Nelinearni električni krugovi
Namjena nelinearnih elemenata u električnim krugovima
V električni krugovi može uključivati pasivne elemente, električni otpor što bitno ovisi o struji ili naprezanju, s rezultatom da struja nije izravno proporcionalna naponu. Takvi elementi i električni krugovi u koje ulaze nazivaju se nelinearni elementi.
Nelinearni elementi daju električnim krugovima svojstva nedostižna u linearnim krugovima (stabilizacija napona ili struje, DC pojačanje, itd.). Oni su nekontrolirani i kontrolirani... Prvi — bipolarni — dizajniran je za rad bez utjecaja regulacijskog faktora na njih (poluvodički termistori i diode), a drugi — multipolarni — koristi se kada na njih djeluje regulacijski faktor (tranzistori i tiristori).
Strujno-naponske karakteristike nelinearnih elemenata
Električna svojstva nelinearnih elemenata su strujno-naponske karakteristike I (U) eksperimentalno dobiveni grafikoni koji pokazuju ovisnost struje o naponu, za koje se ponekad pravi približna, prikladna za izračun empirijska formula.
Nekontrolirani nelinearni elementi imaju jednu strujno-naponsku karakteristiku, a kontrolirani nelinearni elementi imaju familiju takvih karakteristika čiji je parametar kontrolni faktor.
Linearni elementi imaju konstantan električni otpor, pa je njihova strujno-naponska karakteristika ravna linija koja prolazi kroz ishodište (slika 1, a).
Strujno-naponske karakteristike nelinearnih imaju drugačiji oblik i dijele se na simetrične i asimetrične u odnosu na koordinatne osi (slika 1, b, c).
Riža. 1. Strujno-naponske karakteristike pasivnih elemenata: a — linearne, b — nelinearne simetrične, c — nelinearne asimetrične
Riža. 2. Grafikoni za određivanje statičkog prema diferencijalnom otporu nelinearnih elemenata u presjecima strujno-naponske karakteristike: a — rastući, b — padajući
Za nelinearne elemente sa simetričnom strujno-naponskom karakteristikom ili za simetrične elemente, promjena smjera napona ne uzrokuje promjenu vrijednosti struje (slika 1, b), a za nelinearne elemente s asimetričnim naponom -strujna karakteristika, ili za asimetrične elemente, s jednom te istom apsolutnom vrijednošću napona usmjerenim u suprotnim smjerovima, struje su različite (slika 1, c). Stoga se nelinearni simetrični elementi koriste u krugovima istosmjerne i izmjenične struje, a nelinearni neuravnoteženi elementi, u pravilu, u krugovima izmjenične struje za pretvaranje izmjenične u istosmjernu struju.
Karakteristike nelinearnih elemenata
Za svaki nelinearni element razlikuje se statički otpor koji odgovara danoj točki strujno-naponske karakteristike, na primjer točka A:
Rst = U / I = muOB / miBA = mr tgα
i diferencijalni otpor koji je za. ista točka A određena je formulom:
Rdiff = dU / dI = muDC / miCA = mr tgβ,
gdje mi, mi, gospodine — odnosno ljestvica napona, struja i otpora.
Statički otpor karakterizira svojstva nelinearnog elementa u režimu konstantne struje, a diferencijalni otpor - za mala odstupanja struje od stacionarne vrijednosti. Obje se mijenjaju pri prijelazu iz jedne točke i strujno-naponske karakteristike u drugu, pri čemu je prva uvijek pozitivna, a druga varijabla: u rastućem dijelu karakteristike strujno-naponski je dio pozitivan, a u padajućem je negativan.
Nelinearne elemente također karakteriziraju recipročne vrijednosti: statička vodljivost Gst i diferencijalna vodljivost G različiti ili bezdimenzionalni parametri —
relativni otpor:
Kr = — (Rrazlika /Rst)
ili relativna vodljivost:
Kg = — (Grazlika / Gst)
Linearni elementi imaju parametre Kr i Kilogram jednake jedinici, a kod nelinearnih elemenata oni se razlikuju od nje, a što se više razlikuju od jedinice, to se više očituje nelinearnost električnog kruga.
Proračun nelinearnih električnih krugova
Nelinearni električni krugovi izračunavaju se grafički i analitički na temelju Kirchhoffovi zakoni te volt-amperske karakteristike pojedinih elemenata krugova izmjenične struje za pretvaranje izmjenične u istosmjernu struju.
Pri grafičkom proračunu električnog kruga s dva serijski spojena nelinearna otpornika R1 i R2 sa strujno-naponskim karakteristikama Iz (U1) i Iz (U2), izgradite strujno-naponsku karakteristiku cijelog kruga Iz (U), gdje je U = U1 + U2, apscise točaka koje se nalaze zbrajanjem apscisa točaka strujno-naponskih karakteristika nelinearnih otpornika s jednakim ordinatama (slika 3, a, b).
Riža. 3. Dijagrami i karakteristike nelinearnih električnih krugova: a — krug serijskog spoja nelinearnih otpornika, b — volt-amperska karakteristika pojedinih elemenata i serijski krug, c — shema paralelnog spoja nelinearnih otpornika, d — volt-amperske karakteristike pojedinih elemenata i paralelnog strujnog kruga.
Prisutnost ove krivulje omogućuje da napon U pronađe struju Az kao i napon U1 i U2 na stezaljkama otpornika.
Na isti način se provodi proračun električnog kruga s dva paralelno spojena otpornika. R1 i R2 sa strujno-naponskim karakteristikama I1 (U) i Az2 (U), za koje je izgrađena strujno-naponska karakteristika cijelog strujnog kruga Az(U), gdje je Az = I1+I2, na kojem se pomoću zadanog napona U, pronađite struje Az , I1, I2 (oriz. 3, c, d).
Analitička metoda za proračun nelinearnih električnih krugova temelji se na prikazu naponskih karakteristika nelinearnih elemenata kroz jednadžbe odgovarajućih matematičkih funkcija, koje omogućuju sastavljanje potrebnih jednadžbi stanja za električne krugove. .Budući da rješenje takvih nelinearnih jednadžbi često uzrokuje značajne poteškoće, analitička metoda za proračun nelinearnih krugova je prikladna kada se radni dijelovi strujno-naponskih karakteristika nelinearnih elemenata mogu izravnati. To vam omogućuje da opišete električno stanje kruga linearnim jednadžbama koje ne stvaraju poteškoće u njihovom rješavanju.
Osnove elektrotehnike:
O razlici potencijala, elektromotornoj sili i naponu
Električna struja u tekućinama i plinovima
Magnetizam i elektromagnetizam
O magnetskom polju, solenoidima i elektromagnetima
Samoindukcija i međusobna indukcija
Električno polje, elektrostatička indukcija, kapacitet i kondenzatori
Što je izmjenična struja i kako se razlikuje od istosmjerne struje
