ста и мощности EI я U1. Так как /г. = О, то согласно (1 15)

Уменьшение сопротивления г приводит к увеличению тока /, падения нанряження /гц, потерь мощности 1\ и мощности EI. Напряжение U и КПД нри этом уменьшаются.

Для юго чтобы можно было судить о характере изменения мощности приемника, выразим ее следующим образом:

номинального тока;

= £/го I .

Рпотр = 1г = Е

(1.22)

Анализ выражения (1.22) показывает, что с уменьшением со-протавлеяня г мощность Рпогр позрастает и при г -г достигает малснмальяого значения. Дальнейшее уменьшение г приводит к уменьшению Рпотр. Прн г = О Рпотр = 0. Максимальное значение мощности Рпотр соответствует согласованному режиму работы приемника. Нетрудно установить, что прн согласованном режиме и - 0,5Е, Рпотр = 0,5Рвыр, Л = 0,5.

С технико-экономической точки зрения согласованный режим является нерациональным, так как к приемнику поступает лшпь половина вырабатываемой источником мощности. Согласованный режим используется в некоторых радиотехнических устройствах, в автоматике и измерительной технике, когда важно получить максимальную мощность приемника. Энергетические соображения при этом не имеют решающею значения из-за малого абсолютного значения мощности.

В промышленных установках, где приходится иметь дело со значш-ельными мощностями, важно, чтобы к прнемшку поступала основная часть вырабатываемой мощноС1и, а КПД имел большое значение. Это имеет место прн г г.

Именно такое соотношение согфотавленнй н характерно для Номинального режима работы энергетических установок. Так как: прн номинальном режиме г г, то Uhom = номГ оао и согласие (1.15) напряжение источника будет мало отличаться от его ЭДС.

Если выводы приемника окажутся замкнутыми накоротко, например вследствие выхода из строя изоляции, то электрическая цепь будет работать в режиме короткого замыкания. В этом случае во всех соотношениях, полученных ранее, следует положить г - 0.

Так как прн номинальном режиме г Го, то номинальный ток / =/ном определяется в основном значением сонротивления г [см. (1,14)]. Поскольку при коротком замыкании г = О, то г, = = Го и ток короткого замыкания оказывается намного больше 28

Естественно, что прн коротком замыкании U = Ir = О и /noip = = 0. Мощность P.bfp - значительно возрастет и целиком ореобразуется в теплоту в сопротивлении г. Последнее может привести к выходу из строя изоляции и даже к перегоранию проводов. В источнике, кроме того, наблюдается ряд других нежелательных явлений.

Простейшими аппаратами для защиты от возможных последствий коротких замыканий являются предохранители (П, и П, на рис. 1.4,(1). Предохранитель имеет плавкую вставку, представляющую собой короткий проводник с меньшей термической стойкостью по сравнению с другими злементами цепи. Прн коротком замыкании плавкая вставка перегорает и отключает поврежденный участок иепи. Плавкие вставки изготовляются в большинстве случаев из медной проволоки и имеют настолько малое сопротивление, что практически не влияют на токи, напряжения и мощность в электрической цепи.

В дальнейшем предохранители на схемах изображаться не будут.

Одной из важнейших характеристик источников электрической энергнн является нх внешняя характеристика U{I). Внешняя характеристика показывает, как зависит напряжение источника от тока нагрузки, подчиняется уравнению (I.I5), при £ = = const н = const нрсдставляст собой прямую лннню (рис. 1.4,6, характеристика I). На характеристике показаны точки, со-птветстяующие режимам холостого хода, короткого замыкания и номинальному режиму работы нсточника.

Из соотношения (1.15) атедует, что напряжение нсточннка можно считать постоянным н равным его ЭДС (V = Е = const), если пренебречь внутренним сопротнпленнем источника. В этом случае источник называют идеальным источником ЭДС. Внешняя характеристика идеального источника приведена на рис. 1.4,6 (характеристика 2).

1.10.2. Электрические цепн с последовате.1ьным соелннением резис1нвных элемэтгов. Последовательным называется такое соеднневне алементон, когда условный конец первого элемента соединяется с условным началом второго, конец второго - с началом третьего и т. д. Характерным для нсследовятельного С1л;динення является один н тот же ток во всех элементах. Последовательное соединение нашло широкое иркмененне иа практике. Например, последовательно с приемником г часто включается резистор Гр для регулирования напряжения, тока или мощности приемника (рнс. 1.5,а). Для расширения пределов измерения вольтметров последовательно с ними включают добавочные резисторы Гд (рнс. 1,5, б). С помощью рео-

---JS)

Рве. 1.5. Схема электрическмх цепей с последовательным соединением резистивных элементов

стата, включаемого последовательно в различные ветвн цепн даигателя постоянного тока, производят изменение его пускового тока илн частоты вращения.

В общем случае при последовательном соециненки п резистивных элементов (рис. 1.5, в) ток в цепи, 1кшряжения на элементах и noipe-бляемыс ими мощности опрецеляются следующими соотношениями;

где kl, 2,n - номер э]смента; = 5 - эквивалентное сопротивление цепи.

Напряжение и мощность всей цепи

Соотношение между напряжениями, моиспостямв и сопротнвле-ниями элементов

где ( = 1, 2, ..., я - номер элемента.

С помощью приведенных формул нетрудно выяснить хак-тер изменения тока, напряжений и мощноетей при изменении значений сопротивлений или числа включенных резистивных элементоя. Например, если увеличить число элементов, то эквивалентное сопротивление возрастает, а ток, напряжения и мощности ранее включенных элементов уменьшаются; уменьшаетсл также н общая мощность.

Приемники электрической энергии последовательно, как правило, не соединяются, так ках при этом требуется согласование номинальных данных приемников, исключается возможность независимого их включения и отключения, а при выходе из строя одного нз приемников отключаются также остальные нриемннки. Чаще их включают параллельно.

-о-1-L-I а; ~* I I

Рис. 1.6. Схемы электрических цепей с параллельным соеданением резистнввых элементов

1А03. Электрические ifeim с параллельным соедмнеонем резистивных элементов. ПapaллeльпJм на-зывается такое соединение резистивных элементов, при котором соединяются между Собой как условные начала всех элементов, так и их концы (рис. 1.6,а). Характерным для параллельного соеднненнн является одно и то же нагфяжение V на выводах всех элаяен-тов. Параллельно соединяются обычто различные приемники электрической энергии н другие элементы электрических цепей, рассчитанные на одно и то же напряжение. При параллельном соединении не требуется согласовывать номинальные данные ттриемников, возможно иключение и отключение любых приемников независимо от остальных, а при выходе из с1Т)оя какого-либо приемника остальные остаются включенными.

Параллельное соединение применяется часто для расширения пределож измерения амперметров (рис, 1.6,6): если ток 1 а элеггрической цепи превышает номинальный ток /.м амперметра, параллельно с ним включают шунтирующий резистор г ,. Нередко параллелькое соединеняе используют для умень-ше1ша эквивалентного сонротивлення какого-либо участка электрнческон цепи.

Токи и мотцностн параллельно соединенных ветвей (рис. 1.6, а) при 1= const не зависят друг от друга н определяются по формулам

Toe а мощность исей цепи

l = th = hfr,-vig,= Vg, = V/r,

g3 = f,gK-4 B!Uiein:Hm проводимость; г, = 1*/ - эквивалентное Сопротивление.

Соотношения между токами, мощностями, пронолимостямн и сопротивлениями:

При увеличении числа параллельно соединенных ветвей эквивалентная проводимость электрической цепн возрастает, а эквивалентное сопротивление соответственно уменьшается. Это приводит к увеличению тока /. Если напряжение остается постоянным, то увеличивается также общая мощность Р; токн и мощности ранее включенных ветвей не изменяются.

1.10.4. Электртческне цшл со смешашым соедииеннш резистивных элементов. Смешанным, или Последовательно-параллельным, называется такое соединение резнстивных элементов, при котором на одних участках электрической цепи они соединены параллельно, а на других последовательно.

Смешанное соединение имеет место, например, при пнтаннн приемников с сопротивлениями г, н По проводам электрической сети с сопротивлениям я (рис. 1.7, а), при регулировании напряжения приемника г с помощью делителя напряжения (потенциометра) Гд (рис. 1.8, а), в случае измерения вольтметром напряжения иа одном нз резисторов (рнс. 1.8, б).

Анализ я расчет электрических цепей со смешанным соединением резистивных элементов производится чаще всего путем предварительных нх преобразонаний. Рассмотрим в качестве примера последовательность расчета электрической цепи, изображенной на рис. 1.7, а.

Пример 1.2. В электрической цепи рис. \Л,а U = 115 В г, = = 20 Ом, Г2 = 30 Ом, г = 0,5 Ом.

Определить юкн, напряжение приемников, мощности преемников, потери напряжения и мощноои в проводах, мощность, потребляемую от источника.

Решение. Электрическая цепь рис. 1.7,д может быть заменена цепями, изображенными на рнс, 1.7,5 и в, в которьлх

= 12 Ом, г, = г, + 2г = 13 Ом.

Используя электрическую цепь, изображенную на ряс. 1.7,в, определим ток /, а перейдя к цепям рнс. 1.7, а н б. найдем напряжение и токи /, и

/ = [ Гэ 8,85 А; U. = /г, = 106.2 В;

5,31 А; h=VJr:l.,$A К. Мощности приемников и мощность, потребляемая из сети, 1 = Ji * 564 Вт. Pj = U/j 376 Вт, P = UI 1018 Вт

а.) -о-

Рис. 1.7. Схема электрической цепи (й1 к примеру 1.2 и схемы + эквивалентных ей цепей (6 и в]

Рис. 1.8 Примеры электрических цепей со смешанным соединением резистивных элементов

5) -о~

Потерн напряжения и мощности в проводах 2/л - 8,85 В, 2;> X 78 Вт.

Используя соотношения, иолугенные в примере 1.2, нетрудно сделать следующие важные выводы в отношении характера изменения различных величин прн смешанном соединеннн резистивных элементов. С увеличением числа приемников в электрической цепи (см. рве. 1.7,а) сопротивления г,; н г, уменьшатся. Это приведет к увеличению тока /, мощности Р, потерь напряжения 2/гл н мощности 2ir,. Из-за увеличения потерь напряжения в проводах снизится напряжение и как следствие этого уменьшатся токн 1 и /j, а также мощности Р,

Чтобы напряжение приемников незначительно колебалось при измеиеник их числа или режима работы и было близким к номинальному, площадь поперечного сечения S проводов рассчитывают по допустимой потере напряжения Ml прн номинальном режиме нз формулы

ли., =-100 =

21 р1 C.o S

100.

В электрнческшс цепях различного назначения допустимая потеря напряжения лежит примерно в пределах 2-6%.

Из двух сечений проводов, определенных по нагреванию и допустимой потере напряжения, выбирают большее.

2 Электротехника 33