Расчет линейных электрических цепей в переходном и стационарном режимах работы

Курсовой проект - Физика

Другие курсовые по предмету Физика

Рисунок 1.4 - Схема для расчета методом контурных токов

 

Метод контурных токов основан на втором законе Кирхгофа. Данный метод позволяет рассчитать схему без преобразований.

Алгоритм расчета:

) Расставляем произвольным образом направление токов в схеме.

) Определяем количество независимых контуров, задаем направление контурных токов.

) Определяем собственные и взаимные сопротивления каждого контура, а так же собственные ЭДС каждого контура.

(1.30)

(1.35)

) Составляем уравнения по МКТ:

) Решив систему уравнений, найдем контурные токи:

 

(1.39)

 

= 2,5 (мА);

;

) Определяем токи в ветвях:

10 (мА);

2,5 (мА);

Так как токи совпадают с токами, рассчитанными методом наложения, то расчет верен.

 

1.4 Метод узловых напряжений

 

Рисунок 1.5 - Схема для расчета методом узловых напряжений

 

Метод без преобразования схемы. Определение узловых потенциалов по уравнениям законов токов Кирхгофа. Определение токов в ветвях по закону Ома.

Алгоритм расчета:

) Обозначаем все токи и узлы в схеме

) Принимаем один из узлов за базисный (потенциал этого узла будет равен нулю)

) Определяем собственные и взаимные проводимости узлов:

) Составляем уравнения по МУН

 

 

) Решив систему уравнений, найдем потенциалы узлов

(В)

) Токи в схеме найдем по закону Ома:

Так как токи совпадают с токами, рассчитанными методом наложения и методом контурных токов - расчет верен.

1.5 Метод эквивалентного генератора

 

Рисунок 1.6 - Схема для расчета по МЭГ

 

Алгоритм расчета:

) Обозначаем на схеме ток, который нужно найти, произвольно выбрав его направление

) Обозначаем зажимы a и b сопротивления R, через который протекает искомый ток

) Определяем эквивалентное сопротивление схемы относительно зажимов a и b, заменив источники на их внутреннее сопротивление:

 

Рисунок 1.7 - Схема для определения эквивалентного сопротивления

 

(1.41)

4) Определяем параметры эквивалентного источника тока:

.1. Обозначим напряжение холостого хода, совпадающего по направлению с искомым током.

.2. Рассчитаем полученную схему, определим Uхх

г = Uхх., Rг = Rэкв

 

 

= -J = -10 (мА); (1.54)

Из (1.53) найдем

 

= 60 - (-10) 20 = 80 (В);

Теперь найдем искомый ток:

= (1.55)

Значение искомого тока совпало с его значениями в прошлых расчетах.

 

1.6 Баланс мощности

 

Сумма мощностей, отдаваемых независимыми источниками равна сумме мощностей, потребляемых остальными элементами электрической цепи.

Алгоритм расчета:

) Определяем токи в схеме любым способом

) Определяем мощности источников ЭДС

) Определяем мощности источников тока (для этого нужно определить Uг)

) Определяем мощность рассеяния на пассивных элементах схемы

) Проверяем баланс равенство:

Если , значит токи в схеме рассчитаны верно.

 

Сумма мощностей, отдаваемых независимыми источниками, равна сумме мощностей, потребляемых остальными элементами электрической цепи, значит токи в схеме рассчитаны верно.

2. Матрично-топологический метод

 

В основе метода лежит представление электрической схемы с помощью графа цепи. Ветви ориентированного графа ориентированы по направлению тока ветвей.

Порядок расчета:

. Обозначить токи в ветвях произвольным образом.

. Составить граф схемы, задать направление обхода контуров.

. По графу составить контурную матрицу В, в которой столбцы - ветви, а строки - контуры (если направление ветви совпадает с обходом контура ставим 1, если не совпадает -1, если ветвь не принадлежит контуру ставим 0.

. Составляем диагональную матрицу сопротивлений ветвей Z. Диагональные элементы матрицы - сопротивления соответствующих ветвей схемы; на пересечении k - ой строки и j - го столбца, а также j - ой строки k - го столбца записывается сопротивление взаимоиндукции между индуктивно - включенными в k - ую и j - ую строки катушками индуктивности.

. Составляем матрицу ЭДС, записывая значение источников ЭДС в соответствующую строку матрицы.

. Составляем матрицу токов, записывая значение источников тока в соответствующую строку матрицы.

. Составляем матрицу контурных токов.

. Рассчитаем матрицу контурных сопротивлений.

.Рассчитаем матрицу контурных ЭДС.

. Получим контурные токи.

Рисунок 2.1 - Исходная схема

 

Рисунок 2.2 - Схема с развязанным источником ЭДС

 

Уравнение электрического равновесия контурных токов:

[B] [Zв] [Bт] [Ik] = [B] ([E] - [Zв] ) (2.11)

Следует составить все матрицы, входящие в это уравнение, чтобы получить в итоге уравнения контурных токов.

Составим контурную матрицу- [B], диагональную матрицу сопротивлений ветвей- [], матрицу ЭДС- [E], матрицу токов- [I] и матрицу контурных токов- [];

 

Рассчитаем матрицу контурных ЭДС:

Рассчитаем матрицу контурных сопротивлений:

;

Возьмем определитель матрицы сопротивлений ветвей:

Чтобы найти контурный ток заменим первый столбец матрицы

= 10j - 90 = 90; (2.25)

Проделаем то же самое, чтобы най