Два режима работы источника питания электротехника

ДВА РЕЖИМА РАБОТЫ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

Ток в цепи (рис. 1) с двумя, источниками питания можно определить, пользуясь методом наложения. В этом случае ток в каждом участке цепи определяют как алгебраическую сумму токов, создаваемых каждым из источников, действующих независимо друг от друга при неизменных сопротивлениях цепи.

I₁ = E₁ : (r₀₁ + r₀₂ + r)

При наличии в цепи одного первого источника ток в цепи

I₂ = E₂ : (r₀₁ + r₀₂ + r)

Он совпадает по направлению с. э. д. с. Е₁.

При наличии в цепи одного второго источника ток в цепи картинка

Направление его совпадает с направлением э. д. с. Е₂.

Действительный ток в цепи при одновременном действии двух источников и одинаковом направлении их э. д. с.

I = I₁ + I₂ = E₁ + E₂ : (r₀₁ + r₀₂ + r)

Если э. д. с. источников направлены встречно, то ток в цепи

I = I₁ — I₂ = E₁ — E₂ : (r₀₁ + r₀₂ + r)

Рис. 1. Электродвижущая сила и токи в цепи с двумя источниками питания при Ei > Е₂.

При встречном направлении э. д. с. источников ток в цепи возможен только при Е₁ ≠ Е₂.

По какому принципу работают 2 режима

Допустим, что Е₁ > Е_г, в этом случае ток цепи будет направлен в ту же сторону, что и большая э. д. с. Е₁ и встречно к Е₂ (рис. 1). Электродвижущая сила, направленная противоположно току, называется встречной э. д. с. или противо — э. д. с.

Формуле можно придать следующий вид:

Е₁ — Е₂ = Ir₀₁ + Ir₀₂ + Ir

откуда э. д. с. первого источника

Е₁ = Е₂ + Ir₀₁ + Ir₀₂+ Ir

Напряжение U_АБ на зажимах первого источника

U₁ = E₁ — Ir₀₁ = E₂ + Ir₀₂ + Ir

а напряжение U_ba на зажимах второго источника

U₂ = Е₂ + Ir₀₂ 

Умножив все части уравнения на ток I, получим: 

U₁I = E₁I — I₂r₀₁ = E₂I + I₂r₀₂ + I₂r

Последнее уравнение представляет секундный баланс энергии рассматриваемой цепи. Мощность Е₁I, развиваемая первым источником, за вычетом мощности I²r₀₁, преобразуемой в тепло в этом источнике, представляет собой мощность U₁I отдаваемую первым источником во внешнюю, по отношению к нему, цепь.

Эта мощность расходуется в сопротивлении r и во втором источнике. Мощность I₂r, получаемая от первого источника, преобразуется в тепло в сопротивлении r. Мощность I₂r₀₂ преобразуется в тепло во втором источнике, являясь его тепловыми потерями.

Наконец, мощность E₂I, получаемая вторым источником от первого, преобразуется в нем в химическую или механическую в зависимости от устройства этого источника (аккумулятор, который в этом случае заряжается, или машина постоянного тока, которая в этом случае работает электродвигателем).

Режим генератора и режим потребителя

Таким образом, источники питания могут работать или в режиме генератора или в режиме потребитель электрической энергии.

Если источник работает в режиме генератора, то его напряжение меньше э. д. с. (U < Е), а направление тока совпадает с направлением его э. д. с.

Если источник работает в режиме потребителя, то его напряжение больше э. д. с. (U > E), а ток и э. д. с. имеют противоположные направления.

Статья на тему Два режима работы источника питания

На рис. 2-10 показана цепь с двумя источниками питания и их внутренними сопротивлениями Ток в этой цепи можно определить по методу наложения, как алгебраическую сумму токов, созданных отдельными источниками. Допустим сначала, что э, д. с. первого источника , а второго затем наоборот, .

В первом случае ток в цепи, совпадающий по направлению с э. д. с. , может быть выражен через

Во втором случае ток, совпадающий по направлению с э. д. с. ,

Рис. 2-10. Цепь с двумя источниками.

При одновременном действии э. д. с., т. е. при , ток в цепи найдем сложением токов (метод наложения), т. е.

При одинаковом внутри контура направлении э. д. с. токи также направлены одинаково.

При встречном (как показано на рис. 2-10) направлении ток в цепи равен разности токов:

т. е. он возникает только при , а направлений тока совпадает с направлением большей э. д. с.

Допустим, что тогда направление тока I совпадет с направлением и будет противоположно направлению Электродвижущая сила направленная встречно току, называется встречной или противо-э. д. с.

В сопротивлении (участок БВ, рис. 2-10) электрическая энергия преобразуется в тепловую. Мощность на этом участке

а падение напряжения на этом участке

На участке ВГ, кроме тепловой мощности развивается еще мощность которая преобразуется в химическую или механическую в зависимости от устройства источника (аккумулятор или электрическая машина), так как электрические силы совершают работу по преодолению действия встречной э. д. с. Таким образом, источник с противо-э. д. с. работает в режиме потребителя.

Развиваемая на участке ВГ мощность

а напряжение на нем

(2-46а)

Следовательно, напряэюение на зажимах источника, работающего в режиме потребителя, равно сумме э. д. с. и внутреннего падения напряжения.

На участке БА э. д. с. совпадает по направлению с током I, так что источник с э. д. с. (аккумулятор или электрическая машина) работает в режиме генератора. Поэтому э. д. с. его равна сумме напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения (2-8)

а напряжение на зажимах генератора

(2-46б)

Из написанного следует, что напряжение на зажимах источника, работающего в режиме генератора (т. е. отдающего электроэнергию), равно разности э. д. с. и внутреннего падения напряжения.

Развиваемая источником, работающим в генераторном режиме, мощность (2-25)

Представим
простейшую электрическую цепь схемой
рис.1.1, на которой указан реальный
источник ЭДС, например аккумулятор.

Существуют
следующие режимы работы источника
электрической
энергии постоянного тока: номинальный
режим, рабочий режим, режим холостого
хода, режим короткого замыкания.

Режимы
работы источника электрической энергии
определяет вольт-амперная характеристика
(рис.1.4) — зависимость напряжения U
от
тока
.

Номинальный
режим источника характеризуется
номинальными параметрами источника,
соответствующими расчётным паспортным
значениям завода-изготовителя, к которым
относятся параметры: Iном,Uном
и Рном, где Рном номинальная мощность
источника. По Uном
рассчитывается сопротивление изоляции
проводов, по Iном
рассчитываются условия нагрева проводов
по допустимому току.

Рис.1.4.
Вольт-амперая характеристика источника
ЭДС

Точка

=
соответствует режиму холостого хода,
точка Iк
—
режиму короткого замыкания реального
источника ЭДС.

.
(1.11)

При

= 0 идеализированный источник электрической
энергии называется идеальным источником
ЭДС, а вольт-амперная характеристика
(рис.1.5) определяется выражением:

.
(1.12)

Такой
источник называется также источником
напряжения. На этом же рисунке приведено
условное схемное изображение источника
напряжения.

Рис.1.5.
Идеальный источник ЭДС

В
электрических цепях с полупроводниковыми
приборами и электронными лампами

значительно превышает
.
Источник электрической энергии, у
которого
,
называется идеальным источником тока
с параметром:

.
(1.13)

Такому
источнику соответствует характеристика
рис.1.6:

Рис.1.6.
Идеальный источник тока

На
этом же рисунке приведено условное
схемное изображение источника тока.

Если
все слагаемые формулы (1.11) разделить на
внутреннее сопротивление

источника, то получим выражение:

.
(1.14)

Откуда
следует, что ток источника тока J
складывается из тока
I
(во внутреннем участке цепи) и тока I
(во
внешнем участке цепи). Схема с источником
тока J
приведена на рис.1.7:

Рис.1.7.
Электрическая схема цепи с источником
тока

1.3. Законы Кирхгофа

Электрические
цепи делятся на неразветвленные и
разветвленные цепи. Неразветвленные
цепи представляют собой последовательно
соединенные источники и приёмники
электрической энергии. При этом источники
электрической энергии могут иметь либо
согласное включение (одинаковое
направление), либо встречное включение
(направление разное).

Разветвленными
называются цепи, в которых источники и
приемники электрической энергии
соединены параллельно или имеют смешанное
соединение. Такие цепи являются сложными,
и для их расчета используются либо
законы Кирхгофа, либо другие методы
расчёта цепей постоянного тока.

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

.
(1.15)

На
схеме рис.1.8 показано параллельное
соединение трёх приемников электрической
энергии, указано направление токов для
узла ‘‘а’’.

Рис.1.8.
Электрическая цепь с параллельным
соединением приемников

Будем
считать направление тока к узлу
положительным, а от узла отрицательным.
Тогда, используя выражение (1.15), для узла
“а” напишем:

или

.

Второй
закон Кирхгофа: во всяком замкнутом
контуре электрической цепи алгебраическая
сумма ЭДС равна алгебраической сумме
падений напряжений на резистивных
элементах:

,
(1.16)

где
m
— число резистивных элементов, n
— число ЭДС в контуре.

При
этом необходимо задаться направлением
обхода контура, а также направлениями
токов в ветвях контура и источников
ЭДС.

На
схеме рис.1.9. рассмотрим один из контуров
сложной электрической цепи с указанным
направлением обхода контура. По второму
закону Кирхгофа запишем:

Рис.1.9.
Пример схемы расчёта по второму закону
Кирхгофа

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #

  15.02.20154.06 Mб15jvc_kd-sx995.pdf
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Два режима работы источника питания

На рис. 2-10 показана цепь с двумя источниками питания и их внутренними сопротивлениями r₀₁ и r₀₂ . Ток в этой цепи можно определить по методу наложения, как алгебраическую сумму токов, созданных отдельными источниками. Допустим сначала, что э, д. с. первого источника E₁ 0 , а второго E₂ 0, затем наоборот, E₁ , а E₂ .

В первом случае ток в цепи, совпадающий по направлению с
э. д. с. E₁ может быть выражен через:

Во втором случае ток, совпадающий по направлению с э. д. с. E₂ ,

При одновременном действии э. д. с, т. е. при E₁ и E₂ , ток в цепи найдем сложением токов I ₁ и I ₂ (метод наложения), т. е.

При одинаковом внутри контура направлении э. д. с. , E₁ и E₂ токи I ₁ и I ₂ также направлены одинаково.
При встречном (как показано на рис. 2-10) направлении э. д. с, E₁ и E₂ ток в цепи равен разности токов:

т. е. он возникает только при E₁ E₂ , а направление тока совпадает с направлением большей э. д. с. Допустим, что E₁ > E₂ , тогда направление тока совпадет с направлением E₁ и будет противоположно направлению E₂ . Электродвижущая сила E₂ направленная встречно току, называется встречной или противо-э. д. с.
В сопротивлении r (участок БВ, рис. 2-10) электрическая энергия преобразуется в тепловую. Мощность на этом участке

а падение напряжения на этом участке

На участке ВГ, кроме тепловой мощности I 2 r₀₂ , развивается еще мощность E₂ I , которая преобразуется в химическую или механическую в зависимости от устройства источника (аккумулятор или электрическая машина), так как электрические силы совершают работу по преодолению действия встречной э. д. с. Таким образом, источник с противо-э. д. с. E₂ работает в режиме потребителя.
Развиваемая на участке ВГ мощность

Следовательно, напряжение на зажимах источника, работающего в режиме потребителя, равно сумме э. д. с. и внутреннего падения напряжения.
На участке БА э. д. с. E₁ совпадает по направлению с током I ,, так что источник с э. д. с. (аккумулятор или электрическая машина) работает в режиме генератора. Поэтому э. д. с. его равна сумме напряжения на зажимах и внутреннего падения напряжения .

а напряжение на зажимах генератора

Из написанного следует, что напряжение на зажимах источника, работающего в режиме генератора (т. е. отдающего электроэнергию), равно разности э. д. с. и внутреннего падения напряжения.
Развиваемая источником, работающим в генераторном режиме, мощность (2-25)

Источник питания может работать как в режиме генератора, так и в режиме потребителя электрической энергии. В первом случае его напряжение меньше э. д. с. ( U E) , а направления тока и э. д. с. совпадают. Во втором случае его напряжение больше э. д. с.
( U > E) , а ток и э. д. с. имеют противоположные направления.

Источник

Режимы работы источников ЭДС.

Такое включение источников, когда они вырабатывают токи одинакового направления, называется последовательным согласным. При этом оба источника работают в одинаковом режиме – режиме генератора – вырабатывают энергию и отдают её во внешнюю цепь.

Закон Ома для цепи с любым количеством источников.

Такое включение источников, когда они вырабатывают токи встречного направления, называется последовательным встречным.

При этом источники работают в разных режимах:

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

Источник с меньшей ЭДС (источник, направление ЭДС которого противоположно направлению тока, протекающего в цепи) работает в режиме потребителя, потребляет часть энергии другого источника.

Из последнего уравнения видно, что напряжение на клеммах работающего источника неравно его ЭДС, оно либо меньше, либо больше, чем ЭДС, и зависит от режима работы источника.

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

Напряжение на клеммах источника, работающего в режиме потребителя, больше его ЭДС на величину .

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

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 1178 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Режимы работы электрической цепи

Для электрической цепи наиболее характерными являются режимы нагрузочный, холостого хода и короткого замыкания.

Нагрузочный режим . Рассмотрим работу электрической цепи при подключении к источнику какого-либо приемника с сопротивлением R (резистора, электрической лампы и т. п.).

На основании закона Ома э. д. с. источника равна сумме напряжений IR на внешнем участке цепи и IR0 на внутреннем сопротивлении источника:

Учитывая, что напряжение Uи и на зажимах источника равно падению напряжения IR во внешней цепи, получим:

Эта формула показывает, что э. д. с. источника больше напряжения на его зажимах на значение падения напряжения внутри источника . Падение напряжения IR0 внутри источника зависит от тока в цепи I (тока нагрузки), который определяется сопротивлением R приемника. Чем больше будет ток нагрузки, тем меньше напряжение на зажимах источника:

Падение напряжения в источнике зависит также и от внутреннего сопротивления R0. Зависимость напряжения Uи от тока I изображается прямой линией (рис. 1). Эту зависимость называют внешней характеристикой источника.

Пример 1. Определить напряжение на зажимах генератора при токе нагрузки 1200 А, если его э. д. с. равна 640 В, а внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

Решение. Падение напряжения во внутреннем сопротивлении генератора

Напряжение на зажимах генератора

Из всех возможных нагрузочных режимов наиболее важным является номинальный. Номинальным называется режим работы, установленный заводом-изготовителем для данного электротехнического устройства в соответствии с предъявляемыми к нему техническими требованиями. Он характеризуется номинальными напряжением, током (точка Н на рис. 1) и мощностью. Эти величины обычно указывают в паспорте данного устройства.

От номинального напряжения зависит качество электрической изоляции электротехнических установок, а от номинального тока — температура их нагрева, которая определяет площадь поперечного сечения проводников, теплостойкость применяемой изоляции и интенсивность охлаждения установки. Превышение номинального тока в течение длительного времени может привести к выходу из строя установки.

Рис. 1. Внешняя характеристика источника

Режим холостого хода . При этом режиме присоединенная к источнику электрическая цепь разомкнута, т. е. тока в цепи нет. В этом случае внутреннее падение напряжения IR0 будет равно нулю

Таким образом, в режиме холостого хода напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его э. д. с. (точка X на рис. 1). Это обстоятельство можно использовать для измерения э. д. с. источников электроэнергии.

Режим короткого замыкания . Коротким замыканием (к. з.) называют такой режим работы источника, когда его зажимы замкнуты проводником, сопротивление которого можно считать равным нулю. Практически к. з. возникает при соединении друг с другом проводов, связывающих источник с приемником, так как эти провода имеют обычно незначительное сопротивление и его можно принять равным нулю.

Короткое замыкание может происходить в результате неправильных действий персонала, обслуживающего электротехнические установки, или при повреждении изоляции проводов. В последнем случае эти провода могут соединяться через землю, имеющую весьма малое сопротивление, или через окружающие металлические детали (корпуса электрических машин и аппаратов, элементы кузова локомотива и пр.).

При коротком замыкании ток

Ввиду того что внутреннее сопротивление источника R0 обычно очень мало, проходящий через него ток возрастает до весьма больших значений. Напряжение же в месте короткого замыкания становится равным нулю (точка K на рис. 1), т. е. электрическая энергия на участок электрической цепи, расположенный за местом короткого замыкания, поступать не будет.

Пример 2. Определить ток короткого замыкания генератора, если его э. д. с. равна 640 В и внутреннее сопротивление 0,1 Ом.

Короткое замыкание является аварийным режимом, так как возникающий при этом большой ток может привести в негодность как сам источник, так и включенные в цепь приборы, аппараты и провода. Лишь для некоторых специальных генераторов, например сварочных, короткое замыкание не представляет опасности и является рабочим режимом.

В электрической цепи ток проходит всегда от точек цепи, находящихся под большим потенциалом, к точкам, находящимся под меньшим потенциалом. Если какая-либо точка цепи соединена с землей, то потенциал ее принимается равным нулю. В этом случае потенциалы всех других точек цепи будут равны напряжениям, действующим между этими точками и землей.

По мере приближения к заземленной точке уменьшаются потенциалы различных точек цепи, т. е. напряжения, действующие между этими точками и землей. По этой причине обмотки возбуждения тяговых двигателей и вспомогательных машин, в которых при резких изменениях тока могут возникать большие перенапряжения, стараются включать в силовую цепь ближе к “земле” (за обмоткой якоря).

В этом случае на изоляцию этих обмоток будет действовать меньшее напряжение, чем если бы они были включены ближе к контактной сети на электровозах постоянного тока или к незаземленному полюсу выпрямительной установки на электровозах переменного тока (т. е. находились бы под более высоким потенциалом). Точно также точки электрической цепи, находящиеся под более высоким потенциалом, являются более опасными для человека, соприкасающегося с токоведущими частями электрических установок. При этом он попадает под более высокое напряжение по отношению к земле.

Следует отметить, что при заземлении одной точки электрической цепи распределение токов в ней не изменяется, так как при этом не образуется никаких новых ветвей, по которым могли бы протекать токи. Если заземлить две (или больше) точки цепи, имеющие разные потенциалы, то через землю образуются дополнительная токопроводящая ветвь (или ветви) и распределение тока в цепи меняется.

Следовательно, нарушение или пробой изоляции электрической установки, одна из точек которой заземлена, создает контур, по которому проходит ток, представляющий собой, по сути дела, ток короткого замыкания. То же происходит в незаземленной электрической установке при замыкании на землю двух ее точек. При разрыве электрической цепи все ее точки до места разрыва оказываются под одним и тем же потенциалом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник