В произвольно выбранной совокупности независимых контуров обозначить контурные токи, направление которых выбирается произвольно.

2. 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 (R_ветви = 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:

В данную сумму со знаком плюс входят слагаемые, соответствующие источникам, действующим в направлении рассматриваемого узла.

С помощью полученной системы определить неизвестные потенциалы узлов.

4. Определить токи во всех ветвях и напряжение на источнике тока на основании соотношений, составленных по обобщенному закону Ома.

Метод наложения

Решение задач данным методом основано на применении принципа суперпозиции (наложения), согласно которому ток в произвольной i-й ветви равен алгебраической сумме токов, создаваемых каждым источником в отдельности.

При расчете цепей методом наложения из исходной цепи получают k вспомогательных схем (подсхем), где k – число источников. В каждой из этих вспомогательных схем оставляют только один источник. Удаление источников осуществляется в соответствии со следующим правилом: источники ЭДС заменяются короткозамкнутыми участками, ветви с источниками тока размыкаются. В каждой из полученных подсхем рассчитываются составляющие соответствующих токов, создаваемые данным источником. Токи исходной цепи определяются как алгебраическая сумма соответствующих токов вспомогательных схем:

1 234