Почему падает напряжение в сети





Давайте разберемся почему падает напряжение в сети. Вы наверное ни раз обращали внимание когда тускнеет свет, особенно ламп накалывания или электрический чайник закипает дольше обычного. Это вызвано пониженным напряжением сети. Обычно говорят, что кто-то из соседей включил мощную нагрузку, например сварочный аппарат.  Чтобы лучше понять сущность этого явления рассмотрим схему (рис. 1) с источником питания Uип = 9 В к клеммам 1-2 которого подключен регулируемый резистор (потенциометр), сопротивление которого установлено 10 Ом.

 Схема, поясняющая работу идеального источника напряжения

Рис. 1 – Схема, поясняющая работу идеального источника напряжения

Ток нагрузки Iн, который протекает через резистор Rн определяется по закону Ома и равен

Ток нагрузки

Посмотрим еще раз внимательно на схему (рис. 1) Как бы не изменялось сопротивление нагрузки Rн напряжение на клеммах 1-2, к которым подключена нагрузка всегда будет равно напряжению источника питания U12 = Uип. Изменятся будет только ток нагрузки Iн пропорционально изменению сопротивления нагрузки Rн. Таким образом сопротивление на нагрузке не зависит от величины самой нагрузки, а сам источник питания является идеальным источником напряжения. Если бы в природе существовали такие источники, то напряжение никогда бы не просаживалось, даже при коротком замыкании цепи.

Теперь рассмотрим процессы в реальном источнике напряжения. Реальный источник напряжения отличается от идеального наличием внутреннего сопротивления Rвн (рис. 2).

Обозначение реального и идеального источников напряжения

Рис. 2 – Обозначение реального и идеального источников напряжения

Схема с реальным источником напряжения

Рис. 3 – Схема с реальным источником напряжения

Величина внутреннего сопротивления источника напряжения имеет малое значение и на практике часто пренебрегается. Чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше реальный источник по своим свойствам приближен к идеальному.

Следует заметить, что на холостом ходу напряжение на зажимах U12 всегда равно напряжению источника питания Uип независимо от величины внутреннего сопротивления Rвн (рис. 4). Это поясняется тем, что при разомкнутой цепи ток в ней не протекает и следовательно отсутствует падение напряжения на внутреннем сопротивлении.

Схема реального источника питания на холостом ходу

Рис. 4 – Схема реального источника питания на холостом ходу

Теперь подключим нагрузку к клеммам 1-2 (рис. 5) и посмотрим как изменится на них напряжение.

Величину внутреннего сопротивления принимаем равной 1 Ом, а сопротивление нагрузки 10 Ом (рис. 5).

Схема с реальным источником питания и нагрузкой 10 Ом

Рис. 5 – Схема с реальным источником питания и нагрузкой 10 Ом

Определим ток нагрузки по закону Ома

Формула тока нагрузки

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении Rвн равно

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении

Теперь найдем напряжение на нагрузке, т. е. на клеммах 1-2 U12. Оно определяется по II закону Кирхгофа:

Формула падения напряжения на нагрузке

Как видно, с подключением нагрузки, равной 10 Ом, напряжение просаживается на 0,8 В (рис. 6).

Схема распределения падений напряжения на нагрузке

Рис. 6 – Схема распределения падений напряжения на нагрузке

Теперь увеличиваем нагрузку, так, чтобы сопротивление ее равнялось внутреннему сопротивлению источника питания Rн = Rвн = 1 Ом (рис. 7).

Схема с реальным источником питания и нагрузкой 1 Ом

Рис. 7 – Схема с реальным источником питания и нагрузкой 1 Ом

Ток нагрузки равен

Формула тока нагрузки

Падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно:

Формула падения напряжения на внутреннем сопротивлении

Напряжение на нагрузке, оно же на клеммах 1-2 равно

Формула напряжения на нагрузке

Т. е. напряжение просело в 2 раза (рис. 8) !

Схема распределения падений напряжения на нагрузке

Рис. 8 – Схема распределения падений напряжения на нагрузке

Отсюда можно сделать следующий вывод: с увеличением нагрузки повышается падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника напряжения, в результате этого снижается напряжение на нагрузке.

Почему падает напряжение в сети 220 В, 50 Гц

Аналогичные процессы протекают и в сети 220 В, 50 Гц. Только первичным источником напряжения служит не розетка, а подстанция, т. е. трансформатор, а вы и ваши соседи питаетесь параллельно от его вторичных обмоток (рис. 9).

Почему падает напряжение в сети 220 В

Рис. 9 – Упрощенная схема питания потребителей напряжение промышленной частоты

Поэтому если вы увеличите нагрузку, то напряжение упадет не только у вас, но и у ваших соседей. Либо когда сосед подключит нагрузку большой мощности, напряжение просядет как у него, так и у вас.

Чтобы убедится в сказано выше можно проделать небольшой опыт, для которого понадобится источник питания (любая батарейка либо крона), вольтметр (мультиметр) и несколько сопротивлений различного номинала.

Вначале измерим напряжение кроны на холостом ходу (рис. 10). Как видна из рисунка оно равно 8,50 В (крона уже немного севшая).

Напряжение на холостом ходу

Рис. 10 – Напряжение на холостом ходу

Теперь подсоединим к кроне резистор сопротивлением 10 кОм (рис. 11). Как видно, напряжение источника питания уже немного «просело» и равно 8,12 В.

Напряжение при нагрузке 10 кОм

Рис. 11 – Напряжение при нагрузке 10 кОм

Далее подсоединим резистор сопротивлением 100 Ом (рис. 12).Теперь мы видим, что напряжение снизилось почти в 4 раза относительно напряжения холостого хода и равно 2,59 В.

Напряжение при нагрузке 100 Ом

Рис. 12 – Напряжение при нагрузке 100 Ом

Чем сильнее разряжена батарейка, тем больше будет просаживаться напряжение при подключении одной и той же нагрузки.

Как мы увидели, практика полностью совпадает с теорией. Такие простые опыты дают глубокие понимания базовых процессов, протекающих как в электрике, так и в электронике, что позволит в дальнейшем с большей легкость освоить более сложный материал. Теперь Вы понимаете почему падает напряжение в сети.

Перейти на главную страницу.



Комментарии 1

  • Перепутаны формулы после фраз «Падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно» «Напряжение на нагрузке, оно же на клеммах 1-2 равно».

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *