Какой режим работы электрической цепи называется режимом короткого замыкания: Режимы работы электрической цепи | Электротехника

Режимы работы электрической цепи

Известно, что электрическая цепь – это совокупность определённых устройств, которые обеспечивают постоянное, непрерывное прохождение электрического тока. Работа цепи невозможна, если в ней отсутствуют какие-либо элементы; в обязательном порядке должны присутствовать как источники энергии, так и её проводники, а приёмники, как правило, — это основные устройства, образующие данную цепь.

Если учесть, что в электрической цепи встречаются различные элементы, которые делятся на три основные группы: источники энергии, проводники тока и приёмники, т. е., те элементы, которые питаются от тока и преобразуют энергию в другие её виды, то можно предположить, что существует и различные режимы работы электрических цепей.

Основные режимы работы электрических цепей

Как уже было сказано ранее, любая электрическая цепь может иметь довольно сложную структуру, зависящую от количества элементов в ней и её разветвлённости. Всё это приводит к тому, что цепь может работать в различных режимах.

Выделяют три основных режима работы: нагрузочный (или согласованный), режим короткого замыкания, а также режим холостого хода. Они отличаются друг от друга нагрузкой на электрическую цепь. Также можно выделить номинальный режим работы. В этом режиме работы все устройства в цепи работают при условиях, указанных для них как оптимальные. Эти характеристики прописываются производителем в паспортных данных при изготовлении устройства на заводе.

Нагрузочный, или согласованный режим работы. Если к источнику энергии в электрической цепи подключается какой-либо приёмник, то он обладает неким сопротивлением. Таким приёмником может быть любое устройство, например электрическая лампочка.

Если есть напряжение, то действует закон Ома, таким образом, ЭДС источника получается из суммы напряжений внешнего участка цепи и на внутреннем сопротивлении источника. Падение напряжение во внешней цепи будет равным напряжению на зажимах источника. Оно зависит от нагрузочного тока: чем меньше сопротивление нагрузки, тем больше ток и, соответственно, меньше напряжение на зажимах источника питания цепи.

Другими словами можно сказать, что нагрузочный или согласованный режим работы представляет собой режим, при котором происходит передача нагрузки повышенной мощности от источника. В этом режиме сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, при этом расходуется максимальная мощность.

Однако, такой режим не рекомендуется использовать, так как при длительном превышении номинальных значений устройства могут выйти из строя.

Режим работы холостого хода. Этот режим работы электрической цепи характеризует разомкнутое её состояние – ток отсутствует, и все элементы отключены от источника питания.

В таком состоянии цепи внутреннее падение напряжение равно нулю, а напряжение на зажимах источника питание совпадает с ЭДС источника.

Т. е., можно сказать, что режим холостого хода характеризует электрическую цепь, когда она находится в разомкнутом состоянии, а сопротивление нагрузки отсутствует полностью или отключено. Такое состояние цепи можно использовать для измерения ЭДС источника питания.

Режим короткого замыкания. Этот режим работы считается аварийным, электрическая цепь не может работать нормально. Короткое замыкание возникает при соединении двух различных точек цепи, разница потенциалов которых отличается. Такое состояние не предусмотрено изготовителем устройства и нарушает его нормальную работу.

В этом режиме работы зажимы источника энергии замкнуты проводником («закорочены»), при этом его сопротивление близко к нулю. Часто, короткое замыкание происходит в тех случаях, когда соединяются два провода, которые связывают между собой источник и приёмник в цепи, как правило, их сопротивление незначительно, так что его можно назвать нулевым.

При возникновении режима короткого замыкания, ток в цепи значительно превышает номинальные значения (из-за отсутствия сопротивления). Это может привести в непригодное состояние источник энергии и приёмники в электрической цепи. В некоторых случаях это является результатом неправильных действий со стороны персонала, работающего с электротехническим оборудованием.

Режимы работы электрических цепей — Электротехника (Физика)

1.6. Режимы работы электрических цепей.

Как указывалось выше, любая электрическая цепь состоит из источников и нагрузок (приемников). При включении различного количества приемников с изменением их параметров будут изменяться напряжения, токи и мощности в электрической цепи, от значений которых зависит режим работы цепи и ее элементов. Наиболее характерными являются следующие режимы: номинальный, согласованный, холостого хода и короткого замыкания.

 Номинальным называется режим, при котором приемник работает со значениями тока, напряжения и мощности, на которые он рассчитан и которые называются его номинальными (или техническими) данными. Номинальные мощности и токи многих элементов электрических цепей (двигателей, генераторов, резисторов и др. ) устанавливаются, исходя из нагревания их до наибольшей допускаемой температуры. Номинальные данные указываются в справочной литературе, технической документации или на самом элементе.

С учетом номинальных напряжений и токов источников и приемников производится выбор проводов и других элементов электрических цепей.

 Согласованным называется режим, при котором мощность, отдаваемая источником или потребляемая приемником, достигает максимального значения. Это возможно при определенном соотношении (согласовании) параметров электрической цепи, откуда и вытекает название данного режима.

 Под режимом холостого хода понимается такой режим, при котором приемник отключен от источника. При этом источник не отдает энергию во внешнюю цепь, а приемник не потребляет ее.

Режимом короткого замыкания называется режим, возникающий при соединении между собой выводов источника, приемника или соединительных проводов, а также иных элементов электрической цепи, между которыми имеется напряжение. При этом сопротивление в месте соединения оказывается практически равным нулю. При коротких замыканиях могут возникать недопустимо большие токи, электрическая дуга, возможно резкое снижение напряжения, поэтому режим короткого замыкания рассматривают, как аварийный.

Энергетические установки работают чаще всего в режиме, при котором токи и мощности не превышают номинальных значений, а напряжения близки к номинальным.

Рассмотрим простейшую неразветвленную цепь (рис. 1.14, а). В этой цепи участок  amb представляет собой простейший пассивный двухполюсник, являющийся приемником, участок  anb — простейший активный двухполюсник, являющийся источником.

Для рассматриваемой цепи по второму закону Кирхгофа можно написать:

                             (1.16)

Формула для определения соотношения между напряжением  U и э.д.с. источника  E, полученная из (1.16),

                                           (1.17)

называется внешней характеристикой источника, которая связывает напряжения на зажимах  источника с величиной тока через источник        (рис. 1.14б).

Очевидно, что напряжение на зажимах источника  U тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление при одном и том же токе через источник.

В идеальном источнике напряжения r₀=0, U=E во всем диапазоне изменения тока (рис. 1.14, б кривая 2).

Если умножить (1.16) на ток I , то получим соотношение между мощностями

                                   (1.18)

Произведение EI представляет собой мощность, вырабатываемую источником. Правая часть (1.18) содержит потери мощности во внутреннем сопротивлении источника  I²r₀, и мощность, потребляемую приемником I²r. Если из вырабатываемой мощности вычесть потери мощности во внутреннем сопротивлении источника, получим мощность UI, отдаваемую источником во внешнюю цепь

                                 (1.19)

Мощность, отдаваемая источником в данной цепи, равна мощности, потребляемой приемником

                                       (1. 20)

Вырабатываемая источником мощность определяется произведением:

(1.21)

причем положительные направления  э.д.с. и тока совпадают. Отдаваемая им мощность:

(1.22)

где направления напряжения и тока противоположны, а мощность, потребляемая приемником  определяется произведением:

                               (1.23)

где положительные направления тока и напряжения совпадают. Такие взаимные направления тока и э.д.с., а также тока и напряжения характерны для источников и приемников в любых электрических цепях (рис. 1.15 а,б).

Отношение мощности, отдаваемой источником, к вырабатываемой им мощности  называется                                                                                      

коэффициентом полезного действия (КПД)

источника

Рис  1.15

                                                                  (1.24)

Пользуясь полученными соотношениями, установим, как будут меняться значения тока, напряжения, мощности при изменении сопротивления r, т. е. в различных режимах работы источника. При отключении источника с помощью выключателя В (рис. 1.14а) электрическая цепь будет работать в режиме холостого хода. В этом случае следует считать r равным бесконечности, при этом I=E/(r+ r₀)=0. Вследствие чего оказываются равными нулю падение напряжения Ir₀, потери мощности I²r и мощности EI и UI. Т.к. Ir₀=0, то согласно (1.17)  U=Ux=E. Уменьшение сопротивления r приводит к увеличению тока I, падения напряжения Ir₀, мощности EI. Напряжение U при этом уменьшается. О характере изменения мощности приемника можно судить, анализируя выражение

                       (1.25)

Зависимость

Обратите внимание на лекцию «47. Федеральный надзор и контроль в области безопасности».

представлена на рис. 1.16.

Уменьшение сопротивления r , а значит увеличение тока I приводит к возрастанию Рпотр и при r=r₀ Рпотр =Р_{max, что соответствует режиму согласованной нагрузки. В согласованном режиме U=0.5E, Рпотр=0.5, Рвыр, η=0.5. Дальнейшее уменьшение r приводит к уменьшению Рпотр.}

Для номинального режима работы характерно следующее соотношение сопротивлений r >> r₀, что обеспечивает поступление основной части вырабатываемой мощности к приемнику. При этом  к.п.д. принимает значения, близкие к 1 , U_ном=I_номr>>I_номr₀ и согласно (1.17) U близко к E.

В режиме короткого замыкания r=0 и ток короткого замыкания оказывается намного больше номинального тока: I_к=E/r₀>>I_ном

При коротком замыкании U=I_Kr=0, Рпотр=UI_K=0. Мощность Р_выр=EI_K значительно возрастает и преобразуется в теплоту в сопротивлении r₀. Последнее может привести с выходу из строя изоляции и даже к перегоранию проводов.

На внешней характеристике источника рис.1.14, б, которая подчиняется уравнению (1.17) и представляет собой прямую при E=const и ro= const, указаны точки, соответствующие режимам холостого хода, короткого замыкания и номинальному режиму работы источника. Здесь же приведена внешняя характеристика идеального источника э.д.с. (кривая 2 на рис. 1.14, б),для которого r₀=0,U=E=const.

Способы переноса металла: короткое замыкание

Способы переноса металла относятся к различным способам переноса присадочного металла (электрода) через сварочную дугу в сварочную ванну. Мы можем написать книгу на эту тему, но мы постараемся дать представление о различных способах передачи, о том, что они требуют, каковы их преимущества и ограничения.

Переменные, определяющие режим переноса металла, включают: диаметр проволоки, силу тока, напряжение и состав защитного газа.

Основные режимы переноса металла:

1. Перенос короткого замыкания (короткая дуга)
2. Шаровидный
3. Спрей
4. Импульсный распылитель

Существуют варианты, которые создают подкатегории внутри этих четырех, но нет необходимости усложнять вещи из-за в основном теоретической дифференциации.

В этой статье основное внимание будет уделено передаче при коротком замыкании, а остальные три режима мы рассмотрим в следующих постах.

Передача короткого замыкания

Короткое замыкание, обычно называемое «короткой дугой» и формально называемое GMAW-S, представляет собой режим переноса металла с низким подводом тепла, при котором перенос металла с электрода в сварочную ванну происходит в результате серии электрических коротких замыканий. Когда сварочная проволока подается, она вступает в физический контакт с основным материалом и создает короткое замыкание. При возникновении короткого замыкания напряжение сразу падает до нуля. Однако сварочные аппараты MIG являются источниками питания постоянного напряжения, и их основная задача заключается в поддержании постоянного напряжения. Чтобы сделать это при наличии короткого замыкания, которое хочет сбросить напряжение до нуля, источник питания увеличит силу тока, чтобы разорвать короткое замыкание.

Короткое замыкание практически снесено скачком силы тока, вызвавшим своего рода взрыв. Этот взрыв вызывает брызги и треск, который мы слышим. Некоторые люди сравнивают звук передачи короткого замыкания со звуком жарящегося бекона. Каждый раз, когда проволока замыкается на основной металл, сварочная дуга гаснет. Сварочный аппарат мгновенно отреагирует на всплеск силы тока, чтобы устранить короткое замыкание и снова зажечь дугу. Это происходит много раз в секунду (до 200 раз в секунду!), поэтому мы никогда не видим, как гаснет дуга.

Этот график зависимости силы тока и напряжения от времени показывает, как короткое замыкание сводит напряжение к нулю, и в то же время источники питания увеличивают силу тока для разрыва короткого замыкания .

Передача короткого замыкания приводит к низкому подводу тепла из-за низкой силы тока и низкого напряжения. Из-за этого он ограничен тонкими материалами. Американское общество сварщиков запрещает использование передачи короткого замыкания в предварительных процедурах сварки из-за высокой вероятности непровара.

Типичные защитные газы для передачи при коротком замыкании включают 100 % диоксида углерода и смеси, содержащие до 75 % аргона, а остальное составляет диоксид углерода.

Преимущества переноса с коротким замыканием

• Подходит для более тонких материалов (1/8 дюйма и менее) — низкое тепловложение предотвращает продувку основного материала, а при достаточной скорости перемещения может также предотвращать деформацию.
• Сварка во всех положениях – благодаря низкому подводу тепла сварочная ванна быстро затвердевает, что позволяет выполнять сварку во всех положениях.
• Отлично подходит для зазоров и плохой подгонки — передача короткого замыкания хороша для плохой подгонки, включая зазоры. По этой причине короткое замыкание широко используется для запуска корневого прохода по трубе.
• Низкая стоимость. Низкие требования к силе тока для передачи короткого замыкания означают, что можно использовать простые недорогие источники питания. Углекислый газ также относительно недорог по сравнению со смесями с высоким содержанием аргона.

Ограничение передачи короткого замыкания

• Ограничено листовым металлом – как упоминалось выше, низкое тепловложение приводит к несплавлению на более толстых участках.
• Брызги – короткое замыкание дуги и последующее срабатывание дуги из-за резкого скачка силы тока приводит к разбрызгиванию, что увеличивает время очистки и снижает эффективность электрода.
• Запрещено использовать в процедурах сварки, прошедших предварительную квалификацию (из-за склонности к несплавлению).

Самая большая проблема с переносом короткого замыкания заключается в том, что мы можем сделать очень красивый сварной шов, который создает иллюзию качества. Ежедневно на рамах прицепов, стальных зданиях и других несущих конструкциях выполняются одно- и многопроходные переходные швы с коротким замыканием. Вот почему наличие квалифицированных сварочных процедур имеет решающее значение. Соблюдение норм, таких как AWS D1.1 Structural Welding Code (Steel), следует рассматривать не как неудобство, а как возможность повысить качество, следуя проверенным рекомендациям.

Чтобы проиллюстрировать, что может означать использование передачи короткого замыкания в элементах конструкции, взгляните на изображения ниже. Первый сварной шов (слева) был выполнен методом короткого замыкания. Сварной шов справа был выполнен струйным переносом.

Сварка слева была выполнена с помощью короткого замыкания, и при манипулировании движением электрода образуются отчетливые ряби. Сварной шов справа представлял собой стрингер (без манипуляций), выполненный методом распыления. Оба сварных шва были выполнены на пластине толщиной 3/8 дюйма.

Глядя на внешний вид этих сварных швов, мы можем предположить, что оба шва хорошие. Некоторые люди предпочитают сварку слева, потому что им нравится вид ряби. Но что находится под этими сварными швами? Давайте взглянем.

Протравленное поперечное сечение сварного шва короткого замыкания (слева) ясно показывает непровар. На изображении справа показано глубокое проникновение, связанное с переносом распылением.

Хотя оба сварных шва имеют одинаковый размер, сварной шов справа (нанесение распылением) имеет почти вдвое большую несущую способность благодаря глубокому проплавлению корня. Сварочный шов с коротким замыканием справа показывает значительное непроваривание. Эти сварные швы были выполнены на материале толщиной 3/8 дюйма, чтобы показать, что перенос короткого замыкания не следует использовать для толстых секций. Для получения дополнительной информации по этой теме прочитайте «Как определить прочность на сдвиг углового сварного шва».

Не пора ли вам подумать о качестве ваших сварных швов?

Ссылка: Справочник по процедурам дуговой сварки, 14-е издание

Опубликовано вторник, 4 сентября 2018 г.

Категории: Процесс GMAW, Процессы

Раскрытие существенной связи: Некоторые ссылки в посте выше являются «партнерскими ссылками». Это означает, что если вы нажмете на ссылку и купите товар, мы получим партнерскую комиссию. Несмотря на это, мы рекомендуем только продукты или услуги, которыми пользуемся лично, и верим, что они принесут пользу нашим читателям. Я раскрываю это в соответствии с 16 CFR Федеральной торговой комиссии, часть 255: «Руководства по использованию одобрений и отзывов в рекламе».

Closed, Open, and Short Circuits

By: Cathleen Shamieh and

Updated: 09-17-2021

From The Book: Electronics For Dummies

Electronics For Dummies

Explore Book Buy На Amazon

Вам нужен замкнутый путь или замкнутая цепь, , чтобы обеспечить протекание электрического тока. Если где-то на пути есть разрыв, у вас разомкнута цепь, и ток перестанет течь — и атомы металла в проводе быстро перейдут к мирному, электрически нейтральному существованию.

Замкнутая цепь позволяет току течь, но разомкнутая цепь оставляет электроны в затруднительном положении.

Представьте себе галлон воды, протекающей через открытую трубу. Вода будет течь в течение короткого времени, но затем остановится, когда вся вода выйдет из трубы. Если вы перекачиваете воду через закрытую систему труб, вода будет продолжать течь до тех пор, пока вы будете заставлять ее двигаться.

Разомкнутые цепи по конструкции

Открытые цепи часто создаются дизайном. Например, простой выключатель света размыкает и замыкает цепь, которая соединяет свет с источником питания. При построении цепи рекомендуется отключать аккумулятор или другой источник питания, когда цепь не используется. Технически это создает разомкнутую цепь.

Выключенный фонарик — это обрыв цепи. В фонарике, показанном здесь, плоская черная кнопка в левом нижнем углу управляет переключателем внутри. Переключатель представляет собой не что иное, как два гибких куска металла, расположенных в непосредственной близости друг от друга. Когда черная кнопка сдвинута до упора вправо, переключатель находится в разомкнутом положении, а фонарик выключен.

Переключатель в разомкнутом положении отключает лампочку от аккумулятора, создавая разомкнутую цепь.

Включение фонарика путем сдвига черной кнопки влево сталкивает два куска металла вместе — или замыкает переключатель — и замыкает цепь, чтобы мог течь ток.

Замыкание переключателя завершает токопроводящий путь в этом фонарике, позволяя электронам течь.

Открытые цепи случайно

Иногда открытые цепи создаются случайно. Например, вы забыли подключить аккумулятор или где-то в цепи произошел обрыв провода. Когда вы строите схему с помощью макетной платы без пайки, вы можете по ошибке подключить одну сторону компонента не к тому отверстию на макетной плате, оставив этот компонент неподключенным и создав разомкнутую цепь. Случайные разомкнутые цепи обычно безвредны, но могут стать источником большого разочарования, когда вы пытаетесь выяснить, почему ваша схема работает не так, как вы думаете.

Короткие замыкания идут по неверному пути

Короткое замыкание — совсем другое дело. Короткое замыкание — это прямое соединение между двумя точками в цепи, которые не должны быть соединены напрямую, например, две клеммы источника питания. Электрический ток идет по пути наименьшего сопротивления, поэтому при коротком замыкании ток будет обходить другие параллельные пути и проходить через прямое соединение. (Представьте, что поток ленив и идет по пути, по которому ему не нужно делать много работы.)

При коротком замыкании ток может отклониться от предполагаемого пути его прохождения.

При коротком замыкании источника питания большое количество электроэнергии передается с одной стороны источника питания на другую. Поскольку в цепи нет ничего, что могло бы ограничивать ток и поглощать электрическую энергию, в проводе и в источнике питания быстро накапливается тепло.