11.Метод эквивалентного генератора.

Метод эквивалентного генератора основан на теореме об эквивалентном источнике (теорема  Гельмгольца-Тевенена) – активном двухполюснике.

Теорема  Гельмгольца-Тевенена для линейных электрических цепей утверждает, что любая электрическая цепь, имеющая два вывода и состоящая из комбинации источников напряжения, источников тока и резисторов (сопротивлений), с электрической точки зрения эквивалентна цепи с одним источником напряжения E и одним резистором R, соединенными последовательно.

МЭГ позволяет достаточно просто определить ток в одной (представляющей интерес при анализе) ветви сложной линейной схемы, не находя токи в остальных ветвях. Применение данного метода особенно эффективно, когда требуется определить значения тока в некоторой ветви для различных значений сопротивления в этой ветви в то время, как в остальной схеме сопротивления, а также ЭДС и токи источников постоянны. ЭДС эквивалентного генератора и его внутреннее сопротивление Rэг находятся из режимов холостого хода и короткого замыкания двухполюсника.

В методе эквивалентного генератора (метод эквивалентного источника ЭДС) сложную разветвленную схему рассматривают как активный двухполюсник по отношению к ветви R с искомым током I, который определяют по выражению

I = E_ЭГ/ (R_ЭГ + R),

где

E_ЭГ = U_хх – ЭДС эквивалентного генератора равная напряжению холостого хода между зажимами подключенного пассивного элемента R в ветви с искомым током;

R_ЭГ = R_вх – сопротивление эквивалентного генератора равное входному сопротивлению пассивного двухполюсника относительно разомкнутых зажимов.

То есть сложная электрическая цепь А(рис.1.1) может быть представлена относительно зажимов аб ветви с сопротивлением Zk эквивалентным генератором (рис.1.2) с ЭДС, равной U и с внутренним сопротивлением Zвхаб, равным входному сопротивлению всей сложной цепи относительно зажимов Uабхх

Рис 1. Преобразование по теореме об активном двухполюснике

Очевидно, что в электрической цепи рис.1.2 ток легко найти по формуле. 

 Однако при этом надо знать Ůабхх  и Zвхаб .

Например, в электрической цепи рис.2 необходимо определить только ток İ5 .

Рис.2. Схема электрической цепи

Для этого всю электрическую цепь (за исключением ветви Z5)относительно зажимов аб представим в виде эквивалентного генератора рис.1.2.При расчёте внутреннего сопротивления эквивалентного генератора исключим Z5 и заменим источники Ė1, Ė2 и Ė3 их внутренними сопротивлениями. У идеальных источников напряжения внутреннее сопротивление равно нулю. Поэтому схема приобретает вид рис.3. По этой схеме внутреннее сопротивление эквивалентного генератора равно входному сопротивлению цепи относительно зажимов аб и определяется выражением.

 Рис.3. Схема электрической цепи для расчёта внутреннего сопротивления эквивалентного генератора

 Для расчёта напряжения холостого хода относительно зажимов аб схема приобретает вид рис.4.

Рис.4. Схема электрической цепи для расчёта

напряжения холостого хода эквивалентного генератора

Токи İ1  и İ2 определяютсяпо формулам.

При этом напряжение холостого хода на зажимах аб определяется выражением.

Ůабхх = φа – φб = –Z3 İ2 + Ė3 + Ė2 + Z2 İ1 ,  

или Ůабхх = φа – φб = Z4 İ2 + Ė1  –Z1 İ1 .  

 Тогда ток İ5, который необходимо было рассчитать, можно рассчитать  по формуле.

 

Режим согласованной нагрузки двухполюсника используется в электрических цепях для получения в приёмнике энергии максимальной мощности. Для этого необходимо, чтобы сопротивление приёмника энергии было равно внутреннему сопротивлению эквивалентного генератора. Zвхаб = ZК .