Строчными буквами обозначают изменяющиеся (переменные) величины и их мгновенные значения

Учет внутреннего сопротивления генератора необходим при анализе и расчете режимов электрической цепи. Вместе с тем при расчете | электрических цепей внутреннее сопротивление R_в генератора может оказаться во много раз меньше сопротивления внешней цепи. В этих случаях внутреннее сопротивление генератора можно принять равным нулю, что позволит считать напряжение на зажимах генератора не зависящим от тока нагрузки и равным эдс генератора.

Генератор с внутренним сопротивлением, равным нулю, называют источником напряжения (рис. 3, а).

Если внутреннее сопротивление генератора R_в>0, то такой генератор изображают в виде источника эдс и последовательно соединенного с ним элемента R_в (рис. 3,6).

В дальнейшем будем полагать, что эдс генератора и его внутреннее сопротивление не зависят от тока в цепи. Когда внутреннее сопротивление генератора очень велико, ток во внешней цепи практически не зависит от сопротивления самой цепи.

ЗАПОМНИТЕ

В этих случаях генератор характеризуется не эдс, а током и называется источником тока, а создаваемый им ток — задающим. В электрической цепи (см. рис. 2) при изменении сопротив­ления нагрузки R_н от нуля до бесконечности изменяется ток I и напряжение U. Рассмотрим наиболее характерные режимы работы источника электрической энергии при изменении сопротивления нагрузки R_н

► Таких режимов четыре: холостого хода, номинальный,

короткого замыкания и согласованный. В режиме холостого хода сопротивление нагрузки . Ток в цепи равен нулю, а напряжение на зажимах источника энергии наибольшее и равно эдс: U = Е.

В номинальном режиме от источника электроэнергии отбирается номинальная мощность, т. е. та наибольшая мощность, которую может длительно развивать генератор не перегреваясь. Нагрев генератора определяется мощностью потерь в нем, пропорциональной значению внутреннего сопротивления и квадрату тока: . Понятие номинального режима относится также и к приемнику, который при перегрузке может нагреться до недопустимо высокой температуры.

Для каждого источника и приемника номинальный режим предполагает вполне определенную номинальную нагрузку, соответствующую номинальным значениям тока I_ном и напряжения U_ном.

► Важным показателем рациональной работы источника электрической энергии является коэффициент полезного действия (кпд) η. Он определяется отношением мощности в нагрузке (Р₂ = Р_нI²) к полной мощности, вырабатываемой (генерируемой) источником электроэнергии (Р₁ = ЕI):

Выражение для коэффициента полезного действия может быть записано через параметры цепи. Оно будет иметь следующий вид:

режиме короткого замыкания, когда R_н = 0, ток в цепи будет ограничен только внутренним сопротивлением источника электроэнергии I_К = Е/R_в, Р₁ = ЕI_к и Р₂ = 0. В этом случае η=P₂/ P₁=0. Для источника с малым внутренним сопротивлением (аккумуляторы, электромашинные генераторы) режим короткого замыкания опасен — это аварийный режим. Для гальванических элементов режим короткого замыкания менее опасен, так как их внутреннее сопротивление относительно велико.

При согласованном режиме в приемнике (нагрузке) выделяется наибольшая мощность. Такой режим используется в измерительных цепях, в устройствах вычислительной, информационной техники, средств связи.

Например, при согласованном режиме в цепи рис. 2 мощность в приемнике Р₂ равна мощности источника Р₁ = ЕI за вычетом внутренних потерь в самом источнике, т. е. Р₂= Е1 — R_вI2.

Коэффициент полезного действия η=1-R_вI²/(EI)=1­-I/I_к.

На рис. 4 построены зависимости: Р₁(I); Р_вI²(I); Р₂(I) и 1_л(/). Из приведенных кривых следует, что, наибольшая мощность в нагрузке Р_2max будет при I=I_кз/2 или, что то же, при R_н = R_в. Иначе говоря, ►наибольшая мощность в приемнике (нагрузке) при согласованном режиме будет равна половине мощности источника:

В этом случае коэффициент полезного действия η= 0,5.

При передаче больших мощностей работа в согласованном режиме, как правило, недопустима. В цепях большой мощности непременным условием являетсяR_н>>R_в , т. е. обеспечение возможно большего η.

Характеристики режимов работы источников энергии представлены в табл. 1

Таблица 1 Режимы работы источников энергии