Расчет разветвленной цепи постоянного тока Расчет переходных процессов

Примеры выполнения курсовой работы по электротехнике

Расчет установившегося режима в электрических цепях с источниками постоянного напряжения и тока

Методические рекомендации по выполнению задания

Основные законы и методы анализа

Закон Ома: напряжение участка цепи определяется как произведение сопротивления этого участка на протекающий через него ток

U = R×I.

Первый закон Кирхгофа: алгебраическая сумма токов в узле равна нулю

.

Второй закон Кирхгофа: алгебраическая сумма напряжений контура равна алгебраической сумме ЭДС этого контура

.

Применение законов Кирхгофа. Баланс мощностей. Для любой электрической цепи суммарная мощность Ри, развиваемая источниками электрической энергии (источниками тока и ЭДС), равна суммарной мощности Рп, расходуемой потребителями (резисторами).

Устанавливается число неизвестных токов р = рв – рт, где рв – общее количество ветвей цепи, рт – количество ветвей с источниками тока. Устанавливается число узлов q. Устанавливается число независимых контуров п = р – (q – 1).

Для каждой ветви задаются положительным направлением тока. Число уравнений, составленных по первому закону Кирхгофа, составляет (q – 1). Число уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа, составляет п. При составлении последних следует выбирать независимые контуры, не содержащие источников тока. Общее количество уравнений, составленных по законам Кирхгофа, должно составлять р.

Примеры рассмотрены в задачах 1.1, 1.2.

Метод эквивалентных преобразований.

Сущность метода заключается в том, чтобы сложную разветвленную цепь с помощью эквивалентных преобразований привести к простейшей одноконтурной цепи, включающей ветвь с искомым током, значение которого определяется затем по закону Ома. К эквивалентным преобразованиям относятся: а) преобразование представления источников электрической энергии*; б) замена последовательных и параллельных соединений однотипных элементов эквивалентными одиночными элементами; в) преобразование соединений «звезда»–«треугольник» и «треугольник»–«звезда».

Примеры рассмотрены в задачах 1.3 и 1.4.

Метод эквивалентного генератора (метод активного двухполюсника).

Для нахождения тока в произвольной ветви всю внешнюю по отношению к ней электрическую цепь представляют в виде некоторого эквивалентного генератора с ЭДС Ег и с сопротивлением Rг. Тогда ток в этой ветви можно определить по закону Ома.

ЭДС эквивалентного генератора Ег и его внутреннее сопротивление Rг равны соответственно разности потенциалов и сопротивлению между точками (узлами) электрической цепи, к которым подключена ветвь с искомым током в режиме холостого хода, т.е. в режиме, когда эта ветвь отключена.

Искомую ЭДС можно определить любым методом анализа электрических цепей. При определении внутреннего сопротивления Rг источники электрической энергии должны быть заменены эквивалентными сопротивлениями: источники ЭДС – нулевыми сопротивлениями, т.е. коротким замыканием точек их подключения, а источники тока – бесконечно большими сопротивлениями, т.е. разрывом цепи между точками подключения.

Примеры рассмотрены в задачах 1.5 и 1.6.

Метод контурных токов (Максвелла).

Метод основывается на том свойстве, что ток в любой ветви цепи может быть представлен в виде алгебраической суммы независимых контурных токов, протекающих по этой ветви. При использовании данного метода вначале выбирают и обозначают независимые контурные токи (по любой ветви цепи должен протекать хотя бы один контурный ток). Общее число независимых контурных токов равно рв – (q – 1). Рекомендуется выбирать рт контурных токов так, чтобы каждый из них проходил через один источник тока (эти контурные токи можно считать совпадающими с соответствующими токами источников тока: J1, J2, …, Jрт, и они обычно являются заданными условиями задачи), а оставшиеся п = р – – (q – 1) контурных токов выбирать проходящими по ветвям, не содержащим источников тока. Для определения последних составляют по второму закону Кирхгофа для этих контуров п уравнений в виде

,

где Rkk – сумма сопротивлений всех ветвей, входящих в контур k или всегда положительное собственное сопротивление контура;

 Rkl = Rlk  – сумма сопротивлений элементов, входящих в контуры k и l, причем, если направления контурных токов в общей для контуров k и l ветви совпадают, то значение Rkl положительно, в противном случае оно отрицательно;

 Ekk – алгебраическая сумма ЭДС источников, включенных в ветви, образующие контур k;

 Rkk+m – общее сопротивление k+m контура с контуром, содержащим источник тока Jm.

Примеры рассмотрены в задачах 1.7 и 1.8.

1.10. Можно ли использовать реостат с номинальным сопротивлением 200 Ом и номинальным током 1 А для регулирования напряжения приемника, имеющего сопротивление Rп= 100 Ом, в диапазоне 75-150 В? Напряжение сети 220 В (рис. 1.7.).

Ответ: нельзя.

 


1.11. Подберите реостат для регулирования напряжения приемника в диапазоне 75-150 В. Сопротивление приемника 100 Ом, а напряжение сети 220 В. Схема включения реостата представлена на рис. 1.7.

Ответ: Rр > 193,3 Ом, IНр > 1,5 А.


Метод узловых потенциалов