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

1 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

46584. Урок изобразительного искусства - урок - образ. Специфика подготовки и проведения урока-образа 20.93 KB
  Специфика подготовки и проведения урокаобраза. План: 1авторский характер урока искусства; 2Специфика подготовки и проведения урока образа; 3вывод 1Современный урок искусства это урокобраз созидателями которого являются учитель и учащиеся. можно говорить об авторском характере урока искусства. но внутренне связанный с урокамизвеньями одной целостной системы определенной в программе.
46585. UKRAINIAN CUISINE 21 KB
  Ukraine is famous for its cuisine. It’s really very delicious and rich. For Ukrainian dishes it is typical to include a large set of components. Recipes of Ukrainian cuisine include a variety of fruits and vegetables, meat, poultry, fish, mushrooms and berries
46586. Учитель как организатор и руководитель учебного процесса по изобразительному искусству 21.02 KB
  Учитель как организатор и руководитель учебного процесса по изобразительному искусству. План: 1 руководящая роль учителя на уроке ИЗО 2 организаторская деятельность учителя на уроке ИЗО 3вывод 1Главная цель деятельности учителя ИЗО правильно организовать учебный процесс под своим руководством обеспечить художественное развитие и эстетическое воспитание учащихся средством знания. К деяти учителя как руководителя уч процесса выставляются следующие требования: 1 четкое и ясное формулирование целей и задач обучения 2 установление...
46587. Российские реформы в контексте общемирового развития в начале века 21.05 KB
  Отсталость России была очевидной. Впервые в России появился представит. Принципы деятельности: успокоение и реформы Дайте государству 20 лет внутреннего и внешнего мира и вы не узнаете нынешней России Вам нужны великие потрясения а нам нужна великая Россия. Будущий аграрный строй России представлялся премьеру в виде системы мелких и средних фермерских хозяйств объединенных местными самоуправляемыми и немногочисленными по размерам дворянскими усадьбами.
46588. Легочные кровотечения. Этиология. Классификация легочных кровотечений. Лечение 21.08 KB
  Паразитарные заболевания печени. В диагностике эхинококкоза печени большое значение имеет рентгенологическое исследование. При селективной серийной ангиографии наблюдаются характерное дугообразное оттеснение сосудов печени и накопление контрастного вещества между кутнкулярной оболочкой кисты и фиброзной капсулой. Путем радиоизотопного сканирования печени выявляется округлый дефект накопления препарата.
46589. Методы и средства предупреждения пожара, взрыва и обеспечения противопожарной защиты на объекте экономики 21.1 KB
  Для ограничения развития пожара в зданиях сооружениях предусматривают противопожарные преграды: противопожарные стены перегородки перекрытия зоны тамбурышлюзы двери окна люки и клапаны. В этих стенах перекрытиях и перегородках допускают устройство проемов в которых предусмотрены противопожарные двери окна ворота люки и клапана или тамбурышлюзы. Противопожарные двери могут быть НГ или ГВ. НГ двери изготовляют из металлического каркаса обшитого кровельной сталью.
46590. Радиационная, химическая и медико-биологическая защита населения 21.14 KB
  Она реализуется тремя способами защиты: 1 укрытие населения в защитных сооружениях; 2 рассредоточение в загородной зоне работников предприятий и других объектов экономики продолжающих трудиться в городах а также эвакуация из этих городов населения; 3 использование населением СИЗ. Щель не обеспечивает защиту людей от ОВ и БВ поэтому необходимо применение СИЗ. Применение СИЗ и медицинских СЗ. Как известно СИЗ подразделяются на СЗ органов дыхания и кожи.
46591. Реформирование системы государственной власти и законодательства 1985-1991 гг 21.17 KB
  было заменено 70 членов Политбюро 60 секретарей областных партийных организаций 40 членов ЦК КПСС. был смещен первый секретарь Московского горкома КПСС В. состоялся XXVII съезд КПСС который изменил Программу партии. На январском пленуме ЦК КПСС в 1987 г.