83662

Метод эквивалентного генератора

Лекция

Физика

как сумму двух составляющих одна из которых вызывается источниками входящими в структуру активного двухполюсника и источником ЭДС расположенным между зажимами 1 и 2 слева а другая источником ЭДС расположенным между зажимами 1 и 2 справа. Параметры эквивалентного генератора активного двухполюсника могут быть определены экспериментальным или теоретическим путями. В первом случае в частности на постоянном токе в режиме холостого хода активного двухполюсника замеряют напряжение на его зажимах с помощью вольтметра которое и равно ....

Русский

2015-03-15

123.5 KB

2 чел.

Лекция N 17

Метод эквивалентного генератора

Метод эквивалентного генератора, основанный на теореме об активном двухполюснике (называемой также теоремой Гельмгольца-Тевенена), позволяет достаточно просто определить ток в одной (представляющей интерес при анализе) ветви сложной линейной схемы, не находя токи в остальных ветвях. Применение данного метода особенно эффективно, когда требуется определить значения тока в некоторой ветви для различных значений сопротивления в этой ветви в то время, как в остальной схеме сопротивления, а также ЭДС и токи источников постоянны.

Теорема об активном двухполюснике формулируется следующим образом: если активную цепь, к которой присоединена некоторая ветвь, заменить источником с ЭДС, равной напряжению на зажимах разомкнутой ветви, и сопротивлением, равным входному сопротивлению активной цепи, то ток в этой ветви не изменится.

Ход доказательства теоремы иллюстрируют схемы на рис. 1.

Пусть в схеме выделена некоторая ветвь с сопротивлением Z, а вся оставшаяся цепь обозначена как активный двухполюсник А (рис. 1,а). Разомкнем эту ветвь между точками 1 и 2 (рис. 1,б). На зажимах этой ветви имеет место напряжение . Если теперь между зажимами 1 и 2 включить источник ЭДС  с направлением, указанным на рис. 1,в , то, как и в цепи на рис.1,б ток в ней будет равен нулю. Чтобы схему на рис. 1,в сделать эквивалентной цепи на рис. 1,а, в рассматриваемую ветвь нужно включить еще один источник ЭДС , компенсирующий действие первого (рис. 1,г). Будем теперь искать ток  по принципу наложения, т.е. как сумму двух составляющих, одна из которых вызывается источниками, входящими в структуру активного двухполюсника, и источником ЭДС , расположенным между зажимами 1 и 2 слева, а другая – источником ЭДС , расположенным между зажимами 1 и 2 справа. Но первая из этих составляющих в соответствии с рис. 1,в равна нулю, а значит, ток  определяется второй составляющей, т.е. по схеме на рис. 1,д, в которой активный двухполюсник А заменен пассивным двухполюсником П. Таким образом, теорема доказана.

Указанные в теореме ЭДС и сопротивление можно

интерпретировать как соответствующие параметры некоторого эквивалентного исходному активному двухполюснику генератора, откуда и произошло название этого метода.

Таким образом, в соответствии с данной теоремой схему на рис. 2,а, где относительно ветви, ток в которой требуется определить, выделен активный двухполюсник А со структурой любой степени сложности, можно трансформировать в схему на       рис. 2,б.

Отсюда ток  находится, как:

(1)

где  - напряжение на разомкнутых зажимах a-b.

Уравнение (1) представляет собой аналитическое выражение метода эквивалентного генератора.

Параметры эквивалентного генератора (активного двухполюсника) могут быть определены экспериментальным или теоретическим путями.

В первом случае, в частности на постоянном токе, в режиме холостого хода активного двухполюсника замеряют напряжение  на его зажимах с помощью вольтметра, которое и равно . Затем закорачивают зажимы a и b активного двухполюсника с помощью амперметра, который показывает ток  (см. рис. 2,б). Тогда на основании результатов измерений .

В принципе аналогично находятся параметры активного двухполюсника и при синусоидальном токе; только в этом случае необходимо определить комплексные значения  и .

При теоретическом определении параметров эквивалентного генератора их расчет осуществляется в два этапа:

1. Любым из известных методов расчета линейных электрических цепей определяют напряжение на зажимах a-b активного двухполюсника при разомкнутой исследуемой ветви.

2. При разомкнутой исследуемой ветви определяется входное сопротивление активного двухполюсника, заменяемого при этом пассивным. Данная замена осуществляется путем устранения из структуры активного двухполюсника всех источников энергии, но при сохранении на их месте их собственных (внутренних) сопротивлений. В случае идеальных источников это соответствует закорачиванию всех источников ЭДС и размыканию всех ветвей с источниками тока.

Сказанное иллюстрируют схемы на рис. 3, где для расчета входного (эквивалентного) сопротивления активного двухполюсника на рис. 3,а последний преобразован в пассивный двухполюсник со структурой на рис. 3,б. Тогда согласно схеме на рис. 3,б

.

В качестве примера использования метода эквивалентного генератора для анализа определим зависимость показаний амперметра в схеме на рис. 4 при изменении сопротивления R переменного резистора в диагонали моста в пределах . Параметры цепи Е=100 В; R1=R4=40 Ом; R2=R3=60 Ом.

В соответствии с изложенной выше методикой определения параметров активного двухполюсника для нахождения значения  перейдем к схеме на рис. 5, где напряжение  на разомкнутых зажимах 1 и 2 определяет искомую ЭДС . В данной цепи

.

Для определения входного сопротивления активного двухполюсника трансформируем его в схему на рис. 6.

Со стороны зажимов 1-2 данного пассивного двухполюсника его сопротивление равно:

.

Таким образом, для показания амперметра в схеме на рис. 4 в соответствии с (1) можно записать

(2)

Задаваясь значениями R в пределах его изменения, на основании (2) получаем кривую на рис.7.

В качестве примера использования метода эквивалентного генератора для анализа цепи при синусоидальном питании определим, при каком значении нагрузочного

сопротивления  в цепи на рис. 8 в нем будет выделяться максимальная мощность, и чему она будет равна.

Параметры цепи: ; .

В соответствии с теоремой об активном двухполюснике обведенная пунктиром на рис. 8 часть схемы заменяется эквивалентным генератором с параметрами

В соответствии с (1) для тока  через  можно записать

откуда для модуля этого тока имеем

.            (3)

Анализ полученного выражения (3) показывает, что ток I, а следовательно, и мощность будут максимальны, если ; откуда , причем знак “-” показывает, что нагрузка  имеет емкостный характер.

Таким образом,

  и   .

Данные соотношения аналогичны соответствующим выражениям в цепи постоянного тока, для которой, как известно, максимальная мощность на нагрузке выделяется в режиме согласованной нагрузки, условие которого .

Таким образом, искомые значения  и максимальной мощности: .

 

Теорема вариаций

Теорема вариаций применяется в тех случаях, когда требуется рассчитать, насколько изменятся токи или напряжения в ветвях схемы, если в одной из ветвей этой схемы изменилось сопротивление.

Выделим на рис. 9,а некоторые ветви с токами  и , а остальную часть схемы обозначим активным четырехполюсником А. При этом, полагаем что проводимости  и  известны.

Пусть сопротивление n-й ветви изменилось на . В результате этого токи в ветвях схемы будут соответственно равны  и  (рис. 9,б). На основании принципа компенсации заменим  источником с ЭДС . Тогда в соответствии с принципом наложения можно считать, что приращения токов  и  вызваны  в схеме на рис. 9,в, в которой активный четырехполюсник А заменен на пассивный П.

Для этой цепи можно записать

откуда

  и  .

Полученные соотношения позволяют определить изменения токов в m-й и n-й ветвях, вызванные изменением сопротивления в n-й ветви.

 

Литература

  1.  Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил, С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
  2.  Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.

Контрольные вопросы и задачи

  1.  В каких случаях эффективно применение метода эквивалентного генератора?
  2.  Как можно экспериментально определить параметры эквивалентного генератора?
  3.  Как можно определить параметры активного двухполюсника расчетным путем?
  4.  Как необходимо преобразовать исходную схему активного двухполюсника для расчета его входного сопротивления?
  5.  В каких задачах используется теорема вариаций?
  6.  В цепи на рис. 4 источник ЭДС Е замене на источник тока J=10 А. Определить показание амперметра, если R=0.

Ответ: .

  1.  Для полученного значения  в цепи на рис. 8 методом эквивалентного генератора определить ток в ветви с этим сопротивлением, если катушка индуктивности в структуре активного двухполюсника заменена на конденсатор с сопротивлением .

Ответ: .

120


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76369. Нетарифные методы торговой политики 90 KB
  Если правительство хочет ограничить объем импорта и устанавливает квоту размером Q то общее предложение зерна на внутреннем рынке с учетом импорта может быть представлено в виде кривой Sd Q. Таким образом в результате введения импортной квоты возникают чистые потери для страны в целом равные области b с то есть результаты воздействия квоты и тарифа на уровень благосостояние идентичны конечно это справедливо если объем лицензированного импорта меньше чем спрос на импорт на внутреннем рынке. Почему же в этом случае государство часто...
76370. Международная экономическая интеграция. Формы (уровни) международной экономической интеграции 260.5 KB
  Борьба за упрочение своего экономического положения побуждает страны к образованию различных интеграционных объединений. Партнеры по объединению получают определенные преференции по сравнению с другими странами но платят за это ответными обязательствами по отношению к партнерам. Международная экономическая интеграция это процесс хозяйственнополитического объединения стран на основе глубоких устойчивых взаимосвязей и разделения труда между национальными хозяйствами. На микроуровне этот процесс идет через взаимодействие отдельных фирм...
76371. Международное движение капитала. Сущность и формы движения капитала 121 KB
  Международное движение капитала Сущность и формы движения капитала Вывоз капитала зарубежное инвестирование представляет собой процесс изъятия части капитала из национального оборота в данной стране и перемещение его в товарной или денежной форме в производственный процесс и обращение другой страны. Важнейшими причинами вывоза капитала являются: 1. Более низкие экологические стандарты в принимающей стране чем в странедоноре капитала. В зависимости от собственника вывоз капитала делится на 3 вида: 1 частный вывоз капитала крупные...
76372. Международная миграция трудовых ресурсов. Проблемы оптимального размещения трудовых ресурсов в мировой экономике 106.5 KB
  Проблемы оптимального размещения трудовых ресурсов в мировой экономике Миграция рабочей силы переселение трудоспособного населения из одних государств в другие сроком более чем на год вызванное причинами экономического и иного характера. Различают внутреннюю миграцию рабочей силы происходящую между регионами одного государства и внешнюю миграцию затрагивающую несколько стран. силы утечка мускулов перемещение высококвалифицированной раб. силы утечка умов Первая форма получила свое развитие еще при рабовладельческом строе...
76373. Международные валютно-финансовые и кредитные отношения 87 KB
  Цена единицы национальной валюты выраженная в единицах иностранной валюты называется валютный обменный курс exchnge rte. Валютный курс играет важную роль в развитии международной торговли и движении капитала. Таким образом с помощью валютных курсов производители и потребители приводят цены на товары в сопоставимый вид и формируют на этой основе международные потоки товаров. Фиксирование курса национальной денежной единицы по отношению к иностранным денежным единицам принято называть валютной котировкой currency quottion.
76374. Платежный баланс. Понятие и структура платежного баланса 75.5 KB
  В этом случае итальянская фирма осуществила продажу а Сбербанк покупку российских активов банковского депозита на сумму в 1000 долл и эта сделка будет отражена в российских счетах движения капитала. Такая операция создает две компенсирующие бухгалтерские записи в платежном балансе РФ: Кредит Дебет Покупка принтера текущий счет российский импорт 1000 долл Продажа банковского депозита осуществляемая Сбербанком счет движения капитала экспорт российских активов 1000 долл 2. Поэтому когда вы расплачиваетесь за свой обед за...
76375. Мировой рынок. Конъюнктура мирового рынка. Ценообразование в международной торговле 64.5 KB
  В зависимости от уровня конкретной цены на конкретный товар зависит решение тех или иных проблем возникающих у продавца: возмещение понесенных издержек производства и обращения товара доходность производства данного товара и его реализации появление новых стимулов для расширения внешнеэкономических связей или их свертывания. Цены в международной торговле как и внутри страны зависят от конкретной рыночной ситуации соотношения спроса и предложения но здесь оказывает влияние более широкий круг участников влияющих на конъюнктуру и...
76376. Мировое хозяйство и международные экономические отношения 50.5 KB
  Международные экономические отношения МЭО система хозяйственных связей между национальными экономиками отдельных стран соответствующими субъектами хозяйствования. МЭО особая сфера деятельности основанная на международном разделении труда. МЭО объективно вытекают из процесса разделения труда международной специализации производства и науки интенационализации хозяйственной жизни. Становление и развитие МЭО определяются усилением взаимосвязи и взаимозависимости экономик отдельных стран.
76377. Формирование мирового хозяйства и МРТ 78.5 KB
  Финикийские и греческие торговцы не только торговали по всему Средиземноморью собственными и приобретенными в других странах товарами но и оказывали услуги перевозя чужие грузы и иноземных пассажиров. Район Средиземноморья и Черного моря вместе с прилегающими странами Западной Азии стал тем регионом мира где еще в глубокой древности зародилось ядро МХ. Экономика различных стран становилась более открытой: в 1913 экспорт европейских стран составлял 14 их ВВП против 55 в 1830г. Тогда впервые возникла мировая система мирохозяйственных...