Лекция 5. Метод контурных токов (1).pptx

-

1. Министерство образования и науки Республики Казахстан Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилёва Физико-технический факультет Кафедра космической техники и технологии Дисциплина: Электротехника Лекция 5. Тема : Методы расчета электрических цепей постоянного тока. Метод контурных токов. Нур -Султан, 2021

2. Методы расчета электрических цепей постоянного тока. В электротехнике и промышленной электронике находят применение сложные электрические цепи с несколькими источниками и несколькими приемниками электрической энергии, имеющие достаточно большое количество узлов, ветвей и контуров. Расчет таких цепей осуществляется различными методами, которые основаны на применении I и II законов Кирхгофа и закона Ома. К этим методам относятся: – метод непосредственного применения законов Кирхгофа; – метод контурных токов; – метод суперпозиции (наложения); – метод узловых потенциалов (метод двух узлов); – метод эквивалентного генератора.

3. Метод контурных токов В основу данного метода положено понятие о контурных токах, замыкающихся только по собственным контурам. Этот метод позволяет уменьшить число совместно решаемых уравнений, так как составляется система уравнений только по II закону Кирхгофа для независимых контуров электрической цепи, содержащей большое количество узлов и ветвей . Метод контурных токов сводится к составлению уравнений только по второму закону Кирхгофа. Число этих уравнений, равное , на уравнений меньше числа уравнений, необходимых для расчета электрических цепей по методу законов Кирхгофа.

4. Метод контурных токов При этом предполагаем, что в каждом выбранном контуре протекает независимые друг от друга расчетные токи, называемые контурными. Ток каждой ветви определяется как алгебраическая сумма контурных токов, замыкающихся через эту ветвь, с учетом принятых направлений контурных токов и знаков их величин . Число контурных токов равно числу «ячеек» (элементарных контуров) схемы электрической цепи. Если рассматриваемая схема содержит источник тока, то независимые контуры необходимо выбирать так, чтобы ветвь с источником тока входила только в один контур. Для этого контура расчетное уравнение не составляется, так как контурный ток равен току источника.

5. Каноническая форма записи уравнений контурных токов для n независимых контуров имеет вид где - контурный ток n- го контура ; - алгебраическая сумма ЭДС, действующих в n-ом контуре, называемая контурная ЭДС; - собственное сопротивление n- го контура, равная сумме всех сопротивлений, входящих в рассматриваемый контур; - сопротивление принадлежащие одновременно двум контурам (в данном случае контуром n и i ) и называемое общим или взаимным сопротивлением этих контуров.

6. Первым ставится индекс контура, для которого составляется уравнение. Из определения взаимного сопротивления следует, что сопротивления, отличающиеся порядком индексов, равны, т.е Взаимным сопротивлением приписывается знак плюс, если протекающие по ним контурные токи и имеют одинаковые направления, и знак минус, если их направления противоположны. Таким образом, составление уравнений контурных токов может быть сведено к записи симметричной матрицы сопротивлений и вектора контурных ЭДС

7. При введении вектора искомых контурных токов | | уравнения можно записать в матричной форме Решение системы линейных уравнений алгебраических уравнений для тока n- го контура может быть найдено по правилу Крамера где - главный определитель системы уравнений, соответствующий матрице контурных сопротивлений

8. Рассмотрим метод контурных токов на примере конкретной схемы электрической цепи

9. Схема состоит из 3-х элементарных контуров (ячеек). Следовательно, независимых контурных токов три. Выбираем произвольно направление контурных токов и наносим их на схему. Контуры можно выбирать и не по ячейкам, но их обязательно должно быть три (для данной схемы) и все ветви схемы должны войти в состав выбранных контуров. Для 3-х контурной схемы уравнение контурных токов в канонической форме имеют вид : Находим собственные и взаимные сопротивления и контурные ЭДС.

10. Собственные сопротивления контуров Напомним, что собственные сопротивления всегда положительные. Определим взаимные сопротивления, т.е. сопротивления, общие для двух контуров. Отрицательный знак взаимных сопротивлений обусловлен тем, что контурные токи, протекающие по этим сопротивлениям, противоположно направлены. Контурные ЭДС

11. Подставляем значения коэффициентов (сопротивлений) в уравнения: Решая систему уравнений (7), определяем контурные токи Токи ветвей

12. Вопросы для закрепления: 1. Что такое контурный ток?

13. Контурные токи – это независимые друг от друга расчетные токи, протекающие в каждом контуре.

14. 2. Какие методы расчета электрических цепей постоянного тока мы прошли ? 3. Какие еще есть методы расчета электрических цепей постоянного тока?

15. – метод непосредственного применения законов Кирхгофа; – метод контурных токов; – метод суперпозиции (наложения); – метод узловых потенциалов (метод двух узлов); – метод эквивалентного генератора.

16. 4. Чему равно число контурных токов?

17. 4. Число контурных токов равно числу «ячеек» (элементарных контуров) схемы электрической цепи.

18. 5. Как определяется ток каждой ветви?

19. 5. Ток каждой ветви определяется как алгебраическая сумма контурных токов, замыкающихся через эту ветвь, с учетом принятых направлений контурных токов и знаков их величин.