Алгебраическая сумма падений напряжения на потребителях замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС источников, содержащихся в нем
При суммировании в левой части положительными принимают падения напряжения на тех потребителях, в которых выбранное положительное направление тока совпадает с направлением обхода контура; в правой части положительными принимают ЭДС источников, являющихся содействующими в смысле выбранного направления обхода контура (потенциал на них возрастает).
Уравнения, записанные по I и II 3аконам Кирхгофа, составляют систему, порядок которой равняется числу ветвей в цепи.
Метод контурных токов
Применение метода позволяет уменьшить общее количество уравнений системы до числа независимых контуров p.
Расчет электрических цепей методом контурных токов осуществляется в соответствии со следующим алгоритмом:
В произвольно выбранной совокупности независимых контуров обозначить контурные токи, направление которых выбирается произвольно.
Для определения контурных токов составить систему уравнений, записываемую в виде матричного уравнения вида
,
где -– матрица комплексных сопротивлений размерностью (p´p), в которой:
– собственное комплексное сопротивление, определяемое как сумма сопротивлений ветвей, входящих в контур;
– общее комплексное сопротивление i и j контуров; определяется как сопротивление ветви (ветвей), общих для i и j контуров. Общее сопротивление отрицательно, когда контурные токи и , протекающие в общей ветви (ветвях), направлены противоположно;
– матрица-столбец контурных токов;
– матрица-столбец контурных ЭДС представляет собой алгебраическую сумму ЭДС, включенных в ветви, образующие данный контур. Правило знаков аналогично II закону Кирхгофа.
Решить составленную систему уравнений относительно неизвестных токов.
Выразить токи всех ветвей как сумму контурных токов, в них протекающих, взятых со знаком плюс, если направления тока ветви и контурного тока совпадают.
П р и м е ч а н и е. 3адача расчета данным методом упрощается, если в цепи имеются h источников тока. Если выбрать совокупность независимых контуров таким образом, что каждая ветвь с источником тока войдет только в один контур, число совместно решаемых уравнений системы сократится на h. При этом h контурных токов будут приняты равными задающему току J соответствующего источника тока, вошедшего в данный контур.
Баланс активных и реактивных мощностей
При расчете цепей гармонического тока символическим методом следует рассматривать комплексную мощность
где – активная мощность;
– реактивная мощность.
Баланс мощностей
Или
,
где – сопряженный комплекс тока k-й ветви;
– действующее значение тока k-й ветви;
– активная мощность потребителей;
– реактивная мощность потребителей.
Выражение в левой части равенства представляет собой суммарную комплексную мощность источников. Правило знаков аналогично изложенному в п. 3.4 (контрольная работа № 1).
Метод узловых потенциалов
Применение данного расчетного метода позволяет уменьшить количество уравнений системы до (n – 1), где n – число узлов электрической цепи. Порядок расчета данным методом следующий:
1. Потенциал одного из узлов (любого) условно принять равным нулю. Этот узел называют опорным.
2. Для расчета неизвестных (n – 1) потенциалов составить систему уравнений, записываемую в виде матричного уравнения вида
,
где – квадратная матрица комплексных проводимостей, в которой:
– собственная комплексная проводимость, определяемая как сумма проводимостей ветвей, сходящихся в узле;
– общая комплексная проводимость ветвей, соединяющих i и j узлы, определяемая как проводимость ветви, соединяющей i и j узлы. В случае, если между i и j узлами подключены несколько ветвей (не имеющих промежуточных узлов), общая проводимость определяется как сумма проводимостей ветвей, соединяющих узлы. Общая проводимость в системе уравнений всегда берется со знаком минус.
В н и м а н и е! Проводимость ветви, содержащей источник тока, равна 0.
Д о п о л н е н и е. Для цепей, в ветвях которых подключены только идеальные источники напряжения (Rветви = 0), расчет может быть упрощен при выборе опорного узла на выводах этих ветвей. Тогда потенциал одного из узлов становится известным и равным ЭДС идеального источника напряжения. Таким образом, количество совместно рассматриваемых уравнений системы сокращается. Однако следует отметить, что оставшиеся уравнения остаются неизменными, т.е. содержат слагаемые, являющиеся произведением известного потенциала узла и соответствующей проводимости.
– матрица-столбец потенциалов;
– матрица-столбец узловых токов, определяемых по следующей формуле:
,