Анализ электрического состояния линейных электрических цепей постоянного тока (стр. 1 из 3)

Задача анализа электрического состояния цепей постоянного/переменного тока заключается в определении токов в отдельных ветвях, напряжения между двумя любыми узлами цепи или конкретно на отдельном элементе, а также построение необходимых диаграмм. Расчеты производятся различными методами: по I и II закону Кирхгофа, методом наложения, методом эквивалентного генератора, используется метод расчета электрической цепи с помощью комплексных чисел. При этом задаются: конфигурация и параметры цепи, параметры элементов включенных в цепь, а также параметры источников питания. Если цепь содержит хотя бы один нелинейный элемент, то к ней применяется графический метод решения. Если исследуются переходные процессы в электрической цепи, то необходимо знать начальные значения токов на индуктивностях и напряжения на емкостях.

Работа над данным курсовым проектом позволяет решить следующие задачи:

закрепление теоретических знаний, полученных на лекционном курсе;

развитие творческого технического мышления;

усвоение методики выполнения расчетов;

развитие навыков по работе со справочной литературой;

развитие умения составления и оформления пояснительной записки и графической части проекта;

Курсовое проектирование по предмету “Теоретические основы электротехники” является завершающим этапом изучения данного предмета и занимает важное место в процессе подготовки будущего специалиста к работе на производстве.

1. Анализ электрического состояния линейных электрических цепей постоянного тока

Схема электрической цепи постоянного тока:

R2 I2 R7

I5 E1,r02 I7

I3 R5

R3 R4 I4 I6

I1 E2,r02

Рис.1.0

Числовые параметры:

E1=30B. r01=3Om. R1=16Om. R3=22Om. R5=43Om R7=55Om.

E2=40B. r02=2Om R2=27Om. R4=33Om. R6=51Om.

1.1 Составляем на основании законов Кирхгофа системы уравнений для определения токов во всех ветвях схемы

I2-I5-I3=0; I2-I5-I3=0;

I5+I6-I7=0; I5+I6-I7=0;

I7-I1-I2-I4=0; I7-I1-I2-I4=0;

E2-E1=R3I3-(R5+r01) I5+(R6+r02) I6; 10=53I6-46I5+22I3;

E1=R2I2+(R5+r01) I5+R7I7; 0=55I7+27I2+46I5;

0=R4I4-R3I3-R2I2; 0=33I4-22I3-27I2;

0=I1R1-I4R4; 0=16I1-33I4;

Решив данную систему, мы найдем истинные токи в ветвях.

1.2 Определяем токи во всех ветвях схемы на основе метода контурных токов

Преобразуем схему (рис.1.0) в эквивалентную (рис.1.1):

IK3 IK2

IK4 R2 R5 E2,r02 R7

R1 R4

IK1

R3 R6

E1,r01

Рис.1.1

Составляем уравнения для 4-х. контуров:

I-й. Контур:

E2-E1=IK1(R6+r02+r01+R5+R3) +IK2(R5+r01) - IK3R3;

II-й. Контур:

E1= IK2(R5+r01+R7+R2) +IK3R2-IK1(R5+r01);

III-й. Контур:

0=IK3(R4+R3+R2) - IK2R2-IK1R3-IK4R4;

IV-й. Контур:

0=IK4(R1+R4) - IK3R4;

Решаем систему:

10=121IK1-46IK2-22IK2;

30=128IK2-27IK3-46IK1;

0=82IK3-27IK2-22IK1-33IK4;

0=49IK4-33IK3;

49IK4-33IK3 => 49IK4=33IK3 => IK4=0,67347IK3;

0=59,77549IK3-27IK2-22IK1;

10=121IK1-46IK2-22IK2;

30=128IK2-27IK3-46IK1;

0=59,77549IK3-27IK2-22IK1;

IK1=(128IK2-27IK3-30) /46;

10=121((128IK2-27IK3-30) /46) - 46IK2-22IK3 =>

IK2=(93,02174IK3+88,91304) /290,69566;

IK1=(13,95962IK3+9,15046) /46;

0=59,77549IK3-8,63992IK3-8,3583-6,67634IK3-4,37631

12,63461=44,45923IK3 =>

IK3=0,28418 A;

IK4=0, 19139 A;

IK2=0,39680 A;

IK1=0,28516 A;

Вычисляем истинные токи ветвей электрической цепи, выполняя алгебраическое сложение контурных токов, учитывая их направление:

I1=IK4=0, 19139 A.

I2=IK2-IK3=0,11262 A.

I3=IK1-IK3=0,00098 A.

I4=IK3-IK4=0,09279 A.

I5=IK2-IK1=0,11164 A.

I6=IK1=0,28516 A.

I7=IK2= 0,39680 A.

1.3 Определение токов во всех ветвях схемы на основе метода наложения

a) Нахождение частных токов при исключении источника питания Е2:

Преобразовываем схему (рис.1.0) в эквивалентные схемы на (рис.1.2), (рис.1.3) и (рис.1.4) без Е2, оставив лишь его внутреннее сопротивление r02:

R2 R7 I/7

I/2 I/5 E1,r01

R1 I/1

R3 I/3 I/4 I/6

R6 r02

Рис.1.2

R2 R7

R14

R3 R602

E1, r01

Рис.1.3

R₁₄=(R₁R₄)/(R₁+R₄)=(16*33)/(16+33)=10,77551 Om;

R₆₀₂=R₆+r₀₂=51+2=53 Om;

R214 R7

R5 R23

R314 R602

E1,r01

Рис.1.4

R214=(R2R14) /(R2+R3+R14) =(27*10.7755) /(27+10.7755+22) =4,86719 Om;

R23=(R2R3) /(R2+R3+R14) =(27*22) /(27+22+10.7755) =9,93718 Om;

R314=(R3R14) /(R3+R14+R2) =(22*10.7755) /(22+10.7755+27) =3,96586 Om;

R2147=R214+R7= 4.8672+55=59,86719 Om;

R314602=R314+R602= 3.9659+53=56,96586 Om;

RЭКВ. =R5+R23+(R2147R314602) /(R2147+R314602) +r1= =43+9.9372+(59.8672*56.9659) /(59.8672+56.9659) +3=85,12743 Om;

I/=E1/RЭКВ. = 30/85.1275=0,35241 A.

I/5=I/=0,35241 A.

I/7=I/(R314+R602) /(R214+R7+R314+R602) = =0.35241*(3.96586+53) /(4.86719+55+3.96586+53) =0,17182 A.;

I/602=I/6=I/(R214+R7) /(R214+R7+R314+R602) = =0.35241*(9.93718+55) /(9.93718+55+3.96586+53) =0,18058 A.;

По II закону Кирхгофа находим частный ток (I/14):

I/14R14-I/602R602+I/7R7=0;

I/14=(I/602R602-I/7R7) /R14= (0.18058*53-0.17182*55) /10.77551=0,0111 A.;

U14=I/14R14= 0.0111*10.77551=0,11961 B.;

I/1=U14/R1= 0,11961/16=0,00748 A.;

I/4=U14/R4= 0.11961/33=0,00362 A.;

I/2=I/7-I/14= 0,17182-0,0111=0,16072 A.;

I/3=I/1+I/4+I/6= 0,00748+0,00362+0,18058=0, 19168 A.;

b) Нахождение частных токов при исключении источника питания Е1:

Преобразуем схему (рис.1.0) в эквивалентные схемы на (рис.1.5), (рис.1.6) и (рис.1.7) без Е1, оставив лишь его внутреннее сопротивление r01:

R₂

I^//₅ R₇ I^//₇

R₅ r₀₁

R₁ I^//₁

R₃ I^//₃ I^//₄ I^//₆

R₄

R₆ E₂,r₀₂

Рис.1.5