Электрические измерения (стр. 4 из 15)

Для расчета неразветвленной цепи (рисунок 3.3) с двумя нелинейными элементами, имеющими в.а.х. I = F₁ (U₁) и I = F₂ (U₂) строят в выбранном масштабе вспомогательную кривую I = F₂ (U₁ + U₂) представленную на рисунке 3.4. Наличие этой кривой позволяет найти графическим путем значение тока I и напряжения на отдельных участках цепи (U₁ и U₂) для любого значения U.

Из сравнения кривых, приведенных на рисунке 3.1б и рисунке 3.1в следует, что величина сопротивления нелинейных элементов зависит не только от величины протекающего тока или приложенного напряжения, но и от направления их действия.

На рисунке 3.1 представлены в.а.х. линейного (а), нелинейного (б) и нелинейного несимметричного (в) элементов.

Для каждого нелинейного элемента различают статическое сопротивление r_ст , соответствующее данной точке в.а.х., например, точке А (рисунок 3.2)

r_СТ =

tgα , (3.2)

и дифференциальное сопротивление r_Д , которое для той же точки А определяется по формуле

r_Д =

, (3.3)

где

– масштаб сопротивлений.

Расчет цепи с параллельно включенными НС (рисунок 3.5) при заданном напряжении на зажимах разветвления заключается в нахождении токов в ветвях по их в.а.х. (рисунок 3.6). поскольку напряжение на ветвях одинаково, то отложив его на оси абцисс, найдем токи I₁ и I₂ . результирующий ток равен сумме токов в ветвях I = I₁ + I₂ .В случае смешанного соединения сопротивлений сначала определяются характеристики параллельных участков, затем строятся характеристики цепи по характеристикам участков, соединенных последовательно.

аб

Рисунок 3.1

Рисунок 3.2 – Вольтамперная характеристика полупроводникового выпрямителя

Рисунок 3.3 – Последовательное включение цепи HC

Рисунок 3.4 – В.А.Х. неразветвленной цепи

Рисунок 3.5 – Параллельное соединение двух НС

Объект и средства исследования

Объектом исследования служит электрическая цепь постоянного тока, состоящая из линейных и нелинейных элементов (рисунок 3.7)

Для проведения исследования используют:

1) источник постоянного тока – 30 В;

2) реостат R_per;

3) амперметры А, А₁, А₂ – (0-2)А;

4) вольтметр V – (0-30)В;

5) магазин сопротивлений R;

6) лампа накаливания.

Рисунок 3.6 – В.А.Х. параллельной цепи двух НС

Рабочее задание

1 Собрать электрическую схему (рисунок 3.7)

2 Снять вольтамперную характеристику резистора, для этого установить ключ S₁ в нейтральное положение, ключ S₂ в положение (I). Изменяя регулировочным сопротивлением (R_per) напряжение от 0 до 27 В. Результаты измерения записать в таблицу 3.1.

Рисунок 3.7 – Электрическая схема

3 Снять вольтамперную характеристику лампы, для этого установить ключ S₁ в положение (I), а ключ S₂ в нейтральное положение. Изменяя R_per напряжение от 0 до 27 В определить силу тока. Результаты измерения записать в таблицу 3.1.

Таблица 3.1

Резистор		Лампа
U,B	I,A	U,B	I,A
1
2
3
4
5

4 При 2-х значениях приложенного U измерить напряжение на лампе U_Л и на резисторе U_R , ток цепи I (ключ S₁ установить в положение (2), а ключ S₂ в нейтральное положение. Результаты измерения записать в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 – Последовательное соединение

Из опыта				Из графика
U,B	U_R,B	U_л,B	I,A	U,B	U_R,B	U_л,B	I,A
1
2

5 При 2-х значениях напряжения U измерить токи: I, I₁, I₂ (ключи S₁ и S₂ установить в положение I). Результаты измерения записать в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Параллельное соединение

Из опыта				Из графика
U,B	I,A	I₁,A	I₂,A	U,B	I,A	I₁,A	I₂,A
1
2

6 Построить в общей системе координат в.а.х. резистора и лампы, графически определить их общую в.а.х. для последовательного соединения.

7 Выполнить пункт 6 для параллельного соединения.

8 Построить нагрузочную характеристику резистора в отрезках на осях координат по выражению для двух значений напряжения

U = I R + U_Л ; I_ХХ = 0 ; I_КЗ =

;

U_R = I R ; U = U_Л ; U_Л = 0.

9 Для этих же значений напряжения U определить графически U_R , U_Л , I и записать данные в таблицу 3.2 (из графика).

10 На графике построенном в пункте 7 для двух значений напряжения определить токи I, I₁, I₂ и записать в таблицу 3.3 (из графика).

11 Сравнить данные полученные опытным и графическим путем (см. таблицу 3.2 и 3.3).

12 Сделать выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Какой элемент электрической цепи называют нелинейным?

2. Что называется в.а.х. нелинейного элемента?

3. Где проходит (на графике) общая в.а.х. при параллельном и последовательном соединении НС?

4. Какие элементы обладают нелинейными в.а.х.?

5. Как графически построить вольтамперную характеристику последовательной цепи?

6. Как графически построить вольтамперную характеристику параллельной цепи?

7. В чем заключается суть графического метода расчета нелинейной электрической цепи со сменным соединением ее элементов?

8. Справедливы ли законы Кирхгофа для нелинейных электрических цепей постоянного тока?

Рекомендуемая литература

1 Зайдель Х.Э. и др. Электротехника : Учебник для неэлектрических специальностей вузов / Х.Э.Зайдель, В.В.Коген-Далин, В.В.Крымов и др.; Под редакцией В.Г.Герасимова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Высшая школа, 1985, с.137-146.

2 Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника : Учебное пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. – М. : Энергоатомиздат, 1983, с.40-46.

3 Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника : Учебное пособие для неэлектрических специальностей вузов. – М. : Высшая школа, 1984, с.22-32.

Лабораторная работа № 4 Исследование работы линии электропередачи постоянного тока

Цель работы: изучить модель линии электропередачи электрической энергии постоянным током. Определить потерю напряжения, потерю мощности и КПД электрической линии от величины тока нагрузки. Познакомиться с выбором сечения проводов по таблицам. Определить сопротивление проводов электрической линии при различных режимах работы.

Теоретические сведения

Одним из наиболее важных преимуществ электрической энергии, перед другими видами, является возможность передачи ее на большие расстояния при высоком коэффициенте полезного действия.

При передаче энергии по проводам (рисунок 4.1) часть ее теряется на нагревание проводов,

,(4.1)

где R_пр–сопротивление проводов линии.

Из формулы 4.1 следует, что для уменьшения потерь в линии необходимо выполнить следующее условие:

1) уменьшить ток в линии. Это можно достичь, увеличив соответственно передаваемое напряжение, при этом мощность на нагрузке не изменится, т.к.

(4.2)

Рисунок 4.1 – Схема передачи электрической энергии постоянным током с нагрузкой в конце линии

2) уменьшить сопротивление проводов линии

(4.3)

Это можно достичь следующим образом:

выбрать материал проводов с меньшим удельным электрическим сопротивлением;

уменьшить длину линии

(если это возможно);

увеличить сечение проводника линии

Обычно значение сечения проводов

определяется выражением

, (4.4)

где

–передаваемая мощность (мощность в нагрузке);