Графический расчет нелинейных цепей параллельное соединение элементов

Рассмотрим расчет простейших резистивных цепей, содержащих нелинейные элементы, графическими методами. При этом следует иметь в виду, что в ряде случаев можно обойтись без построения суммарных ВАХ ветвей или схемы в целом.

Пример 2.1

Для схемы (рис. 2.1) дано: R=20 Ом, ВАХ НЭ (рис. 2.2).

Определить напряжение U, при котором U_R=U_НЭ.

1. Построим характеристику .

2. В точке пересечения вольт-амперных характеристик линейного и нелинейного элементов напряжения на этих элементов равны (элементы соединены последовательно , и ток один и тот же):

3. В соответствии с законом Кирхгофа для схемы получим:

Пример 2.2

Для схемы (рис. 2.3) дано: вольт-амперные характеристики нелинейных элементов представлены на рис. 2.4. Определить все токи.

1. Так как напряжение U является и напряжением на первом нелинейном элементе, то по ВАХ этого элемента определяем ток в нем:

2. Для определения тока во второй ветви необходимо найти напряжение на втором нелинейном элементе. В соответствии с уравнением получим Следовательно,

3. Ток в неразветвленной части схемы равен:

Пример 2.3.

Для схемы (рис. 2.5) дано: напряжение на параллельном участке цепи вольт-амперные характеристики нелинейных элементов представлены на рис. 2.6.

Определить подводимое к схеме напряжение.

1. Пользуясь ВАХ нелинейных элементов НЭ₂ и НЭ₃, напряжение на которых задано, определяем токи в этих ветвях:

3. По ВАХ НЭ₁ определяем напряжение на этом элементе, оно равно:

Пример 2.4

Для схемы (рис. 2.7) дано: R=30 Ом, напряжение вольт-амперная характеристика одинаковых нелинейных элементов (рис. 2.8).

1. Ток I₂ определяем по ВАХ НЭ, так как напряжение на нем известно: .

2. Так как НЭ одинаковые, то . Следовательно, напряжение на сопротивлении R и ток в этой ветви равны соответственно:

Пример 2.5

Для схемы (рис. 2.9) дано: напряжение вольт-амперная характеристика одинаковых нелинейных элементов (рис. 2.10). Определить токи.

1. Ток I₂ определяем по ВАХ НЭ, так как напряжение на нем известно: .

2. Так как НЭ одинаковые, то напряжение на каждом из двух последовательно соединенных НЭ равны 0.5U = 35 В. Следовательно, ток I₁ = 1.4 A.

Источник

Графический расчет нелинейных электрических цепей

Расчет электрических цепей, содержащих нелинейные элементы, может проводиться аналитическим или графическим методом расчета.

Рассмотрим расчет неразветвленной нелинейной электрической цепи графическим методом (рисунок 1).

Рисунок 1 – Неразветвленная электрическая цепь с нелинейными элементами

Для определения параметров нелинейной электрической цепи необходимо построить вольт-амперные характеристики нелинейных элементов в одном масштабе по оси абсцисс и ординат (рисунок 2).

Рисунок 2 — Построение вольт-амперной характеристики неразветвленной цепи

При последовательном соединении элементов в электрической цепи сумма напряжений на каждом элементе равна прикладываемому к цепи напряжению источника напряжения. Для построения вольт-амперной характеристики цепи необходимо для одного и того же значения тока по оси произвести сложение координат абсцисс точек вольт-амперных характеристик нелинейных элементов (О’А= О’А’ + О’А’ ‘).

Вольт-амперная характеристика I1(U1) соответствует для нелинейного элемента НЭ1, характеристика I2(U2) — для НЭ2. ВАХ I (U) — является «суммой» двух первых характеристик.

Полученная ВАХ I(U) дает возможность по заданному напряжению найти ток в цепи н напряжения на нелинейных элементах и, наоборот, при заданном токе определить общее напряжение и напряжения на нелинейных элементах.

Например при заданном токе I’ напряжение на НЭ1 будет равно U’2, на НЭ2 — U’1

Рассмотрим графический метод расчета для параллельно соединенных элементов.

Рисунок 3 — Электрическая цепь с параллельно соединенными нелинейными элементами.

При расчете нелинейной электрической цепи с параллельно включенными элементами необходимо определить по вольт-амперным характеристикам токи в ветвях I₁ и I₂, т.к. напряжения на этих элементах равны.

Рисунок 4 — График для определения токов при параллельном соединении двух нелинейных элементов.

Отложив на оси абсцисс заданное напряжение источника питания (отрезок 0А) и восстановив перпендикуляр из точки А, найдем отрезки AA₁ и АА₂, выражающие токи I₁ и I₂. Ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в ветвях.

Если требуется найти токи по заданному току в неразветвленной части цепи, то необходимо построить общую ВАХ I(U), складывая ординаты ВАХ параллельных ветвей, соответствующие одним и тем же значениям напряжения (рис. 4).

Графический метод расчета цепей со смешанным соединением нелинейных элементов заключается в построении общих вольт-амперных характеристик для разветвленных участков цепи и для последовательно соединенных участков. Полученная таким образом общая ВАХ цепи дает возможность определить токи и напряжения yа всех участках цепи.

Источник

Методы расчета нелинейных цепей

Для нелинейных электрических цепей справедливы законы Кирхгофа. Для цепей постоянного тока в установившемся режиме уравнения по законам Кирхгофа представляют собой систему нелинейных дифференциальных уравнений. Так как метод наложения для таких цепей неприменим, то становится невозможным применение многих методов расчета, разработанных на его основе (например, методы контурных токов и узловых потенциалов). Общих аналитических методов расчета нелинейных цепей в настоящее время не существует. Можно рассчитать нелинейную цепь тем или иным методом численного анализа, однако часто расчет становится громоздким и его необходимо проводить с помощью средств вычислительной техники.

При выполнении некоторых ограничений система нелинейных алгебраических уравнений может быть решена графическими, аналитическими или комбинированными методами.

В случае применения графических методов характеристики линейных и нелинейных элементов представляют в виде графиков, а система алгебраических уравнений по законам Кирхгофа решается графическими построениями на плоскости.

Для аналитического решения вольтамперные характеристики нелинейных элементов, известные из опыта или заданные графическими либо табличными данными, аппроксимируются аналитическими функциями.

Наибольшее применение находят графоаналитические методы расчета, которые сочетают в себе возможность применения математических расчетов с простотой и наглядностью графических построений.

Графический расчет нелинейных цепей

Последовательное соединение нелинейных элементов

Вольтамперная характеристика нелинейного элемента на рис. 4.4 обозначена как I = f(U_нэ), вольтамперная характеристика линейного сопротивления представляет собой прямую линию. Вольтамперная характеристика всей цепи обозначена через I = f(U_нэ + U_R). Расчет основывается на законах Кирхгофа. Строится вольтамперная характеристика всей пассивной цепи исходя из того, что при последовательном соединении через нелинейный элемент и резистор протекает один и тот же ток. Если задаться произвольной точкой m на оси ординат и провести через нее горизонталь, то можно сложить отрезки mn и np, соответствующие падениям напряжения на элементах цепи

Точка g принадлежит результирующей вольтамперной характеристике всей схемы. Аналогично можно построить все остальные точки вольтамперной характеристики. Затем на оси абсцисс откладывается величина ЭДС E и проводится вертикаль до пересечения с результирующей вольтамперной характеристикой. Точка пересечения дает значение тока, протекающего в цепи.

Рис. 4.4. Схема и порядок расчета последовательной нелинейной цепи

Параллельное соединение нелинейных сопротивлений

На рис. 4.5 показано параллельное соединение нелинейных элементов и порядок расчета такого участка нелинейной цепи.

Рис.4.5. Схема и порядок расчета нелинейной цепи при параллельном соединении элементов

Построение вольтамперной характеристики ведется при одинаковом приложенном напряжении. Сначала задаются произвольным напряжением U, например, равным отрезку 0m. Проводят через точку m вертикаль. Затем производят суммирование

Отрезок mg равен току в неразветвленной части цепи при напряжении U_0m. Аналогично определяются и другие точки вольтамперной характеристики параллельного соединения.

Расчет разветвленной нелинейной цепи методом двух узлов

Для схем, содержащих только два узла, применим метод двух узлов.

Вольтамперные характеристики нелинейных элементов изображены на рис. 4.6 б, в, г. Положим, что E₁ > E₂ > E₃. По первому закону Кирхгофа

Выразим все токи в функции не от различных напряжений U₁, U₂, U_3, а в функции одного переменного – напряжения U_ab между узлами:

Рис. 4.6. Схема цепи (а) и характеристики нелинейных элементов (б, в, г)

Необходимо перестроить кривую I₁ = f(U₁) в кривую I₁ = f(U_ab) и т.д.

На рис. 4.7 показано, как из кривой I₁ = f(U₁) на рис. 4.6б получить кривую I₁ = f(U_ab). Соответствующие точки обозначены одинаковыми цифрами. Для точки 4 при I₁ = 0, U₁ = 0, а U_ab = E₁, т.е. начало координат сдвинуто в точку U_ab = E₁. Росту U₁ при U₁ > 0 соответствует уменьшение U_ab. Росту U₁ при U₁ E₁.

Рис. 4.7. Порядок построения кривой

Порядок перестройки кривой:

1) кривая I₁ = f(U₁) смещается параллельно самой себе так, чтобы ее начало находилось в точке U_ab = E. Кривая, полученная в результате переноса, представлена на рис.4.7 пунктиром;

2) через точку U_ab = E проводится вертикаль, и кривая зеркально отражается относительно нее.

Аналогично производится перестройка кривых и для других ветвей. На рис. 4.8 показано графическое нахождение токов в ветвях для схемы на рис. 4.6а.

Точка m пересечения кривой I₁ + I₂ + I₃ = f(U_ab) с осью абсцисс дает значение напряжения U_ab, при котором удовлетворяется I закон Кирхгофа. Если восстановить в этой точке перпендикуляр к оси абсцисс, то ординаты его пересечения с кривыми I₁ = f(U_ab), I₂ = f(U_ab), I₃ = f(U_ab) будут равны токам в ветвях по величине и по знаку.

Рис. 4.8. Графическое определение токов схемы, изображенной на рис. 4.6а

Источник

Читать так же: Цепь грм 406 двигатель евро 2