41169

Теоремы линейных цепей. Метод эквивалентного генератора

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В электрической цепи любой пассивный элемент можно заменить эквивалентным источником напряжения, э.д.с. которого равна падению напряжения на данном элементе E=U=IR и направлена навстречу току. E =E =IR то точки '''' и ''d'' ''c'' и ''b'' оказываются соответственно точками одинакового потенциала: Таким образом закоротив точки '''' и ''d'' и исключив получим этот участок из ветви b получим схему рис. Ток ветви при этом не изменится. k ой ветви Ek вызывает в ветви n ток In то этот же источник э.

Русский

2013-10-23

424 KB

36 чел.

Лекция 5. Теоремы линейных цепей. Метод эквивалентного генератора

  1.  Теорема компенсации.

В электрической цепи любой пассивный элемент можно заменить эквивалентным источником напряжения, э.д.с. которого равна падению напряжения на данном элементе E=U=IR и направлена навстречу ему.

Справедливость этого утверждения вытекает из того, что любое из слагающих падения напряжений, входящих в уравнения по второму закону Кирхгофа может быть перенесено в другую сторону уравнения с противоположным знаком, т.е. может рассматриваться как дополнительная э.д.с., направленная навстречу току.

Рис.31. Служит иллюстрацией к доказательству теоремы компенсации.

Рис. 31. Иллюстрация к теореме компенсации.

Если в ветвь ''ab'' рис.31,а последовательно включить две равные, но противоположно направленные э.д.с. E/=E//=IR, то точки ''a'' и ''d'', ''c'' и ''b'' оказываются соответственно точками одинакового потенциала:

Таким образом, закоротив точки ''a'' и ''d'' и исключив, получим этот участок из ветви «ab», получим схему рис. 31,в. Ток ветви при этом не изменится.

  1.  Теорема взаимности (обратимости).

Если источник э.д.с. k- ой ветви Ek вызывает в ветви «n» ток In, то этот же источник э.д.с., будучи включенным в ветвь «n» вызовет в ветви «k» тот же ток Ik=In.

Рис.32. Иллюстрация к теореме взаимности.

In=Ekqkn,      Ik=Enqnk          (41)

Эти выражения вытекают из формулы 27,в.

Т.к. qkn=qnk и Ek=En, то In=Ik.

Все пассивные линейные электрические цепи обладают свойствами взаимности (обратимости).

Электрические цепи, для которых выполняется условие qkn=qnk называются обратимыми цепями.

Использование метода обратимости пассивных линейных электрических цепей в ряде случаев упрощает расчеты.

Пример.

Определить величину и направление тока I4 в цепи, воспользовавшись для расчета цепи теоремой взаимности. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.

E1=10B; R1=4Ом; R2=6Ом; R3=4Ом; R4=1,8Ом; R5=1Ом.

Решение:

Использование теоремы взаимности позволяет преобразовать сложную исходную цепь рис.1 в простую рис.2.

Простой цепь оказалась потому, что узлы «d» и «b» после переноса источника в ветвь c-d, связанные между собой проводом без сопротивления, слились в один узел. Следовательно, сопротивления R1 и R2 соединены параллельно. Так же параллельно соединены сопротивления R3 и R5.

На рис.3 эта же цепь изображена наглядно:

Эквивалентное сопротивление:

Ток

Токи I1/ и I5/ найдем по правилу плеч:

Ток

Но ток I/ в схеме рис.2 после переноса источника в четвертую ветвь, согласно теореме взаимности, должен быть равен току I4 в схеме рис.1 до переноса этого источника:

I4=I/=0,4(A)

Следует обратить внимание на то, что направление э.д.с. на рис.2 выбрано совпадающим с положительным направлением тока этой ветви до переноса э.д.с. При этом положительное направление тока I/ на рис.2 должно совпадать с направлением э.д.с. в этой ветви до переноса источника.

Метод взаимности основан на теореме взаимности.

  1.  Теорема об эквивалентном источнике.

С помощью этой теоремы сложная электрическая схема с произвольным числом источников электрической энергии приводится к схеме с одним источником. Благодаря этому расчет электрической цепи упрощается.

Существует два варианта теоремы об эквивалентном источнике: вариант с источником напряжения и вариант с источником тока.

Теорема об эквивалентном источнике напряжения.

По отношению к зажимам произвольно выбранной ветви оставшаяся активная часть цепи (активный двухполюсник) может быть заменена эквивалентным генератором. Параметры генератора: его э.д.с. Eэкв. Равна напряжению на зажимах выделенной ветви при условии, что эта ветвь разомкнута, т.е. Eэкв.=Uxx; его внутренне сопротивление r0 равно эквивалентному сопротивлению пассивной электрической цепи со стороны зажимов выделенной ветви.

Рис.33. Иллюстрация к теореме об эквивалентном

источнике напряжения.

Эквивалентная схема – схема Гемгольца-Тевенина.

Данная теорема доказывается следующим образом: в ветвь ab две одинаковые по величине и противоположно направленные э.д.с. E1=E2 при условии, что они равны напряжению холостого хода между зажимами a-b: E1=E2=Uxx.

В соответствии с принципом наложения определяем ток Ik как сумму двух токов: Ik, возникающего под действием э.д.с. E1 и всех источников оставшейся части схемы,  и тока Ik//, возникающего от независимого действия источника E2.

Ток Ik/=0, т.к. E1=Uxx

Ток Ik/=Ik в эквивалентной схеме, называемой схемой Гемгольца-Тевенина равен

       (42)

где r0- эквивалентное сопротивление всей пассивной цепи П.

Теорема об эквивалентном источнике тока.

Ток в любой ветви «a-b» линейной электрической цепи не изменится, если электрическую цепь, к которой подключена данная ветвь, заменить эквивалентным источником тока. Ток этого источника должен быть равен току между зажимами a-b закороченными накоротко, а внутренняя проводимость источника тока должна равняться входной проводимости пассивной электрической цепи со стороны зажимов «a» и «b» при разомкнутой ветви «ab».

Рис.34 иллюстрирует эту теорему.

Рис.34

Действительно, из условия эквивалентности источников тока и напряжения следует: источник напряжения э.д.с. которого равна Uxx, а внутренне сопротивление равно r0 может быть заменен источником тока:

       (43)

Jэкв., определенное по формуле (43), является током короткого замыкания, т.е. током, проходящим между зажимами «a-b», замкнутыми накоротко.

Искомый ток ветви «k» равен:

      (44)

где .

Методы решения задач, основанные на теоремах об эквивалентном источнике напряжения и об эквивалентном источнике тока, называются соответственно методом эквивалентного генератора и методом эквивалентного источника тока.

Эти методы используются в тех случаях, когда по условию задачи требуется рассчитать ток только одной ветви электрической цепи.

Порядок расчета задачи методом эквивалентного генератора:

  1.  разрывают выделенную ветвь схемы и путем расчета оставшейся части схемы одним из методов определяют Uxx на зажимах разомкнутой ветви;
  2.  определяют r0 (внутренне сопротивление эквивалентного источника) по отношению к зажимам выделенной ветви методом эквивалентных преобразований.

При этом обязательно изображается пассивная схема, где источники э.д.с. заменяются их внутренними сопротивлениями (если э.д.с. -  идеальная, то участок ее подключения изображается короткозамкнутым), источники тока заменяются их внутренними проводимостями (ветви с идеальными источниками тока разрываются);

  1.  Определяют ток выделенной ветви по закону Ома:

.

Параметры эквивалентного генератора для реальной цепи могут быть получены на основе опытов холостого хода и короткого замыкания. Из опыта x.x. определяют Uxx, а из опыта к.з. – Ik.з. Внутреннее сопротивление источника: .

Пример: В цепи, изображенной на рис.1 измерено напряжение между зажимами a-b вольтметром с весьма большим сопротивлением: Ua-b=60B. Затем между зажимами a-b включили амперметр, сопротивлением которого можно пренебречь, ток, показанный амперметром I=1,5A. Сколько покажет вольтметр с сопротивлением RV=760(Ом), если его включить между зажимами a-b?

Решение: Решим задачу методом эквивалентного генератора. Генератором будем считать цепь, очерченную пунктиром. Пусть это будет генератор напряжения. Э.д.с. этого генератора, равная напряжению холостого хода, измерена вольтметром с большим внутренним сопротивлением. Следовательно Eэкв.=60B. Ток короткого замыкания показал амперметр: Iк.з.=1,5A. Но ток короткого замыкания ограничен только внутренним сопротивлением генератора. Следовательно, его внутренне сопротивление:

Если теперь к зажимам a-b подключить сопротивление RV=760(Ом), ток через это сопротивление будет равен:

А падение напряжения на этом сопротивлении:

U=IRV=57(B).

Это напряжение покажет второй вольтметр.

Решим задачу, выбрав в качестве эквивалентного генератора генератор тока:

Параметрами генератора тока являются его задающий ток Jэкв. И внутренняя проводимость G0. Задающий ток может быть измерен или определен как ток короткого замыкания: Jэкв.=Jк.з.=1,5(A).

Внутренняя проводимость может быть определена из опыта холостого хода, т.к. в этом опыте ток генератора замыкается только через G0:

Эквивалентная проводимость цепи при подключенном вольтметре равна:

Напряжение между зажимами генератора при подключении второго вольтметра:


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

23392. ПОВЕРКА ЭЛЕКТРОННОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИОМЕТРА 72.92 KB
  max=[Δ1;2max EkEн]100 Vприв.max=[E2E1max EkEн]100 K=05 Условие: .
23393. Поверка электронного автоматического потенциометра калибратором измерителем ИКСУ-2000 67.73 KB
  Показания образцового прибораСо оС Показания поверяемого прибораСп оС Абсолютная погрешность поверяемого прибора Δ оС Относительная погрешность поверяемого прибора δ Приведённая погрешность поверяемого прибора δpr 0 05 05 025 40 38 2 5 1 80 78 2 25 1 120 1185 15 125 075 160 159 1 0625 05 200 1995 05 025 025 160 1595 05 03125 025 120 119 1 0833333 05 80 785 15 1875 075 40 39 1 25 05 0 05 05 025 Δ=CоСп δ= Δ Со100 δpr= Δ 200100 K=05; δprmax=1 Прибор не удовлетворяет классу точности Δ=fCo δ=fCo...
23394. Поверка автоматического электронного моста 284.18 KB
  моста Ом Абсолютная вариация V Ом прямой ход Rt1 обратный ход Rt2 прямой ход1 обратный ход2 0 46 4561 4556 039 044 005 40 5316 5278 5277 038 039 001 80 60463 5996 5995 0503 0513 001 120 6752 6697 6695 055 057 002 160 7452 7383 7395 069 057 012 200 8143 8075 808 068 063 005 1= Rt Rt1 2= Rt Rt2 ...
23395. Исследование метрологических характеристик средств измерений 165.5 KB
  Номер Показания Сопроти Прямой Обратный Прямой Обратный Прямой Обратный № С вление R ход R' ход R'' ход Δ' ход Δ'' ход δ' ход δ'' 1 120 6752 6699 6696 053 056 000785 0008294 2 120 6752 6703 6704 049 048 0007257 0007109 3 120 6752 6696 6703 056 049 0008294 0007257 4 120 6752 6699 6704 053 048 000785 0007109 5 120 6752 6699 6705 053 047 000785 0006961 6 120 6752 6698 6704 054 048 0007998 0007109 7 120 6752 6701 6703 051 049...
23396. ПОВЕРКА АВТОМАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРОННОГО МОСТА 280.87 KB
  Показания Сопротивление Показания образцового Абсолютная погрешность Абсолютная прибора по градуировоч прибора Ом моста Ом вариация оС ной таблице Ом Прямой R1 Обратный R2 Прямой 1 Обратный 2 V Ом 0 46 4561 4556 039 044 005 40 5316 5278 5277 038 039 001 80 60463 5996 5995 0503 0513 001 120 6752 6697 6695 055 057 002 160 7452 7383 7395 069 057 012 200 8143 8075 808 068 063 05 1= Rt Rt1 ...
23397. Моделювання систем в середовищі MATLAB + Simulink +Stateflow 540.5 KB
  НАВЧАЛЬНОМАТЕРІАЛЬНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ наочні посібники схеми таблиці ТЗН та інше Діапроектор дидактичні слайди НАВЧАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ Вступ Моделювання систем в середовищі MATLAB Simulink Stateflow Одной из перспективных концепций в явном или неявном виде реализуемой в настоящее время для решения задач анализа и разработки сложных систем является концепция создания универсальной моделирующей среды. Система моделирования реализующая эту концепцию должна отвечать следующим требованиям: четко выделенная модульность структуры;...
23398. Уніфікована мова моделювання UML 125 KB
  підпис прізвище ____ _____________ 2011 року ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 8 з навчальної дисципліни __моделювання компютерних мереж напряму підготовки _______інформаційні технології________ освітньокваліфікаційного рівня ____cпеціаліст_____________ спеціальності _____ компютерні системи та мережі_________ Тема Уніфікована мова моделювання UML повна назва лекції Лабораторне заняття №8 розроблено стар. ПЛАН ПРОВЕДЕННЯ ЗАНЯТТЯ ТА РОЗРАХУНОК ЧАСУ Вступ...
23399. Методи штучного інтелекту 326 KB
  підпис прізвище ____ _____________ 2011 року ЛАБОРАТОРНЕ ЗАНЯТТЯ № 9 з навчальної дисципліни __моделювання компютерних мереж напряму підготовки _______інформаційні технології________ освітньокваліфікаційного рівня ____cпеціаліст_____________ спеціальності _____ компютерні системи та мережі_________ Тема Методи штучного інтелекту повна назва лекції Лабораторне заняття №8 розроблено стар. вчена ступінь та звання прізвище та ініціали автора Обговорено на засіданні...
23400. Етапи моделювання систем 80 KB
  То же самое можно сказать и о моделировании. Конечный этап моделирования принятие решения на основании знаний об объекте. Цепочка выглядит следующим образом: Прототип объект процесс Моделирование Принятие решения Моделирование творческий процесс. Содержание этапов определяется поставленной задачей и целями моделирования.