Теоремы и методы расчета сложных резистивных цепей Метод контурных токов Векторные диаграммы Резонанс в сложных схемах Топологические методы расчета электрических цепей Расчет сложных трехфазных цепей

Методы расчета электрических цепей

В случае расчёта линейных электрических цепей с сосредото­ченными параметрами применение указанных выше методов фактически сводится к составлению и расчёту системы линейных уравнений, порядок которой определяется сложностью рассматриваемой цепи. Как известно, наиболее общим методом расчёта системы ли­нейных уравнений является метод по формулам Крамера, определяю­щих искомые величины через главный определитель системы, состав­ленный из коэффициентов при неизвестных величинах, и вспомогательные определители, получающиеся из главного определителя путём замены столбца коэффициентов при неизвестном столбцом свободных членов. При практических расчётах вычисление этих определителей связано с достаточно громоздкими арифметическими вычислениями и требует достаточно большой затраты времени.

Резонанс в сложных схемах

Схемы замещения реальных электрических цепей могут существенно отличаться от рассмотренных выше простейших последовательной или параллельной схем. Хотя условие резонансного режима в общем виде [ Im(Zвх)=0 и Im(Yвх)=0 ] для любой схемы сохраняется, однако конкретное содержание этих уравнений будет определяться структурой схемы замещения.

 На рис. 67 приведена эквивалентная схема параллельного контура, в которой реальные элементы цепи (катушка и конденсатор) представлены последовательными схемами замещения.

 

Входная комплексная проводимость схемы:

Условие резонанса:

 или 

Отличие данного условия резонанса от аналогичного условия для простейшей схемы рис. 64 состоит в том, что в этом уравнении присутствуют параметры активных элементов R1 и R2.

Анализ полученного уравнения показывает, что при изменении параметров одного из элементов схемы возможны различные варианты решения.

При изменении сопротивлений R1 и R2 возможны два варианта решения: 1)существует одна точка резонанса (корни уравнения вещественные; один положительный, а другой отрицательный); 2)резонанс в схеме невозможен (корни уравнения комплексные).

При изменении индуктивности L или емкости C возможны три варианта решения: 1)существует две точки резонанса (корни уравнения вещественные и оба положительные); 2)существует одна точка резонанса (корни уравнения равные и положительные); 3)резонанс в схеме невозможен (корни уравнения комплексные).

Решая уравнение резонанса относительно частоты, получим:

Анализ этого уравнения показывает, что при R1 = R2 резонансная частота имеет выражение , как и для простейшей схемы рис. 1, а при  для w0 получается неопределенное решение, что физически означает резонансный режим на любой частоте.

На рис.10 приведена схема последовательного контура, в которой реальные элементы (катушка и конденсатор) представлены различными схемами замещения.

Входное комплексное сопротивление схемы:

Условие резонанса:

 или 

Анализ этого уравнения показывает неоднозначную зависимость условия резонанса от значений параметров каждого элемента схемы.

Если сложная схема содержит в своей структуре несколько (более двух) разнородных реактивных элементов, то при изменении  частоты в ней могут наблюдаться несколько резонансных режимов (как тока, так и напряжения) в зависимости от структуры схемы.

Резонанс в электрических цепях Определение резонанса В электрической цепи, содержащей катушки индуктивности L и конденсаторы C, возможны свободные гармонические колебания энергии между магнитным полем катушки   и электрическим полем конденсатора . Угловая частота этих колебаний wo, называемых свободными или собственными, определяется структурой цепи и параметрами ее отдельных элементов R, L ,C.

Резонансным режимом цепи или просто резонансом называется явление увеличения амплитуды гармонических колебаний энергии в цепи, наблюдаемое при совпадении частоты собственных колебаний wo с частотой вынужденных колебаний w, сообщаемых цепи источником энергии (wo = w).

Резонанс токов Резонанс в цепи с параллельным соединением источника энергии и реактивных элементов L и C получил название резонанса токов.

Магнитносвязанные электрические цепи Если магнитное поле, создаваемое одной из катушек, пересекает плоскость витков (сцеплено с витками) второй катушки, то такие катушки принято называть магнитносвязанными (индуктивносвязанными)

Последовательное соединение магнитносвязанных катушек Пусть две магнитносвязанные катушки (R1, L1, R2, L2, M) соединены последовательно с источником ЭДС Е . При последовательном соединении положительное направление тока выбирается одновременно для обеих катушек, поэтому его направление относительно одноименных выводов зависит только от способа соединения катушек между собой: a) согласное (*) и б) встречное ( · ).

Под сложной линейной электрической цепью постоянного тока понимают любую разветвлённую электрическую цепь, в состав которой в общем случае входят неизменные во времени источники напряжения (э.д.с.) и источники тока (т.д.с.), а также линейные резисторы, сопротивления которых не зависят ни от значений, ни от направлений токов и напряжений в цепи. Для расчёта сложных цепей, как правило, применяют законы Кирхгофа, а также различные методы, основанные на этих законах. Первый закон Кирхгофа: В любом узле сложной электрической цепи алгебраическая сумма токов в ветвях, соединяющихся в этом узле, равна нулю:
Теоретическая база метода контурных токов