДС режима потребителя и минус падение напряжения на участке между точками цепи.

Знаки ЭДС и падения напряжения меняются на противоположные, когда цепь проходит в направлении, противоположном направлению тока. Потенциальная диаграмма – это график потенциалов точек в цепи в зависимости от величины сопротивления участков между этими точками.

Эта страница взята со страницы лекций по Теоретическим основам электротехники (TEE):

Вы можете найти эти страницы полезными:

Помощь студентам lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal lfirmal

Образовательная страница для студентов и школьников

Запрещается копирование этой страницы без указания активной ссылки “www.lfirmal.com” в качестве источника.

© Людмила Анатольевна Фирмаль – официальный сайт кафедры математики Дальневосточного государственного физико-технического института

Читайте далее:
Сохранить статью?