Анализ электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ магнитных цепей

Анализ электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ магнитных цепей

Тольяттинский Государственный Университет

Кафедра "Электроснабжение и электротехника"

Анализ электрических цепей с нелинейными элементами. Анализ магнитных цепей

по дисциплине Теоретические основы электротехники

Выполнил: Гаврилюк К.С

Группа: ЭЭТб-1101

Вариант 6.6

Преподаватель: Шлыков С.В.

Тольятти 2013

Задание №1

1.      По двум заданным параметрам нелинейной электрической цепи определить неизвестные величины согласно варианту.

2.      Методом компьютерного моделирования проверить правильность расчета нелинейной электрической цепи постоянного тока.

Дано:

Тип полупроводникового диода: LD106

=0.6 Ом, U=1.3 В.

Найти: J, I_Д, I_R

1)По закону Ома найдем силу тока I_R

_R=U/R=1.3/0.6=2.32 А

2) С помощью Вольтамперной характеристики находим ток I_д по напряжению U: I_д=0.9 А

) По первому закону Кирхгофа находим ток источника:

J=I_R+I_д=2.16+0.88=3.06 А

Ответ: I_R=2.16 А, I_д=0.88 А, J=3.06 А

Задание №2

Компьютерное моделирование.

Результаты компьютерного моделирования совпали с результатами расчётов.

Задание №3

1. Изобразить электрическую цепь с заданными источниками постоянного тока и ЭДС, нелинейными элементами;

. Найти и привезти из справочной литературы выбранный тип нелинейного резистора и его вольт-амперную характеристику (ВАХ);

. На рабочем участке ВАХ нелинейного резистора выполнить аналитическую аппроксимацию (линейной или квадратичной функцией);

. Рассчитать нелинейную электрическую цепь. Подобрать параметры электрической цепи (E, J, R) чтобы обеспечить номинальный режим работы нелинейного резистора.

. Указать на ВАХ нелинейного резистора рабочую точку. Рассчитать статическое и дифференциальное сопротивление. Сравнить с паспортными данными нелинейного резистора.

=100 Ом

1)      В данном задании буду работать со светодиодом КЛ101А(желтый)

)        Его примерная ВАХ:

Рабочий режим: I_min=5 мА, U_min=5 В, I_max=10 мА, U_max=5,5 В

)        Выполним аналитическую аппроксимацию на рабочем участке, приняв за координаты минимальные и максимальные значения тока и напряжения.

U(I)=*(I-5)+5=0.01*I+4,95

)Рассчитаем нелинейную электрическую цепь:

(I)=0.01*5.3+4.95=5.003+I2=I3=5.3=2.3A=3A=5.3 A*R+(0.1*I+4.95)=E

.3*100+5,3=235,003 В

) Точка А - рабочая точка

Rст==0.714

Rдиф=

Задание № 4

Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока

Цель работы - изучение экспериментальных и графо-аналитических методов анализа электрических цепей с нелинейными элементами.

С помощью физического эксперимента в лаборатории кафедры

а) снять вольт-амперные характеристики нелинейных элементов;

б) графическим методом получить эквивалентную вольт-амперную характеристику электрической цепи при смешанном соединении нелинейных элементов;

в) определить статическое и дифференциальное сопротивления нелинейного элемента.

Индивидуальная расчетная часть:

Построим эквивалентную вольт-амперную характеристику ВАХ последовательного соединения двух нелинейных элементов, у одного из которых ВАХ - монотонная кривая, а у другого ВАХ отрицательного сопротивления управляемого напряжением (N - характеристика).

Описание лабораторной установки

В работе исследуется электрическая цепь, содержащая линейный резистор R₁, две электрические лампы накаливания Н1 и Н2 и полупроводниковый стабилитрон VD1 (рисунок 5.4). Для снятия вольт-амперных характеристик (ВАХ) используется регулируемый источник ЭДС, миллиамперметр РА1 и вольтметр PV1. С помощью ключа S1 изменяется конфигурация схемы.

Рисунок 5.4. Исследуемая нелинейная электрическая цепь.

Изменяя напряжение источника U, измерили соответствующие значения тока I с помощью миллиамперметра РА1 и соответствующие значения напряжений U_ab, U_bc и U_сd с помощью вольтметра PV1. Измеренные значения занесли в таблицу 5.5. Замкнув ключ S1 и изменяя напряжение источника U, измерили соответствующие значения тока I с помощью миллиамперметра PA1. Измеренные значения занесли в таблицу 5.6.

По найденным значениям построим ВАХ, где . По ВАХ стабилитрона найдём соответствующее статическое и дифференциальное сопротивления.

R_диф=∆U/∆I=(13.75-13.5)/(0.2-0.18)=12.5 Ом

R_ст=13,5/0,18=75 Ом

Задание № 6

нелинейный электрический цепь резистор

Цель работы - изучение экспериментальных методов определение параметров схемы замещения нелинейной индуктивности с ферромагнитным сердечником и исследование резонансных режимов в нелинейных цепях.

С помощью физического эксперимента в лаборатории кафедры

а) исследовать зависимость параметров катушки с ферромагнитным сердечником от приложенного напряжения;

б) исследовать явление резонанса напряжений в цепи с нелинейной катушкой индуктивностью;

Индивидуальная расчетная часть:

Рассчитать схему замещения и построить векторную диаграмму катушки с ферромагнитным сердечником по результатам экспериментов на постоянном и переменном токе.

.На постоянном токе: U = 20 B, I = 2 A.

.На переменном токе: U = 120 B, I = 0,5 A, P = 5 Вт.

Известно, что индуктивность рассеяния приблизительно составляет 10% от индуктивности катушки.

.        На постоянном токе:

 = 20 B, I = 2 A. => R_м=10 Ом

2.      На переменном токе:

 = 120 B, I = 0,5 A, P = 5 Вт

P=I²*R_∑ => R_∑=P/I²=20 Ом

R_ст=10 Ом R_м=10 Ом

z=U/I=120/0.5=240 Ом

=240

x²+400=57200

x=239.1

x=x_м+x_s=239.1

x_s=0.1* x_м

x_м+0.1* x_м=239.1

.1* x_м=239.1

x_м=217.4 Ом

x_s=21.7 Ом

Описание лабораторной установки

В работе исследуются нелинейные двухполюсники в цепи переменного тока. Источником синусоидальной ЭДС служит сеть частотой 50 Гц. Напряжение сети снимается с зажимов автоматического выключателя QF и регулируется с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) Т. Для измерения действующих значений тока I и напряжения U, активной мощности P, используется комплект измерительных приборов К-505, к выходным зажимам которого подключается исследуемая цепь (рисунок 5.5).

Рисунок 5.5. Электрическая схема исследуемой цепи.

)        Собрали электрическую цепь, соответствующую схеме замещения (рисунок 5.5), подключили к выводам комплекта измерительных приборов К-505 катушку L с ферромагнитным сердечником (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6. Исследуемый нелинейный двухполюсник -катушка с ферромагнитным сердечником

Сняли ВАХ катушки, для чего, изменяя напряжение с помощью автотрансформатора Т, устанавливаем значения тока I указанные в таблице 5.7 и измеряем соответствующие значения напряжения U и активной мощности P. Заносим в протокол величину активного сопротивления катушки на постоянном токе R_М .

Таблица 5.7. ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником и ее параметры схемы замещения.

По таблице 5.7 построили ВАХ цепи и определяем напряжение на конденсаторе при скачке, затем просчитываем сопротивление этого конденсатора.

_c=U_c/I=270/3=90 Ом.=1/(X_c*w)=1/(314*90)=34 мкФ.

2)      Собрали электрическую цепь, соответствующую схеме замещения (рисунок 5.5), подключили к выводам комплекта измерительных приборов К-505 последовательное соединение нелинейной катушки L и конденсатора С (рисунок 5.7).

Рисунок 5.7. Последовательное соединение нелинейной катушки и конденсатора.

Результаты заносим в таблицу 5.8

Таблица 5.8

ВАХ по таблице 5.8