Могут ли нагрузки поглощать больше энергии, чем требуется/требуется?

Ну, это зависит от вашего генератора.

Те же рассуждения применимы к переменному и постоянному току. Для упрощения воспользуемся постоянным током и чисто резистивной нагрузкой. Воспользуемся только двумя из них: R1 и R2.

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

Дело 1

Предположим, что ваш генератор является источником напряжения с напряжением U1 и максимальной выходной мощностью P1_max (поэтому максимальный ток I1=P1_max/U1).

Затем, при условии, что генератор может обеспечить достаточную мощность, мощность, потребляемая резистором R2, будет равна P2=U1^2/R2, а мощность, потребляемая резистором R3, будет равна P3=U1^2/R3. Мощность, обеспечиваемая генератором, будет P1=P2+P3 <= P1_max.

В этом случае, если вы отключите одну нагрузку, это не повлияет на другую нагрузку. И генератор просто будет вырабатывать меньше энергии. Это желаемое поведение в большинстве электрических сетей. Когда вы выключаете духовку, вы не хотите, чтобы радиоприемник получал энергию, которая больше не используется духовкой, иначе вы уничтожите радиоприемник.

Случай 2

Генератор представляет собой генератор электроэнергии, который вырабатывает мощность P1 (=P1_max) все время, независимо от нагрузки.

Предположим, что когда все подключено, напряжение генератора U1 соответствует номинальному напряжению нагрузки.

У нас есть P1=U1_nomxI1_nom=U1_nom²/R2 + U1_nom²/R3.

Итак, P1=U1_nom²x(1/R2 + 1/R3)

Теперь предположим, что мы отключаем R2, сохраняя при этом постоянную мощность. Теперь у нас есть P1=U1xI1=U1²/R3, поэтому U1=sqrt(R3xP1).

Если мы повторно используем предыдущие уравнения, это дает нам

U1 = sqrt(R3xP1) = sqrt(R3xU1_nom²x(1/R2 + 1/R3)) = U1_nom x sqrt(1+R3/R2)

Таким образом, если отключить R2, напряжение увеличится выше номинального (в коэффициенте sqrt(1+R3/R2)>1, а мощность, потребляемая R3, увеличится пропорционально квадрату этого коэффициента (т.е. в 1+R3/ Р2).

Таким образом, во втором случае вы действительно увеличиваете мощность оставшейся нагрузки (увеличивая напряжение), что может привести к разрушению нагрузки.

Итак, резюмируя:

• Если у вас есть генератор напряжения, то он имеет только максимальную мощность. Пока это не превышено, напряжение остается постоянным. Таким образом, вы можете подключать/отключать нагрузки, и нагрузка всегда потребляет одну и ту же мощность: ее номинальную мощность. Это то, что вам нужно в большинстве случаев, например, в бытовых устройствах.

• Если у вас есть генератор постоянной мощности, отключите одну нагрузку, потребляемая ею мощность будет распределяться между другими устройствами за счет увеличения напряжения. Это может повредить эти другие устройства, если напряжение поднимется слишком высоко. Это полезно для получения максимальной мощности от генератора, например, с ветряной турбиной или солнечной панелью. Однако оборудование на другой стороне должно быть в состоянии поглотить эту дополнительную мощность. Например, часто можно заряжать аккумуляторы, но попробуйте сделать то же самое с чем-то более чувствительным, например, с компьютером, и вы его уничтожите.

В реальных электрических сетях, таких как сеть, это немного смешано. Когда некоторые электрические устройства выключены, напряжение немного повышается, но бытовые устройства без проблем справляются с допуском сети. Когда напряжение поднимается слишком высоко, сетевой оператор должен регулировать его, выключая один электрический генератор или запуская перекачку воды на плотины для накопления энергии для последующего использования. Если сетевой оператор не сделает этого, то, когда энергопотребление будет самым низким (среди ночи), напряжение будет слишком высоким и разрушит оборудование.

В меньшем масштабе, если вы используете топливный генератор, он изменяет мощность, которую он производит, потребляя больше или меньше топлива, чтобы обеспечить стабильное выходное напряжение.