
Бандурин TOE 1
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.8. |
|
|
|
|
|
||
|
По |
закону |
|
|
Ома: |
(E2 ) |
= |
E2 |
|
= 0,857 А, |
тогда |
|||||
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R + 2R ×(3R + R) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2R + (3R + R) |
|
|
|||
(E2 ) |
(E2 ) |
× |
2R |
|
= 0, 286 А. |
|
|
|
|
|
||||||
I4 |
= I2 |
2R + (3R + R) |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Расчет подсхемы с источником тока J . |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UJ |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
R |
|
I4(J) |
b |
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
3R |
|
|
|
2R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.9. |
|
|
|
|
|
||
|
Узлы b и d объединяем, тогда по правилу разброса |
|
||||||||||||||
|
|
|
( |
|
) |
|
|
3R + 2R × R |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
J |
= J × |
|
|
|
2R + R |
|
=1,571 |
А. |
|
||||
|
|
|
I4 |
|
|
|
|
3R + |
2R × R |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
R + |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2R + R |
|
|
|
|
|
|
Находим результирующий ток I4 , |
как алгебраическую сумму |
||||||||||||||
частичных токов (частичный ток, совпадающий по направлению с |
||||||||||||||||
результирующим током, берем со знаком “+”): |
|
|
|
|||||||||||||
|
I4 = I4( E1 ) - I4( E2 ) - I4( J ) = 0,143 - 0,286 -1,571 = -1,714 А. |
|
||||||||||||||
|
Рассчитанный ток I4 |
совпадает с током I4 , найденным в п.2. |
||||||||||||||
|
|
|
Используем метод преобразований |
|
Для расчета тока I4 исходную схему относительно ветви ab преобразуем до одноконтурной схемы, в которой будет протекать искомый ток I4 .
61

Для этого преобразования проведем в несколько этапов. Вначале перенесем источник тока J на сопротивления ветвей ac и cd:
Рис. 4.10.
Затем преобразуем источники тока в ЭДС:
E3 = 3R × J = 600 В и E4 = R × J = 200 В.
Рис. 4.11.
Далее преобразуем параллельное соединение ЭДС и сопротивления ветвей bc и cdb:
Rэ |
= |
|
|
1 |
|
= 66,666 Ом; |
||||
|
|
|
+ |
1 |
||||||
|
|
1 |
2R |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
R |
|
|||
Eэ |
= |
E2 + E4 |
- E1 |
|
× Rэ = 200 В. |
|||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
В результате получаем одноконтурную схему с искомым током I4 :
62

|
|
Рис. 4.12. |
|
|
|
Тогда по закону Ома: |
−E3 − Eэ |
|
|
|
|
|
I4 = |
= -1,714 А. |
|||
|
R + 3R + Rэ |
|
|
|
|
Найденный ток I4 совпадает с результатами п.2. и п.4.1.4. |
|||||
Определяем ток в ветви ab методом эквивалентного генератора |
|||||
Находим напряжение холостого хода U ( xx) в ветви ab. |
|||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
Рис. 4.13. |
|
|
|
По методу контурных токов: |
|
|
|
||
|
|
I22 = J ; |
|
|
|
|
(2R + R) × I11 - 2R × I22 = E1 - E2 , |
||||
тогда I |
= E1 - E2 + 2R × I22 |
=1 А; I ( xx) = I |
22 |
− I = 2 −1 = 1 А. |
|
11 |
2R + R |
3 |
|
11 |
|
|
|
|
|
|
63

По 2 закону Кирхгофа: U4( xx) |
= -3R × J - 2R × I3( xx) = -800 В, тогда |
||||||||||
ЭДС эквивалентного генератора равна E |
Г |
= U ( xx) = −800 В. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
Находим сопротивление эквивалентного генератора RГ : |
|||||||||||
|
|
|
|
Рис. 4.14. |
|
|
|
||||
RГ = 3R + R × 2R = 366.666 Ом. |
|||||||||||
|
|
|
R + 2R |
|
|
(кз) эквивалентного гене- |
|||||
Находим ток короткого замыкания |
I |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
ратора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(кз) |
= J Г |
= |
EГ |
= -2.182 А. |
|||||||
I4 |
|
RГ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Находим ток в ветви ab аналитически по двум формулам: |
|||||||||||
I4 |
|
= |
EГ |
|
|
= -1.714 |
А; |
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
RГ |
+ R |
|
|
|
|
||||
I4 |
= |
J Г |
|
|
|
= -1.714 |
А. |
||||
+ |
R |
|
|
|
|||||||
|
|
1 |
R |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Г |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Находим ток в ветви ab графически: |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
Рис. 4.15. |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
64 |
|
|
|

Точка пересечения внешней ВАХ эквивалентного генератора с ВАХ резистора R = 100 Ом (U4 = R × I4 =100 × I4 В) дает решение:
I4 » -1,7 А.
Аналитический и графический расчет методом эквивалентного генератора позволяет найти ток I4 , который совпадает с результата-
ми п.2. и п.4.
Для контура без источника тока, например, bcdb строим потенциальную диаграмму. При этом обозначаем промежуточную точку k и принимаем потенциал точки b, как и в методе узловых потенциалов, равным нулю, т.е. ϕb = 0 .
Рис. 4.16.
Тогда при принятом обходе выбранного контура против часовой стрелки, проводим расчет потенциалов точек:
ϕc = ϕb - 2R × I3 = 0 - 200 × 0, 429 = -85,8 В;
ϕk = ϕc - R × I2 = -85,8 -100 × 0,143 = -100,1 В; ϕd = ϕk + E2 = -100,1 + 200 = 99,9 В;
ϕb = ϕd - E1 = 99,9 -100 = -0,1 » 0 ,
т.е. расчеты проведены верно, т.к. получилось ϕb » 0 и потенциалы точек ϕc и ϕd совпали с ранее найденными значениями в методе узловых потенциалов.
Следует отметить, что при расчете потенциалов точек напряжения и ЭДС берутся со знаком “+” в том случае, когда при обходе контура перемещаемся от “-” к “+”.
Строим потенциальную диаграмму:
65

Рис. 4.17. |
Определяем показание вольтметра двумя методами, который включен между узлами d и a.
Как разность потенциалов узлов схемы, которые найдены в
методе узловых потенциалов:
UV = ϕd − ϕa = 100 − (−171, 447) = 271, 447 В.
По 2 закону Кирхгофа:
Рис. 4.18.
UV - E1 = -R × I4 или UV = E1 - R × I4 =100 -100 × (-1,714) = 271, 4 В.
Т.е. результаты расчета показания вольтметра двумя методами совпали между собой.
Необходимо сформулировать вывод по выполненным пунктам задания, в котором сравнить результаты вычислений и оценить трудоемкость методов расчета.
66

4.2.Документ MathCad
1.1. Решение матричного уравнения: |
X |
A 1 B |
|||
2.143 |
|
|
|
|
|
0.143 |
I1 |
X1 |
I2 |
X2 |
|
0.429 |
I3 |
X3 |
I4 |
X4 |
|
X |
I5 |
X |
UJ |
X |
|
1.714 |
|||||
|
5 |
|
6 |
||
|
|
|
|||
0.286 |
|
|
|
|
|
271.429 |
|
|
|
|
1.2. Значения токов и напряжения на источнике тока:
I1 2.143
I2 0.143
I3 0.429
I4 1.714
I5 0.286
UJ 271.429
67

2.Метод контур ных токов
2.1.Определение значений контурных токов и напряжения на источнике тока:
J33 |
J |
|
|
|
|
|
|
3R |
2R |
0 |
E1 |
E2 |
|
A1 |
2R |
6R |
0 |
B1 |
J33 R |
|
|
0 |
R |
1 |
E1 |
|
J33 R |
X1 |
A1 1 B1 |
|
|
|
|
|
|
0.143 |
|
J11 |
X1 |
||
|
|
|
|
|
|
1 |
X1 |
0.286 |
|
J22 |
X12 |
||
|
271.429 |
|
UJk |
|
X13 |
|
|
|
|
|
|
2.2.Значения контурных токов и напряжения на источнике тока:
J11 |
0.143 |
J22 |
0.286 |
UJk |
271.429 |
2.3. Определение токов в ветвях: |
|
|||
I1k |
J11 |
J33 |
I1k |
2.143 |
I2k |
J11 |
|
I2k |
0.143 |
I3k |
J22 |
J11 |
I3k |
0.429 |
I4k |
J22 |
J33 |
I4k |
1.714 |
I5k |
J22 |
|
I5k |
0.286 |
3.Метод узловых потенциалов
3.1.Определение значений потенциалов узлов a и c : b 0
d E1 |
b |
d 100 |
|
|
68 |

69

4.2. Потребляемая мощность
Pp |
I22 R |
I32 2R |
I42 R I52 3R |
||
Pp |
357.143 |
|
|
|
|
4.3. Погрешность |
|
||||
|
|
Pv Pp |
|
100 |
0 |
|
|
|
|||
|
|
Pv |
|
||
|
|
|
|
|
5.Определение тока в ветви ab I4
5.1.Метод наложения
5.1.1.Расчет подсхемы с ЭДС E1
I2' |
|
|
|
|
|
|
|
|
E1 |
|
|
|
|
|
|
I2' |
0.429 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
R |
|
|
|
2R (3R |
R) |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
2R |
|
(3R |
R) |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
I4' |
I2' |
|
|
|
|
2R |
|
|
|
|
|
|
I4' |
0.143 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2R |
(3R |
R) |
|
|||||||||||
5.1.2. Расчет подсхемы с ЭДС E2 |
|
||||||||||||||||||
I2'' |
|
|
|
|
|
|
|
|
E2 |
|
|
|
|
|
|
I2'' |
0.857 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
R |
|
|
|
2R (3R |
R) |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2R |
|
(3R |
R) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
I4'' |
|
I2'' |
|
|
|
2R |
|
|
|
|
|
|
I4'' |
0.286 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2R |
(3R |
R) |
|
||||||||||
5.1.3. Расчет подсхемы с источником тока J |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3R |
|
2R R |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2R |
R |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
I4''' |
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I4''' |
1.571 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
3R |
2R R |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2R R |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5.1.4. Расчет результирующего тока I4 |
|
||||||||||||||||||
I4 |
I4' |
I4'' |
I4''' |
|
|
|
|
|
|
I4 |
1.714 |
70