Материал: 2416

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Iab =

Eэкв

.

(1.46)

Rэкв + Rab

 

 

 

Для расчета Еэкв используют режим холостого хода (рис. 1.12, а)

 

 

 

Еэкв

=U хх = I R2

=

 

E

 

 

 

R2 .

(1.47)

 

 

 

R1

+ R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ R3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

R1

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

R4

E

R2

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

Uхх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

R3

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

 

b

 

а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.12. Схемы активного двухполюсника: а) в режиме холостого хода для расчета Еэкв; б) при Е=0 для расчета Rэкв

Для расчета Rэкв принимаем Е=0, тогда активный двухполюсник превращается в пассивный (рис. 1.12, б). Сопротивление этого двухполюсника относительно зажимов ab и будет эквивалентным сопротивлением

Rэкв =

( R1 + R3 ) R2

+ R4 .

(1.48)

 

Тогда

R1 + R2

+ R3

 

 

 

Eэкв

 

 

Iab =

.

(1.49)

Rэкв

+ Rab

 

 

 

 

1.6.3. Графический метод расчета

Графический метод, как и метод эквивалентного генератора, предполагает использование схемы замещения посредством активного и пассивного двухполюсников. При этом вычисление тока в одном произвольно выбранном участке цепи выполняется с использованием графиков вольт-амперных характеристик активного и пассивного двухполюсников.

Для расчета тока Iab в рассматриваемой схеме (см. рис. 1.10) сначала составляется схема замещения электрической цепи посредством активного и пассивного двухполюсников (см. рис. 1.11) так же, как при решении этой задачи методом эквивалентного генератора. Затем в режиме холостого хода активного двухполюсника (см. рис. 1.12, а) по формуле (1.47) определяется Еэкв.

20

В режиме короткого замыкания ак-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

тивного двухполюсника (рис. 1.13) вы-

 

R1

 

 

 

 

 

 

R4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

числяется ток короткого замыкания

E

 

R3

 

 

R2

Iкз

 

Iкз =

Еэкв

.

(1.50)

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rэкв

 

Рис. 1.13. Схема активного

По полученным двум точкам для

двухполюсника в режиме

режимов холостого хода и короткого за-

короткого замыкания

мыкания (U=Еэкв, I=0 и U=0, I=Iкз) стро-

ится вольт-амперная характеристика активного двухполюсника (рис. 1.14).

 

U

 

Еэкв

1

2

 

 

I

Iab

Iкз

Рис. 1.14. Вольт-амперные характеристики: 1 – активного двухполюсника;

2 – сопротивления Rab

В этой же координатной системе строится вольт-амперная характеристика сопротивления Rab. Абсцисса точки пересечения двух вольт-амперных характеристик в масштабе соответствует току Iab (см.

рис. 1.14).

1.7.Примеры расчета электрической цепи

содним источником питания

Имеется цепь постоянного тока (рис. 1.15).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

R1

R

 

 

 

 

R3

R4

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I5

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

5

b

Рис. 1.15. Исходная схема электрической цепи постоянного тока

21

Дано: Е=100 В; R1=R4=5 Ом; R2=R3=R5=10 Ом. Определить ток I5.

1.7.1. Решение методом свертывания схемы

Решение наглядно представлено в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Решение методом свертывания схемы

Вид преобразованной схемы

Выполняемое действие

 

в соответствии с приведенной схемой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

R45

 

R45=R4+R5=5+10=15 Ом

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

R

R

 

 

 

 

 

 

10 15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R345

R

 

=

 

 

 

3

 

 

=

 

 

 

 

= 6 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

345

 

 

 

R3

+ R45

 

 

10 +15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

R2 R345

 

 

 

 

10 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2345

 

 

R

=

 

 

=

= 3,75 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2345

 

 

R2 + R345

 

 

10 +6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rэкв

 

 

Rэкв=R1+R2345=5+3,75=8,75 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

Uab=I·R2345=11,43·3,75=42,86 Ом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2345

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

I5

 

=

 

 

 

U ab

 

=

42,86

= 2,86 А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3

 

 

R5

 

R

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I5

 

 

 

 

 

4

+ R

 

 

 

5 +10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

1.7.2. Решение методом эквивалентного генератора

Составим схему замещения электрической цепи (рис. 1.16), разделив исходную схему (см. рис. 1.15) на две части таким образом, чтобы первая часть содержала только сопротивление R5, а вторая часть – все остальные сопротивления и источник ЭДС.

 

 

a

 

Eэкв

Rэкв

R5

I5

U

A

 

b

 

Рис. 1.16. Схема замещения электрической цепи посредством активного двухполюсника

Схема для режима холостого хода активного двухполюсника представлена на рис. 1.17, а, где (см. рис. 1.15)

R

23

=

 

R2 R3

=

10 10

= 5 Ом; R = R + R = 5 +5 =10 Ом;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2 + R3

10 +10

 

 

123

1

 

 

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

 

 

E

=

100

=10

А; Е

экв

=U

xx

= I R

23

=10 5 = 50 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R123

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

R4

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

R4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

R3

 

Uхх

 

 

 

R2

 

 

 

R3

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б

Рис. 1.17. Схема режимов холостого хода для двухполюсника: активного (а) и пассивного (б)

Для расчета Rэкв принимаем Еэкв=0, тогда активный двухполюсник превращается в пассивный (рис. 1.17, б). Сопротивление этого двухполюсника относительно зажимов ab и будет эквивалентным сопротивлением.

R

экв

=

R1 R23

+ R

4

=

5 5

+5 = 7,5 Ом.

 

5 +5

 

 

R + R

23

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

По закону Ома (см. рис. 1.15)

23

I5

=

 

Eэкв

=

50

10

=2,86 А.

 

 

 

 

Rэкв + R8

 

7,5 +

 

 

 

 

1.7.3. Решение графическим методом

 

Построим вольт-амперные характеристики активного и пассивно-

го двухполюсников (рис. 1.16). Так как схема содержит линейные

элементы, то эти характеристики будут прямолинейными. Вольт-

амперную характеристику активного двухполюсника удобно строить

по точкам, соответствующим режимам холостого хода (U=Uxx, I=0) и

короткого замыкания (U=0, I=Iкз). Вольт-амперную характеристику

 

 

 

 

пассивного двухполюсника (сопротив-

 

 

 

a

ление R5=10 Ом) – по точкам, одной из

Rэкв

 

 

 

которых

является

начало

координат

Eэкв

Iкз

 

(0;0), а другой, например, точка с коор-

 

 

 

 

динатами (2;20), т.е при токе, равном 2

A

 

 

b

А, напряжение на сопротивлении R5

Рис. 1.18. Схема режима

равно 20 В (2·10=20 В).

 

 

 

 

При решении методом эквива-

короткого замыкания

 

 

лентного генератора найдено

 

активного двухполюсника

 

 

 

 

 

Еэкв =U xx = 50 В.

 

 

 

 

 

 

 

 

В режиме короткого замыкания (рис. 1.18)

 

 

 

 

 

Iкз

=

Еэкв

=

50 = 6,67 А.

 

 

 

 

 

 

 

Rэкв

 

7,5

 

 

 

 

 

U, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uxx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

I5

 

 

 

 

6 Iкз 7 I, А

1

 

2

 

4

 

5

Рис. 1.19. Вольт-амперные характеристики

 

активного (1) и пассивного (2) двухполюсников

 

24