Цепи с индуктивной связью Линейный трансформатор Параллельный колебательный контур Лабораторный практикум mАнализ сложных линейных цепей Исследование частотных характеристик

Выполнение курсового расчета по теории электрических цепей

Анализ сложных линейных цепей

Цель работы

Освоение и сравнение методов расчета сложных электрических цепей при гармоническом воздействии: методов контурных токов, узловых напряжений и метода наложения. Экспериментальная проверка правильности расчета.

Основные теоретические положения

Метод контурных токов основан на важной топологической особенности электрических цепей: токи всех ветвей цепи могут быть выражены через токи главных ветвей.

Для определения токов главных ветвей (контурных токов) составляют систему из контурных уравнений.

На практике контурные уравнения формируют не прибегая к составлению основной системы уравнений электрического равновесия, поэтому применение этого метода позволяет упростить и составление, и решение уравнений электрического равновесия цепи.

В матричной форме система контурных уравнений запишется в следующем виде:

,

где Zij – матрица сопротивлений контуров,

Iii – матрица контурных токов,

Еii – матрица контурных ЭДС.

Правила составления контурных уравнений:

1. Формирование Zij.

Zii - собственное сопротивление i-гo контура, сумма сопротивлений всех ветвей, входящих в этот контур. Zij - взаимное, или общее, сопротивление i-гo и j-го контуров - сопротивление, равное сумме сопротивлений ветвей, общих для этих контуров. Взаимное сопротивление берется со знаком плюс, если контурные токи рассматриваемых контуров протекают через общие для этих контуров ветви в одинаковом направлении; если контурные токи в общих ветвях имеют противоположные направления, то взаимное сопротивление берут со знаком минус. Если рассматриваемые контуры не имеют общих ветвей, то их взаимное сопротивление равно нулю.

Для линейных цепей, составленных только из сопротивлений, емкостей, индуктивностей и независимых источников напряжения, матрица контурных сопротивлений квадратная и симметричная относительно главной диагонали.

2. Формирование Iii.

Это матрица-столбец неизвестных контурных токов.

3. Формирование Еii.

Контурная э. д. с. Еii i-гo контура – это алгебраическая сумма э. д. с. всех идеализированных источников напряжения, входящих в данный контур. Если направление э. д. с. какого-либо источника, входящего в i-й контур, совпадает с направлением контурного тока этого контура, то соответствующая э. д. с. входит в Eii со знаком плюс, в противном случае — со знаком минус.

Решая систему контурных уравнений любым из методов, можно найти все неизвестные контурные токи цепи.

Например, выражение для контурного тока kk-го контура при использовании формулы Крамера:

где — определитель системы уравнений; ij— алгебраическое дополнение элемента Zij этого определителя. На практике обычно используют более экономичные методы, такие, как метод исключения Гаусса.

Если электрическая цепь содержит независимые источники тока, то следует заменить источники тока независимыми источниками напряжения с помощью эквивалентных преобразований, либо выбрать дерево цепи таким образом, чтобы ветви с источниками тока вошли в состав главных ветвей. Количество неизвестных контурных токов сокращается при этом на число независимых источников тока. Матрица контурных сопротивлений в этом случае будет не квадратной: число столбцов будет равно числу независимых контуров, а число строк — числу неизвестных контурных токов.

Метод формирования уравнений электрического равновесия цепи, в котором в качестве независимых переменных используются неизвестные напряжения независимых узлов относительно базисного, называется методом узловых напряжений. Напряжения всех ветвей электрической цепи могут быть выражены через узловые напряжения этой цепи т.е. напряжения независимых узлов рассматриваемой цепи относительно базисного.

На практике узловые уравнения формируют не прибегая к составлению основной системы уравнений электрического равновесия, поэтому применение этого метода позволяет упростить и составление, и решение уравнений электрического равновесия цепи.

В матричной форме система узловых уравнений запишется в следующем виде:

,

где Yij – матрица проводимостей узлов,

Ui0 – матрица напряжений узлов,

Ji0 – матрица узловых токов.

Предельный случай апериодической разрядки конденсатора

Имеет место при R = Rкр , то есть p1 = p2 = p = .

В этом случае uC = uCсв =(A1 + A2 t) ept, i = iсв = C  = C(A2+ pA1 + pA2 t)ept.

При начальных условиях i(0+) = 0, и uC(0+) = U A1 = U, A2 = - p U. 

Таким образом, uC = U (1 – p t) ept,

 i = - C p2 U t ept = -  t ept ,

 uL = L  = - U (1 + p t) ept .

Кривые такие же, как и рассмотренные выше, но несколько уже. Здесь длительность переходного процесса минимальная при неизменных L и C.

Правила составления узловых уравнений. Формирование Yij.

Измерьте величины сопротивлений R1, R2,R3, RL1, RL2, RL3, сравните их с табличными данными.

Проверьте выполнение теоремы наложения для ветви C1R3. 4.7.1. Замените источник Е1 перемычкой. Установите Е2 равным заданной в таблице величине. Измерьте действующее значение тока I3' и сдвиг фаз между UR3 и Е2 (рис. 3.6).

Обработка результатов 5.1. По результатам пп. 3.4 - 3.6 рассчитайте комплексные действующие значения токов и напряжений на элементах цепи (рис. 3.1).

Индуктивно-связанные цепи 1. Цель работы Овладение методами расчета и измерения параметров цепей с взаимной индуктивностью. Экспериментальное определение основных параметров трансформаторов.

При гармоническом внешнем воздействии уравнения, описывающие трансформатор имеют вид:

Выведите расчетные формулы для обработки экспериментальных данных, которые будут получены при выполнении пунктов 3.1 и 3.2 (формулы для расчета индуктивности катушек L1 и L2, и взаимной индуктивности М).

Составьте таблицы сравнения результатов, полученных в ходе подготовки расчетным путем и измеренных при выполнении работы.


Электрические цепи однофазного синусоидального тока