Расчет простой цепи постоянного тока
Для расчета электрической цепи используются различные методы. В частности можно использовать метод эквивалентных преобразований, суть которого в том, что в процессе решения исходная простоя электрическая цепь путем эквивалентных преобразований приводится к виду с одним источником энергии и одним эквивалентным потребителем. После упрощения электрической схемы по закону Ома расчетный ток источника питания (ток, идущий на всю электрическую цепь), а затем, используя законы Ома и Кирхгоффа, осуществляют расчет во всех остальных ветвях электрической цепи. Пример:
=
+
=
+
+
=
Тогда сила тока: I=
=3.2
= I*
следовательно:
=
*
=1
=
*
=2
Если ток, входящий в узел, разветвляется только на две ветви, то можно исключить из расчета операцию нахождения напряжения 
. В таком случае применяем формулу разброса.
Структура этой формулы: 
=
=
=
=
=6 Ом;E=48В
=12
=3
= 15
Расчет сложных цепей постоянного тока с помощью законов Кирхгофа
В этом методе составляется уравнение по первому и второму закону Кирхгофа, а затем рассчитывается полученная система уравнений.
Вычерчиваем схему цепи и обозначаем все элементы
Выявляем в этой цепи все узлы, ветви, контуры.
Произвольно задаем направления токов во всех ветвях и обозначаем эти токи.
По первому закону Кирхгоффа составляем узловые уравнения, количество которых должно быть на единицу меньше, чем количество узлов. Для одного любого узла уравнения не составляются.
По второму закону Кирхгоффа составляется уравнение, количество которых должно быть равно разности между количеством ветвей и количеством уравнений, составленных по первому закону Кирхгоффа.
При выборе контуров для составления уравнений надо брать контуры таким образом, чтобы они охватили все ветви цепи.
Решаем полученную систему, относительно токов и определяем значения всех токов. Если в результате расчета некоторые из токов имеют отрицательное значение, то это значит, что при произвольном выборе направления токов в начале отсчета мы ошиблись, истинное направление тока ветви должно быть с противоположным знаком.
5. Расчет сложных цепей методом контурных токов.
В методе контурных токов за неизвестные величины принимают расчетные (контурные) токи, которые якобы протекают в каждом из независимых контуров.
Независимыми считаются такие контуры, при выборе которых в каждый новый контур входит хотя бы одна новая ветвь, не входившая в предыдущие контуры.
Вычерчиваем схему и обозначаем все элементы цепи.
Выявляем все независимые контуры в цепи.
Произвольно задаемся направлением обхода в каждом контуре и совпадающее с ним направление контурного тока. В нем обозначаем все контурные токи.
По второму закону Кирхгоффа относительно контурных токов составляем уравнение для каждого из независимых контуров. При составлении уравнений следует учитывать, что в смежных ветвях, принадлежащим двум контурам, протекают два контурных тока. Поэтому падение напряжения на потребителе таких ветвей следует брать от каждого из токов в отдельности. Направление обхода контура, для которого составляли уравнение, совпадает с направлением собственного контурного тока.
Решаем полученную систему относительно контурных токов и определяем их.
Произвольно задаемся направлением реальных токов и обозначаем их.
Переходим от контурных токов к реальным, считая, что реальный ток ветви равен алгебраической сумме контурных токов, протекающих по данной ветви. При алгебраическом суммировании без изменения знака берется контурный ток, направление которого совпадает с принятым направлением реального тока ветви. В противном случае контурный ток умножается на минус единицу.
Источник
Алгоритм расчета электрической цепи постоянного тока
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ №1
Теоретический материал к заданию
Явление направленного движения свободных носителей электрического заряда в веществе или в вакууме называется электрическим током проводимости.
Рисунок 1.1 Электрический ток в проводнике
Интенсивность электрического тока оценивается физической величиной, называемой силой электрического тока. (На практике эту величину называют электрическим током или просто током)
Электрический ток, длительно не изменяющийся по величине и направлению, называется постоянным.
Сила тока на участке цепи определяется по закону Ома.
Закон Ома для участка цепи:
Ток на участке электрической цепи прямо пропорционален напряжению на зажимах этого участка и обратно пропорционален его сопротивлению.
(1.1)
Электрической цепью называется совокупность устройств, генерирующих, преобразующих, передающих и использующих электроэнергию.
Устройства, генерирующие электроэнергию, называются источниками электроэнергии. Источники электроэнергии подразделяются на источники постоянного и переменного тока. В качестве источника переменного тока используют электромашинные устройства, источника постоянного тока – гальванические элементы, аккумуляторы и электромашинные генераторы.
Внутри каждого источника электроэнергии действует электродвижущая сила (ЭДС). Электродвижущая силахарактеризует способность поля сторонних сил (механических, сил химических реакций и т.д.) или индуцированного поля вызывать электрический ток. ЭДС обозначается буквой Е (для постоянного тока), е (для переменного тока) и измеряется в Вольтах (В).
Устройства, в которых электрическая энергия преобразуется в другие виды энергий, называются потребителями. Основной характеристикой потребителей в цепях постоянного тока является электрическое сопротивление.
(1.2)
Единицей измерения сопротивления является сопротивление такого проводника, в котором при разности потенциалов на концах в 1В устанавливается ток в 1 А:
Соотношение между ЭДС, сопротивлением и током в замкнутой цепи выражается законом Ома для полной цепи.
Закон Ома для полной цепи:
Ток в замкнутой цепи прямо пропорционален электродвижущей силе и обратно пропорционален сопротивлению всей цепи.
(1.3)
где E – ЭДС источника питания
R0 – внутреннее сопротивление источника питания
Rэкв – эквивалентное сопротивление внешней части цепи.
Формула для определения эквивалентного сопротивления зависит от способа соединения резисторов в цепи. Существуют два способа соединения резисторов: последовательное соединение и параллельное соединение.
Последовательное соединение резисторов.
Рисунок 1.2 Последовательное соединение резисторов
При последовательном соединении резисторов в цепи протекает один ток. Напряжение на участках цепи прямо пропорционально сопротивлению участка.
Параллельное соединение резисторов.
Рисунок 1.3 Параллельное соединение резисторов
(1.6)
Для двух параллельно соединенных сопротивлений можно использовать формулу:
(1.7)
На всех сопротивлениях, соединенных параллельно, одинаковое напряжение.
Сила тока в ветвях обратно пропорциональна величине сопротивления цепи.
(1.8)
Мощность электрического тока.
Работа, совершаемая в единицу времени, называется мощностью.
Единицей измерения мощности служит Ватт (Вт).
При расчете электрической цепи выделяют мощность источника питания, мощность потерь и мощность, потребляемую нагрузкой.
Мощность источника питания определяют по формуле:
где Е – ЭДС источника питания
I – сила тока, протекающего через источник питания.
Мощность нагрузки определяют по формуле:
где I – сила тока нагрузки
R – сопротивление нагрузки.
Мощность потерь определяют по формуле:
где I – сила тока, протекающего через источник питания
R0 – внутреннее сопротивление источника питания
Правильность расчета электрической цепи проверяют, используя формулу баланса мощностей:
Алгоритм расчета электрической цепи постоянного тока
| № п/п | Действие | Формула | Единицы измерения |
| 1. | Расчет эквивалентного сопротивления внешней цепи | Использовать формулы 2.4 и 2.7 | Ом |
| 2. | Расчет тока в ветви с источником питания I1 |  | А |
| 3. | Расчет напряжения между узлами а и б |  | В |
| 4. | Расчет величины тока второй ветви I2 |  | А |
| 5. | Расчет величины тока третьей ветви I3 |  | А |
| 6. | Проверка правильности расчета токов ветвей по первому закону Кирхгофа |  | |
| 7. | Расчет мощности источника питания | Рист=EI1 | Вт |
| 8. | Расчет мощности потребителей | Р = I 2 R | Вт |
| 9. | Расчет потерь мощности | ∆Р = I 2 R0 | Вт |
| 10. | Составить баланс мощности | Рист= P1+ P2+ …+P6+∆Р |
Практическая работа №1
«Расчет цепи постоянного тока»
Цель работы: Овладение навыками расчета электрических цепей постоянного тока при смешанном соединении резисторов
Задача: Определить токи в ветвях, мощность источника питания, мощности нагрузок и потери мощности внутри источника питания. Составить баланс мощностей. Данные вариантов приведены в таблице 1.2.
Рисунок 1.4 Исходная схема
| Вари- ант | Отсутствуют резисторы | Е, В | R0, Ом | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | R4, Ом | R5, Ом | R6, Ом |
| 1. | R2, R3 | 40 | 1 | 7 | — | — | 20 | 12 | 18 |
| 2. | R4, R6 | 45 | 0,2 | 6 | 4 | 12 | — | 8 | — |
| 3. | R2, R5 | 21 | 0,5 | 2 | — | 15 | 25 | — | 10 |
| 4. | R1, R4 | 120 | 1 | — | 9 | 50 | — | 35 | 40 |
| 5. | R1, R6 | 30 | 0,5 | — | 3,5 | 8 | 7 | 10 | — |
| 6. | R3, R6 | 90 | 1 | 9 | 8 | — | 30 | 20 | — |
| 7. | R2, R4 | 60 | 1 | 11 | — | 10 | — | 25 | 15 |
| 8. | R1, R5 | 100 | 0,5 | — | 9 | 18 | 17 | — | 15 |
| 9. | R3, R5 | 150 | 1 | 10 | 15 | — | 60 | — | 40 |
| 10. | R1, R3 | 50 | 1 | — | 8 | — | 20 | 50 | 30 |
| 11. | R2, R3 | 80 | 1 | 7 | — | — | 20 | 12 | 18 |
| 12. | R4, R6 | 90 | 0,2 | 6 | 4 | 12 | — | 8 | — |
| 13. | R2, R5 | 42 | 0,5 | 2 | — | 15 | 25 | — | 10 |
| 14. | R1, R4 | 60 | 1 | — | 9 | 50 | — | 35 | 40 |
| 15. | R1, R6 | 50 | 0,5 | — | 3,5 | 8 | 7 | 10 | — |
| 16. | R3, R6 | 60 | 1 | 9 | 8 | — | 30 | 20 | — |
| 17. | R2, R4 | 40 | 1 | 11 | — | 10 | — | 25 | 15 |
| 18. | R1, R5 | 80 | 0,5 | — | 9 | 18 | 17 | — | 15 |
| 19. | R3, R5 | 100 | 1 | 10 | 15 | — | 60 | — | 40 |
| 20. | R1, R3 | 75 | 1 | — | 8 | — | 20 | 50 | 30 |
| 21. | R2, R3 | 40 | 1 | 7 | — | — | 20 | 12 | 18 |
| 22. | R4, R6 | 45 | 0,2 | 6 | 4 | 12 | — | 8 | — |
| 23. | R2, R5 | 21 | 0,5 | 2 | — | 15 | 25 | — | 10 |
| 24. | R1, R4 | 120 | 1 | — | 9 | 50 | — | 35 | 40 |
| 25. | R1, R6 | 30 | 0,5 | — | 3,5 | 8 | 7 | 10 | — |
| 26. | R3, R6 | 90 | 1 | 9 | 8 | — | 30 | 20 | — |
| 27. | R2, R4 | 60 | 1 | 11 | — | 10 | — | 25 | 15 |
| Вари- ант | Отсутствуют резисторы | Е, В | R0, Ом | R1, Ом | R2, Ом | R3, Ом | R4, Ом | R5, Ом | R6, Ом |
| 28. | R1, R5 | 100 | 0,5 | — | 9 | 18 | 17 | — | 15 |
| 29. | R3, R5 | 150 | 1 | 10 | 15 | — | 60 | — | 40 |
| 30. | R1, R3 | 50 | 1 | — | 8 | — | 20 | 50 | 30 |
Критерии оценки
| Оцениваемые параметры | Оценка |
| Расчетная схема составлена верно, вычерчена при помощи чертежных инструментов согласно ГОСТ, все параметры рассчитаны верно, правильно указаны единицы измерения | 5 |
| Схемы не соответствуют ГОСТ и допущены ошибки в расчетах (не более двух) или не указаны единицы измерения | 4 |
| Схемы не соответствуют ГОСТ и допущены ошибки в расчетах (три – четыре ошибки) и не указаны единицы измерения | 3 |
| Схемы не соответствуют ГОСТ и допущены ошибки (более четырех) в расчетах и не указаны единицы измерения | 2 |
Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 1749 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Источник