background image

 

 

„Program Rozwojowy Potencjału Dydaktycznego Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach: kształcenie na miarę sukcesu”, 

Program Operacyjny Kapitał Ludzki (Umowa UDA-POKL.04.01.01-00-175/08-00)

Zadanie 9 – Opracowanie  materiałów dydaktycznych  multimedialnych i warsztaty

 „Techniki multimedialne, blended i e-learningowe w dydaktyce”:  

WPROWADZENIE DO ELEKTROTECHNIKI CZ. II

                                                       Autorzy:
                                                                       dr hab.inż. Maciej Włodarczyk
                                                                       dr inż. Katarzyna Ciosk

 

background image

 

 

METODY  OBLICZANIA  OBWODÓW 

ROZGAŁĘZIONYCH LINIOWYCH W STANIE  

USTALONYM

background image

 

 

Zawartość

1.  Włączanie  dodatkowych  idealnych źródeł
2.  Twierdzenie o wzajemności
3.  Twierdzenie o kompensacji
4.  Zasada  superpozycji
5. Twierdzenia  o  zastępczych  źródłach  energii
6. Przekształcenia  obwodów  rozgałęzionych

                           

background image

 

 

Twierdzenie o włączaniu dodatkowych idealnych źródeł napięcia nazywane również 

twierdzeniem o przenoszeniu idealnego źródła napięcia

.

W  obwodzie  rozgałęzionym  rozpływ  prądów  nie  ulegnie  zmianie,  jeżeli  do 
wszystkich  gałęzi  należących  do  tego  samego  węzła  włączyć  po  jednym 
idealnym źródle napięcia o tej samej wartości skutecznej, częstotliwości, fazie 
początkowej i tym samym zwrocie w stosunku do rozpatrywanego węzła.

Takie  włączenie  źródeł  powoduje,  że  występują  one  w  oczkowych  napięciach 
źródłowych dwukrotnie – za każdym razem z innym znakiem nie zmieniając przy tym 
wypadkowej  wartości  napięć  źródłowych  oczkowych.  Powyższa  własność  pozwala  na 
przeniesienie  idealnego  źródła  napięcia  z  jednej  gałęzi  do  wszystkich  pozostałych 
gałęzi należących do tego samego węzła. 

6.WŁĄCZANIE DODATKOWYCH IDEALNYCH 

ŹRÓDEŁ

Rys.6.1. Ilustracja przeniesienie idealnego źródła napięcia z jednej gałęzi do 
wszystkich pozostałych 
gałęzi należących do tego samego węzła. 

background image

 

 

Prądy gałęziowe, a zatem i napięcia na gałęziach, zależą od wypadkowych prądów 
źródłowych zasilających poszczególne węzły (widać to szczególnie dobrze na 
przykładzie metody węzłowej). Wynika stąd, że włączenie do węzła dodatkowych 
gałęzi z idealnymi źródłami prądowymi o takich samych parametrach ale         o 
przeciwnych zwrotach względem tego węzła nie powoduje zmiany rozpływu prądów w 
gałęziach należących do tego węzła – wypadkowy prąd zasilający węzeł nie ulegnie 
zmianie. 

W  obwodzie  rozgałęzionym  rozkład  napięć  nie  ulegnie  zmianie,  jeżeli 
równolegle  do  każdej  gałęzi  wybranego  oczka  włączyć  po  jednym  idealnym 
źródle prądu o tej samej wartości skutecznej, częstotliwości, fazie początkowej 
i tym samym zwrocie w stosunku do przyjętego obiegu oczka. 

Własność ta pozwala na usuwanie idealnego źródła prądu z danej gałęzi obwodu 
wprowadzając dodatkowe gałęzie z idealnymi źródłami prądu.

WŁĄCZANIE DODATKOWYCH IDEALNYCH 

ŹRÓDEŁ

Twierdzenie o włączaniu dodatkowych idealnych źródeł prądu nazywane jest również  

twierdzeniem o przenoszeniu idealnego źródła prądu

Rys.6.1. Ilustracja przeniesienie idealnego źródła prądu z jednej gałęzi do wszystkich 
pozostałych gałęzi  
należących do tego samego węzła. 

background image

 

 

W  obwodach,  w  których  występuje  tylko  jedno  źródło  energii  (napięciowe  lub 
prądowe)  może  być  zastosowane  tzw.  twierdzenie  o  wzajemności.  Twierdzenie  to 
można  sformułować  w  dwóch  odmianach:  oczkowej  (dotyczącej  źródła  napięcia)  i 
węzłowej (dotyczącej źródła prądu).

7. TWIERDZENIE O WZAJEMNOŚCI

Twierdzenie  o wzajemności  oczkowej

Jeżeli w obwodzie liniowym rozgałęzionym, jedyne  źródło napięcia znajdujące 
się  w  gałęzi  k–tej  wywołuje  w  gałęzi  l–tej  tego  obwodu  prąd  I,  to  po 
przeniesieniu tego źródła do gałęzi   l–tej, w gałęzi k–tej popłynie również prąd 
I.

Rys.7.1. Ilustracja twierdzenia o wzajemności 
oczkowej. 

background image

 

 

Twierdzenie  o  wzajemności  węzłowej

Jeżeli w obwodzie liniowym rozgałęzionym, jedyne źródło prądu znajdujące się 
między  węzłami  k  i  l  wywołuje  między  węzłami  m  i  n  napięcie  U,  to  po 
przeniesieniu  gałęzi  z  tym  źródłem  między  węzły  m                            i  n,  napięcie 
między węzłami k i l będzie również równe U. 

Powyższe  własności  wynikają  z  symetrii  macierzy  impedancji  i  admitancji  własnych  i 
wzajemnych. 
Przy  stosowaniu  twierdzeń  o  wzajemności  należy  zwrócić  uwagę  na  zachowanie 
zwrotów źródeł oraz odpowiednich napięć i prądów – tak, jak przedstawiają to rysunek 
3.11a i rysunek 3.11b. Twierdzenia te są ważne również w obwodach ze sprzężeniami 
magnetycznymi  oraz  przy  dowolnym  charakterze  zmienności  źródeł  (ale  z  zerowymi 
warunkami początkowymi). 

TWIERDZENIE O WZAJEMNOŚCI

Rys.7.2. Ilustracja twierdzenia o wzajemności 
węzłowej. 

background image

 

 

Twierdzenie  o  kompensacji

Rozpływ prądów w obwodzie nie ulegnie zmianie, jeżeli dowolną impedancję Z 
zastąpi się idealnym źródłem napięcia E równym co do wartości, częstotliwości 
i fazy spadkowi napięcia na danej impedancji o zwrocie przeciwnym do zwrotu 
prądu I płynącego przez tę impedancję.

 V

A

 – V

B

 = U = IZ.

 U

AB

 = V

A

 – V

B

 = E – E + IZ = 

IZ                            

 V

D

 – V

B

 = –U + IZ = 0  bo E = 

 U + IZ 

                                       
  V

A

 – V

B

 = E = U = IZ                

                 

8. TWIERDZENIE O KOMPENSACJI

Danym napięciem źródłowym E można skompensować napięcie na impedancji Z tylko 
przy jednej wartości prądu I takim, że E = IZ. Aby istniała możliwość kompensacji dla 
dowolnego  prądu  trzeba  dysponować  idealnym  źródłem  napięcia  o  wartości  zależnej 
od prądu I, a więc sterowanym źródłem napięcia.

Rys.8.1. Ilustracja twierdzenia o kompensacji. 

background image

 

 

W  obwodach  liniowych  ze  źródłami  o  dowolnym  charakterze  zmienności  napięć  i 
prądów obowiązuje zasada superpozycji, którą można wyrazić następująco:
 

Zasada  superpozycji

Odpowiedź 

układu 

liniowego 

pobudzanego 

jednocześnie 

kilkoma 

wymuszeniami  równa  jest  sumie  algebraicznej  odpowiedzi  obwodu  na 
poszczególne wymuszenia działające oddzielnie.

 
Odpowiedzią obwodu na wymuszenie (napięcie lub prąd źródłowy) są napięcia na jego 
elementach  i  prądy  płynące  przez  te  elementy.  Stosując  zasadę  superpozycji  kolejno 
oblicza się odpowiedzi na poszczególne wymuszenia przyrównując pozostałe do zera. 
Przyrównanie do zera napięć źródłowych jest równoważne usunięciu źródeł i zwarciu 
zacisków,  do  których  były  dołączone.  Natomiast  przyrównanie  do  zera  prądów 
źródłowych jest równoważne usunięciu ich  z obwodu wraz z gałęziami. Związane jest 
to z tym, że impedancja idealnych źródeł napięciowych jest równa zeru, a prądowych – 
nieskończoności.
Zasadę  superpozycji  stosuje  się  również  wtedy,  gdy  w  liniowym  obwodzie  działają 
źródła o różnych częstotliwościach.

9. ZASADA SUPERPOZYCJI

background image

 

 

Twierdzenia  o  zastępczych  źródłach  energii  znajdują  zastosowanie  wtedy,  gdy  w 
rozgałęzionym  obwodzie  liniowym  należy  wyznaczyć  prąd  lub  jego  funkcje  (np.  moc, 
napięcie)  tylko  w  wybranej  gałęzi.  Twierdzenia  te  pozwalają  zastąpić  złożony  obwód 
elektryczny  o  dowolnej  strukturze  i  liczbie  źródeł,  dwójnikiem  aktywnym  z  jednym 
źródłem i jedną impedancją. Istnieją dwa twierdzenia o zastępczym źródle napięcia – 
twierdzenie Thevenina i o zastępczym źródle prądu – twierdzenie Nortona. 
Twierdzenie  o  zastępczym  źródle  napięcia  (Thevenina)

Dowolny  aktywny  obwód  liniowy  można  od  strony  wybranych  zacisków  AB 
zastąpić obwodem równoważnym, złożonym z szeregowo połączonego jednego 
idealnego  źródła  napięcia,  równego  napięciu  między  zaciskami  AB  w  stanie 
jałowym  oraz  jednej  impedancji  równej  impedancji  zastępczej  obwodu 
pasywnego, widzianego od strony zacisków AB.

10. TWIERDZENIA O ZASTĘPCZYCH ŹRÓDŁACH 

ENERGII

Rys.10.1. Ilustracja twierdzenia Thevenina; a) obwód wyjściowy, b) obwód 
równoważny. 

a)

b)

background image

 

 

Dowód twierdzenia Thevenina

Prąd  I  nie  zmieni  się,  gdy  do  gałęzi  z  impedancją  Z  włączone  zostaną  dwa  źródła 
napięcia  przeciwnie  skierowane  o  wartości  U

0

  =  E

Z

    (E

Z

  jest  napięciem  między 

zaciskami AB w stanie jałowym) – rysunek a.
Stosując  do  tego  obwodu  zasadę  superpozycji,  do  dwóch  stanów:  dla  wszystkich 
wymuszeń  z  układu  aktywnego  i  jednego  ze  źródeł  U

0

  (rys.  b)  oraz  dla  jednego 

wymuszenia U

0

 (rys. c) mamy 

                                                

Nietrudno zauważyć, że prąd I' będzie równy zeru, gdyż włączenie do gałęzi idealnego 
źródła napięcia równego napięciu na zaciskach AB w stanie jałowym powoduje, że na 
impedancji Z napięcie jest równe zeru. Prąd I jest równy

                                              

gdzie Z

Z

 jest impedancją zastępczą układu pasywnego widzianego od strony zacisków 

AB. 

I I I

 

'

''

I

E

Z

Z

Z

Z

1

'

 

TWIERDZENIE O ZASTĘPCZYCH ŹRÓDŁACH 

ENERGII

a)                                                          b)                                                      c)

Rys.10.2 Dowód twierdzenia Thevenina; a) obwód z włączonymi dodatkowymi 
źródłami, b) i c) obwody po zastosowaniu zasady superpozycji. 

background image

 

 

Twierdzenie  o  zastępczym  źródle  prądu  (Nortona)

Dowolny  aktywny  obwód  liniowy  można  od  strony  wybranych  zacisków  AB 
zastąpić obwodem równoważnym, złożonym z równolegle połączonego jednego 
idealnego  źródła  prądu,  o  prądzie  źródłowym  równym  prądowi  w  gałęzi  AB, 
przy zwarciu zacisków AB oraz jednej admitancji równej admitancji zastępczej 
obwodu pasywnego, widzianego od strony zacisków AB.

Stosując  twierdzenie  Nortona  otrzymuje  się  układ  zastępczy  przedstawiony  na 
rysunku  a.  Rysunek  b  ilustruje  w  jaki  sposób  oblicza  się  wartość  zastępczego  źródła 
prądu.
Twierdzenie to wynika z równoważności rzeczywistego źródła napięcia i prądu.

J

E
Z

Y E

Z

Z

Z

Z Z

TWIERDZENIE O ZASTĘPCZYCH ŹRÓDŁACH 

ENERGII

Rys.10.3. Ilustracja twierdzenia Nortona; a) obwód zastępczy, b) sposób 
obliczania prądu J

Z

a)

b)

background image

 

 

Obliczyć prąd I w obwodzie przedstawionym na rysunku 10.4 stosując twierdzenie: a) 
Thevenina,                b) Nortona, przy danych:                   ,                 , R = 100 , X

L

 = 

100 , X

C

 = 200 . Wszystkie źródła mają taką samą pulsację.

Rozwiązanie

a) Zastosowanie twierdzenia Thevenina
Po  oznaczeniu  zacisków  A  i  B  tak,  jak  na  rysunku  10.4a  oblicza  się  napięcie 
zastępczego  źródła,  które  jest  równe  napięciu  między  zaciskami  A  i  B  w  stanie 
jałowym  (po  odłączeniu  gałęzi  z  X

C

)  –  rysunek  10.4b.  Po  zastąpieniu  źródła  prądu 

równoważnym źródłem napięcia o wartości Ej = RJ napięcie E

Z

 jest równe

gdzie

E

e V

j

100

0

J

e

A

j45

o

1

E

E I

jX

Z

C

 

0

I

E JR

R jX

jX

L

C

0

Podstawiając dane otrzymuje się

I

e

j

j

e

A

j45

j22

o

o

0

49

100 100

100 100 200

054

,

,

E

e

e

e

Z

j22

j90

j

o

o

o

100 054

200

173

49

3523

,

,

,

PRZYKŁAD 10

background image

 

 

c
)

a)

b)

d
)

e)

f)

Rys.10.4. Zastosowanie twierdzeń o zastępczych źródłach; a) schemat obwodu 
wyjściowego, b)obliczenie E

Z

 w stanie jałowym, c) obliczenie imedancji (admitancji) 

obwodu pasywnego, d) obliczenie prądu J

Z

 w stanie zwarcia, e) schemat z zastępczym 

źródłem napięcia, f) schemat z zastępczym źródłem prądu 

PRZYKŁAD 10

background image

 

 

Mając parametry zastępczego źródła napięcia, łatwo jest już obliczyć wartość prądu I 
na podstawie schematu z rysunku 10.4e.

Y

jX

R jX

Z

Y

Z

C

L

Z

Z

1

1

1

,

Y

j

j

S

Z

Z

Z

1

200

1

100 100

0005

200

,

,

I

E

Z

jX

I

e

j

e

Z

Z

C

j

j

o

o

,

,

,

,

173

200 200

0608

35 23

80 23

Na  podstawie  rysunku  10.4c  oblicza  się  impedancję  zastępczą  obwodu  pasywnego, 
powstałego po zwarciu źródeł napięcia i rozwarciu źródeł prądu, widzianą z zacisków 
A i B.

PRZYKŁAD 10

background image

 

 

Stosując twierdzenie Nortona oblicza się prąd źródłowy płynący po zwarciu zacisków 
A i B (rys. 10.4d).        Po zastosowaniu zasady superpozycji można napisać, że prąd 
ten jest równy
 

Podstawiając dane otrzymuje się
 

Korzystając  z  uprzednio  obliczonej  admitancji  zastępczej  układu  pasywnego  można 
wyznaczyć  napięcie  U  na  podstawie  schematu  zastępczego  przedstawionego  na 
rysunku 10.4f. 

Podstawiając dane otrzymuje się
  

a obliczając prąd

 

 

Porównując  wyniki  uzyskane  w  punkcie  a)  i  b)  można  stwierdzić,  że  są  one  prawie 
równe;  kilkuminutowe  różnice  w  argumencie  wynikają  z  zaokrągleń  przy  obliczaniu 
liczb zespolonych.

J

E

jX

JR

R jX

Z

C

L

J

j

e

j

e

A

Z

j45

j

o

o

100

200

100

100 100

086

3553

,

,

U

J

Y

Y

Z

Z

U

e

j

e

V

j

j9

o

o

086

0005 0005

1216

3553

5

,

,

,

,

,

,

I UY

I

e

A

j

o

0608

805

,

,

b) Zastosowanie twierdzenia Nortona

PRZYKŁAD 10

background image

 

 

      Przekształcenia  obwodu  można  dokonywać  pod  warunkiem,  że  uzyskany  po 
przekształceniu 
   obwód jest równoważny obwodowi wyjściowemu. 

    zasada równoważności obwodów. 
    Niech będą dane dwa układy n – końcówkowe (zaciskowe):
      - układ A (rys. 11.1), którego prądy i napięcia zaciskowe określają wektory

      - układ B , którego prądy i napięcia zaciskowe określają wektory

 
     

Układ  A  i  B  nazywa  się  równoważnym,  jeżeli  opis  matematyczny  obydwu 

układów jest taki sam. 
   Oznacza to, że jeżeli obwód A jest opisany równaniem f(u, i) = 0, to obwód 
B jest opisany
   równaniem f(v, j) = 0, gdzie f jest tą samą funkcją.

i

u

i i i

i

u u u

u

n

t

n

t

1 2 3

1

1

2

3

1

, , ,...,

,

, , ,...,

j

v

j j j

j

v v v

v

n

t

n

t

1 2 3

1

1

2

3

1

, , ,...,

,

, , ,...,

11. PRZEKSZTAŁCENIA OBWODÓW 

ROZGAŁĘZIONYCH

Rys.11.1.Układy n - zaciskowe. 

background image

 

 

W  wielu  wypadkach  układy  odbiorników  złożone  z  wielu  elementów  można 
rozpatrywać  jako  jeden  lub  kilka  elementów  o  zastępczej  impedancji  lub  admitancji. 
Przy czym musi być spełniona zasada równoważności przekształcanej części obwodu i 
niezmienności prądów i napięć w tych częściach układu, które nie zostały objęte tymi 
przekształceniami. 
Niech będzie dane połączenie szeregowe n elementów o znanej impedancji w postaci 
zespolonej.  Cechą  charakterystyczną  połączeń  szeregowych  jest  to,  że  prąd  I 
wszystkich połączonych elementów jest taki sam a napięcie na zaciskach tego układu 
jest równe sumie napięć na wszystkich elementach (II prawo Kirchhoffa).

                                             

Impedancja  zastępcza  układu  szeregowo  połączonych  elementów  jest  równa 
sumie impedancji poszczególnych elementów
.

                                                

Odwrotność  admitancji  zastępczej  układu  szeregowo  połączonych  elementów 
jest równa sumie odwrotności admitancji poszczególnych elementów.

UKŁADY ZASTĘPCZE – POŁĄCZENIE 

SZEREGOWE

Z

Z

Z

k

k

n

1

1

1

1

Y

Y

Z

k

k

n

background image

 

 

Niech będzie dane połączenie równoległe n elementów o znanej admitancji  w postaci 
zespolonej.  Cechą  charakterystyczną  połączeń  równoległych  jest  to,  że  napięcie  na 
wszystkich połączonych elementach jest takie samo, a prąd jest równy sumie prądów 
wszystkich elementów (I prawo Kirchhoffa). 
                                                                                                                                             

                                          

                                            

Admitancja  zastępcza  układu  równolegle  połączonych  elementów  jest  równa 
sumie admitancji poszczególnych elementów. 

                                           

Odwrotność impedancji zastępczej układu równolegle połączonych elementów 
jest równa sumie odwrotności impedancji poszczególnych elementów

Y

Y

Z

k

k

n

1

1

1

1

Z

Z

Z

k

k

n

UKŁADY ZASTĘPCZE – POŁĄCZENIE 

RÓWNOLEGŁE

Obowiązuje zasada, że moc pozorna pobierana przez n odbiorników połączonych 
szeregowo (równolegle) jest taka sama, jak moc pozorna pobierana przez odbiornik o 
impedancji (admitancji) zastępczej.

background image

 

 

Zakładając,  że  dane  są  impedancje  połączone  w  trójkąt:  Z12,  Z23,  Z31  i  rozwiązując 
układ    względem  niewiadomych:  Z1,  Z2,  Z3  otrzyma  się  wzory    pozwalające  na 
wyznaczenie impedancji układu zastępczego połączonego w gwiazdę.
                                                                                                                                        

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z

Z

12

23

31

12

23

31

1

2

23

12

31

12

23

31

2

3

31

12

23

12

23

31

1

3

 

 

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

1

12 31

12

23

31

2

12 23

12

23

31

3

23 31

12

23

31

Aby układy te były równoważne, to impedancje między dwoma dowolnie wybranymi 
węzłami (przy odłączonym trzecim węźle) w obydwóch układach powinny być 
jednakowe. Obliczając, zatem impedancje między węzłami 1 i 2, 2 i 3 oraz 3  i 1 dla 
układu połączonego w trójkąt oraz w gwiazdę i porównując je ze sobą można otrzymać 
następujący układ trzech równań:

                                                                                                                                             
 

UKŁADY ZASTĘPCZE –POŁĄCZENIE W GWIAZDĘ I 

TRÓJKĄT

Często przy obliczaniu obwodów nie tylko trójfazowych zachodzi potrzeba 
przekształcenia części obwodu zawierającej impedancje połączone w trójkąt na 
połączenie w gwiazdę.

1

1

1

2

2

2

3

3

3

Z

Z

Z

1

1

2

2

3

3

Z

Z

Z

background image

 

 

Zakładając,  że  dane  są  impedancje  połączone  w  gwiazdę:  Z1,  Z2,  Z3    i  rozwiązując 
układ  względem  niewiadomych:  Z12,  Z23,  Z31  otrzyma  się  wzory  pozwalające  na 
wyznaczenie impedancji układu zastępczego połączonego w trójkąt.

                                 

Łatwo zauważyć, że dla Z12 = Z23 = Z31 = Zt  otrzyma się

                                                        Zg = Z1 = Z2 = Z3 = Zt/3  

oraz dla Z1 = Z2 = Z3 = Zg otrzyma się 

                                                       Z12 = Z23 = Z31 = Zt = 3Zg

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

12

1

2

1 2

3

23

2

3

2 3

1

31

3

1

3 1

2

UKŁADY ZASTĘPCZE –POŁĄCZENIE W GWIAZDĘ I 

TRÓJKĄT

background image

 

 

Dla układów połączeń źródeł, podobnie jak dla elementów pasywnych, można tworzyć 
układy  zastępcze.                            Układ  n  szeregowo  połączonych  rzeczywistych  źródeł 
napięcia  o  tej  samej  pulsacji  można  zastąpić  zastępczym  rzeczywistym  źródłem 
napięcia,  którego  napięcie  E

z

  jest  równe  sumie  algebraicznej  (tzn.                          z 

uwzględnieniem znaku – jeżeli źródło ma zwrot zgodny z E

z

, to występuje ze znakiem 

(+), a jeżeli przeciwny, to występuje ze znakiem (–)) 

                                           

a impedancja wewnętrzna równa jest

 

E

E

z

k

k

n

1

Z

Z

z

k

k

n

1

UKŁADY ZASTĘPCZE ELEMENTÓW 

AKTYWNYCH

Rys.11.1. Łączenie szeregowe rzeczywistych 
źródeł napięcia; 
a) układ wyjściowy, b) układ zastępczy. 

E

E

E

E

Z

Z

Z

Z

z

z

 

 

1

2

3

1

2

3

,

parametry zastępczego 
źródła przedstawionego na 
rysunku 11.1

a)

b)

background image

 

 

Dla obwodu złożonego z równolegle połączonych rzeczywistych źródeł prądu (rys. 
11.2a) prąd źródła zastępczego ( rys. 11.2b) jest równy 

a admitancja

Możliwe jest także przekształcenie aktywnego układu połączonego w gwiazdę na układ 
połączony  w  trójkąt,  natomiast  przekształcenie  aktywnego  układu  połączonego  w 
trójkąt na układ połączony w gwiazdę jest niejednoznaczne. 

n

i

i

z

J

J

1

Y

Y

z

i

i

n

1

UKŁADY ZASTĘPCZE ELEMENTÓW 

AKTYWNYCH

Rys.11.2. Łączenie równoległe rzeczywistych 
źródeł prądu; 
a) układ wyjściowy, b) układ zastępczy. 

a)

b)

background image

 

 

Obliczyć  prądy  gałęziowe  w  obwodzie  przedstawionym  na  rysunku  3P6a  metodą 
przekształcania obwodu. Dane:                    ,  Z1 = 100 ,  Z2 = 50 ,  Z3 = j100 ,  

Z4 = Z5 = –j50 .

 

Rozwiązanie

W  celu  obliczenia  impedancji  zastępczej  obwodu,  zastąpiono  jego  część  –  ABC 
(połączoną  w  trójkąt)  układem  równoważnym  połączonym  w  gwiazdę  (rys.  3P6b).  Na 
podstawie wzorów (3.87) zastępcze impedancje są równe

V

e

E

o

j90

100

=

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

Z

Z Z

Z

Z

Z

A

B

C

1 2

1

2

3

2 3

1

2

3

1 3

1

2

3

,

,

PRZYKŁAD 11

Rys.11.3. Obliczanie prądu metodą przekształcenia obwodu; a) układ wyjściowy, b) 
układ równoważny. 

background image

 

 

Podstawiając dane otrzymano

Następnie oblicza się impedancje zastępcze połączeń szeregowych Z

i Z

oraz Z

Z

Teraz już można wyznaczyć impedancję zastępczą całego obwodu pasywnego

Z

j

j

A

50 50

100 100

231 154

( ,

, ) 

Z

j

j

j

B

100 50

100 100

154 231

( ,

, ) 

Z

j

j

j

C

100 50

100 100

308 462

( ,

, ) 

Z

Z

Z

Z

j

j

j

e

C

j

o

6

4

6

7

308 462 50

308 38

31

,

,

,

( ,

, )

o

j

B

e

j

j

j

Z

Z

Z

Z

3

,

60

7

5

7

31

27

4

,

15

50

1

,

23

4

,

15

,

Z

Z Z

Z

Z

Z

j

e

j

o

8

6 7

6

7

8

336

14 4 9 6 17 3

,

( ,

, )

,

,

Z

Z

Z

Z

j

e

z

A

z

j

o

8

337

375 25

449

,

( ,

)

,

,

Wobec tego, prąd I jest równy

I

E

Z

I

j

j

e

A

z

j

o

,

,

,

,

100

375 25

222

123 7

PRZYKŁAD 11

background image

 

 

Napięcie na impedancji Z8 jest równe 
 

skąd prądy I4 i I5 (rys. 3P6c) 

Znając  te  prądy,  prąd  I3  łatwo  jest  wyznaczyć  np.  stosując  drugie  prawo  Kirchhoffa 
(rys. 3P6a) 

Pozostałe prądy można obliczyć na podstawie pierwszego prawa Kirchhoffa (rys. 3P6a)

U

IZ

U

e

V

j

o

8

8

8

90

384

,

,

I

U

Z

I

e

e

e

A

j

j

j

o

o

o

4

8

6

4

90

7

1731

384

31

124

,

,

,

,

I

U

Z

I

e

e

e

A

j

j

j

o

o

o

5

8

7

4

90

60 3

150 4

384

31

124

,

,

,

,

,

I Z

I Z

I Z

I

Z

I Z

I Z

4 4

3 3

5 5

3

3

4 4

5 5

0

1

,

I

j

e

j213

o

3

7

046 03

055

 

( ,

, )

,

,

I

I

I

I

j

e

A

j

o

1

3

4

1

123 7

062 092 11

 



,

,

,

,

,

I

I

I

I

j

e

A

j

o

2

5

3

2

123 7

062 092 11

 



,

,

,

,

,

PRZYKŁAD 11

background image

 

 

Literatura

S. Osowski, K.Siwek, M. Śmiałek, Teoria obwodów, Oficyna 

Wydawnicza PW, 

Warszawa 2006. 

S. Bolkowski, Teoria obwodów elektrycznych, Wydawnictwa 

Naukowo 

Techniczne, Warszawa 1995. 

E. Gierczak, M. Włodarczyk, J. Tokarzewski, Podstawy 

elektrotechniki 

teoretycznej, Skrypt Pol. Świętokrzyskiej, Kielce 2000 

K. Mikołajuk, Podstawy analizy obwodów 

energoelektronicznych

Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1998. 
M. Tadeusiewicz, Teoria obwodów cz. 1 i 2
, Wydawnictwa 

Politechniki 

Łódzkiej, 2002. 

J. Osiowski ,Zarys rachunku operatorowego. Wydawnictwa 

Naukowo 

   Techniczne, Warszawa 1981. 

J. Osiowski, J. Szabatin, Podstawy teorii obwodów, t. I, II, III

WNT, Warszawa, 

1995 

Elektrotechnika teoretyczna - laboratorium. Skrypt Pol. 

Świętokrzyskiej.  

Kielce 1982

J.W. Nilsson, S.A. Riedel, Electric circuits, Prentice-hall 

International, Inc,

    New Jersey ,2000

background image

 

 

„Program Rozwojowy Potencjału Dydaktycznego Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach: kształcenie na miarę sukcesu”, 

Program Operacyjny Kapitał Ludzki (Umowa UDA-POKL.04.01.01-00-175/08-00)

Zadanie 9 – Opracowanie  materiałów dydaktycznych  multimedialnych i warsztaty

 „Techniki multimedialne, blended i e-learningowe w dydaktyce”:  

                                                        Materiały opracowała: 
                                                                                  
                                                                                  dr inż. Katarzyna Ciosk 


Document Outline