Учебные модули второй части курса «Электротехника»
Модуль 4. Методы анализа нелинейных цепей
§ 4.1. График выполнения задания Модуля 4
№ |
Аудиторные занятия |
|
недели |
||
|
||
|
|
|
|
Лекция. |
|
1 |
Обзор материала 2 части дисциплины |
|
электротехника и электроника и |
||
|
||
|
теоретического материала модуля 4. |
|
|
|
|
|
Практическое занятие. |
|
2 |
Выдача задания, |
|
|
решение задач по темам модуля. |
|
|
|
|
3 |
Компьютерное моделирование |
|
Анализ и проверка выполненных |
||
|
пунктов задания. |
|
|
|
|
|
Физический эксперимент |
|
4 |
Экспериментальное определение |
|
исходных данных для выполнения |
||
|
||
|
следующих пунктов задания. |
|
|
|
|
5 |
Аудиторная консультация |
|
Численный анализ задания. |
||
|
||
|
|
|
|
Прием задания, допуск к |
|
6 |
тестированию. |
|
|
Сдача задания, тестирование. |
|
|
|
Самостоятельная работа
Изучение теоретического материала, вопросы 1 – 4.
Выполнение 1 пункта задания
Изучение теоретического материала, вопросы 5 – 6.
Выполнение 2 – 3 пункта задания.
Подготовка к компьютерному моделированию.
Изучение теоретического материала, вопросы 7 – 11.
Выполнение пунктов 4 - 5 задания. Подготовка к физическому эксперименту
Изучение теоретического материала, вопрос
12 – 15.
Выполнение 6 пункта задания.
Изучение теоретического материала, вопрос
16 – 18.
Выполнение пункта 7 – 8 задания.
Подготовка к тестированию.
§4.2. Теоретические вопросы Модуля 4
1.Определение нелинейной электрической цепи. [1], [2].
2.Нелинейные электрические цепи постоянного тока. [1], [2].
3.Вольт-амперные характеристики нелинейных сопротивлений. [1], [2].
4.Статическое и дифференциальное сопротивление. [1], [2].
5.Графический метод анализа нелинейных электрических цепей при последовательном, параллельном и смешанном соединении элементов. [1], [2].
6.Анализ последовательной электрической цепи, содержащей нелинейный и линейный резисторы, графическим методом нагрузочной характеристики. [1], [2].
7.Понятие магнитной цепи, элементы магнитной цепи. [1], [2].
8.Свойства ферромагнитных материалов. [1], [2].
9.Основные величины, характеризующие магнитное поле. [1], [2].
10.Закон полного тока для магнитной цепи с постоянной магнитодвижущей силы. [1], [2].
11.Расчет неразветвленной магнитной цепи. [1], [2].
9
12.Магнитное сопротивление. Аналогия между электрическими и магнитными цепями постоянного тока. [1], [2].
13.Законы Ома и Кирхгофа для магнитной цепи. [1], [2].
14.Переменный магнитный поток в катушке с магнитопроводом. [1], [2].
15.Влияние магнитопровода катушки на форму тока в нелинейной катушке. [1], [2].
16.Идеализированная катушка с ферромагнитным сердечником. [1], [2].
17.Природа потерь в реальной катушке с магнитопроводом. [1], [2].
18.Схемы замещения и векторные диаграммы реальной катушки с ферромагнитным сердечником. [1], [2].
§4.3. Задание Модуля 4
Цель задания: изучение физических процессов в нелинейных электрических и магнитных цепях.
Исходные данные: каждому студенту преподаватель выдает вариант задания, номер которого обозначается числом из трех цифр. На установочном практическом занятии согласовать пакет задач для самостоятельного решения.
Первая цифра варианта указывает – номер строки в таблице 4.1, в которой приводятся заданные параметры нелинейной электрической цепи и параметры, которые необходимо определить.
Вторая цифра соответствует номеру столбца в таблице 4.2, где указаны значения электрических величин.
Третья цифра соответствует типу полупроводникового диода:
1 – RGL34A;
2 – LD106.
Вольтамперные характеристики (ВАХ) которых приведены на рисунках.
Содержание и порядок выполнения задания:
1.Получить вариант задания на обзорной лекции.
2.На установочном практическом занятии согласовать пакет задач для самостоятельного решения.
3.По двум заданным параметрам нелинейной электрической цепи, методом пересечения характеристик, построить нагрузочную прямую, определить координаты рабочей точки и неизвестные величины согласно варианту.
4.Методом компьютерного моделирования проверить правильность графического расчета нелинейной электрической цепи постоянного тока.
Примечание: см. Методические указания к компьютерному моделированию.
5.К источнику синусоидального напряжения частотой f =50 Гц подключена катушка
индуктивности с магнитопроводом, число витков и сопротивление обмотки определяются второй цифрой варианта в строке таблицы 4.3.
6.Изобразить схему замещения нелинейной катушки индуктивности.
7.С помощью физического эксперимента в лаборатории кафедры ЭС и ЭТ (см. Методические указания к выполнению лабораторного исследования)
а) исследовать влияние катушки с магнитопроводом, как нелинейного элемента на форму кривой тока в цепи синусоидального напряжения; б) снять вольт-амперную характеристику нелинейной катушки при заданных, согласно варианту, зазорах и построить их на одном графике;
в) по экспериментальным данным построить зависимость тока от воздушного зазора магнитопровода I (δ) при напряжении, заданном согласно варианту;
10
г) по графику I (δ) определить значение номинального тока Iном при воздушном зазоре δ =δ3 , согласно варианту задания.
8.Используя найденной в результате физического исследования значение тока Iном рассчитать параметры схемы замещения реальной катушки со стальным сердечником.
9.Построить векторную диаграмму для схемы замещения реальной нелинейной катушки индуктивности.
§4.4. Схемы к Модулю 4
|
|
|
|
|
Схема 1 |
|
|
|
|
|
Схема 2 |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
UR |
|
R |
|
|
|
|
IR |
|
IД |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
VD |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
I |
|
UД |
VD |
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Рис.4.1. Схема к лабораторному исследованию |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Таблица 4.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Заданные |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ схемы по |
|||||
№ строки |
|
электрические |
|
|
Определить |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
рис.4.1. |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
величины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
|
E , R |
|
|
|
|
|
UR , UД , I |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
2 |
|
|
|
UR , R |
|
|
|
|
|
UД , I , E |
|
|
|
схема 1 |
|
|||||||
|
3 |
|
|
|
R , UД |
|
|
|
|
|
UR , E , I |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
4 |
|
|
|
R , I |
|
|
|
|
|
E , UД , UR |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
5 |
|
|
|
J , R |
|
|
|
|
|
IR , IД , U |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
6 |
|
|
|
R , U |
|
|
|
|
|
J , IД , IR |
|
|
|
схема 2 |
|
|||||||
|
7 |
|
|
|
R , IД |
|
|
|
|
|
J , IR , U |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
8 |
|
|
|
R , IR |
|
|
|
|
|
J , U , IД |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Таблица 4.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ столбца |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
|
|
6 |
7 |
|
8 |
|
9 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
E , B |
3 |
|
|
1,5 |
|
|
3,5 |
2 |
|
3,5 |
|
|
|
2,5 |
4 |
|
1,5 |
|
3 |
||
1 |
|
R , Ом |
0,6 |
|
|
0,5 |
|
|
0,7 |
0,8 |
|
1 |
|
|
|
0,5 |
0,8 |
|
1 |
|
0,9 |
||
схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UД , B |
1,6 |
|
|
1,2 |
|
|
1,4 |
1,3 |
|
1,7 |
|
|
|
1,1 |
1,5 |
|
1,8 |
|
1,4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
UR , B |
0,8 |
|
|
0,6 |
|
|
1,8 |
1,2 |
|
1,6 |
|
|
|
1,4 |
2 |
|
0,4 |
|
1 |
||
|
|
I ,A |
1,6 |
|
|
2,2 |
|
|
0,5 |
2,6 |
|
0,8 |
|
|
|
3 |
1,2 |
|
2,4 |
|
1,4 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11
|
J , A |
3,2 |
2 |
2,4 |
3,8 |
3 |
2,2 |
4 |
2,6 |
3,6 |
|
2 |
R , Oм |
0,7 |
1 |
0,5 |
0,9 |
0,8 |
0,6 |
1 |
0,7 |
0,5 |
|
схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IД , A |
0,5 |
1,5 |
0,9 |
1,4 |
1,6 |
1,2 |
0,8 |
2 |
1,8 |
||
|
|||||||||||
|
IR , A |
2,1 |
1,9 |
1,2 |
2,5 |
2,4 |
1,7 |
2 |
1,4 |
2,6 |
|
|
U , B |
1 |
1,3 |
0,9 |
1,4 |
1,1 |
1,3 |
1,5 |
1,2 |
1,4 |
Таблица 4.3
№ |
w |
Rобм |
δ1 |
δ2 |
δ3 |
U |
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
Ом |
мм |
мм |
В |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
1 |
400 |
2,5 |
0,5 |
2 |
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
2 |
400 |
1,2 |
0,5 |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
410 |
2,6 |
0,5 |
1,5 |
|
|
|
|
|
|
2,5 |
|
|
4 |
400 |
2,5 |
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
5 |
400 |
2,2 |
1 |
1,4 |
|
|
|
|
|
|
2,5 |
|
|
6 |
400 |
2,5 |
0,5 |
1,8 |
|
|
7 |
400 |
2,4 |
1 |
3 |
2,2 |
|
8 |
400 |
2,1 |
1 |
1,5 |
0,9 |
|
12
Рис.4.2. ВАХ полупроводникового диода RGL34A
13
Рис. 4.3. ВАХ полупроводникового диода LD106
14