Метод преобразования простейших цепей




Суть метода заключается в постепенном упрощении (сворачивании) схемы к зажимам источника с последующим расчетом тока источника, если источником является источник напряжения, или напряжения на зажимах источника, если это источник тока. На следующем этапе следует, пользуясь законами Ома и Кирхгофа, рассчитывать токи и напряжения, на участках цепей постепенно возвращаясь к исходной схеме в обратном порядке от более простых схем к более сложным. Таким образом, МЭП включает в себя два этапа: первый – постепенное упрощение исходной схемы с определением эквивалентных (преобразованных) сопротивлений, второй – расчет токов и напряжений в этих схемах и в конечном итоге в исходной цепи.

Практичнее всего начинать первый этап с обнаружения участков с последовательным или параллельным соединением и заменой их одним эквивалентным. Если таких участков не обнаружено, необходимо переходить к отсеканию участков с соединением звезда или треугольник, после эквивалентного преобразования которых появится соединение последовательное или параллельное.

 

 

Пример 1.

Для схемы е = 20 В, резисторы

R 1 = 3 ; R 2 = 5 ; R 3 = 20 ; R 0 = 2 ; R 4 = R 5 = 10 . Вычислить токи в ветвях.

Решение:

R 4 и R 5 соединены последовательно После замены их эквивалентным сопротивлением R 45 получим:

 

Получается схема, в которой резисторы R 3 и R 45 соединены параллельно. После их замены эквивалентным сопротивлением R 345 получим:

 

Схема преобразуется к виду:

 

В полученной схеме уже легко рассчитывается ток в источнике напряжения (е, R 0) по второму закону Кирхгофа:

Напряжение на зажимах источника определяется по закону Ома:

Напряжение на участке “ abUab определяется так же по закону Ома:

Это напряжение, определенное именно в этой схеме окажется необходим для определения токов I 3 и I 45 на участке “ ab ” в предыдущей схеме.

Эти токи можно рассчитать и сразу после определения тока источника I. Для этого необходимо воспользоваться формулой:

Таким образом, рассчитаны все токи в ветвях исходной схемы.

Следует отметить, что после расчета токораспределения в схеме любой сложности, легко определяются любые напряжения между любыми точками Для этого достаточно воспользоваться вторым законом Кирхгофа, записав его уже для контура, частично проходящего по ветвям схемы и замыкающегося по стрелке напряжения, подлежащего определению.

В исходной схеме напряжение Uab может быть определено из уравнения контура (A, B, R 5, R 2, A):

откуда

 

 

Пример 2.

Для схемы J = 10 mA,

G 0=10-4 1/ , R 1 = 1 kOм,

R 2 = 2 kOм, R 3 = 3 kOм,

R 4 = 4 kOм, R 5 = 5 kOм.

Определить токи в ветвях.

 

Решение:

Схема, изображенная на рисунке простая. Соединения представляют собой комбинацию последовательно – параллельного. В схеме резисторы R 4 и R 5 соединены параллельно, после их эквивалентного преобразования в сопротивление R 45 схема примет вид:

 

В этой схеме резисторы R 3 и R 45 соединены последовательно. После их эквивалентного преобразования в сопротивление R 345 схема примет вид:

В схеме после преобразования R 2 и R 345, соединеных параллельно, получается схема:

 

В схеме R 1 и R 2345, соединены последовательно, их эквивалентное RЭ:

 

Схема преобразуется к виду:

 

В этой схеме легко находится ток I по формуле:

 

Напряжение U на зажимах источника тока J определяется по закону Ома

Токораспределение в исходной схеме находится по схемам, представленным ранее

 

Пример 3.

 

В схеме цепи неуравновешенного моста

е = 1,5 В, Rвн = 0,1 , R 1 = 1 ,

R 2 = 1,6 , R 3 = 2 , R 4 = 1,2 ,

R 5 = 2 .

Требуется определить токи в ветвях.

Решение:

Данная цепь не представляет собой сочетание последовательного и параллельного соединения сопротивлений. Во всех ветвях кроме пятой ветви можно выбрать направления вычисления токов так, чтобы они получились положительными числами. Укажем направления этих токов и обозначим их, ток I 5 – произвольно.

Чтобы цепь стала обычным смешанным соединением, воспользуемся методом преобразования и заменим треугольник сопротивлений R 1, R 3, R 5 эквивалентной звездой, концы лучей которой лежат в узловых точках A, B, D (Рис. б). Сопротивления лучей звезды определим по формулам преобразования:

 

После преобразования сопротивлений RB, R 2 соединены между собой последовательно, то же и RD, R 4. Участки цепи OBС и ODC соединены между собой параллельно, а весь этот участок с RA, e, Rвн – последовательно.

Поэтому относительно источника эквивалентное сопротивление цепи

тогда ток

Для определения токов I 2, I 4 вычислим напряжение UOC на параллельном участке цепи. Для этого составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура AOCA:

,

откуда:

Токи I 2, I 4 определим по закону Ома:

Для определения токов I 1, I 3 вычислим напряжения UAB и UAD из уравнений по второму закону Кирхгофа для контуров:

ABCA

ADCA →

Ток I 5 определим из уравнения по первому закону Кирхгофа для узла B

(рис. а):

Проведем проверку правильности расчета, составив уравнения баланса мощности.

Мощность источника:

Мощность пассивных элементов цепи:



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-03-24 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: