Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Методы анализа линейных электрических цепей. Электрические цепи постоянного тока

.pdf
Скачиваний:
3
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
4.3 Mб
Скачать

G G

21

G 1

1

Ом-1,

 

 

 

 

 

12

 

 

3

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– узловые токи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

11

G E G E

2

 

1 E 1

E 6 А,

 

 

 

 

1

1

2

 

R

1

R

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

J22

J 8A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение системы узловых уравнений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0,

2 6 B,

 

 

 

по обобщенному закону Ома определяем токи в ветвях:

 

 

 

 

 

 

 

I1 E1 1 0

36 0 0

9 А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

I2

E2 1 0

12 0 0 3А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

I3 2 1 6 0 6А, I4

2 0 6 0

2А.

 

 

 

 

 

R3

 

 

1

 

 

 

R4

3

 

 

Напряжение на источнике тока:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U J 2 0 6 0 6В.

 

 

6.2(р). Дано: E2 = 8 В, R1 = R2 = R3 = 2 Ом, показание вольт-

метра UV = 24 В (рис. 2 к задаче 6.2(р)).

 

 

E2

 

 

 

Определить

показание

вольт-

 

 

 

 

 

1

 

 

метра в случае размыкания ветви с

+

E1

 

 

сопротивлением R2.

 

 

 

 

 

 

 

R2

R3

Решение.

Заменим паралле-

V

R1

 

 

льное соединение резисторов R2

и R3

 

 

 

 

 

 

 

эквивалентным сопротивлением

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2 к задаче 6.2(р)

 

141

 

 

 

 

R23

R2R3

 

1Ом.

 

 

 

 

 

 

 

R2 R3

 

 

 

 

 

 

В соответствии с методом двух узлов:

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

E2

 

 

 

 

 

UV 1 2

R

 

 

R

 

 

 

 

 

 

1

 

 

23

 

 

 

 

 

 

1

 

1 24 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

R

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

23

 

 

 

 

Из этого выражения можно определить величину ЭДС

источника E1 = 88 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В случае обрыва ветви с сопротивлением R2

показание

вольтметра следующее:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

E2

 

88

 

8

 

 

 

UV 1 2

R1

R3

 

2

2

 

 

 

1

 

1

 

 

1

 

1 40В.

 

 

 

 

 

 

R

R

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

6.3(р). Дано: E2 = 50 В, J4 = 2,5 А, R1 = 40 Ом, R3 = 30 Ом,

R4 = 10 Ом, R5 = 20 Ом, R6 = 50 Ом (рис. 3 к задаче 6.3(р)).

 

 

 

R5

 

 

 

 

 

 

 

 

Определить токи всех ветвей,

 

1

 

 

проверить

 

выполнение

баланса

 

 

+

 

I5

мощности.

 

 

 

R1

E2

J4

 

R6

 

 

 

 

 

 

Решение. Направление то-

 

R4

ков ветвей и напряжения на источнике

 

 

 

 

I1

I2

 

 

тока выбраны произвольно.

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Поскольку в цепи есть ветвь с

 

0

R3

I3

 

 

 

 

 

 

 

идеальным

источником ЭДС E2, в

 

Рис. 3 к задаче 6.3(р)

 

качестве опорного узла рекомендует-

 

 

 

 

 

ся выбирать узел 0 или 1. Для

 

определенности 0

0, тогда

потенциал узла 1 известен и равен 1

 

E2 50В.

 

 

Таким образом, неизвестным узловым потенциалом является

2 , для которого составим одно уравнение:

 

 

142

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G21 1 G22 2 J22 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где G

– общая проводимость, G

21

 

1

 

 

1

 

 

1

 

Ом-1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R5 R6

20 50

70

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

собственная

узловая

 

проводимость,

G

 

1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

 

R3

R5 R6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

1

 

Ом-1;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

21

 

 

J4 2,5 А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J22

– узловой ток,

J22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате решения уравнения получим 2

37,5В.

 

 

 

 

 

 

Токи ветвей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1 0 1 E2

50 1,25А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

R1

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I3

 

2 0

 

 

37,5 1,25А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I5

 

1

2

 

50 ( 37,5)

1,25А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20 50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R5 R6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ток в ветви с идеальным источником ЭДС определяется по первому закону Кирхгофа:

I2 I1 I3 1,25 1,25 0.

Напряжение на источнике тока определяется по обобщенному закону Ома:

U J 1 2 J4R4 50 ( 37,5) 2,5 10 112,5В.

Суммарная мощность источников:

Pист E2I2 UJ J4 50 0 112,5 2,5 281,25Вт,

Суммарная мощность потребителей:

143

 

 

P I 2R I 2R J 2R I 2

R R

 

 

 

 

потр

1

 

1

3

3

 

 

4

4

5

 

5

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,252 40 1,252 30 2,52 10 1,252 70 281,25Вт.

 

 

 

6.4(м). Дано: E1 = 24 В, E2

= 24 В, E3 = 20 В, R1 = 5 Ом,

R2 = 6 Ом, R3 = 2 Ом, R4 = 8 Ом, R5 = 6 Ом, R6 = 3 Ом, R7 = 6 Ом,

(рис. 4 к задаче 6.4(м)).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R6

 

 

R7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R4

 

 

R5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J2

 

 

 

E3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1

 

 

 

E2

 

 

 

E3

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

I3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4 к задаче 6.4(м)

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5 к задаче 6.5

 

Определить токи ветвей с источниками ЭДС методом двух узлов, проверить выполнение баланса мощности.

Методические указания. Данную электрическую цепь необходимо заменить эквивалентной, имеющей два узла и три ветви, для чего потребуется преобразовать треугольник сопротивлений в эквивалентную звезду и определить необходимые токи методом двух узлов. Для определения токов через резисторы необходимо вернуться к исходной цепи и применить законы Кирхгофа и Ома.

= R3

6.5. Дано: E1 = 6 В,

E3 = 8 В,

J2 = 6 А,

R1 = 4 Ом, R2

=

= 2 Ом (рис. 5 к задаче 6.5).

 

 

 

 

Определить ток I3 методом узловых потенциалов, выполнив

эквивалентное преобразование активной ветви.

 

 

 

6.6. Дано: E1 = 40 В,

E3 = 20 В,

J2 = 5 А,

J6 = 2 А, R2 = R3

=

= R4

= R5 = R6 = 10 Ом (рис. 6 к задаче 6.6).

 

 

 

Определить токи всех ветвей методом узловых

потенциалов, проверить выполнение баланса мощности.

 

144

6.7(м). Дано: E7 = 50 В, E8 = 30 В, J4 = 2 А, R1 = R3 = 10 Ом, R2 = 20 Ом, R4 = R5 = R6 = 40 Ом (рис. 7 к задаче 6.7(м)).

Определить токи всех ветвей методом узловых потенциалов, проверить выполнение баланса мощности.

 

 

R3

 

+

J2

 

 

E1

 

E3

R4

 

R2 R5

+

J6

R6

 

 

 

Рис. 6 к задаче 6.6

R1

4

R2

 

 

 

 

E7

 

R5 E8

3+

1

2

R3

 

R6

J4

 

R4

 

 

5

 

 

Рис. 7 к задаче 6.7(м)

Методические указания. Поскольку в цепи есть две ветви с идеальными источниками ЭДС E7 и E8, в качестве опорного узла рекомендуется выбирать узел 1, 2 или 3.

Если в качестве опорного узла выбрать узел 1 и принять его потенциал равным нулю, то потенциалы 2 E7 и 3 E7 E8 . Если в качестве опорного узла выбрать узел 2 и принять его потенциал равным нулю, то потенциалы 1 E7 и 3 E8 . Если в качестве опорного узла выбрать узел 3 и принять его потенциал равным нулю, то потенциалы 2 E8 и 1 E7 E8 .

Далее необходимо составить систему узловых уравнений для узлов 4 и 5. Токи I7 и I8 определить по первому закону Кирхгофа.

6.8(р). Дано: J = 1 А, R1 = 8 Ом, R2 = 2 Ом R3 = 5 Ом, R4 = 4 Ом, R5 = 6 Ом (рис. 8 к задаче 6.8(р)).

Определить токи всех ветвей методом узловых потенциалов, используя эквивалентное преобразование активной ветви; проверить выполнение баланса мощности.

Решение. В цепи – идеальный источник тока. Устранение контура идеального источника тока было показано в главе 2. Этапы такого преобразования показаны на рис. 9 и 10 к задаче 6.8(р).

145

 

 

 

 

 

 

EЭ1

R1

R2

 

+

R1 R3

R2

J

R1 R3

R2

 

R3

I2

 

 

0

1

 

J

 

 

 

 

 

I3R5

 

 

 

 

 

EЭ2

 

 

 

R4

R5

J

R4

R5

R4

I5

Рис. 8 к задаче 6.8(р)

 

Рис. 9 к задаче 6.8(р)

Рис. 10 к задаче 6.8(р)

 

Параметры

 

эквивалентных

 

источников

 

ЭДС:

EЭ1 JR1 1 8 8В, EЭ2 JR4 1 4 4В.

 

 

 

 

 

Преобразованная электрическая цепь (см. рис. 10 к задаче 6.8(р)) имеет два узла, в отличие от исходной цепи (см. рис. 8 к задаче 6.8(р)), в которой было четыре узла. Пусть потенциал точки 00 0, тогда в соответствии с методом двух узлов потенциал

точки 1 будет следующим:

 

J11

 

 

EЭ1

 

 

 

 

 

EЭ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

4

 

 

 

 

 

R1 R2

 

R4 R5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 2

4 6

1В.

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

G11

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

R

R

R

 

R

4

R

 

 

 

 

8 2

5

 

4 6

 

 

1

2

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По обобщенному закону Ома:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

 

0

1 EЭ1

 

 

 

1 8

 

0,7А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1 R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I3

 

0

1

 

1 0,2А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I5

1

0 EЭ2

 

 

1 4

 

0,5А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R4 R5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Токи I1 и I4 определим по исходной цепи (см. рис. 8 к задаче

6.8(р)).

По второму закону Кирхгофа:

146

I1R1 I3R3 I2R2 0,

I3R3 I5R5 I4R4 0,

следовательно,

I1 I2R2R1I3R3 0,7 2 8( 0,2) 5 0,3А,

I4 I3R3R4I5R5 0,2 54 0,5 6 0,5А,

или по первому закону Кирхгофа:

I1

J I2

1 0,7 0,3А,

I4

J I5

1 0,5 0,5А.

Для проверки баланса мощности необходимо найти напряжение на источнике тока, для чего воспользуемся вторым законом Кирхгофа:

U J I1R1 I4R4 0,3 8 0,5 4 4,4В.

Мощность источника тока:

Pист U J J 4,4 1 4,4Вт,

мощность потребителей:

Pпотр I12R1 I22R2 I32R3 I42R4 I52R5

0,32 8 0,72 2 0,22 5 0,52 4 0,52 6 4,4 Вт.

6.9. Дано: J3 = 2 А, E1 = 6 В, E4 = 12 В, R1 = R2 = R3 = 4 Ом,

R5 = 2 Ом (рис. 11 к задаче 6.9).

Определить токи всех ветвей методом узловых потенциалов; проверить выполнение баланса мощности.

6.10. Дано: J1 = 2 А, E2 = 200 В, E3 = 30 В, E4 = 80 В, E7 = 38 В, E8 = 60 В, R2 = 20 Ом, R3 = 10 Ом, R4 = 5 Ом, R5 = 10 Ом, R6 = 5 Ом, R7 = 2 Ом, R8 = 1 Ом (рис. 12 к задаче 6.10).

147

Определить токи всех ветвей методом узловых потенциалов; проверить выполнение баланса мощности.

E1

R1

 

 

 

R2

 

 

+

E4

R5

J3

 

 

R3

 

 

Рис. 11 к задаче 6.9

 

+

 

J1

 

 

 

 

 

 

E2

R2

R3

E3

 

 

 

E4

 

R4

R5

R6

 

 

R7

 

 

 

R8

E8

E7

 

Рис. 12 к задаче 6.10

6.11. Дано: E1 = 2 В, E2 =4 В, E2 =12 В, E4 = 19 В, E5 = 12 В, R1 0,5 Ом, R1 1 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 10 Ом, R4 = 2 Ом, R5 = 3 Ом (рис. 13 к задаче 6.11).

Определить показание амперметра с применением метода узловых потенциалов.

 

 

R3

 

R

E2

E4

E5

1

 

E1

R2

 

 

R1

E2

R4

R5

 

+

А

 

 

Рис. 13 к задаче 6.11

 

 

J3

 

 

 

+

 

R1

E4

R4

 

E1

R2

E5

R6

R1

 

 

 

Рис. 14 к задаче 6.12

 

6.12. Дано: E1 = 4 В, E4 = 2 В, E5 = 5 В, J3 = 3 А, R1 4 Ом, R1 4 Ом, R2 = 2 Ом, R4 = 1 Ом, R6 = 1 Ом (рис. 14 к задаче 6.12).

Определить токи всех ветвей методом узловых потенциалов; проверить выполнение баланса мощности.

148

6.13.Дано: E1 = 4 В, E2 = 2 В, E3 = 5 В, E4 = 6 В, E5 = 4 В, J1 =

=2 А, J2 = 3 А, R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 4 Ом, R4 = 3 Ом, R5 = 1 Ом (рис. 15 к задаче 6.13).

Определить напряжение на источниках тока методом узловых потенциалов; проверить выполнение баланса мощности.

R2

E2

 

E4

R4

 

 

 

+

 

E3

+

J1

 

 

 

 

E1

R1

R3

R5

E5

 

 

 

Рис. 15 к задаче 6.13

 

 

R6

 

R4

R5

 

J2 E1

R3

E2

R1

R2

 

Рис. 16 к задаче 6.14

 

6.14.Дано: E1 = 100 В, E2 = 40 В, R1 = R3 = 6 Ом, R2 = 12 Ом, R4 = 10 Ом, R5 = R6 = 20 Ом (рис. 16 к задаче 6.14).

6.15.Дано: E1 = 20 В, J6 = 3 А, R2 = R3 = 10 Ом, R4 = 2 Ом, R5 = 6 Ом (рис. 17 к задаче 6.15).

 

R3

 

 

+

 

R2

E1

J6

R4

 

 

 

 

R5

 

Рис. 17 к задаче 6.15

 

R2

 

R1

 

E0

E2

R3

 

R4

 

Рис. 18 к задаче 6.16

 

Определить токи ветвей методом узловых потенциалов; проверить выполнение баланса мощности.

6.16. Дано: E0 = 4,5 В, Е2 = 3,5 В, R1 = R2 = R3 = 1 Ом, R4 = R5 = 2 Ом (рис. 18 к задаче 6.16).

Определить токи ветвей методом узловых потенциалов; проверить выполнение баланса мощности.

149

6.17. Дано: E1 = 20 В, E2 = 10 В, E3 = 10 В, R1 = 8 Ом,

R2 = 2 Ом, R3 = 4 Ом, R4 = 4 Ом, R5 = 2 Ом, R6 = 8 Ом (рис. 19 к задаче

6.17).

Определить показание вольтметра методом узловых

потенциалов.

 

 

 

 

E1

 

 

R1

R4

E2

E3

 

 

V

R2

R3

R5 R6

 

 

Рис. 19 к задаче 6.17

6.18(м). Дано: E1 = 48 В, E2 = 40 В, R3 = R4 = 2 Ом, R5 = R6 = = 6 Ом (рис. 20 к задаче 6.18(м)).

Определить токи ветвей методом узловых потенциалов, проверить выполнение баланса мощности.

R3

 

 

 

 

E1

R4

E1

R2

E3

 

E2

V

 

 

 

R6

R5

R1

E2

R3

 

 

 

 

Рис.20кзадаче6.18(м)

 

Рис. 21 к задаче 6.19

 

Методические указания. Особенностью цепи является наличие двух ветвей с идеальными источниками ЭДС E1 и E2, которые расположены в ветвях, не имеющих общего узла. Необходимо один источник ЭДС перенести через узел, т.е. «расщепить» идеальный источник ЭДС на два источника (подробно этот прием был рассмотрен в главе 2). Далее задача может быть решена методом двух узлов.

150

Соседние файлы в папке книги