Курс лекцій з предмету "Електротехніка"

Знаючи напругу Uхy, користуючись системою рівнянь, можна визначити струми гілок схеми.

3. Метод еквівалентного генератора (активного двополюсника).

Метод еквівалентного генератора використовується в тих випадках, коли потрібно визначити струм в якій-небудь гілці складної схеми, а також досліджувати, як мінятиметься цей струм при зміні опору гілки. Суть методу полягає з тому, що дія всієї схеми на досліджувану гілку замінюється дією деякого еквівалентного джерела эДС Еек з внутрішнім опором Rэк.

Рис. 3.

Для одержаної схеми струм I визначається із закону Ома:

Отже завдання розпадається на дві підзадачі: визначення Еек і визначення Rэк.

а) Визначення Еек.

Для того, щоб знайти Еек досить розімкнути досліджувану гілку і заміряти або обчислити напругу між точками "а" і "в" - Uав, так, як. при розімкненій вітці Еек = Uав хх

б) Визначення Rэк.

Rэк цей внутрішній опір всієї схеми з боку клем "а" і "в". Для визначення Rэк треба покласти рівним нулю всі ЕРС і обчислити Rэк, використовуючи правила перетворення пасивних ланцюгів.

Приклад:

Рис. 4.

Визначити струм I3, використовуючи метод еквівалентного генератора. а) Розмикаємо досліджувану гілку і обчислюємо напругу на її кінцях Uав. Для цього проведемо розрахунок знов одержаного одноконтурного ланцюга, визначивши спочатку струм

а потім напруга Uав, використовуючи 2-ою закон Кірхгофа (або закон Ома для активної ділянки ланцюга).

Звідки

б) Обчислюємо

Рис. 5.

 

1. Нелінійні елементи і кола.

2. Вольт-амперні характеристики нелінійних елементів.

3. Графоаналітичні методи розрахунку нелінійних кіл.

 

1. Нелінійні елементи і кола.

До нелінійних елементів відносяться елементи, у яких вольтамперная характеристика нелінійна. Електричний ланцюг, до складу якого входить хоч би один нелінійний елемент, називають нелінійним електричним ланцюгом.

По вигляду вольт-амперної характеристики розрізняють нелінійні елементи з симетричною і несиметричною характеристиками (по відношенню до початку координат). Значення струму в нелінійному елементі з симетричною характеристикою не залежить від полярності прикладеної напруги (рис.1), тобто опір цього елементу не залежить від напряму струму в ньому. У нелінійному елементі з несиметричною характеристикою значення струму залежить від полярності прикладеної напруги (рис.2), тобто опір елементу залежить від напряму струму в ньому.

Рис. 1. Рис. 2.

До нелінійних елементів з симетричною характеристикою відносяться лампи розжарювання, терморезистори, тиритові вилитові елементи, баретери, електрична дуга між однаковими електродами та інші.

2. Вольт-амперні характеристики нелінійних елементів.

Розглянемо декілька прикладів нелінійних елементів з симетричними характеристиками:

а) лампа розжарювання

Із зростанням струму опір нитки збільшується і зростання струму сповільнюється (рис.3). Опір не залежить від напряму струму.

Рис. 3.

б) терморезистор

Із зростанням струму опір нитки зменшується (рис.4). Терморезистор застосовують для компенсації змін опорів елементів, виготовлених з металевих провідників, опір яких збільшується із збільшенням струму в ланцюзі. При послідовному ж включенні загальний опір ланцюга не змінюється.

Рис. 4.

в) тиритові і вилитові елементи

Із збільшенням напруги їх провідність збільшується. Наприклад:

при збільшенні напруги в 2 рази струм I збільшується в 10 разів (рис.5). З тиритових дисків виконують розрядники, призначені для захисту установок високої напруги від перенапружень.

Мал. 5.

До нелінійних елементів з несиметричною вольт-амперною характеристикою відносяться електронні лампи, напівпровідникові діоди, транзистори, електрична дуга при неоднорідних електродах та інші.

Приклади:

а) напівпровідниковий діод

Проводить електричний струм, якщо до анода прикладений позитивний потенціал, а до катода - негативний (рис.6).

Рис. 6.

б) транзистор

Струм колектора різний для різних струмів бази (рис.7)

Рис. 7.

Нелінійні елементи характеризуються двома параметрами: статичним Rст і диференціальним Rдиф опорами. Ці опори змінюються від крапки до точки вольт-амперної характеристики.

Статичним опором називається відношення напруги

до струму в даній крапці (рис.8)

Рис. 8.

m - масштаб опору

Диференціальний опір визначається похідною ВАХ в крапці А, тобто тангенсом кута нахилу дотичної в крапці А.

3. Графоаналітичні методи розрахунку нелінійних ланцюгів.

При графічному методі розрахунку електричних ланцюгів вольтамперные характеристики нелінійних елементів повинні бути задані (наприклад, в табличній формі).

3.1. Метод складання вольт-амперних характеристик.

а) послідовне з'єднання

Рис. 9.

Оскільки при послідовному з'єднанні елементів загальна напруга ланцюга рівна сумі напруг на елементах, загальна ВАХ може бути одержана підсумовуванням ВАХ елементів по осі напруг. Тоді, при заданому I0 легко визначити U0 і напруги U1 і U2.

б) паралельне з'єднання

Рис. 10.

При паралельному з'єднанні загальна ВАХ ланцюга виходить підсумовуванням ВАХ елементів по осі струмів.

в) змішане з'єднання

При змішаному з'єднанні побудова ВАХ ланцюга можна провести поетапно, використовуючи правила для послідовного і паралельного з'єднань.

3.2. Метод перекинутої характеристики.

Розглянемо цей метод на