МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НУКИ УКРАЇНИ

Національний університет кораблебудування

імені адмірала Макарова

Херсонська філія

Кафедра автоматики та

електроустаткування

Дослідження кола постійного струму

З нелінійними елементами

Лабораторна робота № 4

З курсу “Теоретичні основи електротехніки”

00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000Спеціальність: 7.092201 “Електричні системи транспортних засобів”

7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та

електропривод”

Методичні вказівки розробили викладачі кафедри

автоматики і електроустаткування ХФ НУК

В.В. Шевченко, О.М. Філіпщук

Херсон 2004

Лабораторна робота № 4

ДОСЛІДЖЕННЯ КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З НЕЛІНІЙНИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ

Мета роботи: дослідити коло постійного струму з нелінійними елементами і ознайомитися з властивостями та характеристиками нелінійних елементів, методами розрахунку.

Стислі теоретичні положення

У практичних умовах часто зустрічаються електричні ланцюги, параметри окремих елементів котрих різко змінюються зі зміною струму. Ці елементи мають криволінійні вольт-амперні характеристики і тому називаються нелінійними елементами. Нелінійні елементи дуже різноманітні і використовуються в широких областях техніки. Найпростішими з них є лампи розжарювання, тому що їхній опір сильно залежить від температури нитки розжарювання, а температура знаходиться в залежності від пртікаючого по нитці накалювання струму. Найбільш поширеними нелінійними елементами є електронні лампи, найпростішим представником яких служить двох електродна лампа - діод.

Одним із найбільш поширених нелінійних елементів є бареттер. Він являє собою сталевий дріт, розміщеннийи в скляному балоні, заповнений воднем для поліпшення відводу тепла і захисту від окислювання. Сталь має значний позитивний температурний коефіцієнт в інтервалі температур від до. Величина опору при цих температурах збільшується майже прямопропорційно зміні напругиU, завдяки цьому, у межах зміни напруги від U_поч до U_кін струм бареттера залишається практично незмінним (рис. 4.1,а).

Вольтамперні характеристики застосовуваних нелінійних елементів мають самий різноманітний вид, але найбільш поширенними є дві групи: симетричні і несиметричні щодо осі координат (рис. 4.1,б).

Рис. 4.1. Вольтамперні характеристики нелінійних елементів.

Опір нелінійних елементів із несиметричною характеристикою (крива 1) залежить від напрямку струму. Вони застосовуються в ланцюгах змінного струму в якості випрямлячів, тобто перетворювачів змінного струму в постійний. До несиметричних лінійних опорів належать різноманітні електронні лампи, ртутні вентилі, напівпровідникові діоди і тріоди і т.і.

Опір нелінійних елементів із симетричною характеристикою (крива 2) не залежить від напрямку струму, тому вони використовуються як у ланцюгах постійного, так і змінного струму. До цієї групи належать термоопори, бареттери, прилади тліючого розряду, електрична дуга і т.і.

Нелінійні елементи мають характеристики, що можуть бути опуклі й увігнуті, у залежності від того, позитивним або негативним температурним коефіцієнтом вони володіють. Так, наприклад, у ламп із металевої ниткою вольтамперні характеристики опуклі, а в ламп із вугільною ниткою - увігнуті.

Розрахунок ланцюгів із нелінійними елементами звичайно проводиться графічним методом. При цьому вважаються заданими вольтамперні характеристики вхідних у ланцюг нелінійних елементів. На рис. 4.2,a показаний графічний метод розрахунку ланцюга з двома послідовно з’єднаними нелінійними елементами.

Рис.4.2. Вольтамперні характеристики ланцюга з двома послідовно з’єднаними нелінійними елементами.

Побудуємо вольтамперну характеристику I(U), що виражає залежність струма I у ланцюзі від прикладеного до нього напруги U. Оскільки струм обох ділянок однаковий, а підведена напруга:

,

то для побудови характеристики I(U) достатньо скласти абсциси заданих кривих I(U₁) і I(U₂) для визначених значень струму.

Користуючись наявними характеристиками можна вирішити різноманітні для цього ланцюга задачі. Наприклад, для заданого струму I (т. а на осі ординат) можна визначити відповідну йому напругу U ланцюга і напруги на окремих її елементах U₁ і U₂. Для цього достатньо з точок перетинання горизонталі а з кривими I(U₁), I(U₂) і I(U) опустити перпендикуляри на вісь абсцис. Точки перетинання їх із віссю абсцис визначать шукані величини:

де m_u - масштаб напруги.

При паралельному з'єднанні двох нелінійних елементів із заданими вольтамперними характеристиками у вигляді кривих I₁(U) і I₂(U) напруга U являється загальною, а струм I у неразгалеженій частині ланцюга дорівнює сумі струмів гілок:

I = I₁+I₂.

На рис. 4.3 показано графічний метод розрахунку ланцюга з двома паралельно з’єднаними нелінійними елементами.

Рис.4.3. Вольтамперні характеристики ланцюга з двома паралельно з’єднаними нелінійними елементами.

Для одержання загальної характеристики I(U) достатньо для довільних значень напруги U скласти ординати характеристик окремих елементів. Користуючись цими характеристиками також як і при послідовному з'єднанні по заданій напрузі можна визначити струму I₁, I₂, I₃.

У цьому випадку з точок перетинання вертикалі, що відповідає заданій напрузі, із кривими I₁(U); I₂(U) і I(U) потрібно опустити перпендикуляри на вісь ординат визначають шукані величини:

де: m_i - масштаб струму.