Режим роботи електричного кола постійного струму
Для електричного кола найбільш характерними є режими навантажувальний, холостого ходу і короткого замикання.
Навантажувальний режим. 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.
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:
Падіння напруги в джерелі залежить також і від внутрішнього опору R0. Залежність напруги Uі від струму I зображується прямою лінією (рис. 1). Цю залежність називають зовнішньою характеристикою джерела.
Приклад 1. Визначити напругу на затискачах генератора при струмі навантаження 1200 А, якщо його е. д. з. дорівнює 640 В, а внутрішній опір 0,1 Ом.
З усіх можливих навантажувальних режимів найбільш важливим є номінальний. Номінальним називається режим роботи, встановлений заводом-виготовлювачем для даного електротехнічного пристрою відповідно до ставляться до нього технічними вимогами. Він характеризується номінальними напругою, струмом (точка Н на рис. 1) і потужністю. Ці величини зазвичай вказують в паспорті даного пристрою.
Від номінальної напруги залежить якість електричної ізоляції електротехнічних установок, а від номінального струму – температура їх нагрівання, яка визначає площа поперечного перерізу провідників, теплостійкість застосовуваної ізоляції і інтенсивність охолодження установки. Перевищення номінального струму протягом тривалого часу може призвести до виходу з ладу установки.
Режим холостого ходу. При цьому режимі приєднана до джерела електричний ланцюг розімкнути, т. Е. Струму в ланцюзі немає. В цьому випадку внутрішнє падіння напруги IR0 дорівнюватиме нулю
Таким чином, в режимі холостого ходу напруга на затискачах джерела електричної енергії одно його е. д. з. (Точка X на рис. 1). Цю обставину можна використовувати для вимірювання е. д. з. джерел електроенергії.
Режим короткого замикання. Коротким замиканням (к. С.) Називають такий режим роботи джерела, коли його затискачі замкнуті провідником, опір якого можна вважати рівним нулю. Практично к. З. виникає при з’єднанні один з одним проводів, що зв’язують джерело з приймачем, так як ці дроти мають зазвичай незначний опір і його можна прийняти рівним нулю.
Коротке замикання може відбуватися в результаті неправильних дій персоналу, що обслуговує електротехнічні установки, або при пошкодженні ізоляції проводів. В останньому випадку ці дроти можуть з’єднуватися через землю, що має досить малий опір, або через навколишні металеві деталі (корпусу електричних машин і апаратів, елементи кузова локомотива та ін.).
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 короткого замикання стає рівним нулю (точка K на рис. 1), т. Е. Електрична енергія на ділянку електричного кола, розташований за місцем короткого замикання, чинити не буде.
Приклад 2. Визначити струм короткого замикання генератора, якщо його е. д. з. дорівнює 640 В і внутрішній опір 0,1 Ом.
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. Лише для деяких спеціальних генераторів, наприклад зварювальних, коротке замикання не представляє небезпеки і є робочим режимом.
В електричному ланцюзі струм проходить завжди від точок кола, які перебувають під великим потенціалом, до точок, що знаходяться під меншим потенціалом. Якщо будь-яка точка ланцюга з’єднана з землею, то потенціал її приймається рівним нулю. В цьому випадку потенціали всіх інших точок ланцюга дорівнюватимуть напруженням, чинним між цими точками і землею.
У міру наближення до заземленої точки зменшуються потенціали різних точок ланцюга, т. Е. Напруги, що діють між цими точками і землею. З цієї причини обмотки збудження тягових двигунів і допоміжних машин, в яких при різких змінах струму можуть виникати великі перенапруги, намагаються включати в силовий ланцюг ближче до “землі” (за обмоткою якоря).
У цьому випадку на ізоляцію цих обмоток буде діяти меншу напругу, ніж якби вони були включені ближче до контактної мережі на електровозах постійного струму або до незаземлених полюсу випрямної установки на електровозах змінного струму (т. Е. Перебували б під більш високим потенціалом). Точно також точки електричного кола, що знаходяться під більш високим потенціалом, є більш небезпечними для людини, що стикається з струмоведучими частинами електричних установок. При цьому він потрапляє під більш високу напругу по відношенню до землі.
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 (або гілки) і розподіл струму в ланцюзі змінюється.
Отже, порушення або пробою ізоляції електричної установки, одна з точок якої заземлена, створює контур, по якому проходить струм, що представляє собою, по суті справи, струм короткого замикання. Те ж відбувається в незаземленої електричної установці при замиканні на землю двох її точок. При розриві електричного кола все її точки до місця розриву виявляються під одним і тим же потенціалом.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)