Работа №1 - 4. НЕЛИНЕЙНАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ

Экспериментальное получение вольтамперных характеристик нелинейных резистивных элементов, графический расчет нелинейной электрической цепи постоянного тока и экспериментальная проверка результатов расчета.

Под нелинейной электрической цепью понимают электрическую цепь, содержащую нелинейные элементы (нелинейные сопротивления, нелинейные индуктивности, нелинейные емкости). Нелинейным элементом называют такой элемент электрической цепи, параметры которого зависят от электрического тока или магнитного потока. Схема замещения цепи постоянного тока содержит только нелинейные резистивные элементы. Нелинейные элементы в отличии от линейных обладают нелинейными вольтамперными характеристиками.

Основной характеристикой нелинейного элемента является его вольтамперная характеристика U=f(I) (рис. 1), из которой видно, что каждому значению постоянного напряжения тока (напряжения) соответствует определенное значение постоянного напряжения (тока). У нелинейных цепей различают статическое и динамическое сопротивления. По вольтамперной характеристике определяют статическое сопротивление нелинейного элемента в данной точке А R_СТ=U/I и его дифференциальное (динамическое) сопротивление как отношение бесконечно малых приращений напряжения dU и тока dI R_Д=dU/dI. Динамическое сопротивление пропорционально тангенсу угла наклона β касательной к вольтамперной характеристике в данной точке. Для экспериментального получения вольтамперной характеристики нелинейного элемента необходимо измерить ряд значений постоянного напряжения и постоянного тока в цепи нелинейным элементом (рис. 2).

Математическая модель нелинейной цепи постоянного тока состоит из уравнений Кирхгофа и уравнений характеристик нелинейных резистивных элементов. Так как модель становится нелинейной, то не может быть решена методами линейной алгебры. К нелинейным цепям применимы законы Кирхгофа, хотя методы анализа, основанные на методе наложения (на постоянстве параметров элементов цепи) чаще всего неприменимы. В таких цепях сопротивление и проводимость нелинейного элемента являются нелинейной функцией мгновенного значения тока (напряжения) на этом элементе.

Следовательно, они представляют собой переменные величины, а поэтому для расчета малопригодны.

Так как характеристики нелинейных элементов U=f(I) или I=f(U) часто определяются экспериментально и задаются обычно в виде таблиц или графиков, то широкое применение получили графические (графоаналитические) методы расчета. При этом последовательность операций сохраняется примерно той же, что и при расчетах линейных цепей, только вместо сложения и вычитания напряжений и токов в соответствии с законами Кирхгофа производится сложение или вычитание абсцисс или ординат соответствующих вольтам черных характеристик. Расчет сводится к построению эквивалентной вольтамперной характеристики цепи В соответствии с законами Кирхгофа при последовательном соединении элементов характеристики складывают при одинаковых значениях тока, при параллельном соединении - при одинаковых значениях напряжения. В лабораторной работе исследуется электрическая цепь (рис. 3) с двумя нелинейными элементами, одним их которых является лампа накаливания HL, и одним линейным элементом (резистором). Эквивалентная вольтамперная характеристика параллельного соединения U₂₃=f(I₁) при графическом методе расчета получается суммированием вольтамперных характеристик лампы накаливания HL и резистора R при одинаковых значениях напряжения. Вольтамперная характеристика всей цепи U=f(I₁) получается суммированием характеристики нелинейного сопротивления R1 и характеристики параллельного соединения U₂₃=f(I₁) при одинаковых значениях тока.

3.2. Собрать электрическую цепь для снятия вольтамперных характеристик элементов цепи (рис. 2) и предъявить её для проверки преподавателю.

В качестве регулируемого источника постоянного напряжения использовать выход 2 ЦАП модуля ввода - вывода. Для измерения тока использовать вход 5 модуля ввода-вывода (гнезда Х25 и Х26). Для измерения напряжений использовать входы 1, 2 и 3 модуля ввода - вывода на пределе 30 В (гнезда Х9 и X10, X11 и XI2, XI3 и XI4 соответственно).

3.3. Снять вольтамперные характеристики лампы накаливания, резистора и всей цепи. Для этого выполнить следующие действия:

Загрузить программу автоматического управления Delta Profi.

В левом верхнем углу в окне программы выбрать меню «Работы». Одинарный щелчок левой кнопкой мыши приводит к появленню контекстного меню, в котором надо выбрать раздел «Электрические цепи (мини)».

В появившемся списке работ выбрать «Работа 1 - 4. Нелинейная электрическая цепь постоянного тока с последовательным соединением элементов».

Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» ► или командой главного меню «Управление – Пуск».

Наблюдать за процессом снятия характеристики.

Сохранить полученные результаты. Остановить программу нажатием кнопки «Стоп» ▀ Выключить электропитание.

3.4. Записать уравнение второго закона Кирхгофа для исследуемой цепи. Используя подученные экспериментальные вольтамперные характеристики резистора и лампы накаливания, построить в той же системе координат расчетную вольтамперную характеристику всей цепи U_РАСЧ=f(I) и сравнить её с полученной ранее вольт амперной характеристикой цепи U_ЭКСП=f(I)

3.5. Сделать вывод об особенностях применения второго закона Кирхгофа в нелинейной цепи постоянного тока.

б) схемы экспериментов и таблицы с результатами измерений;

в) расчетные и экспериментальные вольтамперные характеристики;

г) сравнение результатов расчета с экспериментальными данными;

1. Что такое «нелинейный элемент» в электрической цени?

2. Привести примеры нелинейных элементов электрических цепей и их вольтамперных характеристик.

3. Почему для нелинейной цепи удобен графический способ анализа?

4. Справедливы ли для нелинейных цепей законы Кирхгофа?

5. Как построить вольтамперную характеристику последовательного соединения нелинейных элементов?

5.6. Как построить вольтамперную характеристику параллельного соединения нелинейных элементов?

7. Как определяется статическое сопротивление нелинейного элемента? Будет ли оно одинаковое для разных точек вольтамперной характеристики нелинейного элемента?

8. Как определяется динамическое сопротивление нелинейного элемента? Будет ли оно одинаковое для разных точек вольтамперной характеристики нелинейного элемента?

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: