Материал: 33_Rezhimy_post_i_sin_toka_v_LETs_2014

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

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–сd–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

Источник: https://studfile.net/preview/16442516/