Лабораторная работа: Вплив навантаження на основні характеристики передачі енергії джерелом постійного струму

Режим короткого замикання. Коротке замикання має місце при R = 0 . Для цього режиму

;U = 0; DU = E; ; P₂ = 0iDP = P₁ ; .

При короткому замиканні струм у колі досягає максимального значення.

Режим узгодженого навантаження.Оскільки у двох розглянутих випадках корисна потужність Р₂ = 0, то доцільно знайти умову, за якої ця потужність матиме максимальне значення. Зрозуміло, що ця потужність буде залежити від опору R за умови, що е.р.с. Е і внутрішній опір r будемо вважати незмінними.

З цією метою з рівняння /4.5/ визначимо похідну і прирівнюємо її до нуля:

або .

Звідки виходить, що .

Отже, потужність, що виділяється у зовнішньому навантаженні буде максимальною, коли опір навантаження дорівнює внутрішньому опору джерела.

Такий режим роботи називають узгодженим режимом або режимом узгодженого навантаження.

Очевидно, в цьому випадку будемо мати:

; ; ; ;

; і .

Режим узгодженого навантаження використовують у тих випадках, коли необхідно забезпечити максимально можливе значення вихідної потужності, не звертаючи увагу на величину к.к.д.

Такі режими роботи бувають доцільними в електронних пристроях, для яких характерні невеликі рівні потужності. Електричні системи великої потужності, наприклад, системи енергопостачання, працюють в режимі, близькому до режиму холостого ходу, що забезпечує їх високий к.к.д.

Графіки зміни Е, , , Р₁ , , і в залежності від струму І, тобто від режиму роботи, зображені на рис.4.2.

Рис.4.2.

Електричні кола постійного струму, окрім лінійних елементів, часто мають і нелінійні елементи. Кола, які складаються з лінійних і нелінійних елементів, називаються нелінійними колами. На ділянці кола з нелінійним елементом не виконується закон Ома, бо залежність струму від прикладеної напруги є нелінійною. Крива, яка відображає залежність струму від напруги, називається вольтамперною характеристикою .

Вольтамперною характеристикою лінійного елемента, наприклад, резистора, є пряма лінія, а нелінійного - крива. Характер нелінійності вольтамперної характеристики різних нелінійних елементів різний. Він залежить від природи нелінійного елемента. Нелінійні елементи створювали для того, щоби реалізувати процеси, які не можуть відбуватися в лінійних колах. Зокрема, вони дають змогу стабілізувати в певних межах напругу чи струм, їх підсилювати, а також змінювати їх за бажаними нелінійними законами тощо.

Нелінійні елементи поділяються на некеровані і керовані. В некерованих елементах (діоди, баретори, стабілітрони тощо) опори однозначно визначає вольтамперна характеристика, а в керованих (транзистори, тиристори та інші) сама вольтамперна характеристика залежить від величини керуючого впливу. Окрім того, вольтамперні характеристики нелінійних елементів бувають симетричними і несиметричними відносно початку координат.

Рис. 4.3

На рис.4.3 наведена вольтамперна характеристика напівпровідникового діода, із якої видно, що величина опору залежить як від величини напруги, так і від її полярності і буде різною. Така характеристика є несиме-тричною. При розрахунку нелінійних кіл вводять поняття статичного R_{c т} і динамічного R_д опорів. Статичним опором нелі-нійного елемента у будь-якій точці вольтамперної характеристики називають опір, який вираховують за законом Ома

. /4.8/

Динамічним опором нелінійного елемента є похідна напруги за струмом в даній точці, тобто

. /4.9/

Отже, динамічний опір кількісно визначає нахил вольтамперної характеристики і він буде дорівнювати котангенсу кута нахилу дотичної до осі абсцис в даній точці характеристики. Чим більше кривизна вольтамперної характеристики, тим більше відрізняється динамічний опір нелінійного елемента від статичного.

Розрахунок нелінійних електричних кіл можна вести аналітичним і графічним методами. Аналітичні методи є складними і громіздкими. Якщо відома вольтамперна характеристика нелінійного елемента, то використовують метод графічного розрахунку.