Nelinearna električna vezja
Namen nelinearnih elementov v električnih vezjih
V električna vezja lahko vključuje pasivne elemente, električni upor ki je v bistvu odvisen od toka ali napetosti, zaradi česar tok ni neposredno sorazmeren z napetostjo. Takšni elementi in električni tokokrogi, v katere so vključeni, se imenujejo nelinearni elementi.
Nelinearni elementi dajejo električnim vezjem lastnosti, ki jih v linearnih vezjih ne moremo doseči (stabilizacija napetosti ali toka, ojačitev enosmernega toka itd.). So nenadzorovani in nadzorovani ... Prvi — bipolarni — je zasnovan tako, da deluje brez vpliva regulacijskega faktorja nanje (polprevodniški termistorji in diode), drugi — multipolarni — pa se uporablja, ko nanje deluje regulacijski faktor (tranzistorji). in tiristorji).
Tokovno-napetostne karakteristike nelinearnih elementov
Električne lastnosti nelinearnih elementov so tokovno-napetostne karakteristike I (U) eksperimentalno pridobljeni grafi, ki prikazujejo odvisnost toka od napetosti, za katero se včasih naredi približna, primerna za izračun empirična formula.
Nekontrolirani nelinearni elementi imajo eno samo tokovno-napetostno karakteristiko, nadzorovani nelinearni elementi pa imajo družino takšnih karakteristik, katerih parameter je krmilni faktor.
Linearni elementi imajo konstanten električni upor, zato je njihova tokovno-napetostna karakteristika ravna črta, ki poteka skozi izvor (slika 1, a).
Tokovno-napetostne karakteristike nelinearnih imajo drugačno obliko in so razdeljene na simetrične in asimetrične glede na koordinatne osi (slika 1, b, c).
riž. 1. Tokovno-napetostne karakteristike pasivnih elementov: a - linearna, b - nelinearna simetrična, c - nelinearna asimetrična
riž. 2. Grafi za določanje statične diferencialne upornosti nelinearnih elementov v odsekih tokovno-napetostne karakteristike: a - naraščajoča, b - padajoča
Za nelinearne elemente s simetrično tokovno napetostno karakteristiko ali za simetrične elemente sprememba smeri napetosti ne povzroči spremembe vrednosti toka (slika 1, b), za nelinearne elemente z asimetrično napetostjo -tokovna karakteristika ali za asimetrične elemente z isto absolutno vrednostjo napetosti, usmerjene v nasprotnih smereh, so tokovi različni (slika 1, c). Zato se nelinearni simetrični elementi uporabljajo v enosmernih in izmeničnih tokokrogih, nelinearni neuravnoteženi elementi pa praviloma v izmeničnih tokokrogih za pretvorbo izmeničnega v enosmerni tok.
Značilnosti nelinearnih elementov
Za vsak nelinearni element se razlikuje statični upor, ki ustreza dani točki tokovno-napetostne karakteristike, na primer točka A:
Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα
in diferencialni upor, ki je za. ista točka A je določena s formulo:
Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,
kjer mi, mi, gospod — oziroma lestvica napetosti, tokov in uporov.
Statični upor označuje lastnosti nelinearnega elementa v načinu konstantnega toka, diferenčni upor pa za majhna odstopanja toka od vrednosti stacionarnega stanja. Obe se spreminjata pri prehodu iz ene točke in tokovno-napetostne karakteristike v drugo, pri čemer je prva vedno pozitivna, druga pa spremenljivka: v naraščajočem delu karakteristike je tokovno-napetostna karakteristika pozitivna, v padajočem delu pa negativna.
Za nelinearne elemente so značilne tudi recipročne vrednosti: statična prevodnost Gst in diferencialna prevodnost Grazlični ali brezdimenzijski parametri —
relativna odpornost:
Kr = — (Rrazlika /Rst)
ali relativna prevodnost:
Kg = — (Grazlika / Gst)
Linearni elementi imajo parametre Kr in Kilogram enaka ena, pri nelinearnih elementih pa se od nje razlikujejo, in bolj kot se razlikujejo od ena, bolj se kaže nelinearnost električnega tokokroga.
Izračun nelinearnih električnih vezij
Nelinearna električna vezja so izračunana grafično in analitično na podlagi Kirchhoffovi zakoni in volt-amperske karakteristike posameznih elementov izmeničnega tokokroga za pretvorbo izmeničnega v enosmerni tok.
Pri grafičnem izračunu električnega tokokroga z dvema zaporedno vezanima nelinearnima uporoma R1 in R2 s tokovno-napetostnimi karakteristikami Iz (U1) in Iz (U2) zgradite tokovno-napetostno karakteristiko celotnega tokokroga Iz (U), kjer je U = U1 + U2, katerih abscise točk najdemo s seštevanjem abscis točk tokovno-napetostnih karakteristik nelinearnih uporov z enakimi ordinatami (sl. 3, a, b).
riž. 3. Diagrami in značilnosti nelinearnih električnih vezij: a — vezje serijske povezave nelinearnih uporov, b — volt-amperske karakteristike posameznih elementov in serijsko vezje, c — shema vzporedne povezave nelinearnih uporov, d — volt-amperske karakteristike posameznih elementov in vzporednega tokokroga.
Prisotnost te krivulje omogoča, da napetost U najde tok Az kot tudi napetost U1 in U2 na sponkah uporov.
Na enak način se izvede izračun električnega tokokroga z dvema vzporedno povezanima uporoma. R1 in R2 s tokovno-napetostnimi karakteristikami I1 (U) in Az2 (U), za katere je bila zgrajena tokovno-napetostna karakteristika celotnega tokokroga Az(U), kjer je Az = I1+I2, na kateri z uporabo dane napetosti U, poiščite tokove Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).
Analitična metoda za izračun nelinearnih električnih tokokrogov temelji na predstavitvi napetostnih karakteristik nelinearnih elementov z enačbami pripadajočih matematičnih funkcij, ki omogočajo sestavo potrebnih enačb stanja za električna vezja. .Ker rešitev takšnih nelinearnih enačb pogosto povzroča znatne težave, je analitična metoda za izračun nelinearnih vezij primerna, ko je mogoče poravnati delovne odseke tokovno-napetostnih karakteristik nelinearnih elementov. To vam omogoča, da opišete električno stanje vezja z linearnimi enačbami, ki ne povzročajo težav pri njihovem reševanju.
Osnove elektrotehnike:
O potencialni razliki, elektromotorni sili in napetosti
Električni tok v tekočinah in plinih
Magnetizem in elektromagnetizem
O magnetnem polju, solenoidih in elektromagnetih
Samoindukcija in medsebojna indukcija
Električno polje, elektrostatična indukcija, kapacitivnost in kondenzatorji
Kaj je izmenični tok in kako se razlikuje od enosmernega
