Режим холостого хода электрической цепи

Режимы холостого хода и короткого замыкания

При = ∞ ток в цепи будет равен нулю. Этот режим соответствует размыканию цепи. Режим электрической цепи, при котором = 0, называется режимом холостого хода. При режиме холостого хода .

Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок внешней цепи ( =0), в связи с чем напряжение на этом участке равно 0, называется режимом короткого замыкания.

При , а . Ток называется током короткого замыкания. Короткие замыкания в электрических цепях нежелательны, т.к. токи короткого замыкания во много раз превышают номинальные величины. Это приводит к порче электрических установок и источников электрической энергии.

Схемы замещения электрических цепей

Для облегчения расчета составляется схема замещения электрической цепи, т.е. схема, отражающая свойства цепи при определенных условиях. На схеме замещения изображают все элементы, влиянием которых нельзя пренебречь, и указывают электрические соединения между ними.

Элементы электрических цепей бывают пассивными и активными. Элементы цепи, в которых электрическая энергия преобразуется в тепло, называются пассивными. Они характеризуются сопротивлением (рисунок 2а) ли проводимостью .

Элементы электрической цепи, в которых преобразование энергии осуществляется при наличии ЭДС, называются активными. Они характеризуются величинами ЭДС и внутренним сопротивлением .

Если

= 0. Тогда и .Такой источник энергии называют источником ЭДС (источником напряжения) (рисунок 2б).

Рисунок 2. Источник ЭДС

В некоторых случаях, источник электрической энергии заменяют другой эквивалентной схемой, где вместо ЭДС источник характеризуется его током короткого замыкания (КЗ) , а вместо внутреннего сопротивления r в схему вводится внутренняя проводимость (рисунок 3а).

Рисунок 3. Схема представлена в виде источника тока КЗ и проводимостей

Возможность такой замены доказывается, если уравнение поделить на сопротивление , то: , где ; — ток КЗ источника; — ток приемника; – проводимость приемника. .

Если внутреннее сопротивление >> , то >> и можно положить, что = 0 (рисунок 3б). В этом случае = = .

Такой источник с неизменным током, не зависящим от внешнего сопротивления , называется источником тока.

Таким образом, один и тот же источник электрической энергии может быть заменен в расчетной схеме источником ЭДС или источником тока.

Для проведения расчетов электрических цепей сначала необходимо принципиальную электрическую схему преобразовать в схему замещения, в которой отсутствуют элементы, не влияющие на режим работы схемы.

Используя конкретную принципиальную схему (рисунок 4а), составим схему замещения (рисунок 4б).

Рисунок 4. Принципиальная схема устройства и ее схема замещения

В принципиальной схеме: Г – генератор электрической энергии, Пр – предохранители, Л – линия электропередачи, П₁ – потребитель 1, П₂ – потребитель 2, К – ключ, Р – рубильник, В – выключатель.

Элементами, не влияющими на режим работы схемы, являются все амперметры и вольтметры, все коммутирующие элементы и предохранители. Они не влияют на результаты расчета и поэтому в схеме замещения отсутствуют.

В схеме замещения (рисунок 4б) генератор представлен источником ЭДС и внутренним сопротивлением . Линия Л представлена сопротивлением , а потребители П₁ и П₂ представлены соответственно сопротивлениями и . Участок, вдоль которого течет один и тот же ток, называется ветвью электрической цепи. Место соединения ветвей называется узлом электрической цепи. Ветви, не содержащие источников электрической цепи, называются пассивными, а ветви, в которые входят источники, называются активными.

Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называется контуром электрической цепи. На схеме замещения таких контуров три: 1 – 2 – 5 – 6 — 1; 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 — 1;

На схеме замещения стрелками отмечаются положительные направления ЭДС, напряжений и токов. ЭДС направлена от отрицательного зажима к положительному зажиму (так же как и ток).

Положительное направление напряжения на участке цепи совпадает с направлением тока: от точки большего потенциала к точке меньшего потенциала.

Основная цель расчета электрической цепи заключается в определении токов в ее ветвях. Зная токи, нетрудно найти напряжения и мощности ветвей и отдельных элементов цепи.

Для расчета электрических цепей наряду с законами Ома применяются два закона Кирхгофа, являющиеся следствиями закона сохранения энергии.

Режим холостого хода (электроника)

Режим холосто́го хо́да в электронике — состояние двухполюсника, при котором к его выводам не подключено никакой нагрузки (то есть, другими словами, сопротивление нагрузки бесконечно).

Часто вместо термина Режим холостого хода используется аббревиатура: Режим ХХ или просто ХХ.

Применение

Рассмотрение режима холостого хода применяется при анализе электрических цепей (к примеру, внутреннее сопротивление). В режиме холостого хода напряжение на двухполюснике равно напряжению генератора напряжения в эквивалентной схеме двухполюсника.

См. также

Режим короткого замыкания
Опыт холостого хода

Литература

Электротехника и электроника: Учебник для сред. проф. образования / Б. И. Петленко, Ю. М. Иньков, А. В. Крашенинников и др.; Под ред. Б. И. Петленко. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 320 с. ISBN 5-7695-1114-1

Теоретические основы электроники
Источники питания

Wikimedia Foundation . 2010 .

1.6. Холостой ход и короткое замыкание тока.

В режиме холостого хода внешняя цепь разомкнута (рис. 1.8.) При этом ее сопротивление равно бесконечности, а величина тока в цепи равна нулю. Следовательно, напряжение на зажимах генератора: U_xx= E.

Короткое замыкание возникает обычно в результате повреждения изоляции соединительных проводов. При этом зажимы генератора оказываются замкнуты проводником с ничтожно малым сопротивлением (рис. 1.9).

Рис. 1.9 Режим короткого замыкания.

Практически напряжение на зажимах генератора в режиме короткого замыкания равно нулю, и сопротивление цепи равно внутреннему сопротивлению генератора R₀. Так как R₀ обычно мало, величина тока короткого замыкания I_кз= оказывается очень большой.

Короткое замыкание является аварийным режимом работы и представляет собой большую опасность для электрических установок, т.к. может повлечь за собой их разрушение, вследствие перегрева, вызванного большими токами.

1.7. Расчет сложных электрических цепей постоянного тока.

Приведем основные понятия сложной цепи. Несколько последовательно соединенных элементов цепи, по которым проходит один и тот же ток, образуют ветвь. В общем случае ветвь может содержать как сопротивления, так и ЭДС.

Точка соединения трех и более ветвей называют узловой точкой или узлом.

Несколько ветвей, образующих замкнутую электрическую цепь называют контуром.

1.7.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

Универсальным методом расчета токов в сложных цепях постоянного тока с несколькими источниками электрической энергии, является метод непосредственного применения I и II законов Кирхгофа.

К узловым точкам схемы применяется I закон Кирхгофа, согласно которому сумма токов, притекающих к узлу равна сумме токов уходящих от него, т.е. алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. ∑I =0

К контурам применяется II закон Кирхгофа, согласно которому алгебраическая сумма ЭДС, действующих в контуре, равна сумме падений напряжений на всех сопротивлениях контура.

По первому и второму законам Кирхгофа составляют столько уравнений, сколько неизвестных токов в цепи. По первому закону Кирхгофа составляют n-1 уравнений, где n – число узлов в цепи. Недостающие уравнения составляют по второму закону Кирхгофа.

Рассмотрим применение метода на примере сложной электрической цепи, схема которой представлена на рис. 1.10

Рис. 1.10. Сложная электрическая цепь постоянного тока.

Расчет токов, протекающих в ветвях сложной цепи, проводят по следующим правилам:

По возможности упрощают схему, заменяя параллельно соединенные сопротивления одним эквивалентным. Для рассматриваемой схемы имеем

R₅₆₇ =

Определяют количество искомых токов в цепи и произвольно задают их направления. Количество искомых токов равно количеству ветвей в цепи. В рассматриваемой цепи после упрощения остается три ветви abcd, ad, afed, следовательно, требуется найти значения трех токов I_1, I_2, I_3, для чего необходимо составить три уравнения по законам Кирхгофа.
Определяют количество узлов в цепи и для всех узловых точек, кроме одной составляют уравнения по первому закону Кирхгофа. В рассматриваемой цепи две узловые точки a и d. Поэтому, по первому закону Кирхгофа составляется одно уравнение для узловой точки a, в соответствии с заданными направлениями токов

I₁ + I₂ = I₃ (1.11)

Выбирают произвольное направление обхода контуров по или против часовой стрелки и по второму закону Кирхгофа составляют недостающие уравнения. Для рассматриваемой цепи необходимо составить еще два уравнения. Они составляются по второму закону Кирхгофа, для контуров adef и abcd в соответствии с выбранными направлениями их обхода. При этом ЭДС и токи, совпадающие с направлением обхода контура, принимают со знаком плюс, а ЭДС и токи, противоположные этому направлению, со знаком минус. В результате получаем

E₁ = I₁ (R₁+R₂+R₃) + I₃R₈ (1.12) E₂ = I₂ (R₅₆₇+R₄) + I₃R₈ (1.13) 5. Определяют неизвестные токи в ветвях, решая полученную систему уравнений (1.11), (1.12), (1.13). Если какие-то значения при расчете получаются со знаком минус, то это означает, что направления реальных токов противоположны заданным в начале расчета. Проверку решения задачи осуществляют путем расчета уравнения баланса мощностей: алгебраическая сумма мощностей развиваемых всеми источниками ЭДС равна сумме мощностей, потребляемых всеми сопротивлениями нагрузки. В общем виде уравнение баланса мощностей записывается как ∑EI=∑I 2 R. Применительно к рассматриваемой цепи, уравнение баланса мощностей принимает вид: E₁I₁+E₂I₂ = I(R₁+R₂+R₃) + I(R₄+R₅₆₇) +IR₈ (1.14) Если направление ЭДС совпадает с направлением тока в ветви, то их произведение включается в левую часть уравнения со знаком плюс, а если не с Line 363 Line 364 Line 365 Line 366 овпадает, то со знаком минус, т.е.E I (+) и EI (-). Если расчет токов проведен правильно, то левая часть уравнения (1.14) равна его правой части.