Типы и характер нагрузки в электрической цепи
Содержание
Нагрузка — это общий термин для обозначения электрического элемента, подключаемого к источнику напряжения или тока и потребляющего от него энергию. Подобным элементом может быть осветительная лампа, электронагреватель, компьютер, или даже аккумулятор — сам по себе источник электроэнергии, характеризуемый электродвижущей силой, емкостью и внутренним сопротивлением.
Типы нагрузки
Пытаясь разобраться с тем, что же это такое нагрузка в электрической цепи, следует учитывать, что она может быть разного вида в зависимости от назначения устройства.
Омическая нагрузка характеризируется импедансом (полным сопротивлением), не зависящим от частоты электрического тока. В качестве примера можно назвать электрический нагреватель, сопротивление которого практически чисто активное. Поэтому эффективность работы нагревателя не зависит от того, питается он постоянным или переменным током.
Для индуктивной нагрузки характерен импеданс, увеличивающийся с ростом частоты тока. Примером являются громкоговорители, подключенные к усилителю низкой частоты. Индуктивный компонент импеданса громкоговорителя снижает его отдачу на высоких частотах звукового диапазона.
Емкостная отличается тем, что с увеличением частоты тока импеданс уменьшается. Пример — конденсатор переменной емкости колебательного контура радиоприемника.
Индуктивную и емкостную нагрузку называют реактивной, а омическую — активной. То есть, если электроэнергия, потребляемая каким-либо прибором, совершает какую-то работу, то его мощность является активной. Такой характер потребления свойственен резисторам, ТЭНам, лампам накаливания, нагревательным спиралям и тому подобное. Обобщенное название подобных потребителей — активная нагрузка.
Если же при прохождении тока на потребителе падает напряжение, но электроэнергия при этом не рассеивается, не преобразовывается в другие виды и не совершает никакой работы, то нагрузка реактивная.
Реальная электрическая цепь редко бывают чисто омической, индуктивной или емкостной. Обычно она является смешанной с присутствием всех трех компонент. Индуктивный и емкостный характер подключенного элемента даже в цепи постоянного тока оказывает влияние на переходные процессы. В частности, на конденсаторе не может мгновенно измениться напряжение, и не может мгновенно измениться ток на катушке. Поэтому электрическая нагрузка в цепи постоянного или переменного тока должна рассчитываться с учетом особенностей используемой цепи.
Как определить характер нагрузки
Методы, используемые для определения характера нагрузки, довольно разнообразны. Один из них — измерение напряжения и тока с помощью мультиметра. Если эти параметры являются постоянными на протяжении определенного времени, то это свидетельствует о постоянной нагрузке. В противном случае нагрузка будет переменной.
Еще один довольно простой метод — использование осциллографа. Этот прибор визуально отображает временные изменения сигнала. Поэтому с его помощью можно проанализировать характеристики сигнала (амплитуду, частоту), что в свою очередь позволяет определить особенности нагрузки.
Существуют еще и такие методы, как:
Определение характера нагрузки необходимо при проектировании и эксплуатации электрических систем. Это позволяет понять, какие элементы цепи будут испытывать максимальные нагрузки и что следует предпринять, чтобы обеспечить надежное функционирование системы.
В некоторых ситуациях, когда индуктивный или емкостный компонент электрической цепи нарушает нормальную работу устройства, добавление компенсирующего компонента делает характер нагрузки менее зависимым от частоты, то есть приближает ее к омической. Так, емкостное сопротивление конденсатора компенсирует индуктивное сопротивление электродвигателя.
Особенности выбора электрической нагрузки
Основное внимание при подборе электрической нагрузки уделяется тому, чтобы источник напряжения был нормально нагружен, то есть нормально функционировал в заданных условиях, не перегревался, не изменял своих характеристик. Усилитель должен стабильно работать, батарея или аккумулятор не должны перегружаться, предохранитель всех используемых устройств должен оставаться при этом целым и так далее.
Важно, чтобы нагрузка соответствовала источнику, к которому она подключена, а напряжение источника и ток в цепи оставались в безопасных пределах. В случае переменного напряжения правильное значение должен иметь импеданс — полное сопротивление цепи с учетом ее активных и реактивных элементов, а также элементов с возможной нелинейностью вольт-амперной характеристики.
Загрузка...
