Нелинейные цепи.
Нелинейные электрические цепи – цепи, содержащие хотя бы один нелинейный элемент, т.е. элемент, параметры которого (R, L или C) зависят от значений или от направления тока и напряжения этого элемента цепи.
В зависимости от способности рассеивать электрическую энергию в виде тепла (необходимо преобразовывать в другие виды энергии) или накапливать магнитную или электрическую энергию (или накапливать в виде энергии магнитного или электрического полей) различают:
РНЭ – резистивный нелинейный элемент;
ИНЭ – индуктивный нелинейный элемент;
ЕНЭ – емкостный нелинейный элемент.
РНЭ, ИНЭ, ЕНЭ – нелинейные накопители энергии.
Характеристиками этих элементов, получаемыми экспериментальными и задаваемыми графиками, таблицами или приближенными аналитическими выражениями являются:
-вольтамперная характеристика (ВАХ) РНЭ – u (i)
-вебер-амперная характеристика ИНЭ – Y (i) – магнитная характеристика нелинейных индуктивных элементов
-кулон-вольтная характеристика ЕНЭ – q (u) электрическая характеристика емкостных нелинейных элементов.
|
|
Причиной нелинейности характеристик элементов является нелинейность параметров этих элементов – R, L, C.
Параметры этих нелинейных элементов (НЭ) – сопротивление, индуктивность, емкость – зависят от величин и направлений тока и напряжения этих элементов. Причиной этого является зависимость:
- удельной проводимости g (удельного сопротивления r) от режима цепи
или
- магнитной проницаемости среды m, в которой замыкаются силовые линии магнитного поля от тока, возбудившего это поле (от напряженности поля)
- диэлектрической проницаемости вещества, заполняющего пространство между обкладками конденсатора, от напряжения между обкладками (от напряжения электрического поля)
Для оценки характера изменения НЭ вводят понятие статического и дифференциального сопротивлений.
Статическое сопротивление Rст характеризует поведение НРЭ при неизменном режиме. В рассматриваемой точке ВАХ численно равно тангенсу угла наклона между осью ординат (осью токов) и прямой, соединяющей начало координат и рассматриваемую точку ВАХ, умноженного на масштаб
Дифференцированное сопротивление Rдиф определяет крутизну ВАХ в рассматриваемой точке и характеризует поведение НРЭ при малых отклонениях от режима в рассматриваемой точке ВАХ. Rдиф численно равно тангенсу угла наклона между осью ординат и касательной к ВАХ в рассматриваемой точке, умноженного на масштаб.
а) При последовательном соединении нескольких НРЭ Rдиф результирующей характеристики при каком-то токе равно сумме Rдиф этих НРЭ при этом же токе (т.к. производная суммы равна сумме производных)
|
|
б) Если ВАХ НРЭ имеет падающий участок, то Rдиф на этом участке отрицательно.
Примеры нелинейных элементов и их характеристик