Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Методы расчета линейных электрических цепей

Поиск

Расчет цепей с использованием законов Кирхгофа

Законы Кирхгофа используют для нахождения токов в ветвях схемы. Обозначим число всех ветвей схемы через b, число ветвей, содержащих источники тока, через b ИT, число узлов - у. В каждой ветви схемы течет свой ток. Так как токи в ветвях с источниками тока известны, то число неизвестных токов равняется (b - b ИT). Перед тем как составлять уравнения, необходимо произвольно выбрать: а) положительные направления токов в ветвях и обозначить их на схеме; б) положительные направления обхода контуров для составления уравнений по второму закону Кирхгофа.

Чтобы получить линейно независимые уравнения, по первому закону Кирхгофа составляют число уравнений, равное числу узлов без единицы, т.е. у - 1. По второму закону Кирхгофа составляют число уравнений n, равное

n= b - b ИT - (у - 1).

 

При записи линейно независимых уравнений по второму закону Кирхгофа стремятся, чтобы в каждый новый контур, для которого составляются уравнения, входила хотя бы одна новая ветвь, не вошедшая в предыдущие контуры, для которых уже записаны уравнения по второму закону Кирхгофа, т.е. число уравнений по второму закону Кирхгофа равно числу независимых контуров.

Пример 1. Найти токи в ветвях схемы рис. 1.13, в которой Е 1 = 80 В, Е 2 = 64В, R 1= 6 Ом, R 2 = 4 Ом, R 3 = 3 Ом, R 4= 10 Ом.

 

Рис. 1.13

Решение. Произвольно выбираем положительные направления тока в ветвях. В схеме рис. 1.13 b =3; b ИТ=0; y =2.

Следовательно, по первому закону Кирхгофа можно составить только одно уравнение y -1=1:

.

По второму закону Кирхгофа составим два уравнения. Положительные направления обхода контуров выбираем по часовой стрелке.

 

Для контура R 1 E 1 R 2 E 2

.

Знак плюс перед I 1 R 1 взят потому, что направление тока совпадает с направлением обхода контура, а знак минус перед I 2 R 2 потому, что направление I 2 встречно обходу контура.

Для контура E 2 R 2 R 3 R 4:

.

Совместное решение трех уравнений дает

I 1 = 14 A, I 2 = -15 A, I 3 = -1 A.

В рассматриваемом примере отрицательными оказались токи I 2 и I 3, это следует понимать так, что в действительности токи I 2 и I 3 направлены в обратную сторону.

Метод контурных токов

При расчете методом контурных токов полагают, что в каждом независимом контуре схемы течет свой контурный ток. Уравнения составляют относительно контурных токов, после чего через них определяют токи ветвей.

Таким образом, метод контурных токов можно определить как метод расчета, в котором в качестве неизвестных принимают контурные токи. Число неизвестных в этом методе равно числу уравнений, составляемых для схемы по второму закону Кирхгофа. Преимуществом этого метода, по сравнению с методом на основе законов Кирхгофа, является меньшая вычислительная работа, так как в нем меньше уравнений.

Вывод основных расчетных уравнений проведем применительно к схеме рис. 1.14, содержащей два независимых контура. Положим, что в левом контуре по часовой стрелке течет контурный ток I 11, а в правой (также по часовой) - контурный ток I 22. Для каждого из контуров составим уравнения по второму закону Кирхгофа. При этом учтем, что в смежной ветви (с сопротивлением Rs) течет сверху вниз ток I 11 - I 22. Направления обхода контуров примем также по часовой стрелке.

Для первого контура

 

или

. (1.24)

Для второго контура

 

или

. (1.25)

 

Рис. 1.14

 

В уравнении (1.24) множитель при токе I 11, являющийся суммой сопротивлений первого контура, обозначим через R 11, множитель при токе I 22 (сопротивление смежной ветви, взятое со знаком минус), – через R 12.

В уравнении (1.25) множитель при токе I 22, являющийся суммой сопротивлений второго контура, обозначим через R 22, множитель при токе I11 (сопротивление смежной ветви, взятое со знаком минус), – через R 21.

 

Перепишем эти уравнения следующим образом:

 

Здесь

 

где R 11 и R 22 - полное или собственное сопротивление первого и второго контуров соответственно; E 11 и Е 22 - контурные ЭДС первого и второго контуров, равные алгебраической сумме ЭДС этих контуров; R 12 = R 21 -сопротивление смежной ветви между первым и вторым контуром, взятое со знаком минус, так как контурные токи по ветви протекают встречно.

Если в схеме больше контуров, например три, то система уравнений в общем виде выглядит следующим образом:

 

(1.26)

 

В результате решения системы уравнений (1.26) какой-либо один или несколько контурных токов могут оказаться отрицательными.

В ветвях, не являющихся смежными между соседними контурами, найденный контурный ток является истинным током ветви. В смежных ветвях через контурные токи определяются токи ветвей.

Если в электрической цепи имеется n независимых контуров, то число уравнений тоже равно n.

Общее решение системы n -уравнений относительно тока Ikk таково:

, (1.27)

где D - определитель системы.

.

Алгебраическое дополнение ∆ km, получено из определителя ∆ путем вычеркивания k -го столбца и m -й строки и умножения полученного определителя на (-1) k + m.

Составлению уравнений по методу контурных токов для схем с источниками тока присущи некоторые особенности. В этом случае полагаем, что каждая ветвь с источником тока входит в контур, замыкающийся через ветви с источниками ЭДС и сопротивлениями, и что токи в этих контурах известны и равны токам соответствующих источников тока. Если для схемы рис. 1.15 принять, что контурный ток I 11 = J течет согласно направлению часовой стрелки по первой и второй ветвям, а контурный ток I 22 = I 3 замыкается также по часовой стрелке по второй и третьей ветвям, то, согласно методу контурных токов, получим только одно уравнение с неизвестным током I 22:

 

.

Отсюда и ток второй ветви I 2= I 11- I 22= J - I 22.

E 3
1

 

Рис. 1.15



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-04-07; просмотров: 918; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.144.6.29 (0.007 с.)