Контурные токи: калькулятор расчета, примеры применения метода > Флэтора
Золотая квартира    

Контурные токи: калькулятор расчета, примеры применения метода

Контурные токи: калькулятор расчета, примеры применения метода

cdcaed2a

Содержание

Все расчеты электрических схем базируются на простых формулах. Сложность и громоздкость вычислений зависят от сложности схем. Для упрощения расчетов без ущерба качеству разработано несколько методик, позволяющих сократить число вычислений до разумных пределов.

Основные формулы электротехники

Основные принципы

Любая электротехническая цепь состоит из участков (ветвей), образующих узлы и контуры. Для определения значений тока через любой элемент используют два закона Кирхгофа. Прямое составление уравнений дает систему с их максимальным количеством, равным количеству ветвей. В результате, если множество узлов цепи равно У, а число ветвей Р, то уравнения распределяются следующим образом:

  • Для узлов У-1 по закону Кирхгофа для токов;
  • Для ветвей Р-У+1 по закону Кирхгофа для напряжений.

Данное количество избыточно и приводит к образованию громоздкой системы уравнений большой размерности.

Для упрощения расчетов разработаны методики, которые позволяют сократить количество уравнений до приемлемых значений без снижения точности результатов. Наиболее простым является метод контурных токов.

Определение и суть метода контурных токов

Векторная диаграмма токов и напряжений

По данному методу в исследуемой цепи выделяются независимые плоские замкнутые контуры, включающие все, без исключения, элементы. Предполагается, что в каждом контуре может протекать некоторый контурный ток. В том случае, если цепь с элементом принадлежит только одному контуру, то ток через входящие в нее элементы равен контурному. Если элемент охватывается несколькими контурами, то он в ней равен алгебраической (с учетом направления) сумме контурных токов.

Разбиение цепи на контуры

Важно! Суммирование должно производиться строго с учетом направления движения при обходе контура. Знак «плюс» – при совпадении направления, «минус» – при противоположном.

При составлении уравнений учитываются входящие в схему источники ЭДС и тока.

На пpaктике удобнее преобразовать идеальный источник тока в идеальный источник ЭДС. Преобразование выполняется согласно закона Ома:

U=I∙r, где r – внутреннее сопротивление источника тока (напряжения).

Методика расчета используется как в цепях постоянного, так и переменного напряжения. При расчетах цепей переменного напряжения с реактивными элементами используются комплексные величины, затем вычисляются мгновенные и амплитудные величины токов и напряжений и углы сдвига фаз между ними.

Цепь с реактивными элементами

Построение системы контуров

Общее сопротивление

Основная сложность заключается в правильном выделении контуров. Количество контурных токов будет равняться числу выбранных контуров.

Важно! Каждый элемент схемы должен входить хотя бы в один контур.

Распространены две методики выбора контуров.

Использование планарных графов

Метод планарных графов применяется при ручном расчете, поскольку он наиболее прост и нагляден. Для построения плоского графа схему рисуют таким образом, чтобы не было взаимного пересечения ветвей. Получается, что схему можно разбить на несколько ограниченных участков, которые образуют контуры.

Рассматриваемая методика неприменима без дополнительных преобразований, если невозможно выразить схему в виде планарного графа.

Метод выделения максимального дерева

Метод выделения максимального дерева более абстpaктный и используется при автоматизированных расчетах и наличия специализированных программ. Суть метода заключается в исключении из цепи некоторых ветвей в соответствии со строгими правилами, которые таковы:

  • При каждом шаге исключается только одна ветвь;
  • Исключение ветви не должно приводить к разбиению графа на несколько частей или к «висячим узлам»;
  • Количество удаленных звеньев равняется числу независимых контуров;
  • Подключение удаленной ветви образует соответствующий контур.

Построение системы уравнений

Резонанс в электрической цепи

Построение системы уравнений по рассматриваемой методике выполняется по следующим правилам:

  • Для каждого выбранного контура задается направление обхода;
  • С левой стороны равенств записывается сумма всех произведений искомых токов в ветвях на сопротивление веток. В правую часть записывается сумма источников напряжений, присутствующих в контуре;
  • Если направление искомой величины или источника напряжения такое же, как у заданного направления обхода, то слагаемые пишутся со знаком «плюс», в ином случае они имеют отрицательное значение;
  • Значение токов в ветвях заменяют на их выражение через токи контура.

После выполнения арифметических действий (раскрытие скобок, приведение подобных слагаемых) получается система уравнений, в которых неизвестными величинами являются виртуальные контурные токи.

Решая систему уравнений, получают значения контурных, а затем искомых величин.

Оптимизированная процеДypa составления системы

По упрощенной методике поступают следующим образом:

  • В уравнениях в левой части записывают произведение суммы всех входящих в контур сопротивлений на контурный ток;
  • От полученного выражения вычитаются умноженные на сумму сопротивлений общей ветви соседние контурные токи;
  • Справа записывается сумма источников ЭДС контура.

Формальный подход

Формальный подход предполагает матричную форму записи системы уравнений. Для расчетов исходные данные записывают в матричной форме.  Используются такие матрицы:

  • C – в которой i строк, соответствующих количеству контуров, и j столбцов по количеству ветвей;
  • Z – диагональная матрица сопротивлений, количество строк и столбцов которой соответствуют числу веток;
  • Ct – трaнcпонированная матрица С;
  • I – матрица контурных величин;
  • J – матрица источников тока;
  • Е – матрица ЭДС.

При составлении матрицы С каждый элемент Сij:

  • 0, если ветвь j не входит в контур;
  • -1, если ветвь входит в контур, направление тока противоположно контурному;
  • 1 – то же самое, но направление тока совпадает с контурным.

В матрице Z диагональные элементы равняются сопротивлению участков, остальные приравниваются нулю.

Итоговая формула для расчетов имеет вид:

C∙Z∙Ct∙I=C(Z∙J+E).

Такая форма записи решения в матричной форме показывает, каким образом выполняются действия над составленными матрицами.

Пример системы уравнений

Ниже рассмотрен пример расчета конкретной схемы без учета номиналов элементов.

Пример решения

В заданной цепи выделяют три контура. Как выразить токи в ветвях через контурные:

  • i1=I1;
  • i2=I2;
  • i3=I3;
  • i4=I2+I3;
  • i5=I1+I2;
  • i6=I1-I3.

Как составить систему уравнений:

  • i1R1+i5R5+i6R6=E1;
  • i2R2+i4R4+i5R5=E2;
  • i3R3+i4R4-i6R6=0

Как подставить контурные значения:

  • I1R1+( I1+I2)R5+( I1-I3)R6=E1;
  • I2R2+( I2+I3)R4+( I1+I2)R5=E2;
  • I3R3+( I2+I3)R4-( I1-I3)R6=0

После преобразования получается необходимая система уравнений:

  • (R1+R5+R6)I1+R5I2+R6I3=E1;
  • R5I1+(R2+R4+R5)I2+R4I3=E2;
  • -R6I1+R4I2+(R3+R4+R6)I3=0.

Система из трех уравнений легко решается после подстановки известных параметров. Из полученных значений контурных токов затем можно найти искомые величины.

Данный пример решения задач по методу контурных токов показывает, что любую достаточно сложную схему можно существенно упростить для решения, руководствуясь указаниями.

Важно! Метод неприменим, если нет возможности преобразовать цепь без взаимного пересечения ветвей.

В некоторых случаях упростить схему можно путем преобразования ветвей, соединенных по схеме «звезда» в треугольник.

Точно такие же результаты получаются при использовании метода узловых потенциалов. В основе расчетов – поиск потенциала каждого узла (так называемый узловой потенциал). Существуют программы, позволяющие произвести онлайн расчет параметров по рассмотренным методам.

Видео


Отличие ударных дрелей от перфораторов: что лучше, разновидности инструмента

Отличие ударных дрелей от перфораторов: что лучше, разновидности инструмента Ударная дрель или перфоратор? Какой инструмент подходит для тех или иных работ. Скорость крутящего момента разных приборов. Отличительные особенности дрели и перфоратора. Область применения. Варианты насадок....

11 08 2022 23:54:27

Индикатор короткозамкнутых витков своими руками: почему коротит

Индикатор короткозамкнутых витков своими руками: почему коротит Почему в проводах и контактах происходит короткое замыкание. Что такое короткозамкнутый виток. Причины и устранение коротких замыканий в кабелях и соединениях. В каких случаях коротит скрытая проводка. Короткие замыкания: как найти и внешние признаки....

10 08 2022 2:44:44

Индукционный паяльник своими руками

Индукционный паяльник своими руками Что такое индукционная пайка. Принцип работы индукционной паяльной станции. Принцип работы нагревательного элемента. Изготовление индукционного паяльника своими руками в домашних условиях. Выбор материала для изготовления жала индукционной паяльной станции....

09 08 2022 0:43:48

Индукционные лампы: конструкция и принцип действия

Индукционные лампы: конструкция и принцип действия Промышленные светильники индукционные, классификация, преимущества и недостатки . Основные части установки, рекомендации при выборе индукционной лампы....

08 08 2022 13:52:25

Магнитное поле проводника: определение плотности энергии

Магнитное поле проводника: определение плотности энергии Объемная плотность магнитной энергии. Наличии магнитного поля вокруг проводника или катушки с током. Измерение плотности энергии магнитных полей. Формула индуктивного сопротивления катушки....

07 08 2022 18:42:39

Тест на допуск электробезопасности (4 группа)

Тест на допуск электробезопасности (4 группа) Экзаменационные тесты для проверки знаний норм и правил работы в электроустановках в объеме группы lV по электробезопасности...

06 08 2022 22:33:45

Как разобрать лампочки для ремонта: демонтаж цоколя светодиодной лампы

Как разобрать лампочки для ремонта: демонтаж цоколя светодиодной лампы Конструкция лампочек накаливания и светодиодных источников освещения. Методы отделения цоколей разных ламп. Дальнейшее применение колб и цоколей. Ремонт светодиодной лампы. Декоративное применение колбы лампы накаливания....

05 08 2022 15:25:49

Инфpaкрасная лампа: область применения и преимущества

Инфpaкрасная лампа: область применения и преимущества Инфpaкрасные лампы и светильники воспринимается в виде тепла, света и лечебного воздействия, что позволило применять такие изделия для различных целей....

04 08 2022 6:58:18

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых

Принцип работы и таблица истинности D-триггеров: синхронных и двухступенчатых Устройство и принцип работы д-триггера. Таблица истинности D триггера. Элементы с управлением по фронту. Схема реализации d-триггера. Использование триггеров регистрах сдвига и хранения. Реализация д триггера на ТТЛ элементах....

03 08 2022 15:42:17

Как снять показания с электросчетчика Нева-МТ-324: особенности и техника безопасности

Как снять показания с электросчетчика Нева-МТ-324: особенности и техника безопасности Назначение и применение электрического счетчика Нева МТ 324. Технические хаpaктеристики электросчетчика Нева-МТ324. Снятие показаний со счетчиков Нева-МТ-324. Техника безопасности при работе с электросчетчиком НеваМТ324....

02 08 2022 6:43:34

Как оплатить электроэнергию по счетчику, в зависимости от типа электросчетчика

Как оплатить электроэнергию по счетчику, в зависимости от типа электросчетчика Виды электросчётчиков: индукционные и электронные. Как правильно снимать показания электросчётчика. Форма оплаты для физических лиц. Правильность заполнения квитанций. Оплата электроэнергии по счетчику....

01 08 2022 23:55:17

Разновидности и особенности монтажа уличной светодиодной гирлянды бахрома

Разновидности и особенности монтажа уличной светодиодной гирлянды бахрома Гирлянда бахрома: использование на улице и внутри помещений. Преимущества и недостатки новогодней уличной светодиодной гирлянды бахрома со светомузыкой. Способы уличного монтажа для гирлянды бахрома....

31 07 2022 22:47:26

Определение электрического поля: проводники и диэлектрики в электрических полях

Определение электрического поля: проводники и диэлектрики в электрических полях Определение и основные хаpaктеристики электрического поля. Особенности и свойства электрических полей. Проводники и диэлектрики в электро полях. Статическое распределение зарядов присущее электрическому полю....

30 07 2022 1:41:46

Электроэнергия: понятие, особенности

Электроэнергия: понятие, особенности Слово электроэнергия не часто встречается в повседневной жизни, но без нее уже не мыслим современный мир. Давайте разберемся что же это такое!...

29 07 2022 17:33:34

Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока

Понятие резонанса напряжений в электрических цепях переменного тока Как возникает резонанс в электрической цепи. Понятие электрического резонанса. Определение резонансов напряжений, достигающих максимальной амплитуды. Резонансы токов через реактивные элементы. Двойственность RLC-контуров....

28 07 2022 14:28:58

О блокинг генераторе: принцип работы и устройство прибора

О блокинг генераторе: принцип работы и устройство прибора Блокинг генератор: принцип работы устройства. Автоколебательный режим: сборка блокинг-генератора на усилительных элементах. Рабочий процесс рассматриваемого устройства....

27 07 2022 0:47:18

Преобразователь напряжения 12в 220в: принцип действия, рейтинг

Преобразователь напряжения 12в 220в: принцип действия, рейтинг Речь пойдёт о преобразователях постоянного напряжения 12 Вольт, в переменное 220 Вольт. Так как именно этот вопрос более актуален. Ремонт преобразователя....

26 07 2022 2:55:16

Все о энергосберегающих лампах: таблица мощности и сравнение светового потока

Все о энергосберегающих лампах: таблица мощности и сравнение светового потока Особенности конструкции энергосберегающих ламп. Достоинства и недостатки энергосберегающей лампы. Таблица мощности и классификация энергосберегающих источников освещения. Как выбрать устройство для освещения....

25 07 2022 0:11:37

Измерение единицы работы силы в физике

Измерение единицы работы силы в физике Физические термины и терминология. Работа сил, приложенных к системе материальных точек. Работа силы - измерение в физике. Влияние на силу электрического тока физических величин: напряжений и сопротивлений....

24 07 2022 6:19:59

Электротехнический плинтус - конструкция, виды и выбор

Электротехнический плинтус - конструкция, виды и выбор Электротехнический плинтус предназначен для укладки электрических проводов, а также для осуществления подсветки в помещении и отопления выполняют важную роль....

23 07 2022 9:41:38

Как расшифровать обозначения на SMD резисторах: числовые и буквенные маркировки

Как расшифровать обозначения на SMD резисторах: числовые и буквенные маркировки Назначение и конструктивные особенности резисторов SMD. Расшифровка аббревиатуры SMD-резисторов, в том числе с типоразмером 0805. Маркировка резисторов с четырьмя цифрами и общие методики расшифровки....

22 07 2022 1:25:56

Регулировка температуры в квартире с помощью комнатных терморегуляторов

Регулировка температуры в квартире с помощью комнатных терморегуляторов Области применения комнатных терморегуляторов: от встроенного терморегулятора к автономным (внешним) термостатам. Как функционируют механические и электронные модели. Комнатный регулятор температуры: особенности выбора регулирующих устройств....

21 07 2022 0:22:58

Перемотка или ремонт статора (якоря) после замыкания: как проверить статор

Перемотка или ремонт статора (якоря) после замыкания: как проверить статор Действие статора двигателя в зависимости от конфигурации устройства. Материал изготовления статоров: кремниевая (электротехническая) сталь. Проверка якоря коллекторного двигателя. Как проверить и перемотать статор....

20 07 2022 10:30:22

Блок электрических розеток: подключение и установка своими руками

Блок электрических розеток: подключение и установка своими руками Блок электрических розеток: перед тем, как заменить розетку или новый вертикальный блок розеток следует вспомнить, что существует три типа таких устройств....

19 07 2022 14:53:19

О контроллере заряда аккумулятора: как сделать своими руками в домашних условиях

О контроллере заряда аккумулятора: как сделать своими руками в домашних условиях Алгоритм процесса заряда аккумуляторной батареи. Основные функции контроллеров заряда аккумулятора. Простые схемы для изготовления контроллера зарядки аккумуляторных батарей....

18 07 2022 22:34:23

Об электробезопасности на предприятиях: правила, инструкции и нормы применения

Об электробезопасности на предприятиях: правила, инструкции и нормы применения Что такое электробезопасность на предприятии: нормы, меры и нюансы. К каким категориям относится персонал и требования по безопасности. Что запрещают правила по электробезопасности. Проверка знаний персонала....

17 07 2022 18:38:22

Правила последовательного и параллельного подключения аккумуляторных батарей

Правила последовательного и параллельного подключения аккумуляторных батарей Последовательное соединение аккумуляторов: какие правила соблюдать при последовательной зарядке батарей. Параллельное соединение АКБ: принципы параллельного подключения. Проверка подключения. Советы по подключению аккумуляторной батареи....

16 07 2022 15:28:44

Формула расчета реактивного сопротивления проводника: калькулятор расчетов

Формула расчета реактивного сопротивления проводника: калькулятор расчетов Реактивное сопротивление резисторов и реактивных устройств. Понятие электрического импенданса. Вычисления падения напряжения на концах катушки индуктивности (соленоида). Расчет реактивного сопротивления конденсатора....

15 07 2022 23:25:58

Заземление в частном доме: полный монтаж, принцип работы

Заземление в частном доме: полный монтаж, принцип работы Принцип работы и причины для чего необходимо заземление в доме. Советы по установке громоотвода. Стандартные комплекты заземления и цены на них....

14 07 2022 5:30:54

Виды светильников и их ремонт в домашних условиях

Виды светильников и их ремонт в домашних условиях Ремонт энергосберегающих ламп, их разборка и самые распространенные неисправности. Ремонт настольных ламп. Советы профессионалов....

13 07 2022 21:30:22

Таблица обозначений и расшифровки цветовой маркировки светодиодов

Таблица обозначений и расшифровки цветовой маркировки светодиодов Виды маркировки и типы отечественных и импортных диодов и светодиодов. SDM-диод: особенности маркировок в зависимости от полярности. обозначение размера диодного элемента. Индекс цветопередачи CRI....

12 07 2022 5:37:42

Формула индуктивного сопротивления катушки индуктивности: что это такое и от чего зависит

Формула индуктивного сопротивления катушки индуктивности: что это такое и от чего зависит Определение индуктивного сопротивления. Что такое индуктивное сопротивление катушки индуктивности. Формулы для расчетов. Применение формул для получения верных расчетов во многих отраслях промышленности, электротехнике и энергетике....

11 07 2022 8:40:12

Вред от разбитой люминесцентной лампы - советы и рекомендации

Вред от разбитой люминесцентной лампы - советы и рекомендации Какой вред от разбитой люминесцентной лампы и советы как правильно и лучше всего утилизировать осколки, и очистить помещение от ртути....

10 07 2022 0:37:40

Ртутные лампы - общие сведения и принцип работы

Ртутные лампы - общие сведения и принцип работы Ртутные лампы не требуют грамотного подхода к их использованию и применяются в различных отраслях сельского и промышленного хозяйства, а также в быту....

09 07 2022 21:47:35

Танталовые SMD-конденсаторы: определение мощности по цветовой маркировке

Танталовые SMD-конденсаторы: определение мощности по цветовой маркировке Конденсаторы из тантала и правила маркировки элементов. Виды буквенно-цифровой маркировок конденсаторов. Маркировка для танталовых SMD конденсаторов. Коды напряжения для SMD-тантала....

08 07 2022 23:53:51

Розетки для телевизора и интернета - проектирование слаботочных сетей

Розетки для телевизора и интернета - проектирование слаботочных сетей Установка слаботочного кабеля для интернета и телевизора это отличное решение если вы хотите избавиться от лишних проводов!...

07 07 2022 5:15:45

Как выполнить расчет трaнcформатора в полном объеме

Как выполнить расчет трaнcформатора в полном объеме Особенности и формулы расчёта однофазных, трехфазных и тороидальных трaнcформаторов. Типы сердечников магнитопровода....

06 07 2022 2:40:27

Какими огнетушителями нельзя тушить электропроводку под напряжением электротока

Какими огнетушителями нельзя тушить электропроводку под напряжением электротока Неисправность электропроводки как одна из наиболее распространенных причин короткого замыкания. Действия при возгорании электропроводки. Виды и область применения огнетушителей. Каким огнетушителем нельзя тушить электропроводку под напряжением....

05 07 2022 2:58:14

Электроснабжение кухни - советы экспертов

Электроснабжение кухни - советы экспертов Современная кухня это основной потребитель электроэнергии в квартире, чтобы избежать проблем с электропроводкой нужно правильно произвести её комплектацию....

04 07 2022 12:17:37

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов

Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов Как выглядит терморегулятор для инкубатора: общие сведения об устройстве. Изготовление терморегулятора с датчиком температуры для инкубаторов своими руками. Принцип работы оборудования. Особенности сборки термостата....

03 07 2022 5:19:31

Отличие трехфазного тока от однофазного, мощность переменного тока в трехфазной цепи

Отличие трехфазного тока от однофазного, мощность переменного тока в трехфазной цепи Почему используют трехфазный ток. Преимущества трехфазной системы. Схемы трехфазных цепей. Формула активной мощности трехфазного приемника. Отличие трехфазного тока от однофазного. Фазное и линейное напряжение в трехфазных цепях....

02 07 2022 7:37:49

Размеры и разновидности кабельных каналов для электропроводки

Размеры и разновидности кабельных каналов для электропроводки Виды кабель-каналов: прозрачные, перфорированные, гибкие, магистральные и другие. Размеры кабельных каналов для электропроводки и порядок монтажа кабель канала. Хаpaктеристика кабельного металлического канала....

01 07 2022 21:54:53

Как снимать показания счетчика электроэнергии: снятие показаний с электронных и трехтарифных устройств

Как снимать показания счетчика электроэнергии: снятие показаний с электронных и трехтарифных устройств Снятие показаний со счетчиков индукционного типа и электронных электросчетчиков. Как снять показания счетчика электроэнергии Меркурий. Сколько цифр списывается с табло индукционных аппаратов. Учёт электроэнергии в цепях трёхфазного тока....

30 06 2022 22:21:49

О свободной энергии эфира: генераторы свободной энергии нового поколения

О свободной энергии эфира: генераторы свободной энергии нового поколения Теоретические основы: эфир и теория относительности. Генераторы Тесла и колебательный контур. Свободная энергия эфира: генераторы свободной энергии своими руками. Другие типы генераторов....

29 06 2022 10:34:59

Магнитные пускатели серии ПМ-12: технические хаpaктеристики изделия

Магнитные пускатели серии ПМ-12: технические хаpaктеристики изделия Функциональное использование магнитного пускателя ПМ-12. Хаpaктеристики и основные технические значения пускателей ПМ12. Принцип работы и комплектность. Монтаж и отличие от контакторов....

28 06 2022 18:17:25

О видах аккумуляторов: какие бывают разновидности батарей, виды АКБ

О видах аккумуляторов: какие бывают разновидности батарей, виды АКБ Виды существующих аккумуляторных батарей: от электрохимических до световых. Разновидности свинцово-кислотных батарей. Расшифровка аббревиатур и технические хаpaктеристики различных видов аккумуляторов....

27 06 2022 23:58:12

О проходных выключателях: особенности квартирного проходного выключателя

О проходных выключателях: особенности квартирного проходного выключателя Устройство и разновидности проходных выключателей. Схемы подключения проходного выключателя в квартире и загородном доме. Проходной выключатель: монтаж своими силами....

26 06 2022 22:39:45

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида Принцип буравчика (правило правого винта) с точки зрения физики. Формулировка закона правой руки для соленоида с током. Закон левой руки как основа законов Ампера. Расчет индуктивности катушек и формирование противотоков....

25 06 2022 6:24:12

Стартёр для запуска люминесцентных ламп - выбор и запуск

Стартёр для запуска люминесцентных ламп - выбор и запуск Как выбрать стартёр для запуска люминесцентных ламп и затем правильно его подключить, а также какие-могут возникнуть неисправности....

24 06 2022 13:56:32

Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель: сравнение, разновидности

Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель: сравнение, разновидности Сколько потрeбляет инфpaкрасный обогреватель? Усредненные расчеты - суточный расход устройства мощностью 1 кВт составляет 8 кВт, обогреет площадь в 16 м²....

23 06 2022 2:30:28

Еще:
Электрика -1 :: Электрика -2 :: Электрика -3 :: Электрика -4 ::