2.10.4. Метод активного двухполюсника (эквивалентного источника)
У с л о в и е з а д а ч и. Определить ток I2 в ветви с r2 и Е2 (см.
рис. 2.19).
Р е ш е н и е. Поскольку в ветви с r2 находится ЭДС Е2, направленная согласно с ЭДС эквивалентного источника Еэ, то
I |
|
|
Eэ E2 |
. |
2 |
|
|||
|
|
rэ r2 |
||
|
|
|
||
Эквивалентную ЭДС Еэ найдем из расчетной схемы (рис. 2.20), в которой ветвь с током I2 разомкнута.
|
4 |
r3 |
1 |
r5 |
|
|
|
||
E1 |
|
J |
r4 |
E3 |
|
r1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
r6 |
U23 x.x
Рис. 2.20. Схема для расчета Eэ U23 х.х
В данном случае Eэ U23 х.х 2 3 . Потенциалы узлов 2 и 3 могут
быть найдены любым из рассмотренных методов, каждый из которых реализуется двумя уравнениями. Воспользуемся методом узловых потенциалов.
Примем 4 0 и запишем систему уравнений, в которой 3 E1 :
g11 1 g12 2 g13 3 J11;
g21 1 g22 2 g23 3 J22 ,
где |
g |
1 |
|
1 |
|
1 |
; |
g 1, 45 См; |
|
|
|
||||||
|
11 |
r3 |
r4 |
r5 r6 |
|
11 |
||
|
|
|
|
|||||
40
|
g22 |
1 1 |
r5 |
1 |
; |
|
g22 0,65 См; |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
r1 |
r4 |
r6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g21 |
|
1 |
|
1 |
|
g12 g21 0,45 См; |
g13 0; |
|
|
|
|||
|
g12 |
|
|
; |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
r4 |
r5 |
r6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
23 |
1 |
; |
|
|
|
|
g |
23 |
0,2 |
См; |
J E |
1 |
; |
|
|
|
r |
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
3 r |
r |
|
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J22 E3 r |
1 |
|
|
|
|
||
|
J11 0,8 А; |
|
|
|
|
r J ; |
J22 1, 2 А. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
6 |
|
|
|
|
|
После подстановки найденных значений в приведенную выше систему |
|||||||||||||||
уравнений и ее решения получаем: 1 0,22 |
В; 2 1,07 В. |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
В результате Eэ = 1,07 – 10 = – 8,93 В. |
|
|
|
|||||
|
r3 |
|
|
r5 |
|
|
|
Для определения сопротивления эквивалентного |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
источника в схеме на рис. 2.20 следует исключить все |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
источники |
ЭДС, сохранив сопротивления |
ветвей, и |
|||||||
|
|
|
r4 |
|
|
разомкнуть ветвь с источником тока. Расчетная схема |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
r1 |
|
|
r6 |
|
|
приобретает вид, показанный на рис. 2.21. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Находим входное сопротивление данной схемы |
||||||||
3 |
|
2 |
|
|
|
относительно точек 2 и 3 путем преобразования: |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Рис. 2.21. Схема |
|
|
|
|
|
|
r4r7 |
|
|
для определения rэ |
r |
r |
r ; |
|
|
r |
; |
||
|
7 |
5 |
6 |
8 |
r4 |
r7 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
r r r ; |
|
r r |
|
r1r9 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
9 |
3 8 |
|
э 23 |
|
r1 r9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
После подстановки исходных и расчетных данных получаем:
rэ r23 1,96 Ом; I2 8,93 5 0,565 А.
1,96 5
2.10.5. Преобразование электрических цепей
1) Замена смешанного соединения сопротивлений (рис. 2.22, а) одним эквивалентным (рис. 2.22, б). Используется для нахождения токов от одного источника ЭДС.
41
|
r1 |
|
|
|
|
r 5 |
a |
|
|
|
|
|
r4 |
|
|
|
|
a |
|
|
b |
с r6 |
|
d |
|
|
|
|
|
I4 |
|
||||
r2 |
I2 |
r3 |
|
U |
||||
I1 |
|
|
|
I1 |
|
|
r э |
|
|
I3 |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
r7 |
|
I5 |
|
|
|
I1 |
|
|
|
e |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
a |
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Рис. 2.22. Замена смешанного соединения сопротивлений (а) |
|
|||||||
|
|
|
одним эквивалентным (б) |
|
|
|||
Общее сопротивление в данном случае может быть рассчитано по формулам для определения последовательного и параллельного соединения элементов цепи:
|
|
|
r23 r2 r3 ; |
|
|
|
|||||
1 |
|
1 |
|
1 |
; r |
|
|
r1r23 |
; |
||
|
|
|
|
|
|
||||||
rab |
r1 |
|
ab |
|
|
r1 r23 |
|||||
r23 |
|
|
|
||||||||
аналогично r |
|
|
r5r6 |
. |
|||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
cd |
|
|
r5 r6 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Тогда эквивалентное сопротивление цепи rэ rab r4 rcd r7. Вводим числовые значения параметров схемы на рис. 2.22, а:
U = 48 В; |
r1 = 3 Ом; |
r2 = 2 Ом; |
r3 = 4 Ом; |
r4 = 0,2 Ом; |
r5 = 6 Ом; |
r6 = 2 Ом; |
R7 = 0,3 Ом. |
После подстановки этих значений в приведенные выше формулы вычислим эквивалентное сопротивление цепи:
r 2 4 6 Ом; |
r |
3 6 |
2 Ом; |
||
|
|||||
23 |
|
|
ab |
3 6 |
|
|
|
|
|
|
|
r |
6 2 |
1,5 Ом; |
r 2 0,2 1,5 0,3 4 Ом. |
||
|
|||||
cd |
6 2 |
|
э |
|
|
|
|
|
|
|
|
Полученное эквивалентное сопротивление rэ является входным (общим) сопротивлением цепи. По закону Ома входной ток
I |
U |
; |
I |
48 |
12 А. |
|
|
||||
1 |
rэ |
|
1 |
4 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
42 |
|
|
Токи I2 и I3 определим через напряжение Uab, токи I4 и I5 – через Ucd:
U |
|
|
I r ; |
U |
|
|
12 2 24 В; |
I |
|
|
Uab |
; |
|
I |
|
|
24 |
8 |
А; |
|||||||||||
ab |
ab |
2 |
|
2 |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
1 ab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r1 |
|
|
3 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
I |
|
|
Uab |
; |
|
I |
|
|
|
24 |
|
4 А; |
U |
|
I r ; |
U |
|
12 1,5 18 В; |
||||||||||||
3 |
|
3 |
|
|
|
cd |
cd |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
r23 |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
1 cd |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
I |
|
|
Ucd |
; |
|
I |
|
|
18 |
3 А; |
I |
|
|
Ucd |
; |
|
I |
|
|
18 |
9 |
А. |
||||||||
4 |
|
4 |
|
5 |
|
5 |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
r5 |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
r6 |
|
|
2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
2) Преобразование соединения треугольником в эквивалентную звезду.
В схеме, приведенной на рис. 2.23, сопротивления r1, r2, и r3 образуют треугольник. Интерес представляет эквивалентное сопротивление rbd относительно зажимов b и d. Для упрощения расчетов треугольник заменяется звездой сопротивлений ra, rb, и rc:
ra |
|
r1r2 |
; |
rb |
|
r1r3 |
; |
rc |
|
r2r3 |
. |
|
r1 |
r2 r3 |
r1 |
r2 r3 |
r1 |
r2 r3 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
Схема, представленная на рис. 2.24, проще исходной, поскольку приходим к простейшему последовательно-параллельному соединению элементов.
В итоге получаем:
r r r ; |
r r r ; |
|
r |
|
r6r7 |
; |
r r r . |
||||
|
|
|
|||||||||
6 c 4 |
7 a 5 |
8 |
r6 r7 |
bd b 8 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
r3 |
|
c |
|
|
r4 |
|
||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
rc |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rb |
|
|
r2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ra |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
r1 |
|
|
a |
|
r5 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b d
Рис. 2.23. Схема замены треугольника r1, r2, r3 эквивалентной звездой ra, rb, rc
43
Rr c |
|
r |
4 |
|
c |
R |
|
|
|
|
|
r a |
|
|
|
R |
|
|
|
r b |
a |
|
|
|
|
|
|
R |
|
Rr |
|
|
|
|
|
b |
|
d |
|
Рис. 2.24. Упрощенная расчетная схема
2.10.6. Построение потенциальной диаграммы
Потенциальная диаграмма представляет собой график распределения потенциала вдоль какого-либо участка цепи или замкнутого контура. Каждой точке участка или контура соответствует своя точка на диаграмме с определенным значением потенциала.
У с л о в и е з а д а ч и. Построить потенциальную диаграмму для замкнутого контура 4–1–с–d–2–3–4, содержащего два источника ЭДС – Е1 и Е3
(рис. 2.25).
Дано: |
Е1 = 10 В, |
Е3 = 4 В, |
|
r3 = 1 Ом, |
r5 = 2 Ом, |
|
r6 = 3 Ом, |
r1 = 5 Ом, |
I3 = – 0,126 A, |
I5 = 0,388 A, |
I6 = 1,563 A. |
||
|
I8 |
r 3 |
I4 |
r 5 |
|
|
|
|
c |
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
4 |
I3 |
1 |
|
I5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E1 |
|
|
|
E3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
3 |
r 1 |
I6 2 |
r 6 |
d |
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I7 |
|
|
|
Рис. 2.25. Контур для построения потенциальной диаграммы
Приравниваем к нулю потенциал любой точки контура, например, 4 0. Совершая обход заданного контура в любом направлении, определяем потенциалы остальных отмеченных на рис. 2.25 точек, учитывая следующее:
44