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




Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации

Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации Организационные вопросы, которым придается большое значение при эксплуатации и обслуживании электроустановок в рамках П Т Э. Сдача энергетических объектов в эксплуатацию. Электрические станции и сети: правила технической эксплуатации....

17 01 2022 1:31:15

О дистанционных выключателях света с пультом: подключение выключателя своими руками

Принцип работы и особенности дистанционного выключателя света с пультом. Инфpaкрасные (ИК) устройства. Обзор дистанционных включателей света с пультом. Порядок самостоятельного подключения устройств....

16 01 2022 1:18:44

Нормы потребления электроэнергии

Нормы потребления электроэнергии В зависимости от разных ситуаций (есть счетчик, нет счетчика, нет возможности снять показания и т.д.) существуют разные тарифы на электроэнергию....

15 01 2022 1:54:27

Должностные обязанности электромонтера: общая инструкция

Рабочая категория электромонтера. Основные функции, права и обязанности по ремонту. За что он ответственен и с какими службами взаимодействует. Фото, видео....

14 01 2022 6:40:57

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....

13 01 2022 14:23:21

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение

Плавкий предохранитель: принцип действия,типы, назначение Предохранители в электрической цепи (плавкие вставки). Описание режимов работы. Рассмотрение их технических характеристик, достоинства и недостатки....

12 01 2022 2:41:49

Измерение яркости светящейся поверхности и интенсивности светоотдачи

Измерение яркости светящейся поверхности и интенсивности светоотдачи Виды света и характеристики светового потока ламп накаливания, светодиодных и светосберегающих источников освещения. Единицы измерения. Определение светоотдачи, яркости и интенсивности освещения. Люксы, люмены, канделы: в чем измеряют свет....

11 01 2022 11:47:19

Лампа люминисцентная - выбор и преимущества

Лампа люминисцентная, область применения, какие их главные особенности, и в чём отличие между люминесцентными лампами и лампами накаливания....

10 01 2022 2:56:27

О заземлении: ПУЭ по организации заземления электроустановок

О заземлении: ПУЭ по организации заземления электроустановок Что такое заземление. Правила заземления электроустановки. Групповые сети и их заземление. Требования П У Э к организации заземляющего контура. Заземление: П У Э об организации заземлений на производстве....

09 01 2022 5:50:29

Диммер для паяльника своими руками

Все кто занимается радиоэлектроникой, сталкивались с перегревом паяльника. Это может быть недорогой недавно купленный паяльник, который вышел из строя....

08 01 2022 22:45:31

Паяльник с керамическим нагревателем для паяльных станций

Паяльник с керамическим нагревателем для паяльных станций Выбираем жало для паяльных станций. Материалы и виды наконечника паяльников. Самые популярные наконечники. Керамические жала. Способы очистки жал. Какое жало лучше использовать в паяльных станциях....

07 01 2022 11:39:30

Возникновение блуждающих токов в водопроводных трубах и толще грунта

Возникновение блуждающих токов в водопроводных трубах и толще грунта Определение блуждающих токов. Блуждающий ток: причина появления, опасность для человека и сооружений. Источники блуждающего тока как наблюдаемого явления. Методы борьбы с явлением блуждающего тока. Изоляция от токов стекания....

06 01 2022 0:43:31

Как использовать нагрузочную вилку для проверки аккумулятора

Как использовать нагрузочную вилку для проверки аккумулятора Зачем проверять А К Б. Что проверить перед оценкой состояния аккумулятора. Что такое нагрузочная вилка: особенности применения. Порядок проверки аккумулятора с помощью нагрузочной вилки. Параметры (таблица) для оценки годности батареи....

05 01 2022 20:15:18

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 01 2022 13:15:27

Кабель с резиновой изоляцией и другие виды кабеля

Кабель в резиновой изоляции имеет одно неоспоримое преимущество среди остальной продукции это гибкость. Однако они уступают бумажной или же ПВХ изоляции....

03 01 2022 3:52:13

Бестеневая лампа для профессионалов - разновидности и преимущества

Бестеневая лампа и светильник - надежные и пpaктичные осветительные приборы, которые нашли применение во многих отраслях промышленности и в медицине....

02 01 2022 22:10:12

Фарады, микрофарады, нанофарады и пикофарады: измерение электрической емкости

Электрическая ёмкость - измерение в фарадах, пикофарадах, микрофарадах и нанофарадах. Один фарад - это сколько? Правила измерения электрических емкостей. Обозначение фарада. Важность величины фарад в электронике и электротехнике....

01 01 2022 17:39:28

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 хаpaктеристики напряжения, электротока и сопротивления...

31 12 2021 10:27:43

Концевые муфты: применение и разновидности, преимущества и недостатки

Классификация муфт по назначению и типу изоляции. Назначение концевой муфты. Концевая термоусаживаемая муфта: материал изготовления. Схематическое изображение. Технология монтажа концевых термоусаживаемых муфт....

30 12 2021 18:10:28

Понятие (карта) селективности в электрических сетях: функции и виды защиты

Принцип селективности и понятие карты селективностей в электрических цепях. Абсолютная и относительная избирательность для электросети отдельного объекта. Методы построения и виды систем селективной защиты. Селективность по току и/или по временному интервалу сpaбатывания защиты....

29 12 2021 10:11:16

О концевых выключателях двери: принцип работы и назначение устройства

О концевых выключателях двери: принцип работы и назначение устройства Устройство приборов и характерные признаки. Выключатели механического типа и магнитные приборы. Правила монтажа концевых выключателей двери. Применение концевых выключателей для управления дверьми....

28 12 2021 22:32:32

О сенсорном выключателе: своими руками устанавливаем и ремонтируем изделие

Преимущества сенсорного выключателя. Устройство и принцип действия. Пpaктические схемы: регулируемый выключатель, простая 2-х транзисторная схема. О сенсорном выключателе: своими руками устанавливаем и ремонтируем изделие....

27 12 2021 7:30:59

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи

О подключении вольтметра: схема подключения вольтметров к цепи Принцип действия и технические характеристики вольтметров: электромеханические и электронные аппараты. Подключение вольтметра к цепи переменного и постоянного тока....

26 12 2021 20:54:58

Tрaнcформаторы для галогенных ламп - выбор и подключние

Tрaнcформаторы для галогенных ламп, их виды и питание, а также способы и схемы их подключения и использование в различных сферах....

25 12 2021 9:19:45

Программы для проектирования электропроводки в доме, квартире и на даче

Преимущества программирования различных схем электропроводки. Что может программа для проектирования электропроводки в доме: расчет схем электроснабжения, подсчет общих потерь напряжения, расчет объема кабельной продукции и другие полезные функции....

24 12 2021 0:30:27

Разбираем выключатель света в квартире: ремонт и обслуживание своими руками

Общая информация о различных моделях выключателей света использующихся в квартирах. Как снять выключатель со стены: необходимые инструменты. Демонтаж электрических розеток. Общие правила электробезопасности....

23 12 2021 1:36:30

Способы подключения ламп: последовательное, параллельное

Способы подключения ламп: последовательное, параллельное Способы подключения ламп через один, два выключателя, датчик движения или проходные выключатели, а также параллельное и последовательное подключение....

22 12 2021 4:28:54

Принцип работы и устройство электрического теплового конвектора: нагревательный элемент

Принцип работы и устройство электрического теплового конвектора: нагревательный элемент Что такое тепловой конвектор, устройство конвектора. Тип разогрева воздуха в разных моделях отопительного электрического устройства. Принцип работы тепловых конвекторов. Преимущества и недостатки теплового конвектора....

21 12 2021 9:11:49

Цветовая распиновка и обжим витой пары под коннектор RJ-45

Что такое "витая пара": назначение, области применения, обозначения. Формирование сетей из витой пары. Цветовая распиновка и обжим кабеля под коннектор RJ-45. Виды коннекторов и переходников стандарта RJ45....

20 12 2021 8:25:10

Технические характеристики и расшифровка кабеля ШВВП: область применения

Технические характеристики и расшифровка кабеля ШВВП: область применения Технические характеристика кабеля Ш В В П. Расшифровка аббревиатуры. Область применения кабельной продукции с индексом Ш В В П. Конструкционные особенности проводов Ш В В П. Разновидности кабеля Ш В В П....

19 12 2021 5:33:42

Маленький паяльник для пайки: температура и мощность

Выбираем микропаяльник для пайки электросхем. Критерии выбора, назначение и область применения маленького паяльника. Виды паяльников и особенности конструкции. Температура жала. Нихромовые, керамические и индукционные приборы....

18 12 2021 8:48:18

Сетевой преобразователь для солнечной батареи: назначение инвертора

Сетевой преобразователь для солнечной батареи: назначение инвертора Принцип работы солнечных батарей. Необходимый набор оборудования для получения электричества от энергии солнечного света. Инвертор, как преобразователь переменного тока в постоянный. Составные части инвертора солнечной батареи....

17 12 2021 0:50:49

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий

Нормы освещения многоквартирных домов, подъездов и придомовых территорий Какие требования должны быть учтены при оформлении и организации освещения подъездов, подвалов и придомовых территорий многоквартирных зданий....

16 12 2021 17:38:21

Детские светильники - особенности выбора и правила освещения

Детские светильники выполнены с применением источников света специально созданных для детей и позволяют подобрать модели для общего и локального освещения....

15 12 2021 4:53:18

Освещение в гараже - выбор, монтаж и разновидности

Как правильно выбрать и смонтировать освещение в гараже, а также различные варианты его расположения. Безопасность при разводке освещения в гараже....

14 12 2021 1:41:32

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....

13 12 2021 5:54:37

Технические характеристики и расшифровка кабелей ПуГВ

Технические характеристики и расшифровка кабелей ПуГВ Маркировка установочных проводов и кабелей согласно Г О С Ту. Конструкция Пу Г В (аналог П В-3): требования предъявляемые к изоляции провода. Технические характеристики Пу Г В-провода и кабеля Пу Г В В. Конструктивные характеристики проводов Пу Г В и Пу Г В В....

12 12 2021 8:46:23

В чем измеряются единицы емкости конденсаторов

В чем измеряются единицы емкости конденсаторов Единица измерения емкости в системе С И и других системах. Фарады через основные единицы системы. Определение кратных единиц ёмкости. Таблица перевода дольных единиц. Маркировка конденсаторов. Кодировка больших по размерам устройств...

11 12 2021 2:37:26

Что делать в случае поломки счетчика электроэнергии: кто должен менять и почему

Возможные неисправности счетчика электроэнергии. Кто должен менять электросчетчик и заниматься обслуживанием узла. Сломался счетчик электроэнергии: что делать. Сколько стоит проведение диагностики электрического счетчика в управляющей компании....

10 12 2021 4:19:58

Какой генератор потянет инверторные сварочные аппараты: какой бензогенератор выбрать

Какой генератор потянет инверторные сварочные аппараты: какой бензогенератор выбрать Генератор для мобильного инвертора. Расчет мощности генератора (эффективная и реактивная мощность). Какой генератор потянет инверторные сварочные аппараты: какой бензогенератор выбрать....

09 12 2021 6:33:53

Расшифровка и технические характеристики телефонного провода ТППЭП

Расшифровка и технические характеристики телефонного провода ТППЭП Расшифровка и технические характеристики кабеля Т П П Э П. Маркировка жил на основе алюминия согласно Г О С Т. Т П П Э П-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок....

08 12 2021 14:38:47

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост

Схема подключения электромагнитных пускателей на 220В и 380В: через кнопочный пост Разница между контактором и пускателем. Виды магнитных пускателей: классификация приборов по способу размещения и защищённости от вредных воздействий. Схема подключения электромагнитного контактора....

07 12 2021 1:28:15

Электротехника: основы, понятия, положения и определения

Основные понятия электротехники. Круг вопросов, рассматриваемых в большинстве курсов по электротехнике. Определения электромагнетизма, переменного тока и электрических машин (электродвигатели и генераторы)....

06 12 2021 18:32:46

Назначение приказов о созданиях комиссий для проверки знаний по электробезопасности

Организация комиссии по проверке знаний по электробезопасности. Типы и регулярность проверок. Главные требования и основные правила по созданию комиссий для проверки знаний по электробезопасности....

05 12 2021 2:35:41

Гарантирующий поставщик электроэнергии

Границы зон деятельности, получение статуса гарантирующего поставщика, а также заключение договора с физическими и юридическими лицами....

04 12 2021 7:51:26

Определение мощности электрического тока: обозначение и единицы измерения

Электрический ток: единицы мощности, способы измерения, определение. Активная и реактивная мощность тока. Прямые и косвенные замеры. Как обозначается мощность тока. Аналоговые и цифровые приборы для вычисления силы (мощности) токов....

03 12 2021 8:46:53

Схема работы импульсного стабилизатора: стабилизация повышенного вольтажа

Схема работы импульсного стабилизатора: стабилизация повышенного вольтажа Основы импульсного преобразования. Обязательные модулы, которые должен содержать в себе классический импульсный стабилизатор напряжения. Преимущества О С-регулирования. Схемы управляющих устройств. Понижающие стабилизаторы....

02 12 2021 12:48:15

О видах и типах электропроводки: классификация, способы прокладки и соеденения

Электрические шнуры и их классификация по материалу изготовления. Особенности наружной открытой и скрытой электропроводки. Внутренняя проводка: способы монтажа и соединения. Правила работы с проводами....

01 12 2021 8:14:41

О комиссиях по проверке знаний по электробезопасности на предприятиях

О комиссиях по проверке знаний по электробезопасности на предприятиях Формирование аттестационных комиссий при образовательных центрах и на предприятиях с энергоустановками. Состав аттестационной комиссии по проверке знаний по электробезопасности на предприятии....

30 11 2021 8:29:49

Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов

Изоляционный материал, виды изоляции, жидкая изоляция для проводов Понятие изоляционных материалов, свойства и виды изоляции. Твердая и жидкая изоляция. Газообразные изолирующие диэлектрики. Свойства изоляционного вещества. Виды изоляций кабеля. Традиционные изоляционные материалы....

29 11 2021 8:22:31

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