3. Контрольные вопросы.

10.4.1. Какой элемент называется нелинейным?

10.4.2. Назовите типы нелинейных элементов и укажите их вольт-амперные характеристики,

10.4.3. Назовите нелинейный элемент, позволяющий осуществить ограничение амплитуды выпрямленного напряжения.

10.4.4. Поясните, как определяется статические дифференциальные сопротивления и проводимость нелинейного элемента?

10.4.5. Изложите сущность методов анализа нелинейных электрических цепей постоянного тока.

10.4.6. Приведите примеры электротехнических устройств, в которых применяются полупроводниковые приборы - диоды, стабилитроны, динисторы.

11. Лабораторная работа №11 «Феррорезонансные цепи»

1. Цель работы:

Экспериментальное исследование феррорезонансных явлений в электрической цепи, содержащей нелинейную индуктивность, конденсатор и резистор.

2. Основные положения и соотношения:

Под феррорезонансом в цепи, содержащей катушку с ферромагнитным магнитопроводом и конденсатор, понимают явление совпадения по фазе первых гармоник напряжения и тока на входе цепи или ее участке.

В отличие от линейного резонанса, феррорезонанс, может быть, достигнут не только изменением частоты, емкости или индуктивности, но и изменением величины приложенного напряжения, изменяющего величину индуктивного сопротивления.

Для анализа феррорезонансных цепей используется метод эквивалентных синусоид. На рис. 1 приведены вольт-амперные характеристики для действующих значений напряжения и тока. Результирующая ВАХ для схемы с последовательным соединением элементов строится на основании зависимости:

(1)

Из анализа характеристики U(I) следует, что при увеличении входного напряжения в момент, соответствующий U_В, происходит скачкообразное увеличение тока от значения I_В до I_D . Одновременно скачкообразно изменяется и фаза тока; при U = U_В ток I отстает по фазе от входного напряжения, так как здесь U_L > U_C , а при U > U_В ток опережает приложенное напряжение, так как U_С > U_L. Феррорезонансу напряжения соответствует точка С.

В этой точке взаимно компенсируется напряжение на емкости и реактивная составляющая первой гармоники напряжения на катушке.

В цепи с параллельным соединением катушки с магнитопроводом и конденсатора феррорезонанс токов. Для эквивалентных синусоид результирующая ВАХ строится на основании зависимости:

I = I_L - I_C  (2)

В случае реальной катушки результирующая ВАХ приведена на рис. 2. До точки С ток конденсатора I_C с по модулю больше тока катушки I_L и цепь имеет емкостный характер. Точка С соответствует режиму феррорезонанса токов. Ток в неразветвленной цепи содержит активную составляющую первой гармоники и высшие гармоники. После точки С цепь имеет индуктивный характер.

Феррорезонансные схемы находят применение для стабилизации переменного напряжения.

3. Порядок выполнения работы:

11.3.1. По схеме рис. 11.3 собрать электрическую цепь. Определить ВАХ нелинейной индуктивности L₄, по действующим значениям напряжения и тока. При этом ток в катушке дросселя не должен превышать значения I = 0,5 А. Результаты измерений занести в таблицу 11.1

Рис. 11.1.

Рис. 11.2.

11.3.2. По опытным данным построить ВАХ U_L = f(I) нелинейного дросселя. Выбрать точку за коленом кривой U_L (I) и подсчитать резонансную емкость из условия:

В этой же системе координат построить ВАХ емкости, а также результирующую ВАХ цепи.

11.3.3. Определить экспериментальную зависимость U₁ = f(I) при последовательном соединении нелинейной индуктивности L₇ и конденсатора. Для этого необходимо собрать цепь по схеме рис. 11.4. Увеличивая напряжение U₁, на входе от нулевого значения отметить значение напряжения U_В, при котором наступает скачкообразное увеличение тока от I_В до I_D в соответствии с рис. 11.1. Затем, плавно уменьшая напряжение U₁ определить U_С, при котором наступает скачкообразное уменьшение тока. Результаты измерений и расчетов записать в таблицу11.2.

Таблица 11.1.

№ п/п	Измерения			Расчет
	U1, В	I, A	P, Вт	Срез
1 . . .

Рис. 11.3.

Таблица 11.2.

U1, B
I, A
Р, Вт

На основании опытных данных построить результирующую ВАХ цепи.

11.3.4. Зарисовать осциллограмму тока i(t) для режимов:

• до феррорезонанса;

• феррорезонанса;

• после феррорезонанса.

Рис. 11.4.