Главная Движение носителей электрических зарядов




Рис. 1.12

Рис. J.13

дело с режимами короткого замыкания (см. далее) или близкими к ним. Электрическая цепь и ее элементы могут работать в различных режимах. В зависимости от частоты токов и напряжений различают режимы работы электрических цепей при постоянных и переменных э. д. с. и токах, а также импульсные режимы, когда воздействие электрических сигналов не непрерывно в течение времени работы устройства. 8 зависимости от характера электромагнитных процессов, имеющих место в электрических цепях, различают стационарные {установившиеся) и не-апационарные (переходные) режимы. В зависимости от нагрузки режимы могут быть номинальными, согласованными, холостого хода и короткого замыкания.

Номинальный режим характеризуется тем, что все элементы цепи работают при условиях, указанных в паспорте данного элемента. Работа устройства при номинальном режиме гарантирует наиболее длительную безотказную его работу и экономичность. Поэтому при расчете электрических цепей за основу берут именно номинальные значения параметров элементов, основными из которых являются напряжения [/„ом> токи 7„ом и мощность Р„о„. Чрезмерное и длительное превышение номинальных значений может привести к перегрузке цепи и выводу устройства из строя, т. е. может возникнуть аварийный режим. О нагрузке можно судить по току проходящему через нее или по ее сопротивлению г. Например, для неразветвленной цепи (см. рис. 1.2) ток нагрузки 7„ = Е/(го + г) будет тем больше, чем меньше сопротивление приемника г.

Согласованный режим характеризуется тем, что источник питания отдает приемнику наибольшее количество энергии, что возможно при определенном соотношении (согласовании) между параметрами элемента цепи. Для цепи рис. 1.2 это осуществляется при г = г.

Режим, когда через источник питания и приемники не протекает ток, т. е. когда нагрузка отключена, называется холостым ходом. При холостом ходе напряжение на зажимах источника питания максимально и равно э. д, с. источника: 1), = Е (рис. 1.12).

Режим короткого замыкания - это режим, при котором сопротивление внешней цепи и напряжение между зажимами источника питания равны нулю: г = О, [/ = О (рис. 1.13). Режим короткого замыкания может возникнуть в электрической цепи при соединении накоротко разнопотен-циальных зажимов источников питания проводником с нулевым сопротивлением При коротком замыкании и ток 1 максимален и во много



раз превышает номинальный. Поэтому в энергетических цепях режим- короткого замыкания обычно является аварийным.

Для защиты цепей от перегрузок (особенно от токов короткого замыкания) принимают специальные меры защиты. Простейшими устройствами защиты являются предохранители с плавкими вставками (плавкие предохранители). Плавкую вставку изготовляют из легкоплавкого металла и включают последовательно с защищаемым устройством. Плавкие вставки имеют небольшое сопротивление и практически не влияют на работу электрической цепи. При превышении током номинального значения плавкие вставки расплавляются и разрывают цепь.

§ 1.3. Основные законы электрических цепей

Основными законами электрических цепей, устанавливающими соотношения между э. д. с, напряжениями, токами и сопротивлениями, являются закон Ома и законы Кирхгофа. С помощью этих законов можно провести анализ и расчет любых электрических цепей. Так, в неразветвлен-ной замкнутой электрической цепи (см. рис. 1.2) под действием э. д. с. Е будет возникать ток I, значение которого определяется законом Ома:

I = Е/(го + г), (1.10)

где Го + г - полное сопротивление замкнутой цепи; Го - внутреннее сопротивление источника; г - сопротивление приемника (нагрузки). Для участка электрической цепи, сопротивление которого г и напряжение на котором и, закон Ома можно записать в виде

7= и/г или и = 1к (1.11)

Произведение 1г называют падением напряжения, причем под напряжением на любом участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка. Например, в схеме рис. 1.2 через участок аЬ с сопротивлением г, не имеющий источника э. д. с, ток проходит от точки а к точке b (ток на участке цепи без э. д. с. всегда проходит от точки более высокого потенциала к точке с более низким потенциалом); следовательно, потенциал ф„ точки а выше потенциала ф(, точки b на значение падения напряжения на сопротивлении г:

ip,-iPb + Ir, (1.12)

а напряжение между точками а иЬ .

Uab = 9a-4>b = Ir. (1.13)

Таким образом, напряжение яа любом участке электрической цепи, не содержащем нсточняка э. д. с, равно произведению тока, протекающего через участок, на сопротивление этого участка.

Рассмотрим Закон Ома для участка цепи, в который включен источник э. д. с. (рис. 1.14). Если положительное направление тока 1 на участке аЬ принять от точки а к точке Ь, то потенциал фь, выраженный через потенциал ф„ определяется как



ЧдЬ Рис. 1.14

ф(, = ф„ - 7ci + £i - 7>-2 + £2 - J3 - £3-Из этого выражения следует, что

I = (Ф« - Фь) + £i + £2 - Дз =1 (И4)

»-1 + 2 + -3

где £; = £i + £2 ~ 3 - алгебраическая сумма э. д. с, действующая 1=1

на участке аЪ, причем э. д. с, совпадающая по направлению с положительным направлением тока, записывается с положительным знаком, а не

совпадающая - с отрицательным; X! = + 2 + з - сопротивление

участка; [/„ = - фь - напряжение между зажимами а и Ь. Выражение (1.14) называют обобщенным законом Ома.

При расчете электрических цепей учитывают сопротивление проводников, используемых для соединения элементов между собой. Этот параметр характеризует процесс противодействия проводника прохождению по нему электрического тока. Установлено, что сопротивление проводника зависит от его размеров и температуры. Зависимость сопротивления проводника от размеров выражается формулой

г = pl/s, (1.15)

где р - удельное сопротивление, характеризующее материал проводника, / - длина проводника; s - площадь его поперечного сечения.

В цепях постоянного тока величину, обратную сопротивлению, называют электрической проводимостью:

д = 1/г. (1.16)

Основной единицей проводимости в СИ является сименс (См). Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электропро-водимоапью. Зависимость сопротивления от температуры приближенно описывается формулой

г Го[1 + a{t - to)l (1.17)

Здесь Го - сопротивление проводника при начальной температуре to (Ом); а - температурный коэффициент сопротивления, равный относительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 °С; i - конечная температура (°С). Сведения об удельных сопротивлениях и температурных коэффициентах сопротивления можно найти в соответствующей справочной литературе.



0 1 2 3 [4] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0174