Любая электротехническая система состоит из источника электрической энергии, потребителей (нагрузки) и линии электропередачи соединяющей источник с потребителем.

     Схема замещения такой цепи для постоянного тока может быть представлена в следующем виде

     На этой схеме Е и R_вн, представляющая собой сумму внутреннего сопротивления R₀ источника и сопротивления линии электропередачи R_лэп являются величинами неизменными. Переменным же параметром является R_нагр, которое может меняться, в общем случае, в пределах от 0 до бесконечности.

     В зависимости от величины R_нагр выделяют следующие 4 характерных режима работы цепи.

1. R_нагр равно бесконечности – режим холостого хода.

   Практически это означает, что все потребители отключены, т.е. цепь разомкнута и ток в ней I=E/(R_вн+R_нагр) равен 0. При отсутствии тока потери напряжения на внутреннем сопротивлении dU=R_внI также равно 0, а напряжения на нагрузке U₂=U₁-dU=U₁=E. Мощность отдаваемая источником (затраченная) P₁=U₁I равна 0, мощность потребителей (полезная) P₂=U₂I также равна 0. Коэффициент полезного действия системы КПД=P₂/P₁=U₂/U₁ равен 100 %.

2. R_нагр=0 – режим короткого замыкания.

   В этом случае I=E/R_вн будет иметь максимально возможное значение, т.к. ограничен только внутренним сопротивление системы, которое по сравнению с сопротивлением нагрузки, обычно, значительно меньше. На такой ток система не рассчитывается, поэтому режим является аварийным и быстро прекращается при срабатывании предохранительных устройств. В этом режиме U₂=IR_нагр равно 0, а все напряжение u1 теряется на внутреннем сопротивлении. Мощность отдаваемая источником P₁=U₁I будет иметь максимально возможное значение, а полезная мощность P₂=U₂I будет равна 0. Вся энергия источника расходуется на нагрев проводов. КПД этого режима равен 0.

        Обратите внимание, что в обоих крайних режимах полезная мощность равна 0. Следовательно, имеется какой-то промежуточный режим, при котором полезная мощность достигает максимума. Если исследовать функцию P₂=I²R_нагр=(E/(R_вн+R_нагр))²R_нагр на экстремум, то можно убедиться, что этот режим имеет место при R_нагр=R_вн

3. R_нагр=R_вн– согласованный режим.

   В этом режиме dU=U₂=U₁/2; I=E/(2R_вн)=I_к.з./2; КПД=50%.

        В энергетических цепях, в которых КПД имеет существенное значение согласованный режим в качестве расчетного или номинального не используют. Однако, в маломощных цепях, в которых КПД не играет существенной роли, но важен эффект передачи максимума мощности от источника к потребителю, его используют в качестве номинального (телефонные цепи, усилители мощности в электронике и др.)

4. R_нагр >> _Rвн – номинальный режим для энергетических цепей.

   Это условие позволяет обеспечить КПД линии электропередачи в пределах 85-95%. Повышенный КПД линии электропередачи обеспечивается передачей энергии при как можно большем напряжении с соответственно пониженным током, что достигается трансформацией энергии.