Физика / Лабораторная работа: Исследование режимов работы источника приемника и линии электропередачи постоянного тока

Лабораторная работа: Исследование режимов работы источника приемника и линии электропередачи постоянного тока

или (28)

В таком случае мощность источника, отдаваемая во внешнюю цепь хотя и максимальна, но равна мощности потерь на внутреннем сопротивлении, поэтому к.п.д. составляет всего 50%.

Это режим с таким низким к.п.д. также неприемлем для работы энергетических систем, в которых потери генератора, как правило, не должны превышать 5%

В то же время согласованный режим работы источника сигнала и нагрузки широко используется в технике связи, автоматике, вычислительной технике и т.п. В этих областях электротехники, с малыми абсолютными значениями мощности сигнала, важно, чтобы как можно большая доля этой мощности была использована в нагрузке (например, в телефонной трубке или громкоговорителе).

4. Номинальный режим работы источника питания соответствует его работе с такими параметрами, на которые он рассчитан заводом-изготовителем. Параметры номинального режима указаны в паспорте источника питания (генератора). Соблюдение номинального режима гарантирует эффективное и экономичное производство электрической энергии.

Для мощных (силовых) электротехнических устройств номинальный режим соответствует случаю, когда . При этом к.п.д. генератора равна единице, т.е. потери внутри генератора незначительны. Для некоторых радиотехнических цепей (ламповые цепи или цепи на полевых транзисторах) такой режим также является нормативным. В этом случае говорят, что генератор работает в условиях, близких к холостому ходу.

Нормальная работа устройств, как отмечалось выше, в условиях передачи максимальной мощности является для них также номинальным режимом. В этом случае говорят, что согласованный режим является для такого источника нормальным. При этом .

Наконец, встречаются устройства, например, в контрольно измерительной технике, когда в приёмнике стремятся получить максимально возможный ток, значение которого не должно практически зависеть от сопротивления приёмника. Источник энергии (сигнала), в этом случае, работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания, который обеспечивается условием . Для таких устройств номинальным режимом является режимом короткого замыкания.

Рассмотрим и проанализируем совокупность зависимостей источника питания (генератора) при изменении его режима от холостого хода до короткого замыкания. Зависимость (4) называется внешней характеристикой генератора (источника питания). Её график (в случае пассивной резистивной нагрузки) изображен на рис.3. С изменением тока от нуля ( – ток холостого хода) до максимального (вн – ток короткого замыкания) напряжение на концах генератора уменьшается от до . Это происходит из-за того, что с уменьшением и ростом тока увеличиваются потери напряжения на . Поэтому напряжение на зажимах источника меньше на величину . Чем больше источника, тем больше потери напряжения при одном и том же токе (рис.4). При (рис.4) внешняя характеристика параллельна оси токов и отвечает собственно источнику питания (идеальному источнику ЭДС). В нашем случае внешняя характеристика при , если зависимость . Графики указанных зависимостей приведены на рис.5. Рассмотрим остальные зависимости, характеризующие режимы работы источника. - зависимость потерь напряжения от тока. В соответствии с (7) при – const, эта зависимость есть прямая линия, проходящая через точки при и при . - зависимость мощности собственно источника от тока, согласно соотношению (12), есть прямая линия, проходящая через точки при и

- зависимость потерь мощности источника на сопротивление . Согласно соотношению (14), при – const, график этой зависимости имеет вид параболы, поскольку потери мощности пропорциональны .

- зависимость мощности генератора, отдаваемой во внешнюю цепь. Определим вид этой зависимости. Для этого проведём преобразование соотношения (16):

(29)

Зависимость (29), как функция есть уравнение параболы, повёрнутой ветвями вниз. Вершина параболы имеет координаты по оси токов и по оси мощностей и является точкой максимума этой функции (рис.5).

Обоснуем данную зависимость энергетическими соображениями:

(30)

(31)

(32)

(33)

Элементы и соединены последовательно. Поэтому, согласно балансу мощности в цепи:

(34)

мощность источника распределяется на этих элементах пропорционально их сопротивлениям.

С увеличением , начиная от режима холостого хода и до согласованного режима . Поэтому большая доля мощности, развиваемой источником, поставляется в нагрузку. Т.е. на участке от до кривая расположена выше кривой и обе они лежат под кривой согласно (34). Рассмотрим, далее, как изменяются на этом же участке приращения мощности , и при изменении тока :