Питання по матеріалу, який вивчається:

1. Який зв'язок існує між електричною напругою і електричним потенціалом? Визначення еквіпотенціальної поверхні?

2. Яка властивість провідників використовується для електростатичного екранування?

3. Поняття електричного струму, як він пов'язаний з зарядом електрона?

4. Який зв'язок між густиною електричного і електричною провідністю?

5. Як визначити електричну провідність провідника, у яких одиницях вона вимірюється, як пов'язана з електричним опором?

6. Як впливає температура на величину електричного опору?

7. Дати визначення основним і допоміжним елементам електричного кола

-11-

Лекція 4 Режими роботи електричних кіл.

Схеми заміщення електричних кіл.

1. Номінальний режим.

2. Робочий режим.

3. Режим холостого ходу і короткого замикання.

4. Схеми заміщення елементів електричних кіл.

Дом. завд. [1] стор. 51 - 57, зад. 3.14, 3.16

1. Режим роботи електричного кола визначається величиною струмів, напруг та потужностей його окремих елементів.

Основні і допоміжні елементи електричного кола характеризується номінальними величинами Ін, Uн, Рн, на які ці пристрої розраховані заводами - виробниками для нормальної роботи. Ці величини зазначені у паспорті пристрою.

Режим роботи, при якому дійсні значення І, U, Р елементів кола відповідають номінальним (паспортним), має назву номінального (нормального). Перебільшення номінальних величин не допустимо!

2. Якщо у електричному колі дійсні характеристики відрізняються від номінальних величин його елементів, але знаходяться у допустимих значеннях, режим має назву робочого.

Розглянемо найпростіше коло, яке складається з джерела електричної енергії і приймача зі змінним опором.

Оскільки приймач з'єднаний безпосередньо з затискачами а і b джерела, то напруга приймача дорівнює напрузі джерела.

U = Uаb = I*R

Залежність U(t) або І(U) має назву вольт - амперної характеристики (ВАХ). По заданій ВАХ можливо визначити опір приймача.

Складемо рівняння енергетичного балансу

Wд-Wо=Wn,

де Wд = Е*І*t - енергія джерела, Wn = І²*R*t - енергія приймача,

Wо - енергія збитків у джерелі, Wо = І²*r*t - де г - внутрішній опір джерела. Енергетичний баланс має вигляд:

Е*І*t = І²*R*t + І²*r*t

Баланс потужностей: Е*І = І²*R +I²*R

Баланс напруг: Е = І*R + І*г, Е = U + Uо,

де U - напруга на зовнішніх затискачах джерела,

Uo - внутрішній спад напруги у джерелі

Струм у колі: I = E/R+r - повний закон Ома.

З рівняння балансу напруг бачимо, що напруга V на зовнішніх затискачах джерела менша ніж е.р.с. джерела

U=Е-I*r

-12-

Відношення потужності приймача Рп до потужності джерела Рд має назву коефіцієнту корисної дії джерела:

η=Pn/Pд=U*I/E*I=U/E

3. У схемі опір приймача R можна змінювати від „О" до нескінченності. При R. = нескінченності коло розімкнуте, струм у колі відсутній I=0

U = Uаb = Е - І*г = Е

Це режим холостого ходу: Uх = Е, Iх = О

При R = 0; U = Uаb = 0; І*г = Е

Це режим короткого замикання: Uк.з = 0; Ік.з = Е/г

Залежність напруги й від струму І має назву зовнішньої характеристики джерела

По заданій зовнішній характеристиці джерела можливо знайти параметри джерела Е та

г=Е/Ік.з.

Для ідеального джерела живлення г = О Потужність, яку розвиває джерело при к.з:

Рк.з = Е*Ік.з = I²к.з.*r', дорівнює потужності збит­ків у самому джерелі, що може викликати пере­грів генератора і його пошкодження.

У режимі холостого ходу: Іхх = E/R+r=E/∞+r=0 ; Pxx=E*Ixx=0

Якщо опір провідників у колі порівняний з опором елементів кола, його потрібно дораховувати.

Розглянемо коло, яке складається з ідеального джерела живлення Е=U і ділянок з опорами R1 = R2 = г₁/2 - опір провідників; Rз = r₂ - змінний опір приймача.

По закону Ома I = E/r₁+r₂ . напруга на опорі провідників

U₁= I*r₁, напруг на затискачах приймача

U₂=і*г₂=Е-U₁=Е-і*r₁

При Rз = r₂ = ∞ --> Iхх = 0; U₁х == Iх*г₁ = О

U2=Е-U₁х=Е

При Rз = r2 = 0 --> Ік.з =Е/r1; U1к ⁼ Ік*r1 = Е

U2к⁼Iк*r2=0

Побудуємо залежність напруги U1 та U2 від струму І в колі.

При струмі в колі І = Ік.з/2 спад напруги у провідниках і у приймачі однакові.

При І < 0.5 Ік.з U2 > U1

При І < 0.5 Ік.з U2 < U1

-13-

Побудуємо залежності потужностей джерела, приймача і з'єднувальних провідників.

1) Потужність джерела Р = Е*І

при R.з = ∞; Іхх = 0; Рхх = О

при Rз=0 Ik=Е/r1; Рк.з=Е²/r₁

вЛ,Р

2) Потужність збитків у провідниках:

P₁=I²*r1; P1k=(E/r1)²

3) Потужність приймача;

Р₂ ⁼ Р – Р1 = Е*І – І²* r₁= І² * r₂= U₂*І

При r2 = ∞ -> P2 = І²*r₂ = 0, Іхх ⁼ О

при r2 = 0 -> P2 = І²*r₂ = О

Знайдемо найбільше значення потужності приймача, дорівнюючи похідну функції P2 (І) дo “0

P₂=E*I-I²r₁

dP₂ /dI=E-2I* r₁=0, звідки = 2I* r₁ ; I = E/ 2r₁

Значення потужності P₂ буде максимальним у точці І=0.5 Iк.з, таким чином при опорі приймача, який дорівнює постійному опору провідників (г₂ = г₁).

P_2max=(r₂*I²)_max=r₁*=r1*

Режим кола, при якому опір приймача дорівнює опору іншої частини кола, має назву узгодженого режиму по потужності з коефіцієнтом корисної дії/

η=P₂/P=(r₂*I²)/(r₁+r₂)I²=r₂/r₁+r₂=0.5=50%

Половина енергії перетворюється у тепло на опорі провідників.

Для енергетичних установок дозволені збитки 5%. У пристроях автоматики, телемеханіки та електрозв'язку, де потужності невеликі, намагаються передати приймачу, по можливості, найбільшу частину потужності джерела, тому для цих пристроїв робота в узгодженому режимі -найкраща.