Передача энергии постоянным током

U

I

P

о

а

E

R

Рисунок 27 – Питание потребителя переменной мощности

r

Pп = UI

Δ P = rI 2

P

U

I

I

R5

R4

R3

R2

R1

Pи = EI

а)

E

б)

в)

0

0

Подключим к идеализированному источнику питания потребитель переменной мощности и соответственно переменного сопротивления, как показано на рисунке 27, а. Ток и напряжение потребителя соответствуют точке пересечения нагрузочной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) источника и ВАХ потребителя (рисунок 27, б). Мощность P _п потребителя равна произведению напряжения на силу тока

P _п = UI.

Она соответствует площади заштрихованной части прямоугольника. Из геометрических соображений видно, что при сопротивлении потребителя, равном R ₃, мощность имеет максимальное значение. При изменении сопротивления, а следовательно и тока I потребителя, его мощность P _п изменяется по параболе, изображённой в нижней части рисунка 27, в.

Мощность P _и, отдаваемая источником, равна произведению его ЭДС E на силу тока I:

P _и = E I

и соответствует на рисунке 27, б площади всего прямоугольника, а на рисунке 27, в – наклонной линии.

Потери мощности Δ P внутри источника равны произведению его внутреннего сопротивления r на квадрат силы тока

Δ P = r I ².

На рисунке 27, б эти потери соответствуют площади незаштрихованной части прямоугольника, а на рисунке 27, в – расстоянию между наклонной линией и параболой

Δ P = P _и – P _п.

Коэффициент полезного действия источника

η = R / (r + R).

При коротком замыкании (R = 0) вся мощность теряется внутри источника и КПД η = 0.

Режим максимальной мощности, передаваемой от источника потребителю, называется режимом согласования и для идеализированного источника соответствует равенству сопротивления потребителя и внутреннего сопротивления источника (R = r). При этом коэффициент полезного действия источника η = 0,5. Для производства и передачи электроэнергии такой низкий КПД неприемлем, здесь заботятся о том, чтобы значение внутреннего сопротивления источника было гораздо меньше, чем потребителя (r << R). Режим согласования используется для передачи электрических сигналов в технике связи и в некоторых других случаях (например, в стартерах, в аппаратах электродуговой сварки, при индукционном нагреве и т. п.).