 |
Электрические цепи постоянного тока
|
|
|
|
Приступая к изучению данного раздела, необходимо иметь представление о тинах генерирующих устройств, их внешних характеристиках и режимах работы, а также об основных видах приемных устройств и их условных обозначениях. Следует знать основные законы и понимать свойства линейных электрических цепей. Необходимо уметь анализировать электрическое состояние цепей с нелинейными резистивными элементами. В результате изучения данного раздела студенты должны:
1)знать области применения электротехнических устройств постоянного тока, способы соединения электрических устройств, методику составления уравнений электрического состояния линейных цепей, примеры нелинейных элементов и их вольт-амперные характеристики;
2)понимать эквивалентность схем источников ЭДС и источника тока, смысл вольт-амперных характеристик приемных и внешних 
характеристик генерирующих устройств, сущность энергетических процессов, происходящих в пассивных и активных приемных устройствах, возможность осуществления взаимных преобразований схем соединении пассивных элементов треугольником и звездой, возможность замены нелинейного элемента эквивалентной схемой замещения с линейными элементами;
3)уметь проводить анализ линейных электрических цепей методами свертывания, непосредственного применения законов Кирхгофа, суперпозиции, узлового напряжения, составлять уравнения баланса электрической мощности, применять метод пересечения характеристик для определения тока в нелинейной цепи.
Приступая к расчету электрических цепей, необходимо иметь четкое представление о схемах соединения (последовательное, параллельное, смешанное) как приемников, так и источников электрической энергии. При расчете электрических цепей обычно пользуются законами Ома и Кирхгофа. Электрические цепи разделяются на простые и сложные. К простым цепям относятся цепи, состоящие из одного источника энергии с последовательным соединением приемников. К сложным электрическим цепям относятся цепи с параллельным и смешанным соединением приемников и несколькими источниками энергии.
|
|
|
Расчет простых цепей проводится методом свертывания схемы (определение эквивалентного сопротивления).
При расчете сложных цепей используются метод непосредственного применения законов Кирхгофа, суперпозиции (наложения), узлового напряжения (если в схеме имеется два узла) и др.
В большинстве случаев при расчете электрических цепей известными (заданными) величинами являются электродвижущие силы (э. д. с.), напряжения или токи источников электрической энергии и сопротивления, неизвестными (рассчитываемыми) величинами являются токи и напряжения приемников.
Расчет простых электрических цепей постоянного тока (метод эквивалентного сопротивления).
Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1. Пусть известны величины сопротивлений резисторов 
э. д. с. E и ее внутреннее сопротивление 
. Требуется определить токи во всех участках цепи и напряжение, которое покажет вольтметр (сопротивление его бесконечно велико), включенный между точками схемы 
и 
.
Такие задачи решаются методом свертывания схемы, по которому отдельные участки схемы упрощают и постепенным преобразованием приводят схему к одному эквивалентному (входному) сопротивлению относительно зажимов источника питания. Схема упрощается с помощью замены группы последовательно или параллельно соединенных сопротивлений одним эквивалентным сопротивлением. Так, сопротивления 
и 
соединены последовательно и их эквивалентное сопротивление
|
|
|
Сопротивления 
и 
соединены параллельно и, следовательно, их эквивалентное сопротивление
Рис. 1 Рис. 2
После произведенных преобразований цепь принимает вид, показанный на рис. 2, а эквивалентное сопротивление всей цепи найдем из уравнения
Ток 
в неразветвленной части схемы определим по закону Ома:
Воспользовавшись схемой на рис. 2, найдем токи 
и 
:
; 
.
Переходя к рис. 1,определим токи 
; 
и 
по аналогичным уравнениям:
; 
Зная ток можно найти ток другим способом. Согласно второму закону Кирхгофа, 
тогда
Показание вольтметра можно определить, составив уравнение по второму закону Кирхгофа, например, для контура 
:
.
Для проверки решения можно воспользоваться первым законом Кирхгофа и уравнением баланса мощностей, которые для схемы, изображенной на рис. 1, примут вид
; 
|
|
|
