- •«Разветвленные линейные электрические цепи постоянного тока»
- •Упростим исходную схему
- •Для данной цепи составим системы уравнений по правилам Кирхгофа
- •Метод контурных токов
- •Метод узловых потенциалов
- •Проверим правильность полученных результатов
- •Найдём токи в исходной схеме
- •Баланс мощностей
- •Метод эквивалентного генератора
- •Список использованной литературы
Упростим исходную схему
Через источник тока J3 протекает ток равный нулю, поэтому сразу исключим его из схемы.
Рисунок 2 – Исходная электрическая цепь с обозначенными на ней токами
Заменяем источник тока источником ЭДС:
Рисунок 3 – Электрическая цепь после замены источника тока источником ЭДС
Заменяем источники ЭДС Е1 и Е2 на эквивалентное им Е12:
Рисунок 4 – Электрическая цепь после замены источников ЭДС Е1 и Е2 эквивалентным
Рисунок 5 – Упрощенное изображение схемы
В данной схеме 4 узла, 6 ветвей, 7 контуров.
Для данной цепи составим системы уравнений по правилам Кирхгофа
Составим уравнения по первому закону Кирхгофа:
Для нулевого узла:
– I2 – I1 + I3 = 0
Для первого узла:
I1 + I4 – I6 = 0
Для второго узла:
I2 – I4 – I5 = 0
Для третьего узла:
I6 + I5 – I3 = 0
Одно уравнение можно исключить, так как оно состоит из токов, встречающихся в остальных. Исключим, к примеру, уравнение для первого узла. Получим систему:
– I2 – I1 + I3 = 0
I2 – I4 – I5 = 0
I6 + I5 – I3 = 0
Составим систему из уравнений по второму закону Кирхгофа. Число уравнений определяется как В – У + 1, то есть 6 – 4 + 1 = 3.
I2*R2 + I4*R4 – I1*R1 = E12
I4*R4 + I6*R6 – I5*R5 = 0
I1*R1 + I6*R6 + I3*R3 = – E3
Таким образом решают В уравнений, то есть 6.
Метод контурных токов
Обозначим контурные токи. Для каждого контура принимаем одинаковое направление обхода:
Рисунок 6 – Электрическая цепь с обозначенными на ней контурными токами
Контурные токи будут равны токам в тех ветвях, которые не входят в два контура, то есть I11 = I2, I22 = I5, I33 = I3.
В ыразим токи смежных ветвей из уравнений, полученных по первому закону Кирхгофу:
I1 = I3 – I2 = I33 – I11
I4 = I2 – I5 = I11 – I22
I6 = I3 – I5 = I33 – I22
Запишем систему уравнений в матричном виде:
Находим контурные токи методом Крамера:
Перейдём от контурных токов к основным:
Запишем найденные токи:
Метод узловых потенциалов
Находим проводимости ветвей:
Находим узловые потенциалы:
Рисунок 7 – Электрическая цепь с обозначенными на ней узловыми потенциалами
Запишем систему уравнений в матричном виде:
Найдём узловые потенциалы, решая систему методом Крамера:
Определяем токи через узловые потенциалы:
Запишем найденные токи:
Проверим правильность полученных результатов
Таблица 2 – Сравнение результатов
Ток |
Метод контурных токов, (A) |
Метод узловых потенциалов, (A) |
Результаты, полученные при работе в системе схемотехнического моделирования Micro-Cap, (mA) |
I1 |
-0,804937 |
-0,804937 |
804,937 |
I2 |
-0,171995 |
-0,171995 |
171,995 |
I3 |
-0,976932 |
-0,976932 |
976,932 |
I4 |
0,299474 |
0,299474 |
299,474 |
I5 |
-0,471469 |
-0,471469 |
471,469 |
I6 |
-0,505463 |
-0,505463 |
505,463 |
Результаты расчётов, выполненных методом контурных токов и методом узловых потенциалов, совпадают с результатами, полученными при работе в системе схемотехнического моделирования Micro-Cap, разница состоит лишь в том, что токи, найденные этими методами, получились со знаком «минус», который говорит, что ошибочно выбрано направление тока.
Рисунок 8 – Расчёт токов в системе Micro-Cap