41163

Метод узловых напряжений

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Метод узловых напряжений. Метод узловых напряжений заключается в определении на основании первого закона Кирхгофа потенциалов в узлах электрической цепи относительного некоторого базисного узла. Положительное напряжение узловых напряжений указывается стрелкой от рассматриваемого узла к базисному. Иллюстрация к методу узловых напряжений.

Русский

2013-10-23

192.5 KB

102 чел.

Лекция 4. Метод узловых напряжений.

Метод узловых напряжений заключается в определении на основании первого закона Кирхгофа потенциалов в узлах электрической цепи относительного некоторого базисного узла. Базисный узел в общем случае выбирается произвольно, потенциал этого узла принимается равным нулю. Разности потенциалов рассматриваемого и базисного узлов называется узловым напряжением.

На рис.29 представлена схема электрической цепи, содержащая пять ветвей и три узла. За базисный принят узел с индексом «0».

Узловое напряжение U10=1-0. Положительное напряжение узловых напряжений указывается стрелкой от рассматриваемого узла к базисному.

Рис.29. Иллюстрация к методу узловых напряжений.

Напряжение на ветвях цепи равно, очевидно, разности узловых напряжений концов данной ветви. Например, напряжение ветви 4 равно: U4=I4R4=U10-U20   (30)

Из формулы (30) видно, что, зная узловые напряжения, можно найти ток ветви.

Структуру уравнений получим, рассматривая схему рис.30.

Т.к. узел с индексом «0» принят за базисный, то его потенциал равен нулю. Узловые напряжения (потенциалы) узлов 1 и 2 – неизвестны.

Уравнения по первому закону Кирхгофа для 1 и 2 узлов соответственно записываются:

    (31)

Узловое напряжение     (32)

Отсюда     (33,а)

Аналогично для оставшихся токов:

    (33,б)

Выражения (33,а,б) подставляем в систему (31) и после некоторых арифметических преобразований получаем:

(34)

Обозначим  q11=q1+q2+q4+q5 – собственная проводимость узла 1.

 q22=q3+q4+q5 – собственная проводимость узла 2.

 q12=q21=q4+q5 – взаимная проводимость ветви,

соединяющей узлы 1 и 2.

 Iy1=E1q1+E2q2+E5q5 – узловой ток узла 1.

 Iy2=-E3q3-E5q5 – узловой ток узла 2.

Из приведенных выражений видно:

Собственная проводимость узла равна сумме проводимостей ветвей, сходящихся в данном узле.

Взаимная проводимость равна сумме проводимостей ветвей, соединяющих данные узлы.

Узловой ток (теоретическое понятие) – это алгебраическая сумма произведений Eiqi и Ji источников тока (если они есть) всех ветвей, примыкающих к рассматриваемому узлу. Слагаемое входит в выражение со знаком «+», если э.д.с. и источник тока направлены к узлу. В противном случае – ставится знак «-».

После введенных обозначений система (34) принимает вид:

    (35)

Из формул (35) видно, что собственная проводимость входит в выражения со знаком «+», а взаимная проводимость – со знаком «-».

Для произвольной схемы, содержащей n+1 узлов, система уравнений по методу узловых напряжений имеет вид:

  (36)

Число уравнений, составляемое по методу узловых напряжений, равно

Nур=Ny-1-Nэ.д.с.  (37)

где Nэ.д.с. – число идеальных источников э.д.с.

Пример: (общий случай)

Пример: (с идеальными э.д.с.)

Порядок расчета электрических цепей по методу узловых напряжений:

  1.  Выбираем произвольно базисный узел. Желательно нулевой потенциал представить тому узлу, где сходится большее количество ветвей. Если имеется ветвь, содержащая идеальную э.д.с., то базисный узел должен быть концом или началом этой ветви.
  2.  Составляется система уравнений для неизвестных узловых напряжений в соответствии с общей структурой этих уравнений (36).
  3.  Решая данную систему, находят напряжения узлов относительно базиса.
  4.  Токи ветвей определяют по обобщенному закону Ома:

(38)

Следствие: Если схема содержит только два узла, то в соответствие с методом узловых напряжений (в отсутствие идеальных э.д.с.) составляется только одно уравнение.

Например, для схемы рис.30:

U10q11=E1q1-E3q4+J2  (39)   

Формула (39) носит название метода двух узлов.

Рис.30. Иллюстрация к методу двух узлов.

Узловое напряжение по методу двух узлов равно:

(40)

Пример: Дано: E1=8B; E5=12B; R1=R3=1 Ом; R2=R4=2 Ом; R5=3 Ом.

Определить все токи методом узловых напряжений.

Рис.1

Решение:

Т.к. электрическая цепь содержит три узла и не содержит ветвей с идеальными источниками э.д.с., то число уравнений, составляемых по методу узловых напряжений равно 2.

Узел 3 будем считать базисным.

Тогда

Где

В результате решения системы определяем U13=2,8 B; U23=-1,95 B.

Токи в ветвях определяем по закону Ома:

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14100. Конструювання моделей із сірникових коробок та Аплікація. Види аплікацій. Естетика і культура 5.11 MB
  Конспект залікового уроку з трудового навчання проведеного в 2А класі ЗОШ ІІІІ ступенів № 2 Тема уроку: Конструювання моделей із сірникових коробок. Обєкт праці. Виготовлення моделей вантажних та легкових автомобілів. Мета. Ознайомити учнів із поняттям констр
14101. Конспект уроку Я і Україна. Декларація прав дитини. Про доброту і милосердя 607.11 KB
  Конспект уроку Я і Україна 2 клас 02. 03 Тема. Декларація прав дитини. Основний Закон держави. Обовязки батьків та дітей. Мета. Формувати в учнів уявлення про Декларацію прав людини Основний Закон нашої держави; зясувати обовязки батьків і дітей; виховувати шано...
14103. Секретарська справа. Конспект уроків та лекцій 767.33 KB
  УРОК № Тема: Вимоги до приміщення де знаходиться місце секретаря. Санітарно гігієнічні вимоги. Мета уроку: ознайомити учнів з загальними та санітарногігієнічними вимогами до приміщення секретаря. Ознайомити з сучасними тенденціями у обладнанні офісів та орга
14104. Легка атлетика. Біг на короткі дистанції. Техніка естафетного бігу та передачі естафетної палички 103 KB
  ПЛАН ВІДКРИТОГО ЗАНЯТТЯ для студентів денного відділення Тема заняття: Легка атлетика. Біг на короткі дистанції. Техніка естафетного бігу та передачі естафетної палички. Мета заняття: Місце проведення: Спортивний майданчик. Планконспект заняття ...
14105. Легка атлетика. Орієнтовний план уроку для учнів 5-х класів 43.5 KB
  Орієнтовний план уроку для учнів 5х класів початковий етап розвитку витривалості Тема уроку: Легка атлетика. Мета уроку: навчальна ознайомити з технікою бігу з низького старту. Вивчати техніку стрибку у кроці з приземленням на обидві ноги. Вивчити техніку метанн...
14106. Баскетбол. Конспект уроку для учнів 8 класу 142 KB
  КОНСПЕКТ УРОКУ для учнів 8 класу ТЕМА УРОКУ: БАСКЕТБОЛ ЗАВДАННЯ УРОКУ: вдосконалити техніку виконання ведення і передач мяча на місці і в русі; вдосконалити техніку кидків в корзину після подвійного кроку; виховувати почуття колективізму та взаємови
14107. Баскетбол. Урок з фізкультури 63.5 KB
  Місце проведення: спортивна зала Тема: Баскетбол Мета уроку: Поглибити знання учнів з історії виникнення й розвитку баскетболу. Повторити правила гри у баскетбол. Закріпити отримані дітьми навички й уміння з техніки виконання стійки гравця та пересування з мячем
14108. Цикл с параметрами 256.5 KB
  9 урок Цикл с параметрами.1 урок. Общий вид цикла для: нц для i от i1 до i2 тело_цикла кц Здесь i величина типа цел она называется параметром цикла а i1 и i2 целые выражения т. е. выражения типа цел. При выполнении цикла для тело цикла выпол няется последовательно