Расчет параметров различных режимов работы электрической цепи

Практическое занятие №2

 

 

Цель: рассчитать параметры основных режимов работы электрической цепи.

 

Оборудование: методические указания, учебник, микрокалькулятор, линейка.

 

Краткие теоретические сведения

 

Из всех режимов работы электрических цепей и отдельных их элементов наиболее характерны:

- номинальный режим;

- согласованный режим;

- режим холостого хода (х.х.)

- режим короткого замыкания (к.з.).

Номинальным называется режим работы, установленный заводом-изготовителем для данного электротехнического устройства в соответствии с предъявляемыми к нему техническими требованиями. Для электрических величин, определяющих номинальный режим, относятся номинальное напряжение, номинальный ток, номинальная мощность.

Генераторы, потребители и другие элементы электрических цепей производят не на любые напряжения, а на ограниченное число определенных напряжений. Шкала этих напряжений, которые принято называть номинальными, устанавливаются государственным стандартом.

Согласованным называется режим, при котором источник отдает во внешнюю круг наибольшую мощность Рmах. Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим холостого хода характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания. В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника. Можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, полярность потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу. В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

 

Порядок выполнения расчета

 

1 Выписать исходные данные согласно варианту (таблица 2.1) и вычертить схему цепи (рисунок 2.1).

 

 

Рисунок 2.1 – Схема электрической цепи

 

Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета

 

Вариант	Е, В	rо, Ом	Вариант	Е, В	rо, Ом	Вариант	Е, В	rо, Ом
		1,5			1,5			1,5
		1,5
								3,5
		1,5						1,5
		2,5
					1,5
								1,5

 

2 Рассчитать основные параметры цепи в режиме короткого замыкания при R = 0.

Сила тока в цепи

(2.1)

 

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника

∆U=I·r_о, В; (2.2)

 

Напряжение на зажимах источника, т.е. напряжение, приложенное к цепи

U=E-∆U, В; (2.3)

Мощность источника

Р_И = Е· I, Вт; (2.4)

 

Мощность потерь внутри самого источника

∆Р=∆U· I, Вт; (2.5)

 

Мощность потребителя

Р=U·I, Вт; (2.6)

 

Коэффициент полезного действия (КПД)

(2.7)

Результаты расчета занести в таблицу 2.2.

 

3 С помощью формул (2.1) - (2.7) выполнить расчет всех параметров в режиме холостого хода при R = ∞.

4 В верхнюю строку таблицы 2.2 записать ещё 2 произвольных значения тока (от режима короткого замыкания до режима холостого хода) и обязательно значение тока, равное I_КЗ/2 (режим согласованной нагрузки).

Расчет сопротивления приемника электрической энергии (сопротивление нагрузки) выполнить по формуле

(2.8)

Таблица 2.2 – Результаты расчета

Режим работы цепи	Режим холостого хода		Согласованный режим		Режим короткого замыкания
I	А
Е	В
rо	Ом
R	∞
∆U	В
U
PИ	Вт
∆Р
Р
h

Результаты расчетов сопротивления свести в таблицу 2.2.

5 Построить графики:

- Е = f(I), U = f(I), ∆U = f(I) в одной системе координат (рисунок 2.2);

- Р_И = f(I), Р =f(I), h = f(I) в другой системе координат (рисунок 2.3).

 

Рисунок 2.2

Р, Вт

 

Рисунок 2.3

6 Проанализировать изменение параметров электрической цепи при изменении в ней тока.

 

Содержание отчета

 

1 Тема и цель занятия.

2 Исходные данные для расчета.

3 Схема электрической цепи.

4 Расчет параметров цепи в режиме короткого замыкания.

5 Таблица результатов расчета.

6 Графики, построенные по результатам расчета.

7 Вывод по результатам расчета.

 

Контрольные вопросы

 

1 Дайте характеристику режимам работы электрической цепи: номинальному, согласованному, холостого хода, короткого замыкания.

2 В каком режиме работы электрической цепи можно измерить ЭДС?