16. Лабораторная работа №16

Применение метода эквивалентного источника к анализу цепи

Цель работы: Приобрести навыки в определении вольтамперных характеристик (ВАх) нелинейных элементов и в эквивалентной замене линейной части цепи; уяснить особенности определения рабочего режима нелинейного элемента в схеме с эквивалентным источником.

Уравнение, описывающее режим нелинейной цепи, имеет переменные коэффициенты, их решение возможно графическим способом либо аналитически при линеаризации задачи или аналитической аппроксимации характеристик. К линейной части нелинейной цепи можно применить все методы расчета и преобразований цепей и, при необходимости, заменить ее эквивалентным источником.

Параметры эквивалентного источника (E_Э, R_Эили J_Э, G_Э) можно определить путем по заданной схеме или экспериментально методом холостого хода и короткого замыкания. Рабочая точка определяется графически при пересечении внешней характеристики эквивалентного источника и характеристики нелинейных элементов.

В работе исследуется цепь постоянного тока с нелинейным и линейным элементами. При этом используешься блоки постоянных напряжений и переменного сопротивления стенда УИЛС-1, линейные (01…09) и нелинейные (13…17) элементы из набора элементов (см. табл.. 1) и много предельные амперметры.

Задачи работы: 1) определить ВАх заданного нелинейного элемента; измерить токи и напряжения цепи согласно заданию; определить параметры источника ЭДС, эквивалентного линейной части цепи; определить рабочую точку нелинейного элемента методом эквивалентного источника. 2) определить ВАх второго нелинейного элемента, заданного руководителем; рассчитать эквивалентную ВАх нелинейной части цепи при заданном соединения; методом эквивалентного источника определить токи и напряжения нелинейной цепи с двумя нелинейными элементами.

Порядок и методика проведения исследований

1. Собрать на наборном поле цепь для определения ВАх нелинейного элемента согласно заданию. Изменяя напряжение регулируемого источника по величине и направлению, измерить токи и напряжения нелинейного элемента. Результаты измерений занести в табл.16.1. и построить ВАх (рис. 16.1.).

2. Собрать исследуемую цепь по одной из схем рис. 16.2, пользуясь элементами, указанными в табл.16.2, согласно варианту задания. Примерные параметры использованных элементов приведены во введении в табл. 1.

Таблица 16.2

Варианты задания

Вариант	Элементы схем по рис. 16.2
	Е	R1	R2	R3	R4
1 2 3 4 5	ИН ИН ИН ИР, U = 20 V ИР, U = 16 V	03 04 06 03 04	08 07 08 07 08	01 03 02 02 01	13 14 15 16 17

При использовании несимметричных нелинейных элементов полярность их включения в исходную цепь выбирается самостоятельно и в дальнейшем сохраняется при сборке всех исследуемых схем.

Измерить в исследуемой схеме все токи и напряжение U₄нелинейного элемента, результаты занести в табл. 16.3.

Схема 1 Схема 2

Схема 3

Рис. 16.2. Варианты схем для исследования

Таблица 16.3

Параметры рабочего режима исследуемой цепи

E, V	U4, V	I1, mA	I2, mA	I3, mA

3. Определить параметры источника ЭДС (Е_Э; R_Э) эквивалентного линейной части цепи, измерив напряжение холостого хода U₀и ток короткого замыкания I_К. Рассчитать U₀и I_Кв соответствии с заданной схемой и ее параметрами. Результаты измерений и расчетов свести в табл.16.4. В случае расхождения результатов более чем на 5 %, повторить расчет или измерения.

Таблица 16.4

Определение параметров эквивалентного источника

U0, V		,%	IК, mA		,%	EЭ, V	RЭ, Ω
эксперим.	расчет		эксперим.	расчет

По измеренным значениям U₀и I_Копределить E_Эи R_Эи занести их в табл. 16.4.

4. Пользуясь источником регулируемого напряжения и блоком переменных сопротивлений, собрать схему эквивалентного источника (рис. 16.3.), установив параметры E_Эи R_Э, согласно табл. 16.4.

Подключить к выходу эквивалентного источника заданный нелинейный элемент R₄и измерить его ток и напряжение. Нанести на график ВАх нелинейного элемента (рис. 16.1) внешнюю характеристику эквивалентного источника и графически определить рабочую точку.

Рис. 16.3. Схема эквивалентного источника

5. Результаты расчета и измерений тока I_Зи напряжения U₄нелинейного элемента занести в табл. 4.5. Определить расхождения между рассчитанным и измеренным в исходной схеме и между измеренными в преобразованной схемах токами I_З.

Вычислить погрешность δ_Iопределения тока, отнеся наибольшее из полученных расхождений к измеренному в исходной схеме току. Аналогично вычислить погрешность δ_Uопределения напряжения U₄. Значения δ_Iи δ_Uзанести в табл. 16.5.

Таблица 16.5

Определение тока нелинейного элемента

Режим нелинейного тока	Эксперимент		Расчет Рис. 4.1	Погрешность δ, %
	Рис. 4.2 заданная схема	Рис. 4.3 преобразованная схема
I3, mA
U4, V

6

4

24 E

3 E

1 E

. Исследованию подлежит одна из схем (согласно варианту задания), приведенных на рис. 16.4. Здесь R_e, E_eи R₄– элементы, определенные в части А, E₂– источник ИН, остальные элементы выбираются по номеру варианта из табл. 16.6.

Таблица 16.6

Таблица вариантов

Номер варианта	Элементы схемы по рис. 4.4
	R5	R6
1	I5	02
2	I6	03
3	I7	02
4	I3	03
5	I4	02

Схема 1 Схема 2

Схема 3

Рис. 16.4. Варианты схем для исследований.

7. Определить ВАх нового нелинейного элемента R₅. Результаты измерений свести в таблицу (таблица 16.7) и изобразить в виде графика (рис. 16.5). На графике предусмотреть возможность дальнейших построений во всех четырех квадратах.

8. На наборном поле стенда собрать одну из схем рис. 16.4 согласно варианту задания, используя элементы, указанные в таблице 16.5. Параметры R_Эи E_Эустановить соответственно при помощи блоков переменного сопротивления и постоянных напряжений по данным табл. 16.4.

Измерить токи и напряжения в заданной схеме.

Результаты измерений свести в табл. 16.8

Таблица 16.8

Параметры рабочего режима исследуемой цепи

Величины схемы по рис. 4.4	I4	I2	I3	U12	U13
	mA	mA	mA	V	V
Измерения
Расчет
Погрешность

9. Определить результирующую ВАх заданной схемы относительно эквивалентного источника (R_Э, E_Э). Для этого необходимо воспользоваться методом эквивалентных преобразований схем соединения элементов по их характеристикам.

Графические построения выполнить на графике рис. 16.5.

При построениях характеристик обозначить их (например, цифрами), а в подписи под рис. 16.5 пояснить обозначения исходных, промежуточных и результирующих характеристик.

10. На график рис. 16.5 нанести внешнюю характеристику эквивалентного источника и определить рабочие точки нелинейных элементов.

Результаты расчета занести в табл. 16.8.

11. Сделать выводы и оформить отчет по лабораторной работе.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бyштян Л.В., Тарасов В.И., Обуховский М.П., Минихис Б.М., Пешинский Ю.С. Универсальный учебно-исследовательский стенд для лабораторного практикума по теоретическим основам электротехники // Проблемы высшей школы. - К., 1981, № 45. - с. 83-06.

2. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Стенд УИЛС-I и его применение в учебном процессе /Сост.: Л.В.Буштян, В.И.Тарасов, М.П. Обуховский. - Одесса; ОПИ, 1983. - 50 с.

3. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Установившиеся режимы в цепях постоянного тока /Сост.: Л.В.Буштян, В.И.Тарасов, М.П.Обуховский, Н.В.Савин. - Одесса: ОПИ, 1983. - 62 с.

4. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Переходные режимы в линейных электрических цепях /Сост.: Л.В.Буштян, В.И.Тарасов, М.П.Обуховский. - Одесса: ОПИ, 1984. - 41 с.

5. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Применение теории четырехполюсников к анализу цепей /Сост.: Л.В.Буштян, М.П.Обуховский, В.Ф.Миргород, Ю.М.Бастриков - Одесса: ОПИ, 1985 - 51 с.

6. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Установившиеся режимы в линейных цепях однофазного синусоидального тока /Сост.: Л.В.Буштян, В.И.Тарасов, М.П.Обуховский. - Одесса: ОПИ, 1985. - 63 с.

7. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Линейные цепи несинусоидального тока /Сост.: Л.В.Буштян, В.И.Тарасов, М.П.Обуховский. - Одесса: ОПИ, 1987. - 40 с.

8. Методические указания к лабораторному практикуму "Электрические цепи" на стендах УИЛС-1. Трехфазные электрические цепи /Сост.: Л.В.Буштян, В.И.Тарасов, М.П.Обуховский. - Одесса: ОПИ, 1987. - 51 с.

9. Программируемые микрокалькуляторы и аналоговые ЭВМ в курсе теории электрических цепей: Учеб. пособие для студентов электротехнических специальностей вузов /Л.В.Бyштян, М.П.Обуховский, В.И.Тарасов, Д.А.Маевский; Под ред. Л.В.Бyштяна. - Одесса: ОПИ, 1986. - 105 с.

10. Применение ЕС ЭВМ в курсе теории электрических цепей: Учеб. пособие для студентов электротехнических специальностей вузов /Л.В.Бyштян, М.П.Обуховский, В.И.Тарасов, Д.А.Маевский; Под ред. М.П.Обуховского. - Одесса: ОПИ, 1987. - 103 с. 96

11. Атабеков Г.И. Основы теории цепей: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1969. - 424 с.

12. Бессонов Л.А. Теоретические Основы электротехники: Учебник для вузов. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1973. - 673 с.

13. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи: Учебник для вузов. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1984. - 559 с.

14. Основы теории цепей: Учебник для вузов / Г.В.3евеке, И.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. - 4-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1975. - 852 с.

15. Теоретические основы электротехники: В 2 т.: Учебник для вузов. - Т. 1 / П.А.Ионкин, А.И.Даревский, Е.С.Кухаркин и др. Под ред. П.А.Ионкина. - 2-е изд., перераб. - М.: Высш. шк., 1976. - 644 с.

16. Нейман Л.В., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: В 2 т.: Учебник для вузов. - 3-е изд., перараб. и доп. - Т. 1. - Л.: Энергоиздат, 1981. - 536 с.

17. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Теоретические основы электротехники: Учебник для вузов. - М., Л.: Энергия, 1965. - 240 с.

18. Матханов П.Н. Основы синтеза линейных электрических цепей: Учеб. пособие для студентов радиотехнических и электротехнических специальностей вузов. - М.: Высш.шк., 1976. - 208 с.

19. Учебно-исследовательский лабораторный стенд УИЛС-1. Паспорт и инструкция по эксплуатации УИЛС-1 № 00.00.ПС.- Одесса: ОПИ, 1982. - 21 с.

88