Решение
Рассчитать токи во всех участках цепи легче всего методом постепенного свертывания цепи, т.е. упрощения электрической цепи.
- Резисторы R2 и R3 соединены параллельно: R23 =
- Резисторы R1, R23, R4 cоединены последовательно. Эквивалентное сопротивление всей
цепи равно сумме этих сопротивлений:
- Ток в неразветвленных участках цепи :
I = I1 = U / RЭ = 120 / 80 =1,5 A
4. Напряжение между узлами сопротивлений R2 и R3 :
U23 = I × R23 = 1,5 × 12 = 18 B
5. Ток в цепи с резистором R2 :
6. Ток в цепи с резистором R3 :
7. Ток в цепи с резистором R4 равен току в неразветвленной части цепи, т.к. R1 , R23 и R4
соединены последовательно: I4 = I1 = 1,5 A.
8. Напряжение на резисторе сопротивлением R1:
- Напряжение на резисторе цепи сопротивлением R4 :
- По закону сохранению энергии мощность, отдаваемая источниками, должна равняться мощности, рассеиваемой на всех сопротивлениях цепи.
Выражение баланса мощностей имеет вид : Σ РИ = Σ РН, где Σ РИ – алгебраическая сумма мощностей, отдаваемых источниками; Σ РН – арифметическая сумма мощностей, потребляемых в сопротивлениях цепи.
РИ = U×I = 120 × 1,5 = 180 Вт ; Р1 = U1× I = 90 × 1,5 = 135 Вт ;
Р23 = U23 × I = 18 × 1,5 = 27 Вт ; Р4 = U4 × I = 12 × 1,5 = 18 Вт
180 Вт = 135 + 27 + 18 = 180 Вт
Задание для Задачи 1.
определить эквивалентное сопротивление цепи, токи в неразветвлённых участках и в ветвях цепи, напряжения на резисторах цепи. Составить баланс мощностей
2. Расчёт сложных цепей методом узловых и контурных уравнений
Пример расчёта методом узловых и контурных уравнений (по правилам Кирхгофа).
Задача. Рассчитать токи в цепи, представленной на рисунке, если Е1 = 48 В, Е2 = 36 В,
1. Определяем количество ветвей цепи : три ветви.
2. Произвольно задаемся положительными направлениями токов в ветвях (указываем на схеме стрелками) и направлениями обходов в контурах ( по часовой стрелке).
3. Определяем количество уравнений, составленных по 1 и 2 правилам Кирхгофа (число уравнений равно числу неизвестных токов в цепи): m = 3 (три уравнения )
4. Определяем число независимых уравнений, составляемых по первому правилу Кирхгофа: (n −1) уравнений, где n − количество узлов в цепи (два); n −1 = 2 − 1 = 1.
5. Определяем число уравнений, составленных по второму правилу Кирхгофа : m − (n − 1) = 3 − (2 − 1) = 3 − 2 + 1 = 2 .
6. Составляем систему уравнений : 7. Подставляем числовые значения:
8. Приведем уравнения к нормальному виду : 9. Вторую и третью строку сократим :
10. Решаем данную систему способом подстановки ( можно решать различными способами) :
откуда 70 I1 = 31,5 I1 = 31,5 / 70 = 0,45 A; I1 = 0,45 A
11. Подставим значение тока I1 в уравнение 10 I1 − 10 I2 = 3 и определим ток второй ветви :
I2 = (10 ∙ 0,45 −3) / 10 = 0,15 A ; I2 = 0,15 A
12. Подставим значения токов I1 и I2 в уравнение I1 + I2 = I3 , определим ток третьей ветви :
13. Поскольку все токи получились положительными, направления всех действительных токов совпадают с
направлениями токов предполагаемых.
Задание для Задачи 2.
Определить токи в ветвях сложной цепи.
Вариант 1
3. РАСЧЁТ потенциалов точек ЭЛЕКТРИЧЕСКой ЦЕПи ПОСТОЯННОГО ТОКА
Расчет потенциалов точек электрической цепи. Потенциальная диаграмма.
Задача.Рассчитать потенциалы точек и построить потенциальную диаграмму для цепи, показанной на рисунке, если Е1 = 36 В, R01 = 6 Ом, Е2 = 12 В, R02 = 3 Ом, R1 = 20 Ом, R2 = 14 Ом, R3 = 5 Ом.
1. Определяем величину тока в цепи :
Ток будет направлен по направлению Е1, т.к. Е1> Е2, т.е. по часовой стрелке.
2. Примем потенциал точки Аза нулевой φА = 0 ( принять за начальный потенциал можно потенциал
любой точки, разность потенциалов от этого не изменится.)
3. Поскольку действительный ток в цепи течет по часовой стрелке, т.е. от точки А к точке В потенциал
точки А больше потенциала точки В на величину падения напряжения на сопротивлении R1:
4. Определяем потенциал точки С цепи:
5. Определяем потенциал точки D цепи :
у источника потенциал зажима D больше потенциала зажима С ( + > − ) :
6. Определяем потенциал точки E :
φD− φE=UDE= I R2; откуда φE = φD − I R2 = 23 − 0,5∙ 14 = 23 − 7 = 16 В
7. Определяем потенциал точки F :
φE − φF = E2 ; откуда φF = φE − E2 = 16 − 12 = 4 В
8. Определяем потенциал точки Q :
φF − φQ=UFQ = I R02; откуда φQ = φF − I R02 = 4 − 0,5∙ 3 = 4 − 1,5 = 2,5 В
7. Определяем потенциал точки M :
φQ− φM = UQM = I R3; откуда φM = φQ − I R3 = 2,5 − 0,5∙ 5 = 2,5 − 2,5 = 0 В
Разумеется, потенциалы точек А и М равны 0, поскольку обе точки являются однопотенциальными
8. Построение потенциальной диаграммы.
По горизонтальной оси откладываются сопротивления цепи с указанием точек, причем сопротивления откладываются не от начала координат, а складываются, т.к. сопротивления в цепи соединены последовательно. Например, для точки В, еще через 6 Ом − точка С ( R01 = 6 Ом ). Поскольку между точками С и D включен идеальный источник( внутреннее сопротивление его вынесено между точками В и С) , сопротивление между ними равно нулю, следовательно по сопротивлениям С и D − одна точка , а по потенциалам − это совершенно различные точки, поскольку между ними находится Е1.
Аналогичным образом откладываются остальные точки цепи. По вертикали откладываются потенциалы точек. Цепь состоит из линейных элементов, поэтому точки соединяются прямыми линиями С помощью потенциальной диаграммы можно определить ток, протекающий в любом сопротивлении цепи :
I = ΔU / R. Чем круче идут линии графика, тем больший ток протекает по данному сопротивлению.
Читайте также:
|
Вар | E1 | E2 | E3 | E4 | r01 | r02 | r03 | r04 | R1 | R2 | R3 | R4 |
25,0 | 5,0 | 20,0 | 35,0 | 2,0 | 6,0 | 2,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
7,5 | 10,0 | 12,5 | 20,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 8,0 | 20,0 | 10,0 | |
30,0 | 5,0 | 25,0 | 35,0 | 2,0 | 6,0 | 2,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
20,0 | 10,0 | 25,0 | 40,0 | 2,0 | 6,0 | 2,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
25,0 | 15,0 | 25,0 | 30,0 | 3,0 | 4,0 | 3,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
-5,0 | -10,0 | -35,0 | 25,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 8,0 | 26,0 | 20,0 | 26,0 | |
-8,0 | -12,0 | -40,0 | 25,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 20,0 | 26,0 | 20,0 | 14,0 | |
-12,0 | -10,0 | -42,0 | 25,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 15,0 | 26,0 | 25,0 | 14,0 | |
30,0 | -18,0 | -15,0 | 23,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 8,0 | 20,0 | 10,0 | |
15,0 | -30,0 | -40,0 | 25,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 | 12,0 | 16,0 | 5,0 | 10,0 | |
-15,0 | 20,0 | -20,0 | 25,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 | 13,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | |
40,0 | 30,0 | -20,0 | -30,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 20,0 | 10,0 | 10,0 | 12,0 | |
50,0 | -10,0 | -30,0 | -10,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 12,0 | |
10,0 | 10,0 | 20,0 | 20,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 20,0 | 16,0 | 24,0 | 12,0 | |
10,0 | 10,0 | 20,0 | 20,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 20,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 | |
18,0 | 13,0 | 16,0 | 10,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 26,0 | 24,0 | 18,0 | 20,0 | |
10,0 | 20,0 | 20,0 | 10,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 20,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 | |
13,0 | 18,0 | 16,0 | 10,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 26,0 | 24,0 | 18,0 | 20,0 | |
20,0 | 10,0 | 20,0 | 10,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 20,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 | |
20,0 | 7,5 | 12,5 | 10,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 8,0 | 20,0 | 10,0 | |
35,0 | 30,0 | 25,0 | 5,0 | 2,0 | 6,0 | 2,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
40,0 | 20,0 | 25,0 | 10,0 | 2,0 | 6,0 | 2,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
30,0 | 25,0 | 25,0 | 15,0 | 3,0 | 4,0 | 3,0 | 4,0 | 8,0 | 24,0 | 40,0 | 4,0 | |
25,0 | -5,0 | -35,0 | -10,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 8,0 | 26,0 | 20,0 | 26,0 | |
25,0 | -8,0 | -40,0 | -12,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 20,0 | 26,0 | 20,0 | 14,0 | |
25,0 | -12,0 | -42,0 | -10,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 2,0 | 15,0 | 26,0 | 25,0 | 14,0 | |
23,0 | 30,0 | -15,0 | -18,0 | 1,0 | 2,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 8,0 | 20,0 | 10,0 | |
25,0 | 15,0 | -40,0 | -30,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 | 12,0 | 16,0 | 5,0 | 10,0 | |
25,0 | -15,0 | -20,0 | 20,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 1,0 | 13,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | |
-30,0 | 40,0 | -20,0 | 30,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 20,0 | 10,0 | 10,0 | 12,0 | |
-10,0 | 50,0 | -30,0 | -10,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 12,0 | |
20,0 | 10,0 | 20,0 | 10,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 20,0 | 16,0 | 24,0 | 12,0 | |
20,0 | 10,0 | 20,0 | 10,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 20,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 | |
10,0 | 18,0 | 16,0 | 13,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 26,0 | 24,0 | 18,0 | 20,0 | |
10,0 | 10,0 | 20,0 | 20,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 20,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 | |
10,0 | 13,0 | 16,0 | 18,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 26,0 | 24,0 | 18,0 | 20,0 | |
10,0 | 20,0 | 20,0 | 10,0 | 4,0 | 2,0 | 4,0 | 2,0 | 20,0 | 14,0 | 16,0 | 18,0 |
Ответы Задачи 11
Задача 11a(вар. 1-36)
Ua | Ub | Uc | Ud | Ue | Uf | Ug | Uh | Ui | S | вар |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 30,0 | 30,0 | 10,0 | 10,0 | 45,0 | 175,0 | |
0,0 | 0,0 | 7,5 | 7,5 | 17,5 | 17,5 | 5,0 | 5,0 | 25,0 | 85,0 | |
0,0 | 0,0 | 30,0 | 30,0 | 35,0 | 35,0 | 10,0 | 10,0 | 45,0 | 195,0 | |
0,0 | 0,0 | 20,0 | 20,0 | 30,0 | 30,0 | 5,0 | 5,0 | 45,0 | 155,0 | |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 40,0 | 40,0 | 15,0 | 15,0 | 45,0 | 205,0 | |
0,0 | 0,0 | -5,0 | -5,0 | -15,0 | -15,0 | 20,0 | 20,0 | 45,0 | 45,0 | |
0,0 | 0,0 | -8,0 | -8,0 | -20,0 | -20,0 | 20,0 | 20,0 | 45,0 | 29,0 | |
0,0 | 0,0 | -12,0 | -12,0 | -22,0 | -22,0 | 20,0 | 20,0 | 45,0 | 17,0 | |
0,0 | 0,0 | 30,0 | 30,0 | 12,0 | 12,0 | 27,0 | 27,0 | 50,0 | 188,0 | |
0,0 | 0,0 | 15,0 | 15,0 | -15,0 | -15,0 | 25,0 | 25,0 | 50,0 | 100,0 | |
0,0 | 0,0 | -15,0 | -15,0 | 5,0 | 5,0 | 25,0 | 25,0 | 50,0 | 80,0 | |
0,0 | 0,0 | 40,0 | 40,0 | 70,0 | 70,0 | 90,0 | 90,0 | 60,0 | 460,0 | |
0,0 | 0,0 | 50,0 | 50,0 | 40,0 | 40,0 | 70,0 | 70,0 | 60,0 | 380,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 20,0 | 0,0 | 0,0 | 20,0 | 80,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 20,0 | 0,0 | 0,0 | 20,0 | 80,0 | |
0,0 | 0,0 | 18,0 | 18,0 | 31,0 | 31,0 | 15,0 | 15,0 | 25,0 | 153,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 30,0 | 30,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 120,0 | |
0,0 | 0,0 | 13,0 | 13,0 | 31,0 | 31,0 | 15,0 | 15,0 | 25,0 | 143,0 | |
0,0 | 0,0 | 20,0 | 20,0 | 30,0 | 30,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 140,0 | |
0,0 | 0,0 | 20,0 | 20,0 | 27,5 | 27,5 | 15,0 | 15,0 | 25,0 | 150,0 | |
0,0 | 0,0 | 35,0 | 35,0 | 65,0 | 65,0 | 40,0 | 40,0 | 45,0 | 325,0 | |
0,0 | 0,0 | 40,0 | 40,0 | 60,0 | 60,0 | 35,0 | 35,0 | 45,0 | 315,0 | |
0,0 | 0,0 | 30,0 | 30,0 | 55,0 | 55,0 | 30,0 | 30,0 | 45,0 | 275,0 | |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 20,0 | 20,0 | 55,0 | 55,0 | 45,0 | 245,0 | |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 17,0 | 17,0 | 57,0 | 57,0 | 45,0 | 243,0 | |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 13,0 | 13,0 | 55,0 | 55,0 | 45,0 | 231,0 | |
0,0 | 0,0 | 23,0 | 23,0 | 53,0 | 53,0 | 68,0 | 68,0 | 50,0 | 338,0 | |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 40,0 | 40,0 | 80,0 | 80,0 | 50,0 | 340,0 | |
0,0 | 0,0 | 25,0 | 25,0 | 10,0 | 10,0 | 30,0 | 30,0 | 50,0 | 180,0 | |
0,0 | 0,0 | -30,0 | -30,0 | 10,0 | 10,0 | 30,0 | 30,0 | 60,0 | 80,0 | |
0,0 | 0,0 | -10,0 | -10,0 | 40,0 | 40,0 | 70,0 | 70,0 | 60,0 | 260,0 | |
0,0 | 0,0 | 20,0 | 20,0 | 30,0 | 30,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 140,0 | |
0,0 | 0,0 | 20,0 | 20,0 | 30,0 | 30,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 140,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 28,0 | 28,0 | 12,0 | 12,0 | 25,0 | 125,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 20,0 | 0,0 | 0,0 | 20,0 | 80,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 23,0 | 23,0 | 7,0 | 7,0 | 25,0 | 105,0 | |
0,0 | 0,0 | 10,0 | 10,0 | 30,0 | 30,0 | 10,0 | 10,0 | 20,0 | 120,0 |
Ответы Задача 11b, c(вар. 1-36)
Позиция | |||||||||||
Вар | Ua | Ub | Uc | Ud | Ue | Uf | Ug | Uh | Ui | S | 11-c |
0,0 | -2,0 | 5,0 | 1,0 | 10,0 | 0,0 | -13,5 | -18,5 | 0,0 | -18,0 | ||
0,0 | -4,0 | 25,0 | 13,0 | 15,0 | -5,0 | -31,0 | -33,0 | 0,0 | -20,0 | ||
0,0 | -4,0 | 15,0 | 3,0 | 10,0 | -10,0 | -36,0 | -38,0 | 0,0 | -60,0 | ||
0,0 | -4,0 | 19,5 | 7,5 | 20,5 | 0,5 | -26,0 | -28,0 | 0,0 | -10,0 | ||
0,0 | -4,0 | -10,0 | -23,0 | -35,0 | -45,0 | -11,0 | -24,0 | 0,0 | -152,0 | ||
0,0 | -10,0 | -19,0 | -32,0 | -46,0 | -56,0 | -17,0 | -24,0 | 0,0 | -204,0 | ||
0,0 | -7,5 | -20,5 | -33,5 | -45,5 | -58,0 | -17,0 | -24,0 | 0,0 | -206,0 | ||
0,0 | -4,0 | 25,0 | 17,0 | -3,0 | -23,0 | -10,0 | -20,0 | 0,0 | -18,0 | ||
0,0 | -12,0 | 1,0 | -15,0 | -47,0 | -52,0 | -14,0 | -24,0 | 0,0 | -163,0 | ||
0,0 | -13,0 | -30,0 | -40,0 | -22,0 | -32,0 | -14,0 | -24,0 | 0,0 | -175,0 | ||
0,0 | -20,0 | 18,0 | 8,0 | 36,0 | 26,0 | 44,0 | 32,0 | 0,0 | 144,0 | ||
0,0 | -10,0 | 38,0 | 28,0 | 16,0 | -4,0 | 24,0 | 12,0 | 0,0 | 104,0 | ||
0,0 | -5,0 | 4,5 | 0,5 | 10,0 | 4,0 | -16,5 | -19,5 | 0,0 | -22,0 | ||
0,0 | -5,0 | 4,5 | 1,0 | 10,0 | 6,0 | -14,5 | -19,0 | 0,0 | -17,0 | ||
0,0 | -6,5 | 11,0 | 5,0 | 17,0 | 12,5 | -4,0 | -9,0 | 0,0 | 26,0 | ||
0,0 | -5,0 | 4,0 | 0,5 | 20,0 | 16,0 | -5,0 | -9,5 | 0,0 | 21,0 | ||
0,0 | -6,5 | 6,0 | 0,0 | 17,0 | 12,5 | -4,0 | -9,0 | 0,0 | 16,0 | ||
0,0 | -5,0 | 14,0 | 10,5 | 20,0 | 16,0 | -5,0 | -9,5 | 0,0 | 41,0 | ||
0,0 | -2,0 | 17,5 | 13,5 | 20,0 | 10,0 | -3,5 | -8,5 | 0,0 | 47,0 | ||
0,0 | -4,0 | 30,0 | 18,0 | 45,0 | 25,0 | -1,0 | -3,0 | 0,0 | 110,0 | ||
0,0 | -4,0 | 35,0 | 23,0 | 40,0 | 20,0 | -6,0 | -8,0 | 0,0 | 100,0 | ||
0,0 | -4,0 | 24,5 | 12,5 | 35,5 | 15,5 | -11,0 | -13,0 | 0,0 | 60,0 | ||
0,0 | -4,0 | 20,0 | 7,0 | 0,0 | -10,0 | 24,0 | 11,0 | 0,0 | 48,0 | ||
0,0 | -10,0 | 14,0 | 1,0 | -9,0 | -19,0 | 20,0 | 13,0 | 0,0 | 10,0 | ||
0,0 | -7,5 | 16,5 | 3,5 | -10,5 | -23,0 | 18,0 | 11,0 | 0,0 | 8,0 | ||
0,0 | -4,0 | 18,0 | 10,0 | 38,0 | 18,0 | 31,0 | 21,0 | 0,0 | 132,0 | ||
0,0 | -12,0 | 11,0 | -5,0 | 8,0 | 3,0 | 41,0 | 31,0 | 0,0 | 77,0 | ||
0,0 | -13,0 | 10,0 | 0,0 | -17,0 | -27,0 | -9,0 | -19,0 | 0,0 | -75,0 | ||
0,0 | -20,0 | -52,0 | -62,0 | -24,0 | -34,0 | -16,0 | -28,0 | 0,0 | -236,0 | ||
0,0 | -10,0 | -22,0 | -32,0 | 16,0 | -4,0 | 24,0 | 12,0 | 0,0 | -16,0 | ||
0,0 | -5,0 | 14,5 | 10,5 | 20,0 | 14,0 | -6,5 | -9,5 | 0,0 | 38,0 | ||
0,0 | -5,0 | 14,5 | 11,0 | 20,0 | 16,0 | -4,5 | -9,0 | 0,0 | 43,0 | ||
0,0 | -6,5 | 3,0 | -3,0 | 14,0 | 9,5 | -7,0 | -12,0 | 0,0 | -2,0 | ||
0,0 | -5,0 | 4,0 | 0,5 | 10,0 | 6,0 | -15,0 | -19,5 | 0,0 | -19,0 | ||
0,0 | -6,5 | 3,0 | -3,0 | 9,0 | 4,5 | -12,0 | -17,0 | 0,0 | -22,0 | ||
0,0 | -5,0 | 4,0 | 0,5 | 20,0 | 16,0 | -5,0 | -9,5 | 0,0 | 21,0 |
Дата добавления: 2015-04-16 ; просмотров: 9 ; Нарушение авторских прав
Метод узловых и контурных уравнений основан на применении первого и второго законов Кирхгофа. Он не требует никаких преобразований схемы и пригоден для расчета любой цепи.
При расчете данным методом произвольно задаем направление токов в
Составляем систему уравнений. В системе должно быть столько уравнений, сколько цепей в ветвях (неизвестных токов).
В заданной цепи пять ветвей, значит, в системе должно быть пять уравнений (m=5). Сначала составляем уравнения для узлов по первому закону Кирхгофа. Для цепи с п узлами можно составить (n-1) независимых уравнений. В нашей цепи три узла (А,В,С), значит, число уравнений:
n-1 =3 — 1=2. Составляем три уравнения для любых 2-х узлов, например, для узлов 1 и 2.
Всего в системе должно быть пять уравнений. Два уже есть. Три недостающих составляем для линейно независимых контуров. Чтобы они были независимыми, в каждый следующий контур надо включить хотя бы одну ветвь, не входящую в предыдущую.
Задаемся обходом каждого контура и составляем уравнения по второму закону Кирхгофа.
Контур АДСВА — обход по часовой стрелке
Контур АВА’А — обход по часовой стрелке
Контур А’СВА’ — обход против часовой стрелки
ЭДС в контуре берется со знаком "+", если направление ЭДС совпадает с обходом контура, если не совпадает — знак "-".
Падение напряжения на сопротивлении контура берется со знаком "+", если направление тока в нем совпадает с обходом контура, со знаком "-", если не совпадает.
Мы получили систему из пяти уравнений с шестью неизвестными:
Решив систему, определим величину и направление тока во всех ветвях схемы.
Если при решении системы ток получается со знаком "-", значит его действительное направление обратно тому направлению, которым мы задались.
Необходимо подставить значения и решить систему уравнений.
2.Определение токов во всех ветвях цепи с использованием метода контурных токов
Метод контурных токов основан на использовании только второго закона Кирхгофа. Это позволяет уменьшить число уравнений в системе на n — 1 .
Достигается это разделением схемы на ячейки (независимые контуры) и введением для каждого контура-ячейки своего тока — контурного тока, являющегося расчетной величиной.
Итак, в заданной цепи (рис. 1.38) можно рассмотреть три контура-ячейки (АДСВА, АВА’А, А’СВА’) и ввести для них контурные токи Ik1, Ik2, Ik3.
Контуры-ячейки имеют ветвь, не входящую в другие контуры — это внешние ветви. В этих ветвях контурные токи являются действительными токами ветвей.
Ветви, принадлежащие двум смежным контурам, называются смежными
ветвями. В них действительный ток равен алгебраической сумме контурных токов смежных контуров, с учетом их направления.
При составлении уравнений по второму закону Кирхгофа в левой части равенства алгебраически суммируются ЭДС источников, входящих в контур-ячейку, в правой части равенства алгебраически суммируются напряжения на сопротивлениях, входящих в этот контур, а также учитывается падение напряжения на сопротивлениях смежной ветви, определяемое по контурному току соседнего контура.
На основании вышеизложенного порядок расчета цепи методом контурных токов будет следующим:
стрелками указываем выбранные направления контурных токов Ik1, Ik2, Ik3 в контурах-ячейках. Направление обхода контуров принимаем таким же;
составляем уравнения и решаем систему уравнений или методом подстановки, или с помощью определителей.
Подставляем в уравнение численные значения ЭДС и сопротивлений.
Сократив первое уравнение на 4, второе на 4, третье на 10, получим:
Решим систему с помощью определителей. Вычислим определитель системы ∆ и честные определители ∆1, ∆2, ∆3.
10 6 -5
∆1= 15 26 10 =10*26*11+15*4*(-5)+6*10*2-2*26*(-5)-
11 10 -5
-6*10*11-2*10*11= 525
∆3= 6 26 15 =11*26*2+6*15*(-2)+4*6*10-(-2)*26*10-