ТОЭ 2.1 / Лабораторные работы / Лаб 18 / ЛР_18_Васильев_Л_5А47

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИСТЕТ»

Инженерной школы энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Лабораторная работа №18

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Вариант 4

Исполнитель:
студент группы			Васильев Л.М.
Руководитель:
к.т.н., доцент ОЭЭ ИШЭ			Колчанова В. А.

Томск 2026

Цель работы. Экспериментальное исследование цепей переменного тока с последовательным и параллельным соединением элементов и их расчет методом эквивалентных синусоид.

Схемы электрических цепей

Схема, изображенная на рис. 17.3, в которой по ходу работы меняется правая часть (между точками a и b), позволяет снять вольтамперные характеристики каждого из нелинейных элементов (схемы а и б), а также их последовательного (в) и параллельного (г) соединений. В качестве нелинейных элементов используются лампа накаливания (НЭ в EWB) и катушка (L в EWB), параметры схемы выбираются по таблице ниже. ВАХ НЭ задаётся функцией (где m– определяется по номеру варианта)

Номер вар.	4
L	4 мГн
m	4

а б в г

Рис. 17.3

Рис. 17.3

Программа работы

1. Собрать схемы по рис. 17.3, а, б, в г, изменяя потенциометром напряжение и ток от 0 до 35 мА, экспериментально ВАХ НЭ, катушки, их последовательного и параллельного соединений. Соответствующие друг другу показания амперметра и вольтметра (510 значений) внести в табл. 17.1.

Таблица 17.1

Лампа		Катушка		Послед. соединение		Параллельное соединение
IЛ	UЛ	IК	UК	Iэ ’	Uэ ’	Iэ ”	Iэ ”
мА	В	мА	В	мА	В	мА	В
0	0	0	0	0	0	0	0
2,26	0,4	20	0,025	2,26	0,4	20	0,025
5,09	0,6	23	0,029	5,09	0,6	23	0,029
9,05	0,8	26	0,033	9,05	0,8	26	0,033
14,14	1	29	0,037	14,14	1	29	0,037
20,36	1,2	32	0,041	20,36	1,2	32	0,041
27,72	1,4	35	0,045	27,72	1,4	35	0,045

2. Построение ВАХ:

• U_Л(I_Л),

• U_К(I_К),

• послед. соединение Uэ(Iэ),

• параллельное соединение Uэ(Iэ) по результатам эксперимента – табл 17.1

3. Расчет фазоамперных характеристик катушки (в EWB = 90) и последовательного соединения нелинейных элементов. – построить полученные характеристики.

Последовательное соединение						Параллельное соединение
Iэ’=Iк’	Uл	Uк	Uэ’	ϕк ’	ϕэ ’	Uэ ”	Iл	Iк”	Iэ”	ϕк”	ϕэ”
мА	В	В	В	град	град	В	мА	мА	мА	град	град
13	0,92	0,016	0,92	88	25	0,01	7	0,2	7	87	37
23	1,28	0,028	1,28	89,5	36	0,03	24	0,4	24	88	38
25	1,35	0,032	1,35	90	59	0,045	35	0,7	35	90	45

4. Отметить расчётные точки, полученные с использованием метода эквивалентных синусоид на экспериментальных кривых, построенных по таблице 17.1 для последовательного и параллельного лампы и катушки.

Пример расчёта:

Для последовательного соединения на основании второго закона Кирхгофа в комплексной форме:

Пример расчёта одной строки

Задаёмся тремя значениями тока.

Для тока = 13 mA по ВАХ катушки и лампы определяем

Для параллельного соединения на основании первого закона Кирхгофа в комплексной форме

Задаёмся тремя значениями напряжения.

Для напряжения = 0,01 B по ВАХ катушки и лампы определяем

5. Построить векторную диаграмму для одной точки параллельного и последовательного соединения.

Вариант		4
I	мА	30
U	В	1

Рисунок 17.4 – Последовательное соединение

Рисунок 17.5 – Параллельное соединение

Вывод

Экспериментально исследовали цепи переменного тока с последовательным и параллельным соединением элементов и рассчитали их методом эквивалентных синусоид.

Характер протекания динамических процессов в нелинейных цепях существенно зависит от того, успевают ли свойства нелинейного элемента меняться вместе с изменением тока и напряжения на элементе.

При достаточно быстрых изменениях тока через лампу накаливания (например, при питании ее от сети с частотой 50 Гц) нить лампы имеет в течение периода практически постоянную температуру, а, следовательно, и ее сопротивление R сохраняется неизменным. Поэтому формы кривых тока i и напряжения на лампе u в течение периода будут подобны. Такие элементы являются инерционными.

У безынерционных нелинейных элементов нелинейность проявляется и в отношении мгновенных значений тока и напряжения. Поэтому при подаче на элемент, например, синусоидального напряжения, ток в нем будет иметь форму, отличную от синусоиды. К таким элементам относится катушка индуктивности.

Литература

1. Теоретические основы электротехники: учебник для вузов / К.С.Демирчян, Л.Р.Нейман, Н.В.Коровкин. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2009. – (Учебник для вузов). Т. 2. – 2009. – 432 с.

2. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А.Бессонов. – 11-е изд., перераб. и доп. – М.: Юрайт, 2012. – 701 с.

3. Основы теории цепей / Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

12