Лабораторные / ТОЭ лаба №1

ФГБОУ 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

1. Выполнить индивидуальную расчетную часть.

2. Экспериментально провести проверку расчета нелинейной цепи, содержащей одно нелинейное сопротивление, с помощью теоремы об активном двухполюснике.

3. Экспериментально провести проверку графического расчета разветвлённой нелинейной цепи с двумя ЭДС.

Описание лабораторной установки

Схема, показанная на рис. 1 состоит из источника ЭДС Е9 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 Е9 В и лампой накаливания. Остальная часть схемы состоит из источника ЭДС Е₁=15В, сопротивления R₂100 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

U_вх = 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 U_вх 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:

I_A = 29,1 мА

U_V = 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.