Магнитные цепи | Законы Кирхгофа | Расчёт электрических цепей | Расчёт трёхфазных цепей | Математика | Пределы | Векторная алгебра | Матрицы | Геометрия | Интегрирование | Задачи | Квантовая физика Резонанс Реакции Электротехника лекции | На главную

Выполнение расчетного задания по электротехнике

Законы Кирхгофа и расчёт резистивных электрических цепей

Целью задания является закрепление теоретического материала, излагаемого в первой части курса – в разделе « методы расчёта линейных электрических цепей». Заданием предусмотрена отработка расчётных приёмов, основанных на использовании: законов Кирхгофа, принципа наложения, сворачивания цепей со смешанными соединениями ветвей, простейших преобразований резистивных цепей, а так же расчёта резистивных цепей методами контурных токов, узловых напряжений и эквивалентного генератора.

 

1.Задача №1. Для цепей, схемы которых даны в табл. 3.1, составить системы уравнений по законам Кирхгофа (необходимое число структурных и компонентных уравнений).

2. Задача №2. Определить входное сопротивление между узлами «а» и «б» цепей, схемы которых даны в табл. 3.2. Найти его численное значение при r = 2m Ом.

3. Задача №3. В цепях, схемы которых даны в табл. 3.2, определить напряжение между узлами «а» и «б» при следующих значениях сопротивления (в омах) и тока (в амперах): r = 2(m+n), J0 = 2n. При расчёте рекомендуется использовать эквивалентные преобразования схемы.

4. Задача №4. В цепях, схемы которых даны в табл. 3.3, определить токи в ветвях методом контурных токов и узловых напряжений. Сопротивления всех резисторов (в омах), э.д.с. источников напряжения (в вольтах) и задающие источники токов (в амперах) положить равными n. Задание для расчета трансформатора

5. Задача №5. В цепи, схема и параметры которой даны в табл. 3.4, методом эквивалентного генератора напряжения определить ток в ветви, номер которой соответствует индексу варианта:

6. Дополнительное задание: решить предыдущую задачу, используя принцип наложения.

Основы теории

Законы Кирхгофа. Расчёт электрических цепей базируется на законах Кирхгофа. Различают структурные и компонентные уравнения. Структурные устанавливают соотношения между токами и напряжениями различных ветвей цепи. Компонентные – между током и напряжением одной ветви.

Первый закон Кирхгофа, сформулированный для узла цепи, (более полная форма записи формулируется для сечений) утверждает, что алгебраическая сумма токов всех ветвей, присоединённых к узлу, равна нулю в любой момент времени:

Как правило, ток берётся со знаком минус, если условно-положительное направление (УПН) к узлу, иначе плюс.

Второй закон Кирхгофа, формулируется для замкнутого контура. Алгебраическая сумма напряжений в замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС в любой момент времени:

Знаки напряжения и ЭДС выбираются положительными, если их УПН совпадает с направлением обхода контура, выбранного произвольно. Иначе знаки отрицательные.

Компонентные уравнения для простой ветви (содержащей один элемент резистор, идуктивность или ёмкость, соответственно):

  (3.1)

В теории электрических цепей допускается возможность однозначной, не зависящей от выбора пути, оценки электрических напряжений меду любыми двумя зажимами исследуемой электрической цепи. Это позволяет определять электрическое напряжение как разность потенциалов между соответствующими зажимами электрической цепи. Между зажимами 1-2. (рис. 1.2.) напряжение можно определить двумя способами:

;

, где – потенциалы соответствующих зажимов.

Так как , то .

Таким образом, напряжение может принимать лишь положительные или отрицательные значения. Направление отсчета напряжения указывается стрелкой на схеме цепи. Например, напряжение , показанное на рис. 1.2. есть напряжение : острие стрелки направлено к тому зажиму, из потенциала которого вычитается потенциал другого зажима.