Исследование режимов работы источника приемника и линии электропередачи постоянного тока (стр. 2 из 5)

2. Режим короткого замыкания (к.з.) для источника питания возникает в случае, если сопротивление нагрузки

.

Ток источника резко возрастает и достигает своей максимальной величины по (5):

т.е. он ограничивается только внутренним сопротивлением источника. Для этого режима согласно выше приведённым соотношениям остальные параметры принимают следующие значения:

(максимальны)

(максимальна) (21)

(максимальна) (22)

Режим короткого замыкания совместно с режимом холостого хода являются, если можно так выразиться, предельными режимами, ограничивающими область возможных режимов работы источника питания (генератора). Для мощных источников питания режим холостого хода не является “рабочим” поскольку отсутствует полезная мощность

. В то же время и режим короткого замыкания генератора совершенно неприемлем для энергетических систем, поскольку возникающие точки значительно превышают допустимые. Как правило, он является в таких целях аварийным. В маломощных же радиотехнических цепях режимы источников питания, близкие к холостому ходу или короткому замыканию, широко используются на практике. Например, они являются естественным для работы транзисторов и электронных ламп в каскадах предварительного усиления.

3. Согласовательный режим работы источника питания (генератора) соответствует условиям его работы, при которых мощность, передаваемая во внешнюю цепь, достигает максимального значения. Определим эти условия из соотношения (17) на основании известных из курса высшей математики приёмов определения максимумов функции. Имеем:

поскольку в (17) все остальные параметры постоянны. Для существования максимума функции в этой точке должна удовлетворять условиям:

Знаменатель для такого режима при ограниченном значении внутреннего сопротивления

не равен бесконечности (поскольку при , это будет режим холостого хода). Поэтому:

откуда следует, что

максимальна при:

(23)

Подставим (23) в (17), получим:

(24)

(самостоятельно убедиться в правомерности второго необходимого условия существования максимума в точке

). Остальные параметры для такого режима будут иметь значения:

(25)

(26)

(27)

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