Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей

Пусть электрическая цепь представлена в виде схемы (рис.1.10) Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru

Рис.1.10. Электрическая цепь постоянного тока

При заданных значениях ЭДС и сопротивлений, необходимо составить количество уравнений, равное количеству ветвей в цепи. Из всего количества уравнений n-1 уравнений составляются по первому закону Кирхгофа, где

n - количество узлов цепи. Остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофа.

Для рассматриваемой цепи количество ветвей равно 5, количество узлов равно 3. По первому закону Кирхгофа составим два уравнения, по второму закону Кирхгофа составим три уравнения.

Произвольно выбираем положительные направления токов ветвей I1, I2, I3, I4, I5, а также направления обходов независимых контуров.

Для узлов “a” и “b” составим уравнения по первому закону Кирхгофа:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru (1.17а)

Для независимых контуров составим уравнения по второму закону Кирхгофа:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru (1.17б)

Решая систему линейных уравнений (1.17а) и (1.17б) с пятью неизвестными токами, определяем значения токов ветвей.

Целесообразно решать систему уравнений численными методами на ЭВМ с использованием матричной формы:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru * Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru = Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru , (1.18)

где Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru - квадратная матрица 5х5 постоянных коэффициентов значений сопротивлений при токах цепи; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru - вектор столбец неизвестных токов ветвей, Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru - вектор столбец постоянных коэффициентов значений ЭДС цепи.

При отсутствии тех или иных токов и ЭДС, в каких либо уравнениях, задаются значениями «ноль» соответствующих элементов матриц. Решение системы (1.18) можно выполнить в компьютерной среде MATLAB:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru = Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru * Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru , (1.19а)

где Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru - вектор столбец неизвестных токов ветвей, Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru - обратная квадратная матрица постоянных коэффициентов значений сопротивлений при токах цепи.

Систему (1.19а) представим в матричной форме:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru (1.19б)

В среде MATLAB можно обратную матрицу Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru представить в виде инверсии матрицы R:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru . (1.20)

Тогда выражение (1.19а) будет иметь вид:

Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru , (1.21)

где E - вектор - cтолбец значений ЭДС цепи.

Введём в компьютер исходные данные системы (1.19б)

>> Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru =[ Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; ( Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ) Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ]

>> Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru = [ Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ; Использование законов Кирхгофа для расчета электрических цепей - student2.ru ]

и, записав выражение (1.21), получим численное решение неизвестных значений токов ветвей I1, I2, I3, I4, I5. При отрицательных значениях токов необходимо изменить их направления в ветвях.

Наши рекомендации