Материалы III семестра / Teoria_elektrichesky_tsepey_Neyman_1ch
.pdfОтветы на вопросы, решения упражнений и задач |
413 |
5.2. Методы расчета сложных электрических цепей
ВОПРОСЫ
1.Для цепей, состоящих только из двухполюсных элементов, матрицы Z и Y — диагональные. В этом случае для существования матрицы Z–1 необходимо, чтобы ни одна из ветвей цепи не имела нулевого сопротивления. Для существования матрицы Y–1 необходимо, чтобы в цепи не было ветвей с нулевыми проводимостями. В общем случае матрицы Z и Y — блочно-диагональные. Для существования обратных к ним матриц необходимо, чтобы матрицы, образующие диагональные блоки, были невырожденными.
2.Для определения всех токов достаточно измерить токи в связях, а для определения всех напряжений — напряжения на ветвях дерева.
3.Íåò.
4.à) Да, возможно. á) Возможно при выполнении дополни-
тельных преобразований. Рассмотрим пример (рис. Р5.6): ветвь, содержащая идеальный источник тока, имеет равную нулю проводимость Y6. Система уравнений метода контурных токов имеет вид:
Θ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϑ(Z |
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
)I |
ê1 |
0 I |
ê2 |
0 I |
ê3 |
E |
1 |
E |
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
(Z 4 Z |
|
(Z 4 Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Ρ0 |
I |
ê1 |
5 )I |
ê2 |
5 )I |
ê3 |
E 3 |
|
|
|
|
|||||||||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ϑ0 I |
ê1 |
|
(Z 4 Z |
5 )I |
ê2 |
(Z 4 Z |
5 )I |
ê3 |
|
|
|
I ê3 |
|
|
=6 |
|||||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y6 |
|
|
Y6 |
Ðèñ. Ð5.7 |
||
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В последнем уравнении слагаемые (Z4 + Z5)I ê 2 , (Z4 + Z5)I ê 3 , имеющие конечное значение, могут быть отброшены, так как другие члены этого уравнения беско-
нечно велики. Тогда из последнего уравнения получаем I ê3 =6 и, следовательно, система уравнений может быть преобразована к виду:
Θ(Z |
1 Z |
|
|
|
|
|
|
2 )I ê1 |
E1 |
E 3 |
|
|
|
||
Ρ |
4 Z |
|
|
(Z |
4 Z |
|
, |
Σ(Z |
5 )I ê2 |
E 3 |
5 )=6 |
откуда могут быть найдены контурные токи I ê1 è I ê2.
8. Да, например, для приведенной на рис. Р5.7 схемы имеем
Z |
1 j j5 |
è |
|
1 j |
|
Ν |
|
j5 |
|
Ðèñ. Ð5.8 |
|
|
|
|
|||||||
j5 1 j |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.Источники напряжения, управляемые током.
10.Это объясняется тем, что для всех узловых напряжений выбраны одинаковые условные положительные направления — от произвольного узла к нулевому узлу.
11.Да, например, для приведенной на рис. Р5.8 схемы имеем
Y |
1 j |
j5 |
è |
|
1 j |
|
Ν |
|
j5 |
|
. |
|
|
|
|
||||||||
|
j5 |
1 j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
416 Ответы на вопросы, решения упражнений и задач
=
ãäå E 3 1Z 3 и, записав далее уравнения метода контурных токов (подобно рассмотренному выше при решении задачи варианта 4), рассчитать искомые токи. При расчете токов в этой цепи методом узловых напряжений объединяем узлы, соединенные ветвью, не содержащей элементов, в один узел, записываем одно уравнение метода узловых напряжений (так как в цепи всего два узла) и, рассчи-
|
|
|
|
|
|
|
. |
òàâ òîê I |
, находим ток в исключенной ветви I |
3 |
= |
1 |
I |
||
|
3 |
|
|
|
3 |
Для решения задачи варианта 5 методом контурных токов выбираем направления контурных токов в соответствующих контурах так, что I ê1 =1, I ê 2 =2 . Тогда получаем
I 3 I ê1 I ê 2 =1 =2 3 j À.
Уравнение метода узловых напряжений имеет вид (верхнему узлу присвоен номер 1):
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
U |
10 |
|
|
|
= |
1 |
= |
2 |
. |
|
|
|
|||||||||
|
|
Z 3 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Решая его, находим U10 5(3 – j) Â è I 3 |
3 – j À. |
6. Для электрической цепи варианта à входящую в уравнение метода узловых напряжений
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
Z1 Z 2 |
|
|
Z 3 |
|
|
|
Z 4 Z 5 |
|
|
Z1 |
|
Z 2 |
|
|
Z 4 Z 5 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
величину U |
выразим через искомое напряжение U |
10 : |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
U |
I 5 Z 4 |
I |
1Z 2 0, U10 |
I |
1(Z1 Z |
2 ) E1, U10 |
I 5 (Z 4 Z |
5 ) U. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Находим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
I1 |
|
E1 |
U |
10 |
, I 5 |
|
|
|
U |
U |
10 |
è U |
|
U |
|
U10 |
Z 4 |
|
E1 U10 |
Z 2 0. |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
Z1 Z 2 |
|
|
|
|
|
|
|
Z 4 Z 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Z 4 Z 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Z1 Z 2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
10 |
4 |
|
|
|
|
E |
1 |
U |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
E |
2 |
|
||||||||||||||||||||
U |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
Z 4 |
Z 5 |
|
|
|
|
|
|
Z 4 Z |
|
|
|
|
|
Z |
1 Z 2 |
|
|
|
|
|
Z 4 |
|
Z 5 |
|
|
|
Z1 Z 2 Z1 Z 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
# |
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
|
|
|
|
|
|
|
Z |
|
& |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z 4 Z 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
% |
|
10 |
Z 4 |
|
Z 5 |
|
|
Z1 Z 2 Z1 Z |
( |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Подставляя величину U в уравнение метода узловых напряжений и выполняя |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
численные расчеты, получаем: U |
10 3 + j1,4 Â, I1 0,94 – j3,1 À, I 3 |
1,21 – j3 À, |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
I 5 – 0,27 – j0,1 À. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Входящее в уравнения метода контурных токов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΘI ê1(Z1 Z 2 Z 3 ) I ê 2 Z 3 |
E1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ρ |
I ê1Z 3 I ê 2 (Z 3 Z 4 Z 5 ) U. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
напряжение U |
выразим через контурные токи: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U I ê1Z 2 I ê 2 Z 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
и получим систему уравнений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
418 Ответы на вопросы, решения упражнений и задач
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
1 |
|
|||
U |
20 |
|
U |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
U |
10 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Z 4 |
|
|
Z1 |
|
Z 4 |
|
Z 6 |
|
6 |
|
Z |
|
|
Z1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|||||||
решение которых U 20 |
2 + j Â, U |
30 |
– 3 + 6j В. Искомые токи равны: I1 6 À, |
|||||||||||||||||
I 2 |
+1 – 5j À, I 3 |
5(1 + j) À, I 4 |
5j À, I 5 |
1 À, I 6 6 + 5j À. |
Решая уравнения метода контурных токов
I ê1 1 I ê 2 j I ê 3 (1 j) 4,
I ê1 j I ê 2 (1 j) I ê 3 (1 j) 0,I ê1(1 j) I ê 2 (1 j) I ê 3 (2 j) 1,
находим контурные токи I ê1 5(1 + j) À, I ê 2 6 À, I ê 3 6 + 5j А и далее токи ветвей.
8. Граф схемы изображен на рис. Р5.15.
Решая уравнения метода сечений |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
(Y1 Y5 Y7 )U1 |
0 U 2 |
( Y5 )U 3 Y7 E 7 |
|
|
|
|
|
||||
|
(Y2 Y4 |
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
0 U1 |
Y6 )U 2 |
( Y4 Y6 )U 3 Y6 E 6 |
|
|
|
||||||
|
|
(Y3 Y4 Y5 |
|
|
|
|
, |
Ðèñ. Ð5.15 |
|||
Y5U |
1 ( Y4 Y6 )U 2 |
Y6 )U 3 |
Y6 E 6 |
||||||||
и учитывая, что Y6 |
|
|
|
|
|
|
10 Â, |
|
|||
Y7 , находим: U1 |
E 7 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– 5 + j5 À, |
U 2 Y4E 6 /Y2 –5 + j15 Â,U 3 |
U 2 |
+ E 6 |
– 10 + j20 Â, I1 |
5 – j5 À, I 2 |
I 3 j10 À, I 4 – 5 + j5 À, I 5 5 – j15 À, I 6 0 À, I 7 j10 À.
9. Граф схемы, дерево (ветвь 2) и связи (ветви 1, 3) изображены на рис. Р5.16.
Принимая в качестве искомых величин напряжениеU 2 è òîêè I1, I 3 , записываем уравнения метода смешанных величин
|
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
|
|
U |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
, |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Z1 |
|
Z 2 |
|
Z 3 |
|
|
Z1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ðèñ. Ð5.16 |
I1(Z1 |
Z 2 ) I |
3 Z 2 E |
|
I1Z 2 I 3 (Z 2 |
Z 3 ) 0. |
|
|
|
|
|
|
10. Если источник тока =ab |
=, действуя в ветви àb сколь угодно сложной цепи, |
при отсутствии в цепи прочих источников тока вызывает в другой ветви cd этой цепи напряжениеU cd U, то такой же источник тока =cd =, действуя в ветви cd,
при отсутствии прочих источников тока вызовет в ветви àb такое же напряжение U cd U.
11. Найдем методом наложения токи в электри- ческой цепи варианта â. При действии источни-
|
|
токи в ветвях цепи равны (рис. Р5.17, à). |
|||||||||||
êà E1 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
E1 |
, I |
I |
|
E1 |
|
, I |
I |
I |
, I ' |
0. |
|
|
|
|
||||||||||
2 |
|
|
3 |
4 |
|
Z 3 Z |
1 |
2 |
4 |
5 |
|
||
|
|
Z 2 |
|
|
4 |
|
|
|
|
Ðèñ. Ð5.17 |
Ответы на вопросы, решения упражнений и задач 419
Токи в ветвях электрической цепи во втором режиме, когда действует лишь ис-
точник тока |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
J 2 , равны (рис. Р5.17, á) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Z 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
J |
|
, I |
= |
2 Z |
|
Z |
|
, |
I |
= |
2 Z |
|
Z |
|
, I |
I , |
I |
0. |
|
|
||||||
5 |
|
2 |
|
3 |
|
3 |
4 |
|
4 |
|
|
3 |
4 |
1 |
4 |
|
2 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Таким образом, I |
|
I |
|
I , |
I |
I |
, |
I |
I I , I |
4 |
I |
I , I |
5 |
I . |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
1 |
2 |
|
2 |
|
3 |
|
|
3 |
3 |
4 |
4 |
5 |
||||
12. Òîê I k |
k-й ветви цепи, рассчитываемой с помощью принципа взаимности оп- |
||||||||||||||||||||||||||
ределяется из соотношения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(k ) |
|
, |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I k |
I m |
E m |
E k |
|
|
|
|
||||||
|
(k ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ãäå I m |
|
— однократно рассчитываемые токи во всех m ветвях схемы при дейст- |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— ЭДС, действующая в m-й ветви. Таким образом, |
||||||||||||||
âèè â k-ой ветви ЭДС E k |
, E m |
наибольший эффект применения метода расчета, основанного на принципе взаимности, будет достигаться при расчете цепей с относительно большим числом источников ЭДС.
13. На основании теоремы об эквивалентном генераторе заменим цепь относительно выделенных зажимов À è Â эквивалентным генератором с внутренним
сопротивлением R |
ã |
|
è ÝÄÑ Å . Тогда R |
|
|
U AB0 |
|
2 Ом. Таким образом, ток в рези- |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
ã |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ã |
|
|
|
|
|
|
|
|
I AB êç |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
сторе RAB 6 Ом равен |
|
I |
|
U AB0 |
|
|
0,5 À. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
Rã |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RAB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
14. При разрыве ветви AB напряжение U0 находим, учитывая |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
уравнение 2-го закона Кирхгофа для контура, показанного на |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ðèñ. Ð5.18: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 Z1 |
U 0 |
I 4 Z 4 |
E. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Òàê êàê |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
I1 |
|
|
E1 |
|
|
|
3A, |
I 4 |
|
|
|
|
E1 |
|
|
|
|
15, A, |
|
|
||||||||||||||||||||
|
Z1 |
Z 3 |
|
8 |
|
|
|
Z 2 |
Z |
|
|
16 |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
Ðèñ. Ð5.18 |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 12 12 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
òî U |
0 E |
I1 Z1 |
I |
4 Z 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
Учитывая, что Zã + Zab 0, находим искомый ток I ab |
0. |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в схеме à в эквивалентный ему источник ЭДС |
||||||||||||||||||||
15. Преобразуя источник тока =2 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j0L3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E1 |
=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
E =2 j0L3 , получаем: I |
|
|
r1 j0L3 |
|
|
|
|
. Записывая уравнение метода узловых |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
напряженийU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j0C |
|
|
|
E |
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
j0C |
|
в схеме á и рассчитываяU |
|
, |
|||||||||
|
|
|
|
|
j0L |
|
|
|
|
1 r |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
10 |
r |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
10 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
находим далее искомый ток I |
|
E1 |
U10 |
(óçåë 1 Ξ верхний узел схемы). |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
420 Ответы на вопросы, решения упражнений и задач
ЗАДАЧИ
1. Рассмотрим преобразование соединения n-лучевой звездой в эквивалентный n-угольник (n > 3). Пронумеруем узлы схемы, в которой выделена рассматриваемая многолучевая звезда, как показано на рис. Р5.19.
Äëÿ òîêà k-го «луча» звезды имеем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
I k |
(U k 0 U n 1,0 )Yk , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
k 1, n, |
|
|
|
|
|
(*) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
ãäå U k 0 |
— напряжение между k-м и нулевым |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
узлами. Записывая уравнение первого закона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
Кирхгофа для узла n + 1, получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
k n |
|
k n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
I k |
(U k 0 U n 1,0 )Yk 0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
k 1 |
|
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
k n |
|
|
|
|
k n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ðèñ. Ð5.19 |
|||
U n 1,0 U k 0Yk |
|
Yk . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Подставляя выражение для U n 1,0 в соотношение (*), получим |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
k n |
|
|
|
|
|
k n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I |
k |
U |
k ,0 |
U |
|
k |
Y |
k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
k ,0 k |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ζ(U k ,0 U10 )Y1 (U k ,0 U 20 )Y2 (U k ,0 U k 1,0 )Yk 1 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k n |
|
|
|
|
|
|
|
|
(U k ,0 U k 1,0 )Yk 1 (U k ,0 |
|
|
|
|
Yk |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
U n,0 )Yn [ Yk |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(U |
Y |
|
U |
Y |
|
|
U |
|
Y |
|
|
U |
Y |
U |
Y |
)(Y |
k |
Y |
|
) |
|||||||||||
|
|
k ,1 1 |
|
|
k ,2 2 |
|
|
|
k ,k 1 k 1 |
k ,k 1 k 1 |
k ,n |
|
|
n |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
Yk |
p n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U k , pYp , k |
1, n |
, Y Yk . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
p 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, ток, входящий в k-й узел многолучевой звезды, можем представить в виде:
I k |
U k ,1 |
Y1Yk |
U k ,2 |
Y2Yk |
U k ,k 1 |
Yk 1Yk |
U k ,k 1 |
Yk 1Yk |
U k ,n |
YnYk |
. |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Y |
Y |
Y |
Y |
Y |
Òîê I 'k , входящий в k-й узел многоугольника (рис. Р5.19), можем определить из соотношения
I ' |
U |
Y |
U Y |
U |
Y |
U Y |
U Y |
. |
k |
|
k ,1 k ,1 |
k ,2 k ,2 |
|
k ,k 1 k ,k 1 |
k ,k 1 k ,k 1 |
k ,n k ,n |
|
Для эквивалентности схем, предстаâëенных на рис. Р5.19, необходимо, чтоáû при равных напряжениях U kp (k, p 1, n, k p), были равны токи I k I 'k , k 1, n.
Сопоставляя выражения для токов, получаем Ykp YpYk .
Y
Отметим, что обратная задача эквивалентного преобразования n-угольника в n-лу- чевую звезду (n > 3) в общем случае неразрешима.
Ответы на вопросы, решения упражнений и задач |
421 |
2. Способ преобразования показан на примере (рис. Р5.20).
Ðèñ. Ð5.20
3. Вектор напряжений Uâ всех ветвей схемы может быть вычислен по формуле Uâ AÒU0. Если ветви графа пронумерованы таким образом, что ветви дерева имеют меньшие номера, то первые q (ãäå q — число строк матрицы À) элементов вектора Uâ составляют вектор U1. В противном случае воспользуемся тем, что Uâ DÒU1 AÒU0, откуда получим
DAÒU0 DDÒU1 è U1 (DDÒ)–1U0.
Матрица DDÒ D1DÒ не особенная, так как представляет собой матрицу узловых проводимостей цепи, в каждой ветви которой находится проводимость, зна- чение которой равно единице.
4. Рассмотрим схему из ответа на вопрос 4. Ветвь 3 схемы содержит идеальный источник ЭДС. Система уравнений метода узловых напряжений имеет вид:
Θ |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
0 |
U |
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
ϑ |
Z1 |
|
|
Z 2 |
10 |
|
Z |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
Z1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ϑ |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E 3 |
|
E1 |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ρ |
|
|
|
|
U |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
20 |
|
|
|
U |
30 |
|
|
|
|
|
+= |
6 |
, |
||||||||
|
|
Z1 |
|
|
|
|
|
Z 3 |
|
|
Z1 |
|
|
Z 5 |
|
|
|
Z 5 |
|
|
Z 3 |
|
Z |
|
|
|
||||||||||||||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|||||||||||||||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ϑ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
U |
|
|
|
Z |
|
U |
|
|
|
Z |
|
|
|
|
Z |
|
U |
|
|
0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ϑ |
|
|
|
10 |
|
5 |
|
|
20 |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
5 |
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
422 Ответы на вопросы, решения упражнений и задач
Во втором уравнении все слагаемые, не содержащие 1/Z3, имеющие конечное значение, могут быть отброшены. Тогда второе уравнение примет вид:
1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
E 3 |
|
|
||||||||
|
|
U |
20 |
|
|
|
, откуда U |
20 |
E |
3 . |
|
Z |
3 |
Z |
3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Учитывая это соотношение, исходную систему уравнений можем преобразовать к виду:
Θ |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
U |
10 |
|
|
|
|
(E |
3 |
E |
), |
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ϑ |
Z1 |
|
|
Z 2 |
|
|
|
|
Z1 |
|
|
1 |
|
||||||
ϑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Ρ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϑ |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
U |
30 |
|
|
|
|
|
E |
3 |
, |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ϑ |
Z 4 |
|
|
|
Z 5 |
|
|
|
|
|
|
Z 5 |
|
|
|
||||
Σ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
откуда могут быть определены узловые напряженияU10 èU 30 . Отметим, что для использования рассмотренного приема необходимо так перенумеровать узлы схемы, чтобы идеальный источник ЭДС подходил к нулевому узлу, что не всегда возможно, если схема содержит несколько идеальных источников ЭДС.
5.3. Расчет электрических цепей при наличии взаимной индукции
ВОПРОСЫ
1. Это возможно, если напряжение взаимной индукции на катушке направлено навстречу напряжению самоиндукции и превышает его по модулю. Катушки в этом случае должны быть включены встречно и значение %M12I2 % должно быть больше значения L1I1 (I1, I2 — токи катушек 1 и 2).
2. При любом способе включения индуктивно связанных катушек пассивной цепи активная мощность не может быть отрицательной.
4. Обозначив I1 — ток катушки L1 до замыкания ключа, I1 , I 2 — токи катушек после замыкания ключа, можем после преобразования уравнений законов Кирх-
ãîôà I1 j0L1 |
I1 j0L1 |
+ I 2 j0M I 2 j0L2 + I1 j0M получить соотношения |
|||||||||||||||
I1 I1 |
L L |
2 |
L M |
, I 2 |
I1 |
L 2 |
L M |
, I1 I 2 I1 |
L L |
2 |
|
2L M |
L2 |
I . |
|||
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
|
1 |
1 |
||||||||
L L |
2 |
M 2 |
L L |
2 |
M 2 |
L L |
2 |
M 2 |
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Показание амперметра A1 определяется действующим значением тока I+, а амперметра A2 — òîêà I1+.
Как видно, ток катушки L1 после замыкания ключа не изменится при L1 M (ëèáî ïðè M 0), уменьшится при L1 > M и увеличится при L1 < M.
Òîê I+ не изменится при M L1, возрастет при M > L1 и уменьшится при M < L1.
5. Входное сопротивление цепи à, изображенной на рисунке слева цепи больше, так как напряжения взаимной индукции на катушках этой цепи совпадают с напряжениями самоиндукции, что и ведет к увеличению их сопротивления.
7. При условии à имеем x > 0 и, следовательно, величина 0L2 + xïð < 0, так что приемник должен характеризоваться эквивалентным емкостным сопротивлением. При условии á приемник имеет эквивалентное индуктивное сопротивление.