Закони Кірхгофа. Електричні кола постійного струму. Магнітні кола, страница 3

Основні розрахункові співвідношення в системі  «джерело-споживач»,  яка  утворює одноконтурне електричне коло:

- струм з урахуванням послідовного з'єднання R₀ i R_H та на основі закону Ома:

- електрична напруга на вихідних затискачах джерела і на навантаженні, на підставі другого закону Кірхгофа:

U = E-R₀I,

де R₀I - спад напруги всередині джерела;

та ж напруга, але з позиції приймача:

U = R_HI,

- потужність, яка виробляється джерелом:

- потужність, яка віддається навантаженню:

- втрати потужності всередині джерела:

ΔP = P₁-P₂ = R₀I²,

- коефіцієнт корисної дії (ККД) джерела:

6. Характеристики і режими роботи лінійного джерела електроенергії постійного струму

При змінному навантаженні роботу джерела (рис. 2.2) оці­нюють за допомогою його характеристик. Під характеристи­ками роботи джерела розуміють деякі функції, що пов'язують величини, супутні його роботі. Звичайно прийнято брати як аргумент струм І і розглядати функції - характеристики U(I), Р₁(I), Р₂(I), η(I). Заува­жимо, що залежність U(I) має власну назву: зовнішня харак­теристика джерела. Якщо вона прямолінійна, то джерело називається лінійним, відповідно, у схемі заміщення на рис. 2.2 значення Е і R₀ є постійними. Характеристики джерела елект­роенергії отримують, змінюючи величину опору навантаження R_н від ∞ до 0.

Для виявлення вигляду цих функцій спочатку розглянемо конкретний числовий приклад, а потім отримаємо типові вирази і графіки цих функцій у відносних одиницях (в.о.).

Таблиця 2.1

RH, ОМ	∞	100	40	20	10	4	0
І, А	0	2	4	6	8	10	12
U, В	240	200	160	120	80	40	0
Р1, Вт	0	480	960	1440	1920	2400	2880
Р2, Вт	0	400	640	720	640	400	0
η	-	0,833	0,667	0,5	0,333	0,167	0

Розраховуючи характеристики джерела за схемою на рис. 2.2, задамо його ЕРС Е=240 В і внутрішній опір R₀=20 Ом. Задаючи також ряд значень опору навантаження R_н, проводимо розра­хунки І, U, Р₁, Р₂ і η за формулами (2.1-2.5) і (2.7). Результати роз­рахунків зведемо до табл. 2.1 і за цими даними на рис. 2.3 побуду­ємо відповідні графіки, які і є згаданими вище характеристиками джерела U(І), Р₁(І), Р₂(І), η(I).

Із безлічі точок на характеристиках виділяють кілька особли­вих точок за віссю струму І і у відповідності з цим для джерела встановлені наступні його режими роботи:

1. Холостий хід, або неробочий режим (XX) - режим, при якому навантаження вимкнене, тобто R_н=∞, і тоді I=0; и U_xx=Е; Р₁=0; Р₂=0; η наближається до 1, але за суттю є невизначеною величиною, хоча реально вважається, що ККД дорівнює нулю.

2. Короткезамикання (КЗ) - затискачі джерела замкнуті нако­ротко, тобто R_н=0, і тоді U=0;  (струм КЗ); ; ;  (струм І і потужність Р₁, що виробляється, тут є максимальними).

Рис. 2.3

3. Режим узгодже­ного навантаження (УН) - у цьому режимі належить встановити такий опір R_н, щоб від даного джерела отри­мати максимально можливу потужність Р₂.

Використовуючи вираз  (2.5) для визначення екстремуму, беремо похідну  і, розв’язуючи одержане рівняння, маємо умову узгодженого навантаження R_н = R₀. При цьому отримуємо такі співвідношення величин ; ; ; ; .

4. Номінальний режим (НР - або «ном») - це режим най­більш ефективної роботи, що характеризується номінальними значеннями напруги U_Н0М і струму I_ном, які встановлює розробник і виготівник конкретного джерела електроенергії.

На рис. 2.3 на осі струму вказані точки XX,УН і КЗ, які нале­жать відповідним режимам. Точка НР не має фіксованої позиції і, В принципі, може знаходитися в будь-якому місці, в залежності Від конкретних вимог до джерела. Однак найбільш типовим є положення точки НР між XX і УН, причому ближче до XX. При цьому виходять із потреби поєднання достатньо високих значень напруги і ККД. Якщо ж від даного джерела треба передати в навантаження максимально можливу потужність, то точка НР буде збігатися з точкою УН. При необхідності отримання гранич­них значень струму точка НР знаходитиметься біля точки КЗ.