Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Расчёт электрической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравнений.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Этот принцип основан на первом и втором законе Кирхгофа. Он не требует преобразования схемы.

Видео:Урок 4. Расчет цепей постоянного тока. Законы КирхгофаСкачать

Урок 4. Расчет цепей постоянного тока. Законы Кирхгофа

Порядок расчёта:

1. Произвольно задаёмся направлением токов в ветвях.

Важно! При выборе направления токов в ветвях, необходимо выполнения двух условий:
1. Ток должен вытекать из узла через одну или несколько других ветвей;
2. Хотя бы один ток должен входить в узел.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Красным выделены изменения после первого действия

Синим выделены изменения после третьего пункта

2. Используя первый закон Кирхгофа составим уравнения для (n-1) узлов схемы. Где n – число узлов. То есть для схемы с четырьмя узлами, составляем три уравнения. Для этого:

  1. Обозначаем узлы буквами.
  2. Берём один конкретный узел (Например узел А) и смотрим как направлены токи в ветвях образующих узел. Если ток направлен в узел, то записываем его со знаком плюс, если из него то со знаком минус.
    0=I1-I4-I6 (Полученное уравнение)
  3. Повторяем пункт B ещё для двух узлов.
    0=-I3+I4+I5(Узел В)
    0=I3-I1-I2(Узел D)

3. Используя второй закон Кирхгофа составим уравнения для каждого контура схемы. Для этого произвольно зададимся направлением обхода контура (по часовой или против часовой). Для контура ABDA направление обхода контура выберем по часовой стрелке.

3.1 Смотрим, как направлена ЭДС относительно обхода контура. Если направление обхода контура совпадает, то значение ЭДС записываем со знаком плюс (в левой части уравнения), если не совпадает, то со знаком минус (записываем также в левой части уравнения)

3.2 Смотрим, как направлено падение напряжения на сопротивлении контура.(То есть смотрим как направлены токи, только записываем в уравнение произведение тока на сопротивление через которое ток протекает в данном контуре). Если направление обхода контура совпадает, то падение напряжения записываем со знаком плюс (в правой части уравнения), если не совпадает, то со знаком минус (записываем также в правой части уравнения)

3.3 Произвести действия 3.1 и 3.2 для остальных контуров. У вас должна получится система из n уравнений, где n — количество контуров в цепи.

Контур ABDA E1=I1*(R1+R01)+I4*R4+I3*R3

Контур BCDB E2=I2*(R2+R02)+I3*R3+I5*R5

Контур ABCA 0=I6*R6-I4*R4+I5*R5

4. Решаем полученную систему уравнений и находим величины токов во всех ветвях.

Уберём лишние токи из системы используя уравнения полученные во втором пункте поскольку у нас три уравнения поэтому мы оставляем только три любых тока. Для данного примера я рекомендую оставить токи I1 I2 I4.

Выражаем из трёх уравнений токи I3 I5 I6 через токи I1 I2 I4.

I3=I1+I2(Узел D)

I5=I3-I4(Узел В)

I5=I3-I4(Узел В) В этом уравнении сразу не получилось выразить I5 через токи I1 I2 I4, поэтому вместо тока I3 подставим уравнение для узла D и получим:

Заменим токи I3 I5 I6 и получим уравнения с тремя токами :

Раскрываем скобки подставляем значения сопротивлений из условия и получаем например вот такие три уравнения:

40 = 71*I1 + 24*I2 + 14*I4

20 = 55*I1 + 93*I2 — 61*I4

0 = 60*I1 + 16*I2 — 81*I4

Если при решении системы ток получается отрицательным (со знаком —), значит его действительное направление противоположно тому направлению которое мы задали в первом действии.

Правильность решения можно проверить с помощью баланса мощностей.

Видео:Метод узловых и контурных уравненийСкачать

Метод узловых и контурных уравнений

Практическая работа «Расчет электрических цепей методом узловых и контурных уравнений»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

Рабочие листы и материалы для учителей и воспитателей

Более 300 дидактических материалов для школьного и домашнего обучения

Практическое занятие №15

Тема: Расчет электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Цель работы : научиться рассчитывать сложные электрические схемы постоянного тока методом узловых и контурных уравнений (МУКУр)

— Записать название работы, тему и цель работы

— рассмотреть и записать в конспект приведенный пример

— решить индивидуальное задание

Методика расчета сложной цепи методом узловых и контурных уравнений

Данный метод является одним из самых простейших методов расчёта электрических цепей постоянного тока любой сложности. Основывается на составлении уравнений по I и II законам Кирхгофа.

1. Определяем число ветвей m, узлов и контуров в электрической цепи. Число токов в цепи равно числу ветвей. Для каждой ветви выбираем условное направление тока и укажем их на схеме.

2. По первому закону Кирхгофа составляем уравнение для узлов в количестве n -1, где n – число узлов.

3. На основании II закона Кирхгофа составляем m – n + 1 уравнений, где m-число ветвей, n-число узлов. Для обхода выбираем контуры с меньшим числом ветвей и содержащих хотя бы одну новую ветвь. Контур обходим по часовой стрелке.

4. Полученные уравнения объединяем в систему и решаем любым способом, известным из математики.

Определить токи во всех ветвях цепи (рисунок 3), если Э.Д.С. источников энергии Е 1 = 150В, Е 2 = 80В, их внутренние сопротивления R 01 = 1 Ом, R 02 =0.5 Ом; сопротивления резисторов R 1 =9 Ом, R 2 =19,5 Ом, R 3 = 25 Ом. Задачу решить методом узловых и контурных уравнений, составленных по законам Кирхгофа. Составить уравнение баланса мощностей.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Рисунок 3 — Электрическая схема

1. На схеме произвольно показываем направления токов ветвей.

2. В задаче три неизвестных тока, для их нахождения необходимо составить систему из трех уравнений.

Первое уравнение составим для узловой точки С по первому закону Кирхгофа:

второе уравнение составим для контура АСDВА по второму закон Кирхгофа; направление обхода контура примем «по часовой стрелке»

третье уравнение составим для контура СК ND С но второму закону Кирхгофа; направление обхода контура примем «по часовой стрелке»:

3. Подставляем исходные данные в полученную систему из трех уравнений и находим значения токов ветвей:

Из второго уравнения получаем:

70=10 I 1 – 20 I 2 ; Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Из третьего уравнения получаем:

80=20I 2 +25 I 3 ; Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Подставляем выражения I 1 и I 3 в первое уравнение и находим ток I 2 :

Определяем токи I 1 и I 3 :

Проверка по первому закону Кирхгофа: I 1 + I 2 — I 3 =0; 5-1-4 = 0.

Ток I 2 получился отрицательным, это значит, что первоначально произвольно принятое направление тока I 2 от точки Dк точке С оказалось неверным и должно быть изменено на противоположное. При этом ток I 2 будет направлен против направления Э.Д .С. Е 2 , следовательно, источник с Э.Д.С. Е 2 находится в режиме потребителя (например, заряд батареи аккумуляторов)

Индивидуальные задания для практической работы №15

Задача На рисунке 4 изображена схема сложной электрической цепи: Е 1 , Е 2 – Э.Д.С. источников энергии; R 01 , R 02 – их внутренние сопротивления; R 1 , R 2 , R 3 – сопротивления резисторов.

Числовые значения этих параметров указаны в таблице 1

Начертить схему цепи; показать направление токов в ветвях. Определить токи ветвей I 1 , I 2 , I 3 методом узловых и контурных уравнений.

Составить уравнение баланса мощностей

Перед решением задачи изучите методические указания к решению задачи и решение типового примера.

В задаче обязательно вычертить электрическую схему, соответствующую условию задачи, и показать на ней заданные и искомые величины, а также направление токов. Привести данные своего варианта.

Решение задачи сопровождается краткими пояснениями.

Текст, формулы, числовые выкладки должны быть четкими без помарок. Цифровая подстановка в уравнении должна даваться один раз без промежуточных сокращений и расчетов. Численное значение каждого символа должно обязательно занимать то же место в формуле, что и сам символ. Все расчеты необходимо вести в системе СИ. Буквенные обозначения единиц измерения ставятся только возле окончательного результата и в скобки не заключаются, например, 120 В, 13 А, 100 Вт.

Видео:Расчет электрической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравненийСкачать

Расчет электрической цепи постоянного тока методом узловых и контурных уравнений

Задачи по ТОЭ с решением и примерами

Содержание:

Метод преобразования схем

Метод преобразования электрических схем применяют для расчета сложных испей путем преобразований треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду или звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Контур, состоящий из трех сопротивлений Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, имеющий три узловые точки Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, образует треугольник сопротивлений (рис. 4.6а).

Электрическая цепь, состоящая из трех сопротивлений Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийсоединенных в одной узловой точке О, образует звезду сопротивлений (рис. 4.66).

Расчет некоторых сложных цепей значительно упрощается, если соединение звездой в них заменить соединением треуголь-• ником или наоборот.

Преобразование схемы должно производиться так, чтобы при неизменном напряжении между точками Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийтоки Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийзвезды и треугольника оставались без изменений.

Треугольник и звезда, удовлетворяющие этому условию, называются эквивалентными.

Для такого преобразования рекомендуется изображать схему цепи без заменяемого треугольника (или звезды), но с обозначенными вершинами Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийи к этим обозначенным вершинам подсоединить эквивалентную звезду (или треугольник).

При замене треугольника эквивалентной звездой сопротивления звезды определяются следующими выражениями: Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Таким образом, каждое сопротивление эквивалентной звезды равно отношению произведения двух примыкающих к соответствующей узловой точке сопротивлений треугольника к сумме трех его сопротивлений.

При замене звезды эквивалентным треугольником каждое сопротивление треугольника определяется следующими выражениями:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Каждое сопротивление эквивалентного треугольника равно сумме трех слагаемых: двух примыкающих к соответствующим точкам сопротивлений звезды и отношению произведения этих сопротивлений к третьему сопротивлению звезды.

Пример задачи с решением 4.4

с Определить токи во всех ветвях цепи (рис. 4.7а) при следующих Исходных данных: Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решение

Дчя расчета этой цепи заменим треугольник сопротивлений, Подключенных к точкам Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, эквивалентной звездой, подключенной к тем же точкам (рис. 4.76).

Определим величины сопротивлений эквивалентной звезды:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Пример задачи с решением 4.6

Определить токи во всех ветвях цепи, схема которой приведена на рис. 4.8а, если задано:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решение

Количество ветвей и соответственно различных токов в цепи (рис. 4.8а) равно пяти. Произвольно выбирается направление этих токов.

Расчетных схем две, так как в цепи два источника с ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийи Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Вычисляются частичные токи, созданные в ветвях первым источником Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. этого изображается та же цепь, только вместо Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений— его внутреннее сопротивление Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Направление частичных токов в ветвях указаны в схеме рис. 4.86.

Вычисление сопротивлений и токов производится методом свертывания.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Первые частичные токи в цепи (рис. 4.86), созданные источником Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, имеют следующие значения:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Вычисляются частичные токи, созданные вторым источником. Для этого изображается исходная цепь, в которой источник :ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийзаменен его внутренним сопротивлением Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Направления частичных токов в ветвях указаны на схеме рис. 4.8в. 1 Сопротивления и токи определяются методом свертывания.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Вторые частичные токи в цепи (рис. 4.8в) имеют следующие значения:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Искомые токи в рассматриваемой цепи (рис. 4.8а) определяют алгебраической суммой частичных токов (см. рис. 4.8):

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Ток Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийимеет знак «минус», следовательно, его направлен и противоположно произвольно выбранному, он направлен из точ ки А в точку В.

Метод узлового напряжения

Расчет сложных разветвленных электрических цепей с несколькими источниками и двумя узлам, можно осуществить Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийметодом узлового напряжения. Напряжение между узлами и называется узловым. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений-узловое напряжение цепи (рис. 4.9)

Для различных ветвей (рис. 4.9) узловое напряжение Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийможно определить следующим образом.

1. Поскольку для первой ветви ис точник работает в режиме генератор;

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Величина тока определяется как

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийгде Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийпроводимость 1-й ветви.

2. Для второй ветви источник работает в режиме потребителя следовательно

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

3. Для третьей ветви

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

(Потенциал точки Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийдля третьей ветви больше, чем потенции, точки А, так как ток направлен из точки с большим потенциалов в точку с меньшим потенциалом.)

Величину тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийможно определить по закону Ома

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

По первому закону Кирхгофа для узловой точки А (или В):

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Подставив в уравнение (4.6) значения токов из уравнений (4.3), (4.4) и (4.5) для рассматриваемой цепи, можно записать

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решив это уравнение относительно узлового напряжения Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, ожно определить его значение

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Следовательно, величина узлового напряжения определяется от-ошением алгебраической суммы произведений ЭДС и проводимости етвей с источниками к сумме проводимостей всех ветвей.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Для определения знака алгебраической суммы направление токов во всех ветвях выбирают одинаковым, т. е. от одного узла другому (рис. 4.9). Тогда ЭДС источника, работающего в режиме генератора, берется со знаком «плюс», а источника, работающего в режиме потребителя, со знаком «минус».

Таким образом, для определения токов в сложной цепи с двумя злами вычисляется сначала узловое напряжение по выражению 4.9), а затем значения токов по формулам (4.3), (4.4), (4.5).

Узловое напряжение Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийможет получиться положительным или ггринательным, как и ток в любой ветви.

Знак «минус» в вычисленном значении тока указывает, что реальное направление тока в данной ветви противоположно ‘словно выбранному.

Пример задачи с решением 4.7

В ветвях схемы (рис. 4.10) требуется определить токи, если: Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийПрактическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решение

I. Узловое напряжение Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

где Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийтогда Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Токи в ветвях будут соответственно равны

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Как видно из полученных результатов, направление токов Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийпротивоположно выбранному. Следовательно, источник Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийработает в режиме потребителя.

Пример задачи с решением 4.8

Два генератора (рис. 4.11), ЭДС и внутреннее сопротивление которых одинаковы: Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, питают Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийпотребитель (нагрузку) с сопротивлением Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Как изменится ток второго генератора:

1) при увеличении его ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийна 1 %;

2) при увеличении узлового напряжения Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийна 1 %.

Решение

Определяется узловое напряжение Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийцепи (рис. 4.11)

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Тогда ток второго генератора

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

I. При увеличении Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийна 1 %, его величина станет равной Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

тогда Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

При этом Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений|;довательно, увеличение ЭДС генератора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийна 1 % приводит личению тока этого генератора на 24 %.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

2. При увеличении узлового напряжения на 1 % его величина станет равной

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

При этом Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

мм образом, ток второго генератора при увеличении узлово-.пряжения на 1 % уменьшится на 23,4 %.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Знак «минус» означает уменьшение, а не увеличение тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Параллельное соединение генераторов

Как видно из решения примера 4.8, незначительное изменение ЭДС одного из параллельно работающих генераторов значительно изменяет ток этого генератора.

Причиной значительного изменения тока генератора может также незначительное изменение узлового напряжения 4.11), что связано с изменением сопротивлений участков или ЭДС источников.

Параллельное соединение генераторов нашло широкое примере в электрических сетях энергоснабжения потребителей осветительная и силовая нагрузка).

Значительные изменения токов генераторов, вызванные незна-пьными изменениями параметров схемы электропитания постелей от параллельно включенных генераторов, необходимо ывать при проектировании и эксплуатации электроустано-в частности тот факт, что в различное время суток работает ое количество параллельно включенных генераторов.

Увеличение ЭДС какого-либо из параллельно работающих генераторов приведет к тому, что ток этого генератора окажется в олько раз больше тока остальных генераторов. Этим обстоятельством пользуются, когда хотят «перевести нагрузку» с одного генератора на другой.

Генераторы окажутся также неодинаково загруженными при равых ЭДС, но при различных внутренних сопротивлениях. Более загруженными окажутся генераторы с меньшим внутренним сопротивлением.

И снижении ЭДС какого-либо из параллельно включенных раторов до величины узлового напряжения цепи Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийток в цепи этого генератора падает до нуля: Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Генератор, находящийся в таком режиме, называется уравновешенным (скомпенсированным). Если ЭДС генератора станет меньше углового напряжения, то такой генератор начнет работать в режим потребителя.

Метод узловых и контурных уравнений

Метод узловых и контурных уравнений для расчета сложных электрических цепей подразумевает составление системы уравнений по законам Кирхгофа. При составлении системы уравнения должно учитываться следующее.

1. Число уравнений равно числу токов в цепи (число токов paвно числу ветвей в рассчитываемой цепи). Направление токов на ветвях выбирается произвольно.

2. По первому закону Кирхгофа составляется Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийуравнение где n —число узловых точек в схеме.

3. Остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофа.

В результате решения системы уравнений определяются иске мые величины для сложной электрической цепи (например, вс токи при заданных значениях ЭДС источников Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийи сопротивл

Пример задачи с решением 4.9

Составить необходимое и достаточное количество уравнени* по законам Кирхгофа для определения всех токов в цепи (рис. 4.12) методом узловых и контурный уравнений.

Решение

В рассматриваемой сложной цепи имеется 5 ветвей, сдедовательно, 5 различных токов, поэтому для расчета необходимо соста вить 5 уравнений, причем 2 уравнения — по первому закон: Кирхгофа (в цепи Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийузловых точки Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений) и 3 уравнения по второму закону Кирхгофа (внутренним сопротивлением ис точников пренебрегаем, т. е. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений= О).

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Обход по часовой стрелке.

Пример задачи с решением 4.10

Определить токи в примере 4.7 методом узловых и контурных уравнений (схема рис. 4.10) при тех же заданных условиях.

Решение

При выбранном в схеме рис. 4.10 направлении токов составим необходимое и достаточное количество уравнений по законам Кирхгофа:

1. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

2. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(обход по часовой стрелке)

3. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(обход против часовой стрелки)

К уравнение (2) подставляются значения тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийиз уравнения и числовые значения заданных величин. Тогда уравнения (2) будут выглядеть так:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Иля сокращения тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийпри суммировании уравнений (2) и (3) К числовые значения уравнения (3) умножаются на 2 (два). Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Откуда Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Из уравнения Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

И из уравнения (1): Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Очевидно, что полученный результат совпадает с результатом полученным методом узлового напряжения.

Метод контурных токов

При расчете сложных цепей методом узловых и контурных уравнений (по законам Кирхгофа) необходимо решать систему из большого количества уравнений, что значительно затрудняет вычисления.

Так, для схемы рис. 4.13 необходимо составить и рассчитать систему из 7-ми уравнений.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийТу же задачу можно решить, записав только 4 уравнения по второму закону Кирхгофа, если воспользоваться методом контурных токов.

Суть метода состоит в том, что в схеме выделяют т независимых контуров, в каждом из которых произвольно направлены (см. пунктирные стрелки) контурные токи Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Контурный ток — это расчетная величина, измерить которую невозможно.

Как видно из рис. 4.13, отдельные ветви схемы входят в два смежных контура. Действительный ток в такой ветви определяется алгебраической суммой контурных токов смежных контуров.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Для определения контурных токов составляют m уравнений по второму закону Кирхгофа. В каждое уравнение входит алгебраическая сумма ЭДС, включенных в данный контур (по одну сторону от знака равенства), и общее падение напряжения в данном контуре, созданное контурным током данного контура и контурными токами смежных контуров (по другую сторону знака равенства).

Для данной схемы (рис. 4.13) необходимо составить 4 уравнено знаком «плюс» записываются ЭДС и падения напряжению разные стороны знака равенства), действующие в направлении контурного тока, со знаком «минус» — направленные против контурного тока.

схема уравнений для схемы (рис. 4.13):

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решением системы уравнений вычисляются значения контурных токов, которые и определяют действительные токи в каждой схемы (рис. 4.13).

Пример задачи с решением 4.11

Определить токи во всех участках сложной цепи (рис. 4.14), если:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решение

бходимо составить 3 уравнения по второму закону Кирхгофа для определения контурных токов Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(направление рных токов выбрано произвольно указано пунктирными линиями). Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Подставляются числовые значения величин

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Из уравнения (2) определяется ток Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Значение тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(выражение (2’)) подставляется в уравнение Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

То же значение тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийподставляется в уравнение (3):

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Из полученного уравнения (3) вычитается полученное уравнение (1). В результате получим

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Откуда контурный ток Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Из уравнения (3) определяется контурный ток Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Из уравнения (2′) определяется ток Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Вычисляются реальные токи в заданной цепи:

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Проверяется правильность решения для 1-го контура (рис. 4.14).

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Такую же проверку можно произвести и для других контуров (2-го и 3-го):

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Проверка показала правильность решения.

Метод эквивалентного генератора

Метод эквивалентного генератора рационально применять в случае необходимости определения тока (напряжения, мощности и др.) только одной ветви сложной электрической цепи.

Для этой цели разбивают сложную электрическую цепь на две части — на сопротивление Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, ток которого Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийнужно определить, и всю остальную цепь, ее называют активным двухполюсником, так как эта часть имеет две клеммы Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, к которой и подключается сопротивление Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(рис. 4.15).

Активным этот двухполюсник называют потому, что в нем имеется источник ЭДС. Этот активный двухполюсник обладает определенной ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийи определенным внутренним сопротивлением азывается эквивалентным генератором. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Ток в резисторе с сопротивлением R определяют по закону Ома

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Таким образом, определение тока I сводится к вычислению ЭДС эквивалентного гора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийи его внутреннего сопротивления Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

чина ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийопределяется любым методом расчета цепей постоянного тока относительно точек Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийпри разомкнутых клеммах, т. е. в режиме холостого хода. Практически эту ЭДС можно измерить вольтметром, подключенным к клеммам Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийлостом ходе.

реннее сопротивление эквивалентного генератора Лж вы-тся относительно точек А и В после предварительной ,i всех источников сложной схемы эквивалентного генера-х внутренними сопротивлениями.

ггически для определения внутреннего сопротивления эк-нтного генератора измеряют амперметром ток между точ-4 и В работающего двухполюсника при коротком замыка-ак как сопротивление амперметра настолько мало, что им I пренебречь. Тогда

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

где Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений— напряжение холостого хода, Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений— ток короткого замыкания

Такой метод практического определения внутреннего сопротивления эквивалентного генератора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийназывается методом холостого хода и короткого замыкания.

Расчет параметров эквивалентного генератора, его ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийи ннего сопротивления Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, рассматриваются в примерах 4.12

Пример задачи с решением 4.12

Определить ток в сопротивлении Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, подключенном к точкам А ектрической цепи (рис. 4.8а) примера 4.6 методом эквивалентного генератора.

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийРешение

Для определения тока Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийв сопротивлении Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийопределим ЭДС эквивалентного генератора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(рис. 4.16а) и его внутреннее сопро тивление Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(рис. 4.166) при холостом ходе, т. е. разомкнутой цеш (между точками Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений).

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Знак «минус» обусловлен тем, что источники в схеме включень встречно и потенциал в точке А больше потенциала в точке В, так как Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений(см. пример 4.6).

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Следовательно, Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Внутреннее сопротивление эквивалентного генератора

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Искомый ток Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

такой же ток получен в примере 4.6 на сопротивлении Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Пример задачи с решением 4.13

На схеме рис. 4.17а сопротивления плеч моста равны Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Сопротивление гальванометра Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийЭДС источника Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Методом эквивалентного генератора определить в ветви гальванометра (между точками А и В).

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Решение

Для определения тока в цепи гальванометра Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийметодом эквивалентного генератора необходимо вычислить ЭДС эквивалентного генератора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнениймежду точками А и В (рис. 4.176) и внутреннее сопротивление эквивалентного генератора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийотносительно точек А и В при (отсутствии гальванометра, заменив в схеме (рис. 4.17в) источник ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений, его внутренним сопротивлением Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийравным нулю.

Для определения ЭДС эквивалентного генератора Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийпринимают потенциал точки С схемы (рис. 4.176) равным нулю, т. е. Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

При замене источника ЭДС Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийего внутренним сопротивле-нием, равным нулю, замыкаются накоротко точки С и D схемы (рис. 4.17в). При этом (рис. 4.17г) сопротивления Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийсоединены между собой параллельно. Также параллельно соединены между собой сопротивления Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений. Между точками А и В сопротивления Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравненийсоединены последовательно. Следовательно, сопротивление эквивалентного генератора относительно точек А и В будет равно

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Тогда ток в ветви с гальванометром, который направлен из точки В в точку А, т. е. из точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом (рис. 4.17а), будет равен

Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Эти страницы вам могут пригодиться:

На странице -> решение задач по электротехнике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам теоретических основ электротехники (ТОЭ).

Услуги:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔ Практическая работа расчет сложных электрических цепей методом узловых и контурных уравнений

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

🎬 Видео

Законы Кирхгофа. Метод контурных уравненийСкачать

Законы Кирхгофа. Метод контурных уравнений

Метод контурных токов - определение токов. ЭлектротехникаСкачать

Метод контурных токов - определение токов. Электротехника

Метод узловых потенциалов. Самое простое и понятное объяснение этого методаСкачать

Метод узловых потенциалов. Самое простое и понятное объяснение этого метода

Решение задачи. Расчет электрической цепи по законам КирхгофаСкачать

Решение задачи. Расчет электрической цепи по законам Кирхгофа

Лекция 117. Правила КирхгофаСкачать

Лекция 117. Правила Кирхгофа

Электротехника (ТОЭ). Лекция 10. Потенциальная диаграмма | Решение задачСкачать

Электротехника (ТОЭ). Лекция 10. Потенциальная диаграмма | Решение задач

Применение законов Кирхгофа при решении задачСкачать

Применение законов Кирхгофа при решении задач

46 Алгоритм решения метода узловых и контурных уравненийСкачать

46 Алгоритм решения метода узловых и контурных уравнений

решение задачи составлением уравнений по правилам киргофа. Законы киргофа кратко на практикеСкачать

решение задачи составлением уравнений по правилам киргофа. Законы киргофа кратко на практике

2 7 Методы расчета цепей постоянного токаСкачать

2 7 Методы расчета цепей постоянного тока

Урок 7. ЗАКОН ОМА простыми словами с примерамиСкачать

Урок 7. ЗАКОН ОМА простыми словами с примерами

Расчет цепи с ИСТОЧНИКОМ ТОКА по законам КирхгофаСкачать

Расчет цепи с ИСТОЧНИКОМ ТОКА по законам Кирхгофа

ТОЭ - Метод двух узлов│Самое подробное решение задачиСкачать

ТОЭ - Метод двух узлов│Самое подробное решение задачи

Метод контурных токовСкачать

Метод контурных токов

Практическая работа №2. Часть 1Скачать

Практическая работа №2. Часть 1

1 4 3 Метод узловых напряжениеСкачать

1 4 3 Метод узловых напряжение

Метод узловых потенциалов - определение токов. ЭлектротехникаСкачать

Метод узловых потенциалов - определение токов. Электротехника
Поделиться или сохранить к себе: