Основы теории электрических цепей Юрия Петровича Усова Лекции профессора ЭЛТИ

реклама
Лекция 5
Основы теории
электрических цепей
Лекции профессора ЭЛТИ
Юрия Петровича Усова
01.10.09
1
Лекция 5
01.10.09
2
Лекция 5
Теорема об эквивалентном
генераторе применяется для
расчета и анализа
линейных
цепей с постоянными или
гармоническими токами
и напряжениями
01.10.09
3
Лекция 5
МЭГ
Эта теорема доказывается
при помощи теоремы
компенсации и принципа
наложения
01.10.09
4
Лекция 5
Любой активный двухполюсник,
рассматриваемый относительно
двух зажимов (выводов), можно
представить в виде
эквивалентного источника ЭДС
или эквивалентного
источника тока.
01.10.09
5
Лекция 5
МЭГ
ЭДС или ток эквивалентного
генератора равны,
соответственно, напряжению
холостого хода или току
короткого замыкания
относительно выходных
зажимов генератора
01.10.09
6
Лекция 5
Внутреннее
сопротивление ЭГ
равно эквивалентному
сопротивлению активного
двухполюсника
относительно рассматриваемых
зажимов
01.10.09
7
Лекция 5
а
Iк
ZГ
Zк
Zк
EГ
а Iк
А
+
b
+
Uк
JГ
а
Iк
b
+
ZГ
01.10.09
Uк
Zк
b
Uк
8
Лекция 5
где
когда
01.10.09
EГ 
Iк  0
( хх)
Uк
при
Zк  
9
Лекция 5
где
JГ
когда
01.10.09
EГ
(кз )

 Iк
ZГ
U к  0 при
Zк  0
10
Лекция 5
Z Г  Z ab
01.10.09
11
Лекция 5
Эта теорема используется
как метод эквивалентного
генератора для расчета
тока, протекающего в
некоторой, например,
в к-ой ветви электрической
цепи.
01.10.09
12
Лекция 5
Iк
Eг


Zг  Zк
Jг Z г
Jг


Z
Zг  Zк
к
1
01.10.09
Zг
13
Лекция 5
Правила
преобразований
схем замещения
линейных цепей
01.10.09
14
Лекция 5
Преобразование
электрических схем
используются для
их упрощения
и обосновываются
при помощи законов
Ома и Кирхгофа
01.10.09
15
Лекция 5
1. Правило разброса
I1
Z1
I
Z2
I2
01.10.09
Z2
I1  I
Z1  Z 2
Z1
I2  I
Z1  Z 2
16
Лекция 5
2. Обобщенный закон Ома
а
I
Z
Е
в
01.10.09
I
а  в  E
Z
17
Лекция 5
3. Последовательное
соединение ЭДС и
сопротивлений
Z3
Е2
а
+
Е3
U
Z2 Е
1
I
I
а
+
ЕЭ
U
в
Z1
01.10.09
ZЭ
в
18
Лекция 5
E Э  Е1  Е 2  Е 3
Z Э  Z1  Z 2  Z 3
01.10.09
19
Лекция 5
4. Параллельное
соединение источников
тока
I
J1
J2
J3
I
а
+
+
U
в
а
U
JЭ
в
J Э  J1  J2  J3
01.10.09
20
Лекция 5
5. Параллельное
соединение ЭДС и
сопротивлений
I
+
Z1
Z2
Е2
Е1
01.10.09
Z3
а
I
+
ZЭ
U
а
U
ЕЭ
в
в
21
Лекция 5
ZЭ
1

1 1
1
Z3
Z2
Z1
EЭ
01.10.09
 Е1 Е 2 


  ZЭ
 Z1 Z 2 
22
Лекция 5
6. Замена источника тока
на источник ЭДС и
наоборот
I
J
Z1
а
+
U
I
Z2
Е
в
Z1  Z 2
01.10.09
+
а
U
в
E  JZ1
23
Лекция 5
7. Преобразование треугольника
в звезду и наоборот
а
Z ab
Z сa
с
b
Z bc
01.10.09
24
Лекция 5
Zа 
Zb 
Zс 
01.10.09
Z аb
Z аb Z cа
 Z bc  Z cа
Z аb
Z аb Z bc
 Z bc  Z cа
Z аb
Z са Z bc
 Z bc  Z cа
25
Лекция 5
Z аb
Zа Z b
 Zа  Z b 
Zc
Z bс
Z b Zc
 Z b  Zc 
Za
Z са
Zс Zа
 Zс  Zа 
Zb
01.10.09
26
Лекция 5
8. Перенос источников ЭДС
Е
Е
а
Е
в
а
в
Е
Е
Е
а,в
01.10.09
Е
27
Лекция 5
9. Перенос источников тока
а
а
J
Z1
Z1
в
в
Z2
J
с
01.10.09
Z2
J
с
28
Лекция 5
а
а
J
Z1
Z1
в
Z2
J
в
Е1
Z2
Е2
с
с
E1  Z1 J
01.10.09
E2  Z2 J
29
Лекция 5
На основе приведенных
правил можно реализовать
метод преобразований для
расчета тока или
напряжения в любой,
например, в к-ой
ветви схемы
01.10.09
30
Лекция 5
Метод преобразования
Для этого схема преобразуется
до одного контура с искомым
током или напряжением, где
эти величины легко определяются
01.10.09
31
Лекция 5
Пример
Z1
I1
в
Z2
Е1
а
Z4
Е2
с
Z3
Определить
d
Z5
J
I1
методом
преобразования
01.10.09
32
Лекция 5
а)
перенос
источников
тока
Z
1
Е1
I1
Z2
Z4
E4  Z4 J
01.10.09
Z3
Е2
а
Е4
в
с
d
Е5
Z5
E5  Z5 J
33
Лекция 5
б)преобразования
соединений сопротивлений
и ЭДС
Z1,4 I
1
в
Z 2,3,5
Е1,4
а
01.10.09
Е 2,5
с
34
Лекция 5
E1,4  Е1  Е 4
Z1,4  Z1  Z 4
Z 2,3,5
E 2,5
01.10.09
Z 2 (Z 3  Z 5 )

Z2  Z3  Z5
Е5 
 Е2


  Z 2,3,5
 Z2 Z3  Z5 
35
Лекция 5
ЕЭ
ZЭ
I1
E Э  Е1,4  Е 2,5
Z Э  Z1,4  Z 2,3,5
E
I1  Э
01.10.09
ZЭ
36
Лекция 5
Метод
наложения
01.10.09
37
Лекция 5
Метод наложения справедлив
для линейных цепей и
основывается на принципе
наложения, когда любой
ток равен алгебраической
сумме частичных
токов от действия
каждого источника
в отдельности.
01.10.09
38
Лекция 5
01.10.09
Iк 
(n )
  Iк
Uк 
(n )
  Uк
39
Лекция 5
Для расчета
частичных токов
исходная схема
разбивается на
подсхемы.
01.10.09
40
Лекция 5
Метод наложения
В каждой подсхеме действует
один источник ЭДС или тока.
Остальные источники ЭДС
закорочены, ветви с
остальными источниками
тока разорваны.
01.10.09
41
Лекция 5
Пример
Z3
с
Z4
Z2
а
J
I4
Е2
Z1
в
Определить
I4  ?
Е1
d
01.10.09
42
Лекция 5
а) подсхема с
:
с
Е1
Z3
Z4
Z2
а
(1)
I4
в
Z1
Е1 I(1)
1
d
01.10.09
43
Лекция 5
(1)
I1

Z2 Z4
(Z1  Z 3 ) 
Z2  Z4
(1)
I4
01.10.09
E1

(1)
I1
Z2
Z2  Z4
44
Лекция 5
б) подсхема с
:
с
Е2
Z3
Z4
Z2
а
(2 )
I4
в
Е2
Z1
d
01.10.09
45
Лекция 5
( 2)
I4
01.10.09
E2

Z 2 (Z1  Z 3 )
Z4 
Z 2  (Z1  Z 3 )
46
Лекция 5
в) подсхема с J :
Z3
с
Z4
Z2
а
(3 )
I4
J
(3 )
I3
в
Z1
d
01.10.09
47
Лекция 5
(3 )
I3
J
Z2 Z4
Z1  (Z 3 
)
Z2  Z4
(3 )
I4
01.10.09
Z1

(3 )
I3
Z2
Z2  Z4
48
г) окончательный
результат
I4 
01.10.09
(n )
  I4

(1)
I4

Лекция 5
(2)
I4

(3)
I4
49
Лекция 5
Метод узловых
потенциалов - МУП
01.10.09
50
Лекция 5
МУП используется
для расчета сложных
схем замещения
с постоянными или
гармоническими
напряжениями и токами.
01.10.09
51
Лекция 5
МУП
Расчетные уравнения МУП
могут быть доказаны при помощи
законов Кирхгофа и обобщенного
закона Ома
01.10.09
52
Лекция 5
Получим расчетное
уравнение МУП
для узла “а”
некоторой схемы
01.10.09
53
Лекция 5
в
Е1
с
01.10.09
Z2
Z1
I1
а
I2
J
d
54
Лекция 5
По обобщенному закону Ома
I1  (с  а  Е1)  Y1
I2  (а  в )  Y2
где
Y1  1
Z1
Y2  1
Z2
- проводимости ветвей
01.10.09
55
Лекция 5
По 1 закону Кирхгофа для
узла а:
 I1  I2  J  0
или
 (с  а  Е1)  Y1  (а  в )  Y2  J
01.10.09
56
Лекция 5
Тогда
(Y1  Y2 )  a  Y2 в  Y1 с  Е1 Y1  J
Т.е. в общем виде для узла к- узла:
Y кк  к   Y mк  m 
01.10.09
( у)
Iк
57
Лекция 5
Y кк  узловая проводимость к узла;
к  потенциал к - узла
01.10.09
58
Лекция 5
Y mк  проводимость ветви,
соединяющей к и m узлы
(у)
Iк
   Е q Y q    Jq
- узловой ток к узла
01.10.09
59
Лекция 5
K
Таким образом потенциал
ссматриваемого к-узла умножает
на сумму проводимостей ветвей
подходящих к этому узлу, причем
перед этим произведением всегд
ставится знак “+” и проводимость
ветви с источником тока
равна нулю
01.10.09
60
Лекция 5
МУП
Перед этим произведением
всегда ставится знак “+” , а
проводимость ветви с
источником тока равна нулю.
01.10.09
61
Лекция 5
МУП
Потенциал соседнего
m-узла умножается на
проводимость
ветви, соединяющей
рассматриваемый к-узел
с m-узлом.
01.10.09
62
Лекция 5
Перед этим
произведением
всегда ставится
знак “-”
01.10.09
63
Лекция 5
В правой части уравнения
записывается узловой ток
рассматриваемого к-узла, равный
алгебраической сумме
подходящих к этому узлу токов
источников тока и произведений
подходящих к этому узлу
ЭДС на проводимости своих
ветвей
01.10.09
64
Лекция 5
В узловом токе со знаком “+”
берутся те слагаемые, у которых
источники тока и ЭДС
направлены в рассматриваемый
к-узел
01.10.09
65
Лекция 5
Потенциал одного из узлов
принимается равным нулю.
За такой узел принимается
узел, соединенный с
корпусом(“землей”), или один
из узлов,к которому подходит
ветвь с ЭДС и нулевым
сопротивлением
01.10.09
66
Лекция 5
Таким образом для
схемы с nУ узлов
по МУП составляется
система, содержащая
n1 = nУ – 1 уравнений.
01.10.09
67
Лекция 5
МУП
Из решения системы
определяются
потенциалы узлов, а затем
по обобщенному закону Ома
рассчитываются токи и
напряжения
в ветвях схемы
01.10.09
68
Лекция 5
Пример
Z1
Е1
а I2
I1 d
+
UJ
J
Е3
Z2
I3
в
Е5
Z4 I
4
с
I5
Z5
01.10.09
69
Лекция 5


в



(Y  Y  Y ) 
2
5
 1


  Y 5 a  ( Y 4 

 0
01.10.09
d  E 3
a  Y1 d  Y5 с  Е1 Y1  Е 5 Y5
Y5 )  с  Е 5 Y5  J
70
Лекция 5




(Y1  Y 2  Y 5 ) ( Y 5 )  





( Y 5 )
(Y 4  Y 5 ) 








 Е1 Y1  Е 5 Y 5  Е 3 Y1



 Е 5 Y5  J





а



с












=
01.10.09

=
71
Лекция 5
I1  (a  d  Е1)  Y1
I4  (в  с )  Y 4
I3  I1  J
I2  (a  в )  Y2
I5  (с  а  Е 5 )  Y5
U J  d   c
01.10.09
72
Лекция 5
МУП
Правильность расчета,
как обычно, проверяется
балансом мощности.
01.10.09
73
Скачать