Лабораторные / ТОЭ лаба №1
.docxФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет» Институт химии и энергетики
Кафедра «Электроснабжение и электротехника»
Отчет по лабораторной работе №1
«Исследование нелинейных электрических цепей постоянного тока»
Группа: ЭЭТб-1901а
Выполнил: Назаров М.О.
Проверил преподаватель: Шаврина Н. В.
Тольятти 2021
Цель работы – изучение экспериментальных и графических методов анализа электрических цепей с нелинейными элементами.
Программа работы
Выполнить индивидуальную расчетную часть.
Экспериментально провести проверку расчета нелинейной цепи, содержащей одно нелинейное сопротивление, с помощью теоремы об активном двухполюснике.
Экспериментально провести проверку графического расчета разветвлённой нелинейной цепи с двумя ЭДС.
Описание лабораторной установки
Схема, показанная на рис. 1 состоит из источника ЭДС Е9 В и сопротивления Rвх, значение которого согласно заданному варианту равно 157 Ом. В качестве нагрузки используется нелинейный элемент – лампа накаливания.
Рисунок 1. Электрическая схема исследуемой цепи
На схеме рис. 2 часть цепи, обведенная пунктиром, представляет собой нелинейный активный двухполюсник с источником постоянного тока Е9 В и лампой накаливания. Остальная часть схемы состоит из источника ЭДС Е1=15В, сопротивления R2100 Ом и сопротивления R1, значение которого согласно заданному варианту равно 399 Ом.
Рисунок 2. Электрическая схема исследуемой цепи
Для экспериментального определения вольтамперной характеристики лампы накаливания собирается схема измерения с погрешностью по напряжению рис. 3.
Рисунок 3. Схема для снятия ВАХ исследуемого нелинейного элемента
Индивидуальная расчетная часть
Рисунок 4. Электрическая цепь с параллельным соединением нелинейных элементов.
Таблица 1
Исходные данные
I1(U1) |
I1,A |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,8 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
U1,B |
0 |
25 |
40 |
60 |
73 |
80 |
85 |
|
I2(U2) |
I2,A |
0 |
0,2 |
0,4 |
0,8 |
1,2 |
1,6 |
1,8 |
U2,B |
0 |
4 |
8 |
20 |
40 |
80 |
115 |
Uвх = 25 В
Построим результирующую ВАХ параллельно соединенных нелинейных элементов (рис. 4). Так как напряжения на R1 и R2 равны, а ток неразветвленной части схемы , то выполним сложение ординат (токов) вольтамперных характеристик при различных значениях напряжения.
Рисунок 4. ВАХ расчётной электрической цепи.
По известной эквивалентной ВАХ , и заданному значению напряжения Uвх находим ток I в неразветвленной части схемы, а переходя к ВАХ конкретного нелинейного элемента, найдем токи в каждом сопротивлении.
I ≈ 1,16 A,
I1 = 0,2 А,
I2 ≈ 0,96 А;
Таблица 2 - Расчетные и экспериментальные данные
Rвх, Ом |
R1, Ом |
157 |
399 |
Расчетные формулы
Соберем нелинейную электрическую цепь (рис. 1), запишем показания амперметра и вольтметра:
IA = 29,1 мА
UV = 4,5 B
Для снятия ВАХ лампы накаливания соберем электрическую цепь (рис.3) и, изменяя ток в цепи, запишем в таблицу 3 соответствующие значения напряжения на лампе.
Таблица 3 - Токи и соответствующие им напряжения на лампе
I, мА |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
U, В |
0 |
0,12 |
0,46 |
1,31 |
2,32 |
3,45 |
4,83 |
6,28 |
8 |
9,85 |
Проведем опыт холостого хода и короткого замыкания, для этого рассмотрим цепь (рис. 1) относительно зажимов лампы накаливания как активный двухполюсник. Запишем данные в таблицу 4.
Таблица 4 - Опыт ХХ и КЗ
Режимы |
I, мА |
U, В |
ХХ |
0 |
9 |
КЗ |
57,2 |
0 |
Построим на одном графике вольтамперные характеристики лампы накаливания и активного двухполюсника (рис. 5):
Рисунок 5. ВАХ лампы накаливания и активного двухполюсника
Графики пересекаются в точке U ≈ 4,5 B, I ≈ 28 мА, что примерно равно измеренным значениям.
Рассчитаем соответствующие статическое и дифференциальное сопротивление в рабочей точке:
Соберем нелинейную электрическую цепь (рис. 2), измерим величины токов в ветвях схемы, запишем данные в таблицу 5.
Таблица 5 - Экспериментальные значения токов в ветвях
I, мА |
I1, мА |
I2, мА |
27,4 |
-24 |
51 |
Снимем вольтамперную характеристику нелинейного активного двухполюсника, значения токов и соответствующих им напряжений запишем в таблицу 6.
Таблица 6 - Токи и соответствующие им напряжения на нелинейном активном двухполюснике
I, мА |
0 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
43,4 |
U, В |
9 |
8,65 |
7,87 |
6,48 |
5,66 |
4,33 |
2,86 |
1,15 |
0 |
Рассмотрим линейную часть цепи относительно зажимов нелинейного источника как активный двухполюсник, его напряжение холостого хода и ток короткого замыкания равны:
По данным вольтамперной характеристики нелинейного источника рассчитаем графически ток I и напряжение U (рис. 6).
Рисунок 6. Вольтамперные характеристики
Из графика:
Ток I2 найдем по I закону Кирхгофа:
Значения, полученные графическим методом, примерно равны экспериментальным.
Вывод: Графический метод анализа электрических цепей является достаточно достоверным, однако необходимо учитывать погрешности.