12) Метод эквивалентного генератора

При расчёте сложной электрической цепи приходится выполнять значительную вычислительную работу даже в том случае, когда требуется определить ток в одной ветви. Объём этой работы в несколько раз увеличивается, если необходимо установить изменение тока, напряжения, мощности при изменении сопротивления данной ветви, так как вычисления нужно производить несколько раз, задаваясь различными значениями сопротивления.

В любой электрической схеме можно мысленно выделить какую-то одну ветвь, а всю остальную часть схемы, независимо от структуры и сложности, условно изобразить прямоугольником, который представляет собой так называемый двухполюсник.

Таким образом, двухполюсник - это обобщённое название схемы, которая двумя выходными зажимами (полюсами) присоединена к выделенной ветви. Если в двухполюснике есть источник Э.Д.С. или тока, то такой двухполюсник называют активным. Если в двухполюснике нет источника Э.Д.С. или тока, то его называют пассивным.

При решении задачи методом эквивалентного генератора (активного двухполюсника) необходимо:

1 ) Мысленно заключить всю схему, содержащую Э.Д.С. и сопротивления, в прямоугольник, выделив из нее ветвь аb, в которой требуется найти ток (рис 2.13).

2 ) Найти напряжение на зажимах разомкнутой ветви ab (в режиме холостого хода).

Напряжение холостого хода Uо (эквивалентное Э.Д.С. Еэ) для рассматриваемой цепи

можно найти так:

Сопротивление R4 в расчёт не вошло, так как при разомкнутой ветви ab ток по нему не протекает.

3 )айти эквивалентное сопротивление. При этом источники Э.Д.С. закорачиваются, а ветви, содержащие источники тока, размыкаются. Двухполюсник становится пассивным.

Для данной схемы 4) числить значение тока. Для данной схемы имеем:

Метод эквивалентного генератора.

При расчете тока в одной из ветвей разветвленной цепи, содержащей произвольное число источников и потребителей, удобно рассматривать цепь, состоящую из двух частей: искомой ветви и остальной части. По отношению к рассматриваемой ветви вся остальная часть цепи является активным двухполюсником, и задача заключается в определении тока или напряжения на зажимах активного двухполюсника при подключении к нему потребителя с сопротивлением R..

Согласно II закону Кирхгофа ток не изменится, если в цепь, образованную активным двухполюсником и потребителем, включить последовательно два идеализированных встречно направленных источника с одинаковыми ЭДС (рис. 2.10). Величину каждой из них выбираем совпадающей с напряжением U_ХХ на зажимах активного двухполюсника в режиме холостого хода, который имеет место при отключенном потребителе.

(2.16)

Ток I в цепи с двумя источниками определим методом наложения. С этой целью источники разбиваем на две группы:

1. Источники активного двухполюсника и Е_1, которые сохраняются в подсхеме.

Согласно II закону Кирхгофа:

поскольку .

2. все потребители активного двухполюсника и Е₂, сохраняются в подсхеме на рис. 2.12.

Поскольку I = 0, полный ток I =I.

Если эквивалентное сопротивление пассивного двухполюсника, образованного коротким замыканием источников ЭДС и обрывом ветвей, содержащих источники тока, обозначить через R_вх, получим простую одноконтурную схему (рис. 2.13), которую можно рассчитать по закону Ома:

Эта формула отражает теорему об активном двухполюснике или об эквивалентном источнике напряжения: относительно любой ветви разветвленной электрической цепи вся остальная часть схемы может быть представлена как источник напряжения, ЭДС которого равна U_XX, а внутренне сопротивление равно R_экв.

При коротком замыкании ветви с нагрузкой R = 0 ток превращается в ток короткого замыкания:

Параметры активного двухполюсника можно определить опытным путем. Для этого необходимо разомкнуть i-ую ветвь и измерить , затем замкнуть накоротко R_i и измерить I_КЗ : Методика расчета линейной электрической цепи методом эквивалентного генератора:

1. Отключается потребитель в ветви с искомым током и на зажимах обозначается U_XX по направлению тока.

2. В образовавшейся более простой цепи находится U_õõ с помощью II закона Кирхгофа, записанного для любого контура, содержащего U_хх. Токи в ветвях упрощенной схемы определяются любым известным методом.

3. Определяется R_вх на зажимах разомкнутой ветви при условии E=0 и J=0. В полученной пассивной цепи пользуются правилами эквивалентных преобразований для потребителей.

4. По найденным U_õõ и R_вх определяется ток в искомой ветви, значение которого может быть и отрицательным.

Замечание 1: R_вх можно найти по формуле I_КЗ при условии R_i=0 любым известным методом.

Замечание 2: если ветвь, в которой определяется ток, содержит источник ЭДС, следует данный источник отнести к активному двухполюснику, отключив только сопротивление R_i. Тогда величина E войдет в расчет U_XX .

13)