Режими роботи електричного кола
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Навантажувальний режим (рис. 14, а). Розглянемо роботу електричного кола при підключенні до джерела будь-якого приймача з опором R (резистора, електричної лампи і т. П.).
На підставі закону Ома е. д. з. джерела дорівнює сумі напруг IR на зовнішній ділянці ланцюга і IR0 на внутрішньому опорі джерела:
З огляду на, що напругу Uі на затискачах джерела дорівнює падінню напруги IR у зовнішній ланцюга, отримаємо:
Ця формула показує, що е. д. з. джерела більше напруги на його затискачах на значення падіння напруги всередині джерела. Падіння напруги IR0 всередині джерела залежить від струму в ланцюзі I (струму навантаження), який визначається опором R приймача. Чим більше буде струм навантаження, тим менше напруга на затискачах джерела:
Режим холостого ходу (рис. 14, б). При цьому режимі приєднана до джерела електричний ланцюг розімкнути, т. Е. Струму в ланцюзі немає. В цьому випадку внутрішнє падіння напруги IR0 дорівнюватиме нулю і напруга на затискачах джерела електричної енергії одно його е. д. з.
Практично к. З. виникає при з'єднанні один з одним проводів, зв'язок-вающих джерело з прийом-ником, так як ці дроти мають зазвичай незначи-тельное опір і його можна прийняти рівним нулю. К. з. може відбуватися в результаті неправильних дій персоналу, що обслуговує електротехнічні уста-новки або при пошкодженні ізоляції проводів (рис. 16). В останньому випадку ці дроти можуть з'єднуватися через землю, що має малий опір, або через навколишні металеві деталі (корпуси електричних машин і апаратів, елементи кузова вагона) .При короткому замиканні струм
З огляду на те, що внутрішній опір джерела R0 зазвичай дуже мало, що проходить через нього струм зростає до дуже великих значень. Напруга ж в місці к. З. стає рівним нулю, т. е. електрична енергія на ділянку електричного кола, розташований за місцем к. з. надходити не буде.
Коротке замикання є аварійним режимом, так як виникає при цьому великий струм може привести в непридатність як сам джерело, так і включені в ланцюг прилади, апарати і дроти.
Слід зазначити, що при заземленні однієї точки електричного кола розподіл струмів в ній не змінюється, так як при цьому не утворюється ніяких нових гілок, за якими могли б протікати струми.
Якщо заземлити дві (або більше) точки ланцюга, що мають різні потенціали, то через землю утворюються додаткова токопроводящая гілка і розподіл струму в ланцюзі змінюється. Отже, порушення або пробою ізоляції електричної установки, одна з точок якої заземлена, створює контур, по якому проходить струм, який представляє собою, по суті справи, струм короткого замикання. При розриві електричного кола все її точки до місця розриву виявляються під одним і тим же потенціалом.
Значення струмів і напруг для складних розгалужених ланцюгів можна знаходити за допомогою законів Кірхгофа.
При цьому струми, спрямовані до вузла, беруть з одним знаком (наприклад, позитивним), а струми, спрямовані від вузла, - з про-протилежний знаком (отрицатель-ним). Наприклад, для вузла А (рис. 17, а)
Перетворюючи це рівняння, отримаємо, що сума струмів, спрямованих до вузла електричного кола, дорівнює сумі струмів, спрямованих від цього вузла:
Другий закон Кірхгофа встановлює залежність між е. д. з. і напругою в замкнутому електричному ланцюзі. Згідно з цим законом у всякому замкнутому контурі алгебраїчна сума е. д. з. дорівнює сумі алгебри падінь напруги на опорах, що входять в цей контур:
При складанні формул, що характеризують другий закон Кірхгофа, значення е. д. з. E і падінь напруг IR вважають позитивними, якщо напрямки е. д. з. і струмів на відповідних ділянках контуру збігаються з довільно обраним напрямом обходу контуру. Якщо ж напрямку е. д. з. і струмів на відповідних ділянках контура протилежні обраним напрямом обходу, то такі е. д. з. і падіння напруги вважають негативними.
Розглянемо як приклад електричний ланцюг, в якій є два джерела з електрорушійної силами Е1 і Е2 (рис. 18, а), внутрішніми
опорами і два приймача з опорами R1 і R2. Застосовуючи другий закон Кірхгофа для цього ланцюга і вибираючи напрямок її обходу за годинниковою стрілкою, отримаємо:
При цьому е. д. з. E1 і ток I збігаються з обраним напрямом обходу контуру і вважаються позитивними, а е. д. з. Е2. протилежна цьому напрямку, вважається негативною.
Якщо в електричному ланцюзі е. д. з. джерел електричної енергії при обході відповідного контуру спрямовані назустріч один одному (див. рис. 18, а), то таке включення називають зустрічним. У цьому випадку на підставі другого закону Кірхгофа струм
Якщо ж е. д. з. джерел електричної енергії мають по контуру однаковий напрямок (рис. 24, б), то таке включення називають згодним і ток
У деяких випадках таке включення неприпустимо, тому що струм в ланцюзі різко зростає.
Якщо в електричному ланцюзі є відгалуження (рис. 18, в), то по окремих її ділянках проходять різні струми I1 і I2. Згідно з другим законом Кірхгофа
При складанні цього рівняння е. д. з. Е1 і ток I1 вважаються позитивними, так як збігаються з прийнятим напрямом обходу контуру, е. д. з. Е2 і ток I2 - негативними.
11. Послідовне, паралельне і змішане з'єднання резисторів.
Значне число приймачів, включених в електричний ланцюг (електричні лампи, електронагрівальні прилади і ін.), Можна розглядати як деякі елементи, які мають певний опір. Ця обставина дає нам можливість при складанні і вивченні електричних схем замінювати конкретні приймачі резисторами з певними опорами. Розрізняють такі способи з'єднання резисторів (приймачів електричної енергії): послідовне, паралельне і змішане.
Послідовне з'єднання. При послідовному з'єднанні декількох резисторів кінець першого резистора з'єднують з початком другого, кінець другого - з
Послідовне з'єднання приймачів пояснює рис. 19, а. Замінюючи лампи резисторами з опорами R1. R2 іR3 отримаємо схему, показану на рис. 19, б.Еслі прийняти, що в істочнікеR0 = 0, то для трьох послідовно-тельно з'єднаних резисторів згідно з другим Кирхгофа можна написати:
Отже, еквівалентний опір послідовної ланцюга дорівнює сумі опорів всіх послідовно з'єднаних резисторів.
Напруга U на затискачах джерела дорівнює сумі напруг на кожному з послідовно включених резисторів.
З'єднувати послідовно доцільно тільки приймачі з однаковими опорами. В іншому випадку прикладена напруга джерела електричної енергії розподіляється між ними нерівномірно і окремі приймачі можуть опинитися під неприпустимо високим для них напругою.
При послідовному з'єднанні приймачів зміна опору одного з них тягне за собою зміну напруги на інших пов'язаних з ним приймачах. При обриві електричного кола в одному з приймачів в інших припиняється струм.
При паралельному з'єднанні до всіх резисторам докладено однакову напругу U. Тому відповідно до закону Ома:
Струм в нерозгалужене частини ланцюга згідно з першим законом Кірхгофа I = I1 + I2 + I3 або
Отже, еквівалентний опір даної ланцюга при паралельному з'єднанні трьох резисторів визначається формулою
При збільшенні числа паралельно включаються резисторів результуючий опір зменшується.
При паралельному з'єднанні приймачів всі вони знаходяться під одним і тим же напругою і режим роботи кожного з них не залежить від інших. Це означає, що струм, що проходить по якомусь з приймачів, не чинитиме істотного впливу на інші приймачі. При будь-якому виключенні або виході з ладу будь-якого приймача інші приймачі залишаються включеними.
перетворення, при якому складний ланцюг послідовними етапами перетворюють в найпростішу.