ЕЛЕКТРОТЕХНІКА У БУДІВНИЦТВІ

ФІЗИЧНІ ПРОЦЕСИ В КОЛАХ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Ключові поняття: закон Ома, режими джерела постійного струму (номіналь­ний, холостого ходу, короткого замикання), струм короткого замикання, робота електричного струму, потужність електричного струму (повна, корисна, втрат), коефіцієнт корисної дії, послідовне (паралельне) з'єднання елементів, перший закон Кірхгофа, другий закон Кірхгофа, незалежний контур.

2.1. Закон Ома

У 1827 р. німецький вчений Ом експериментально вивів закон, що вста­новлює залежність між трьома основними параметрами електричного кола: струмом, напругою й опором.

Закон Ома для всього кола формулюється в такий спосіб: сила струму в електричному колі прямо пропорційна величині ЕРС джерела й зворотно пропорційна повному опору кола:

I = Е, (2.1)

Rn

де I - сила струму в колі, А; Е - ЕРС джерела, В; ДП - повний опір кола, Ом.

Повний опір кола ДП являє собою суму опорів навантаження ДН (зовніш­

ній опір кола), опору лінії ДЛ (опір сполучних проводів) і внутрішнього опору джерела Д0 :

ДП = ДН + ДЛ + Д0 . (2.2)

Для окремої ділянки кола закон Ома має вигляд

I = U (2.3)

R

де: I - сила струму на ділянці кола, А; U - напруга (падіння напруги) на даній ділянці, В; R - електричний опір ділянки кола, Ом.

2.2. Режими роботи джерела постійного струму

Розглянемо характер зміни напруги на затискачах а і b джерела постійної напруги Е з внутрішнім опором Re залежно від величини навантаження ДН (рис. 2.1).

Внаслідок того що ЕРС джерела (рис. 2.1) дорівнює сумі падінь напруги на зовнішньому ДН і внутрішньому Re опорах ділянки кола

E = U + Ue, (2.4)

можемо записати

Користуючись законом Ома, величину внутрішнього падіння напруги на джерелі можемо виразити через струм навантаження ІН і внутрішній опір дже­рела R0:

Слід підкреслити, що режим короткого замикання для більшості джерел електричної енергії є неприпустимим (аварійним), тому що внутрішній опір джерел звичайно малий і струм короткого замикання досягає значних величин. Це приводить до виходу з ладу джерела електричної енергії.

2.2.3. Режим роботи на навантаження. Навантаженням джерела є будь - який споживач електричної енергії. Його опір RH визначає величину струму на­вантаження:

E

(2.13)

RH + R0

Чим опір навантаження менший, тим струм навантаження більший і, от­же, навантаження на джерело більше.

Із співвідношення (2.7) видно, що збільшення струму навантаження ви­кликає зменшення напруги на затискачах джерела. Ця залежність лінійна (оскі­льки величини ЕРС і внутрішнього опору джерела ми вважаємо постійними). Її графік поданий на рис. 2.2.

Точка А відповідає режиму холостого ходу: І = 0, U = E, U0 = 0.

Точка B відповідає режиму короткого замикання: І = ІКЗ, U = 0, U0 = E.

При будь-якому проміжному значенні струму навантаження, наприклад І1 або І2 на рис.2.2, напруга на затискачах джерела менша за його ЕРС на вели­чину падіння напруги усередині джерела:

U = E - U01 = E - Ir Ro ; U2 = E - U02 = E - ^ Ro.

Таким чином, при зміні навантаження напруга підведена до споживача, весь час змінюється, що в більшості випадків є небажаним. Щоб забезпечити максимальну стабільність напруги, треба домагатися мінімального внутрішньо­го опору джерела, тоді при однакових межах зміни струму навантаження зміни напруги будуть меншими (рис. 2.2 - пунктирна лінія R0' < R0).

2.2.4. Номінальний режим. Номінальний режим джерела характеризу­ється тим, що його напруга, струм і потужність відповідають тим значенням, що зазначені як номінальні у паспорті джерела. При цьому гарантуються най­кращі умови роботи (економічність, довговічність та ін.).

Величини, що визначають номінальний режим, вказують у паспорті або на щитку, прикріпленому до пристрою. Ці дані беруть за основу при розрахун­ках електричних схем.

Основними даними електротехнічних пристроїв є їхні номінальні напруги і струми: ин і Ін. Номінальна напруга важлива для вибору ізоляції електрич­них проводів, а номінальний струм - для вибору їх перерізу за умов припус­тимого нагрівання.