Режимы работы электрической цепи

Электрической цепи могут работать в различных режимах. Режимы работы характеризуются значениями тока и напряжения.
Режимов может быть довольно много, так как, и ток и напряжение могут принимать любые значения
Рассмотрим наиболее характерные режимы работы электрической цепи с источником э.д.с., к которому подключен электроприемник с регулируемым сопротивлением Rн.

Пусть источник характеризуется постоянной э.д.с. Е и внутренним сопротивлением Rе = const.
Ток в цепи изменяется при изменении сопротивления Rн электроприемника, который является линейным элементом.

По второму закону Кирхгофа можно записать
E = RнI+RеI, где RнI=U - напряжение на зажимах приёмника, т.е. напряжение на зажимах внешней цепи;
RеI - падение напряжения внутри источника э.д.с.
Так как приемник присоединен непосредственно к зажимам источника э.д.с., то напряжение U одновременно является напряжением и на его зажимах.
Из уравнения E = RнI+RеI получаем, что U = Е-RеI.
Это уравнение, описывающее зависимость напряжения внешней цепи от тока в ней, является уравнением внешней характеристики источника э.д.с.

При условии Е = соnst и Rе = const зависимость напряжения и тока является линейной.

Подобные режимы удобнее всего рассматривать, пользуясь внешней характеристикой.
1.Режим холостого хода - это режим, при котором ток в цепи I = 0, что имеет место при разрыве цепи.
Как следует из уравнения E = RнI+RеI, при холостом ходе напряжение на зажимах источника э. д. с. U = Е.

Поэтому вольтметр - прибор с очень большим сопротивлением, будучи включенным в такую цепь, измеряет
э.д.с. источника.

На внешней характеристике точка холостого хода обозначена Х.

2. Номинальный режим будет тогда, когда источник э.д.с. или любой другой элемент цепи работает при значениях тока, напряжения и мощности,
указанных в паспорте данного электротехнического устройства.

Номинальные значения тока Iном, напряжения Uном и мощности Рном соответствуют самым выгодным условиям работы устройства с точки зрения экономичности, надежности, долговечности и т.п.
На внешней характеристике точка, соответствующая номинальному режиму, обозначена Н.

3.Режим короткого замыкания - это режим, когда сопротивление приемника равно нулю, что соответствует соединению разнопотенциальных зажимов источника э.д.с. проводником с нулевым сопротивлением.
Из уравнения E = RнI+RеI следует,
что ток в цепи в любом из режимов I = E / (Rн + Rе).

При коротком замыкании цепи, когда Rн = 0, ток достигает максимального значения Iкз = E / Rе, ограниченного внутренним сопротивлением Rе источника э.д.с.,
а напряжение на зажимах источника э.д.с. U = RнI = 0.
Значению тока Iкз и напряжению U = 0 соответствует точка кз на внешней характеристике источника э.д.с.

Ток короткого замыкания может достигать больших значений, во много раз превышая номинальный ток. Поэтому режим короткого замыкания для большинства электроустановок является аварийным режимом.

4.Согласованный режим источника э.д.с. и внешней цепи имеет место, когда сопротивление внешней цепи Rн = Rе.

В согласованном режиме ток в цепи Iсог = E / (Rc + Re) = 0.5Iкз т.е. в два раза меньше тока короткого замыкания.
Э.д.с. источника Е уравновешивается двумя равными по значению падениями напряжения, обусловленными сопротивлением внешней цепи и внутренним сопротивлением, т.е. U = 0,5Е.
Точка, соответствующая согласованному режиму, на внешней характеристике обозначена С.