Линейные и нелинейные электрические цепи постоянного тока

2

Содержание

• 1. Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока
• 1.1 Расчет линейных электрических цепей постоянного тока
• 1.2 Расчет нелинейных электрических цепей постоянного тока
• 2. Анализ электрического состояния линейных электрических цепей переменного тока: однофазных, трехфазных. Исследование переходных процессов в электрических цепях
• 2.1 Расчет однофазных линейных электрических цепей переменного тока
• 2.2 Расчет трехфазной линейной цепи переменного тока
• 2.3 Исследование переходных процессов в электрических цепях, содержащих конденсатор и сопротивление
• Литература

1. Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока

1.1 Расчет линейных электрических цепей постоянного тока

Для электрической цепи, изображенной на (рис.1.1), выполнить следующее:

1) составить на основании законов Кирхгофа систему уравнений для определения токов во всех ветвях схемы;

2) определить токи во всех ветвях схемы, используя метод контурных токов;

3) определить токи во всех ветвях схемы на основании метода наложения;

4) составить баланс мощностей для заданной схемы;

5) результаты расчета токов по пунктам 2 и 3 представить в виде таблицы и сравнить;

6) определить ток во второй ветви методом эквивалентного генератора;

7) построить потенциальную диаграмму для любого замкнутого контура, включающего обе ЭДС.

рис.1.1	Дано: E1=20 В, E2=30 В, R1=64 Ом, R2=43 Ом, R3=31 Ом, R4=25 Ом, R5=52 Ом, R6=14 Ом, r01=1 Ом, r02=2 Ом. Определить: I1, I2, I3, I4, I5.

1) Составить систему уравнений, применяя законы Кирхгофа для определения токов во всех ветвях.

Произвольно задаемся направлением токов в ветвях цепи I1, I2, I3, I4, I5.

Составляем систему уравнений (в системе должно быть стока уравнений, скока в цепи ветвей). В нашей цепи пять ветвей, значит, в системе будет пять уравнений. Сначала составляем уравнение по первому закону Кирхгофа. В цепи с n узлами будет (n-1) уравнений, в нашей цепи три узла, значит, будет два уравнения. Составляем два уравнения, для двух произвольных узлов.

узел D: I3=I1+I2

узел F: I4=I3+I5

Теперь составляем недостающие три уравнения для трех независимых контуров. Чтобы они были независимыми, надо в каждый контур включить хотя бы одну ветвь, не входящую в предыдущую.

Задаемся обходам каждого контура и составляем уравнения по второму закону Кирхгофа.

Контур ABCD - обход против часовой стрелки

E1=I1 (R1+r01) - I2 (R3+R6)

Контур CDFE - обход против часовой стрелки

E2=I2 (R3+R6) +I3R4+I4 (R2+r02)

Контур EGHF - обход по часовой стрелке

E2=I4 (R2+r02) +I5R5

ЭДС в контуре берется со знаком "+", если направление ЭДС совпадает с обходом контура, если не совпадает - знак "-".

Падения напряжения на сопротивления контура, берется со знаком "+", если направления тока в нем совпадает с обходом контура со знаком "-", если не совпадает.

Мы получили систему из пяти уравнений с пятью 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.

2) Определить токи во всех ветвях схемы, используя метод контурных токов.

В заданной цепи можно рассмотреть три контура-ячейки (ABDC, CDFE, EGHF) и вести 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 численное значение ЭДС и сопротивлений:

или

Решим систему с помощью определителей. Вычислим определитель системы Д и частные определители Д1, Д2, Д3.

; ;

; .

Вычислим контурные токи:

; ;

.

Вычислим действительные токи:

I1=Ik1=0,313A;	I2=Ik2-Ik1=0,32-0,313=0,007A;
I3=Ik2=0,32A;	I4=Ik2+Ik3=0,32+0,161=0,481A;
I5=Ik3=0,161A.

3) Определить токи во всех ветвях схемы на основании метода наложения.

По методу наложения ток в любом участке цепи рассматривается как алгебраическая сумма частных токов, созданных каждой ЭДС в отдельности.

а) Определить частные токи от ЭДС E1, при отсутствии ЭДС E2, т.е. рассчитать цепь по рисунку 1.2

рис 1.2	Показываем направление частных токов от ЭДС E1 и обозначаем буквой I с одним штрихом (I'). Решаем задачу методом "свертывания". Ом; Ом; ; Ом;

Ом;

Ом.

Ток источника:

А.

Применяя закон Ома и первый закон Кирхгофа, вычисляем токи ветвей.

;

В;

В;

А;

А;

В;

В;

А; А

Токи ветвей:

I1'=I1=0,226A;	I2'=I6,5=0,123A;
I3'=I4=0,103A;	I4'=I2,02=0,066A;
I5'=I5=0,057A.

б) Определяем частные токи от ЭДС E2 при отсутствии ЭДС E1, т.е. рассчитываем простую цепь по рисунку 1.3

рис 1.3	Показываем направление частных токов от ЭДС E2 и обозначаем их буквой I с двумя штрихами (I''). Рассчитываем общее сопротивление цепи: Ом Ом Ом Ом

Ом

Ом

Ток источника:

А

Применяя закон Ома и первый закон Кирхгофа, вычисляем токи ветвей:

;

В;

В;

А;

А;

В;

В;

А;

А;

Токи ветвей:

I1''=I1,01=0,106A;	I2''=I3,6=0,154A;
I3''=I4=0, 196A;	I4''=I2=0,423A;
I5''=I5=0,277А.

Вычисляем токи ветвей исходной цепи (рис 1.1), выполняя алгебраическое сложение токов, учитывая их направления:

I1=I1'+I1''=0,226+0,106=0,332А;	I2=I2'-I2''=0,123-0,154= - 0,031А;
I3=I3'+I3''=0,103+0, 196=0,229А;	I4=I4'+I4''=0,66+0,423=0,489А;
I5=I5'-I5''=0,057-0,227= - 0,17А.		</