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

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 практике 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 абстрактный 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 процедура 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 – транспонированная 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



Отзывы (через Facebook):

Оставить отзыв с помощью аккаунта FaceBook:


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....

17 10 2021 4:18:13

Преобразователи напряжения: виды, особенности и принцип работы

Преобразователи напряжения: виды, особенности и принцип работы Особенности работы преобразователей напряжения различного характера и применения, их принципиальные схемы и ремонт....

17 10 2021 13:20:22

Измерение силы тока, расчет мощности и напряжения с помощью онлайн калькулятора

Автоматизация расчёта участка электрической цепи. Калькулятор закона Ома. Рассчитываем напряжение, сопротивление, мощность и силу тока. Таблица приставок величин. Подсчет мощности по формулам. Набор сервисов для автоматизации подсчетов....

17 10 2021 9:32:33

О видах поражения электротоком человека: влияние электрического тока на организм

О видах поражения электротоком человека: влияние электрического тока на организм Действие тока на организм: термическое, химическое, биологическое и механическое воздействие электротока на человека. Классификация поражения током. Первая помощь при поражении электрическим током....

17 10 2021 7:23:32

Формула расчета периода переменных и постоянных токов в электротехнике

Формула расчета периода переменных и постоянных токов в электротехнике Определение и взаимосвязь частоты и периодов тока. Взаимосвязь частотности и работы электрооборудования. Частотомер: назначение прибора. Высокая частота токов и ее применение в промышленности и медицинской технике....

17 10 2021 23:12:51

Светильники в стиле лофт - виды и назначение

Светильники в стиле лофт - виды и назначение Светильники в стиле лофт изготавливаются из металла, пробки, древесины и стекла. Они должны соответствовать общей концепции отделки интерьера....

17 10 2021 9:25:41

Выбор дозиметра - бытового прибора для измерения излучения и радиоактивного фона

Выбор дозиметра - бытового прибора для измерения излучения и радиоактивного фона Состав устройства дозиметр и его назначение. Типы дозиметров: от профессиональных устройств до бытовых приборов. Другие типы регистрирующих устройств. Бытовые дозиметры: особенности устройств и выбор. Порядок измерения радиации и излучений....

17 10 2021 6:55:26

Инфракрасная лампа: область применения и преимущества

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

17 10 2021 21:32:17

Триггеры на транзисторах (Шмитта) и реле (на логических элементах)

Триггеры на транзисторах (Шмитта) и реле (на логических элементах) Триггерные схемы на транзисторах, реле и микросхемах. Триггер (Trigger) Шмитта. Триггеры на логических элементах и на операционном усилителе. Преимущества применения триггерных схем логики....

17 10 2021 15:49:46

Проверка емкости аккумулятора мультиметром: как измерить аккумуляторную батарею

Проверка емкости аккумулятора мультиметром: как измерить аккумуляторную батарею Виды и параметры аккумуляторных батарей: емкость, выходное напряжение, внутреннее сопротивление. Что такое саморазряд аккумуляторной батареи. Измерение ёмкости А К Б мультиметром. Проверка аккумулятора 18650. В чем измеряется емкость аккумулятора телефона....

17 10 2021 21:12:58

Расчет напряжения тока с помощью формулы: сопротивления через силу тока и напряжение

Электрический ток и электрическое напряжение в физике и электротехнике. Определение сопротивления и мощности. Взаимосвязь параметров электрической цепи и формула напряжения тока. Основные характеристики напряжения, электротока и сопротивления...

17 10 2021 20:23:22

О распиновке наушников: необходимый инструмент для ремонта и обслуживания

О распиновке наушников: необходимый инструмент для ремонта и обслуживания Распиновка наушников (проводов и разъемов): необходимый инструмент и расходные материалы. Поиск неисправностей и прозвонка проводов. Ремонт динамика наушников....

17 10 2021 2:43:18

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор

Уличные светильники: виды, способы применения, выбор Основные характеристики уличных светильников – мощность светового потока, экономичность и срок службы. В последнее время популярны светодиодные приборы....

17 10 2021 15:32:57

Выбор паяльной станции для работы и дома - какая лучше, на что обратить внимание

Выбор паяльной станции для работы и дома - какая лучше, на что обратить внимание Для чего нужна паяльная станция. Правильный выбор прибора. Правила работы, температурные режимы, принцип действия. Разновидности, типы нагревательных элементов паяльников. Дополнительные возможности устройства....

17 10 2021 13:35:11

Виды стрипперов и их технические характеристики: какой инструмент лучше выбрать

Виды стрипперов и их технические характеристики: какой инструмент лучше выбрать Что такое стриппер и где его применяют: особенности инструмента для зачистки проводов. Как правильно выбрать клещи для зачистки проводов от изоляции. Разновидности стрипперов: ручной, полуавтоматический и автоматический....

17 10 2021 13:34:30

Люминесцентные лампы и светильники - выбор и подключение

Люминесцентные лампы и светильники - выбор и подключение Сравнение двух источников света: люминесцентные лампы и светильники и светодиодные источники света. Их подключение, демонтаж и монтаж....

17 10 2021 0:43:14

Установка для производства биогаза для частного или фермерского хозяйства

Установка для производства биогаза для частного или фермерского хозяйства Механизм образования газа. Сырье для биогаза. Биогаз: технология получения, преимущества и недостатки. Конструкция биогазовой установки для частного или фермерского хозяйства....

17 10 2021 0:36:28

О генераторе Тесла: схема простейшего бестопливного генератора своими руками

О генераторе Тесла: схема простейшего бестопливного генератора своими руками Генератор Тесла или вечный двигатель? Определение альтернативной энергетики. Трансформатор и генератор Николы Теслы. Изготовление генератора своими руками в домашних условиях. Схемы сборки и запитки основных узлов....

17 10 2021 20:18:15

Формула расчета сопротивления при параллельном соединении резистора

Параллельное соединение резисторов: формула расчета. Примеры типичных подключений. Расчет комбинированных схем. Закон Ома и правила Кирхгофа как основа расчетных операций при параллельном соединении резистора....

17 10 2021 14:54:43

Как выполнить расчет трансформатора в полном объеме

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

17 10 2021 23:44:38

Расчет параметрического стабилизатора напряжения на стабилитроне

Принцип работы параметрического стабилизатора на стабилитроне ( П С Н). Основные параметры. Параметрический стабилизатор напряжения: расчет исходных параметров. Возможности по увеличение мощности....

17 10 2021 4:55:11

Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение

Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение Разновидности векторных диаграмм. Построение векторной диаграммы токов и напряжений. Векторные диаграммы токов и напряжений: правила построения диаграмм, онлайн построение. Уравнения и формулы....

17 10 2021 19:38:16

Отличие пассатижей от плоскогубцев: назначение и виды инструмента

Отличие пассатижей от плоскогубцев: назначение и виды инструмента Разница между пассатижами и плоскогубцами. Виды инструмента: диэлектрический, слесарный, пассатижи для люверсов. Плоскогубцы или плоскозубцы - есть ли разница. Рекомендации по выбору изделий....

17 10 2021 12:48:39

Рейтинг производителей автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ)

Рейтинг производителей автомобильных аккумуляторных батарей (АКБ) Особенности выбора автомобильной аккумуляторной батареи. Выбор А К Б по параметрам двигателя автомобиля. Параметры разрядки, габариты, дата выпуска аккумулятора. Производители аккумуляторных батарей. Рейтинг лучших автомобильных аккумуляторов....

17 10 2021 7:32:38

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....

17 10 2021 12:22:39

Определение постоянного и переменного электрического тока

Определение постоянного и переменного электрического тока Понятие о постоянном и переменном токе. Сравнительные характеристики постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток: различия при транспортировке. Достоинства и недостатки переменных и постоянных электротоков....

17 10 2021 5:33:41

Как рассчитать мощность трехфазной сети: формулы для расчета показателей

Как узнать свою схему: трёхфазное или однофазное подключение. Как рассчитать мощность трехфазной сети электрического тока: формулы для расчета мощностных показателей. Расчет тока по мощности в трехфазной сети....

17 10 2021 8:50:31

Электрический двигатель: основные принципы действия электродвигателей

Принцип работы электродвигателя. Электродвигатели постоянного и переменного тока. Линейный электродвигатель. Использование электромоторов переменных токов в однофазной сети. Упрощения запуска электрического двигателя. Формула мощности трехфазного двигателя....

17 10 2021 4:24:32

Все о подключении трехфазных счетчиков через трансформатор тока

Все о подключении трехфазных счетчиков через трансформатор тока Устройство и принцип работы измерительного трансформатора. Токовые характеристики измерительных трансформаторов. Преимущества и недостатки изделий. Подключение трехфазного счетчика через трансформаторы тока....

17 10 2021 16:55:14

Кабель КДБС и ПНСВ: обогрев бетона греющим кабелем, принцип действия и виды

Особенности нагревательной процедуры: типовая методика. Особенности греющих кабелей: методики подключения к трансформатору. Рекомендации по монтажу провода для прогрева бетона: расчеты параметров кабельной системы....

17 10 2021 5:14:17

Качество электрической энергии дома - анализируем и изучаем показатели

Качество электрической энергии дома - анализируем и изучаем показатели Показатели качества электрической энергии, средства измерения и принцип их действия можно освоить самому! А так же понять зачем это нужно....

17 10 2021 14:45:29

Таблица билетов с ответами по электробезопасности в зависимости от группы допуска

Таблица билетов с ответами по электробезопасности в зависимости от группы допуска Составление билетов с типовыми вопросами. Таблица билетов с ответами по электробезопасности. Порядок сдачи экзамена по электробезопасности в зависимости от группы....

17 10 2021 10:55:26

Нормы освещения производственных помещений - сведения и расчет

Нормы освещения производственных помещений - сведения и расчет Нормы освещения производственных помещений должно повышать качество труда, снижать утомляемость, не допускать травматизма....

17 10 2021 21:54:20

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация

Светильник с датчиком движения - преимущества и классификация Светильники с датчиками движения – вид современного освещения, позволяющий значительно экономить расход электроэнергии и придать уникальность любому объекту...

17 10 2021 15:49:25

Подача показаний домашних счетчиков электроэнергии

Подача показаний домашних счетчиков электроэнергии Что такое счетчик электроэнергии, куда подавать показания электросчетчиков, каковы сроки подачи ‒ все это вы узнаете с помощью нашей статьи!...

17 10 2021 13:20:27

Аварийное освещение - требования пожарной безопасности

Аварийное освещение - требования пожарной безопасности Аварийное освещение обязательная часть мер безопасности для снижения рисков в случаях нарушении рабочего цикла или возникновении пожара....

17 10 2021 11:49:11

Монтаж электропроводки в кабельных каналах

Монтаж электропроводки в кабельных каналах Открытая электропроводка в кабель каналах хорошее решение для монтажа. Но стоит помнить о правилах прокладки кабеля в каналах, это залог успешной установки....

17 10 2021 14:41:16

Использование тензометра: тензометрирование конструкций, принцип действия и устройство

Определение и классификация тензометров: различие в тензометрах в зависимости от принципа действия. Тензометр: механическое оборудование и электрические приборы. Струнные и оптические тензометры....

17 10 2021 7:58:31

О статическом электричестве и защите от него: возникновение и методы борьбы с явлением

О статическом электричестве и защите от него: возникновение и методы борьбы с явлением Возникновение и опасность статического электричества: как возникают статические заряды. Статическое электричество и защита от него на производстве и в быту. Комплекс мер и мероприятий, помогающих предотвратить образование электростатических разрядов....

17 10 2021 23:25:17

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 характеристики различных видов аккумуляторов....

17 10 2021 1:20:51

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень

Принцип работы термопары: подключение преобразователя хромель-алюмень Назначение термоэлектрического преобразователя. Принцип работы термопары. Разновидности и конструктивные особенности термопар. Конструктивные особенности термопар, типы и характеристики....

17 10 2021 11:44:59

Технические и электрические параметры диода IN-5822: преимущества и недостатки

Технические и электрические параметры диода IN-5822: преимущества и недостатки Описание и специфические качества рабочей структуры диода Шоттки IN5822. Технические характеристики диодов типа IN 5822. Преимущества и недостатки свойственные диоду IN-5822....

17 10 2021 0:52:24

Основные определения и правила прокладки электропроводки

Основные определения и правила прокладки электропроводки Основные определения и правила прокладки электропроводки. Прокладка проводов выполняется после составления исполнительной схемы, учитывая некоторые нюансы....

17 10 2021 23:17:33

Сравниваем конвекторы и тепловентиляторы: какой нагреватель выбрать

Сравниваем конвекторы и тепловентиляторы: какой нагреватель выбрать Что лучше: конвектор или тепловентилятор - особенности выбора. Достоинства и недостатки конвекторов и тепловентиляторов. Конвекторы и тепловентиляторы: особенности выбора, рейтинг производителей, какой прибор лучше выбрать....

17 10 2021 8:10:26

Улица: способы прокладки кабелей и проводов, монтаж сетей

Улица: способы прокладки кабелей и проводов, монтаж сетей Документы, регламентирующие прокладку уличных наружных электрических сетей. Марки и характеристики С И П, советы по пременению проводов , фото и видео....

17 10 2021 23:11:10

Ремонт трансформаторов - все виды и особенности

Ремонт трансформаторов - все виды и особенности Ремонт трансформаторов их виды и периодичность. Вывод трансформатора в ремонт и последовательность действий при этом. Ремонт сварочных трансформаторов...

17 10 2021 19:36:24

Светодиодная подсветка: виды профилей для светодиодных лент

Преимущества использования коробов для решений по светодиодной подсветке помещений. Декоративная и целевая подсветка с использованием светодиодных лент в профилях в т.ч. алюминиевых. Классификация профилей по области применения и материалу изготовления. Размеры кабель-канала для светодиодной ленты....

17 10 2021 22:27:48

Выбор стабилизатора напряжения для дома: рейтинг качественных стабилизаторов

Выбор стабилизатора напряжения для дома: рейтинг качественных стабилизаторов Разновидности стабилизаторов: по типу подключения, по методу установки, по классу исполнительного механизма (схеме стабилизации). Как правильно выбрать стабилизатор для дома или офиса. Что лучше сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. Механический стабилизатор напряжения для дома....

17 10 2021 0:28:19

О проводах для электропроводки: как выбрать правильный провод для квартиры

О проводах для электропроводки: как выбрать правильный провод для квартиры Чем отличаются провод и кабель. Расчет нагрузки на проводку в квартире. Расчет сечения провода для электропроводки. Наиболее популярные кабели. Типы проводов: маркировки и расшифровка обозначений....

17 10 2021 9:57:17

Розетки с терморегулятором: типы и устройство

Розетки с терморегулятором: типы и устройство Розетки с терморегуляторами это приборы которые в автоматическом режиме поддерживают температуру на необходимом пользователю уровне....

17 10 2021 9:15:25

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

Flat d'Oro - Золотая квартира. Так еще в средневековье испанские строители называли жилье, обустроенное по последнему слову тогдашней техники. Например, оборудованную новомодным устройством для смыва воды компании Unitas (да, именно от названия этой компании произошло слово, которым обозначаем сантехническое устройство мы, современные носители русского языка). Мы научим Вас, как сделать Вашу квартиру Золотой!