3.4. Обработка результатов опыта

Рассчитать и построить графики функций U₂ = f (I); ΔU = f (I); ΔP = f (I); P₂= f (I); η = f (I); η = f(U₁) при Р₁ = const.

3.5. Контрольные вопросы

1) Почему передача энергии по длинным линиям производится при высоком напряжении?

2) Как обеспечивается защита линии от короткого замыкания?

3) При каких условиях на нагрузке выделяется максимальная мощность и чему равен при этом КПД?

4) Какова зависимость потерь напряжения в линии от тока и ее сопротивления?

Лабораторная работа 4

Исследование электрических цепей

с нелинейными двухполюсниками

Цель работы: снять вольт-амперные характеристики (ВАХ) различных элементов электрических цепей; ознакомиться с методами расчета нелинейных цепей; выполнить графический расчет неразветвленной и разветвленной нелинейных цепей и проверить его опытным путем [1, с. 51 – 55; с. 137 – 146].

4.1. Основные теоретические положения

Расчет многих элементов электрических цепей постоянного тока выполняется на основании закона Ома, устанавливающего прямую пропорциональную связь между током и напряжением, приложенным к зажимам приемника электроэнергии. Такие цепи называются линейными, а само сопротивление – линейным. Однако в электрических цепях наряду с линейными сопротивлениями могут встречаться и такие приемники электроэнергии, сопротивления которых являются функцией величины и направления протекающего тока или напряжения, приложенного к ним. Такие сопротивления и соответственно элект­рические цепи называются нелинейными.

Основной характеристикой электрической цепи с нелинейным элементом является ВАХ – зависимость протекающего тока I от приложенного напряжения U, т. е. I = f(U).

ВАХ исследуемых в данной работе нелинейных элементов – диода и стабилитрона – приведены соответственно на рис. 8 и 9.

I
Рис 8. ВАХ диода	Рис 9. ВАХ стабилитрона

При анализе нелинейных цепей используют такие параметры, как статическое R_ст и динамическое R_дин сопротивление в заданной точке А (см. рис. 8) ВАХ элемента:

; (29)

, (30)

где и – масштабы по напряжению и току.

Расчет нелинейных электрических цепей проводится графоаналитическими методами, в основу которых положены законы Кирхгофа, или графическим – использованием ВАХ отдельных нелинейных элементов.

В настоящей работе воспользуемся графическим методом расчета. Допустим, имеется неразветвленная цепь (рис. 10) с линейным и нелинейным эле­ментами.

ВАХ нелинейного элемента известна и представлена на рис. 11 – кривая . На этом же графике нанесена прямая линия, соответствующая изменению тока при изменяющемся напряжении на линейном сопротивлении – кривая . Просуммировав соответствующие точки абсцисс этих зависи­мостей, получим вспомогательную кривую .Для определения тока I' в цепи необходимо на оси абсцисс отложить напряжение U', приложенное к входным зажимам последовательной цепи. Ордината, полученная по вспомогательной кривой , соответствует значению тока в цепи.

Рис 11. Графический метод расчета нелинейных электрических цепей

Значения напряжения на линейном U₂' и нелинейном U₁' сопротивлениях при заданном значении тока I' в цепи определяются по кривым и графическим построением (см. рис. 11).

Расчет разветвленной нелинейной цепи производится аналогичным образом, с той лишь разницей, что значения тока в разветвленных участках цепи будут различными, а значения напряжения на линейном и нелинейном элементах – одинаковыми.