METODA OCZKOWA i węzłowa, Elektronika, Studia


METODA OCZKOWA

 W celu wyjaśnienia istoty metody oczkowej, zwanej też metodą prądów  oczkowych, prądów obwodowych lub prądów cyklicznych, weźmy pod uwagę obwód liniowy stacjonarny prądu sinusoidalnego o sche­macie przedstawionym na rysunku.  Załóżmy, że dla tego obwodu są dane impedancje: Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 oraz napięcia źródłowe o wartościach skutecznych zespolonych: E1, E3, E4, E6. Celem rozważań jest obliczenie prądów gałęziowych: I1, I2, I3, I4, I5, I6.

0x01 graphic

Dla rozpatrywanego obwodu na podstawie pierwszego prawa Kirchhoffa możemy napisać trzy równania liniowo niezależne, wilżące prądy gałę­ziowe

dla węzła 1            I1 + I2 - I3 = 0

dla węzła 2            I3 + I5 + I6 = 0                                (1)

dla węzła 3            I4 - I6 - I1 = 0

Wypisując równania na podstawie drugiego prawa Kirchhoffa wybie­ramy oczka liniowo niezależne. Przyjmujemy zwroty obiegowe oczek zazna­czone na rys. i na podstawie drugiego prawa Kirchhoffa piszemy na­stępujące trzy równania liniowo niezależne:

0x01 graphic
                     (2)  

Korzystając z równań (1) możemy prądy I2, I4, oraz I5, wyrazić w zależności od prądów I1, I3, I6 a mianowicie

0x01 graphic
                   (3)

Podstawiamy równania (3) do równań (2) i otrzymujemy

0x01 graphic
                  (4)

Porządkujemy równania (4) względem prądów gałęziowych

 

0x01 graphic
                (5)

W budowie równań (5) występuje prawidłowość pozwalająca zapisać je w postaci

 

0x01 graphic
                  (6)

przy czym przyjęto następujące oznaczenia:

0x01 graphic
            0x01 graphic
         (7)  

0x01 graphic
     

Wyjaśnimy sens fizyczny i podamy definicje wielkości w równaniach (7).

Prądu I1, I2, uraz I3 (ze wskaźnikiem prim) nazywamy prądami oczkowymi odpowiednio oczka pierwszego, drugiego i trzeciego.

Prądem oczkowym (lub cyklicznym) nazywamy prąd umyślony płynący przez wszystkie gałęzie oczka.

W gałęzi należącej tylko do jednego oczka (na rys w gałęzi 1, 3 i 6) prąd oczkowy jest równy prądowi gałęziowemu. W gałęzi wspólnej dwóch oczek prąd gałęziowy jest równy sumie lub różnicy geometrycznej prądów oczkowych,  zależnie od ich zwrotu.

Impedancje o dwóch jednakowych wskaźnikach, a więc impedancje typu Zkk (w rozpatrywanym obwodzie Z11, Z22, Z33) nazywamy impedancjami własnymi oczka.

Impedancja własna oczka k-tego jest równa sumie impedancji zespolonych wszystkich gałęzi należących do tego oczka. Impedancja własna oczek przyjmujemy zawsze ze znakiem plus.

Impedancje u różnych wskaźnikach, a więc impedancje typu Zkl (np. Z12, Z23) nazywamy impedancjami wzajemnymi oczek.

Impedancja wzajemna oczka k-tego z oczkiem L-tym jest równa impedancji zespolonej gałęzi wspólnej oczka k-tego i l-tego. Impedancja wzajemna oczka np. pierwszego z drugim jest taka sama jak drugiego z pierwszym, czyli Z12=Z21, Z23=Z32 itd. Znak impedancji wzajemnej zależy od zwrotów prądów oczkowych we wspólnej gałęzi dwóch oczek. Jeżeli zwroty prądów są jednakowe, impedancji wzajemnej przyporządkowujemy znak plus. jeżeli zwroty prądów są różne - znak minus. Jeżeli oczka nie stykają się ze sobą, impedancja wzajemna oczek jest równa zeru.

Napięcia źródłowe typu Ekk, a więc opatrzone dwoma jednakowymi wskaźnikami nazywamy napięciami źródłowymi oczkowymi.

Napięcie źródłowe oczkowe k-tego oczka jest równe sumie napięć źródłowych gałęzi należących do tego oczka.

Jeżeli zwrot obiegowy oczka przyjmiemy zgodny ze zwrotem prądu oczkowego, to kolejne napięcia źródłowe gałęzi danego oczka przyjmujemy ze znakiem plus, jeśli zwrot napięcia źródłowego jest zgodny ze zwrotem obiego­wym oczka i ze znakiem minus - jeśli jest przeciwny.

Mając w ten sposób wyznaczone wielkości równań (6) i (7) - (przykład przedstawiamy na rysunku), możemy przystąpić do rozwiązania układu równań (6) dla wyznaczenia padów oczkowych. Po wyznaczeniu prądów oczkowych wyznaczamy prądy gałęziowe zgodnie ze wzorami:

0x01 graphic
          (8)

Układ równań (6) jest układem równań obwodu elektrycznego mającego trzy oczka liniowo niezależne. Rozważania można uogólnić na przypadek n oczek liniowo niezależnych. Wtedy otrzymamy

0x01 graphic
        (9)

Układ równań (9) można rozwiązać jedną z metod rozwiązywania niejedno­rodnego układu równań liniowych, a mianowicie metodą rugowania zmien­nych, metodą wyznaczników i metodą macierzową. Omówimy najczęściej stosowane metody - wyznaczników i macierzową.

Stosując metodę wyznaczników, prąd oczkowy k-tego oczka, a więc prąd I'k wyznaczamy z równania

0x01 graphic
         (10)

w którym:

 - wyznacznik główny układu równań (9); k - wyznacznik otrzymany z wyznacznika głównego przez zastąpie­nie k-tej kolumny kolumną wolnych wyrazów; ak -  podwyznacznik względny (dopełnienie algebraiczne) dla wiersza a i kolumny k.

Wyznacznik główny  układu równań (9) ma postać

 

0x01 graphic
                  (11)

 

a zatem jego elementami są impedancje własne i wzajemne oczek.

Wyznacznik k, np. dla k = 2, ma postać

0x01 graphic
                   (12)

tzn. kolumna 2 wyznacznika określonego równaniem (11) została zastąpiona kolumną wolnych wyrazów, czyli napięciami źródłowymi oczkowymi.

Stosując metodę macierzową układ równań (9) możemy napisać w postaci

0x01 graphic
           (13)

lub

0x01 graphic
          (14)

 

przy czym:

Macierz napięć źródłowych oczkowych będąca macierzą kolumnowa o liczbie wierszy równej liczbie oczek liniowo niezależnych obwodu.

0x01 graphic

Macierz impedancji własnych i wzajemnych będąca macierzą kwadratową symetryczną; na głównej przekątnej występują impedancje własne oczek, poza główną przekątną impedancje wzajemne oczek.

 

0x01 graphic

 

Macierz prądów oczkowych będąca macierzą kolumnową o liczbie wierszy równej liczbie oczek liniowo niezależnych obwodu.

0x01 graphic

W celu wyznaczenia macierzy I' z równania (14) mnożymy lewo­stronnie to równanie przez macierz odwrotną względem macierzy impedancji włW celu wyznaczenia macierzy I�

0x01 graphic
                (15)

Ponieważ iloczyn macierzy odwrotnej przez macierz daną jest równy macie­rzy jednostkowej, ostatecznie więc otrzymamy

0x01 graphic
                 (16)

Obliczanie macierzy odwrotnej Z-1 jest najbardziej pracochłonnym fragmentem obliczeń; musi być przy tym spełniony warunek det Z  0.

Tok postępowania w metodzie oczkowej obliczania prądów gałęzio­wych, przy zastosowaniu rachunku macierzowego, jest następujący:

(1) Znając liczbę gałęzi b i liczbę węzłów v rozpatrywanego obwodu, wyznaczamy liczbę oczek liniowo niezależnych. Dokonując numeracji oczek liniowo niezależnych, zaznaczamy jednocześnie na schemacie rozpatrywanego obwodu zwroty prądów oczkowych.

(2) Opierając się na definicjach impedancji własnych oczek Zkk, im­pedancji wzajemnych oczek Zkl, oraz napięć źródłowych oczkowych Ekk w sposób mnemotechniczny bezpośrednio na podstawie danego schematu elektrycznego rozpatrywanego obwodu, wpisujemy elementy macierzy impe­dancji Z i macierzy napięć źródłowych oczkowych E.

(3) Obliczamy macierz odwrotną Z-1 względem macierzy impe­dancji Z.

(4) Obliczamy macierz kolumnową prądów oczkowych I'  mnożąc prawostronnie macierz Z-1 przez macierz E.

(5) Znając wartości prądów oczkowych wyznaczamy prądy gałęziowe.

Przykład 1

Obliczamy metodą oczkową prądy gałęziowe w obwodzie jak na rys a.

 

0x01 graphic

 

Dane:

Z1=-j10;    Z2=j10;  Z3=5;  Z4=Z5=10;  E2=j100V;  Iź=5A; 

W obwodzie występuje idealne źródło prądu. Do jego wyeliminowania zastosujemy twierdzenie o włączeniu dodatkowych idealnych źródeł prądu. W tym celu równolegle do każdej gałęzi tworzącej oczko zewnętrzne (rys. b) włączymy idealne źródło prądu o wartości Iź=5A i o przeciwnym zwrocie względem źródła idealnego, które zamierzamy wyeliminować. Otrzymujemy obwód jak na rys. c. Następnie źródła prądu (rzeczywiste) zastępujemy źródłami napięcia :

0x01 graphic
  0x01 graphic

0x01 graphic
  oraz

0x01 graphic
0x01 graphic

Otrzymujemy obwód jak na rys. e. Taki sam graf zorientowany odpowiada obwodowi z rys. a. Zatem obwody z rys. a i rys. d są strukturalnie równoważne. Obwód z rys. d jest obwodem o dwóch oczkach niezależnych i  do jego rozwiązania zastosujemy metodę prądów oczkowych. Macierz prądów oczkowych wynosi

0x01 graphic

Obliczamy:

Macierz impedancji własnych i wzajemnych

 

0x01 graphic
 

Macierz napięć źródłowych oczkowych

0x01 graphic

Macierz odwrotną macierzy impedancji własnych i wzajemnych

0x01 graphic

Zatem

0x01 graphic

Prądy oczkowe wynoszą

0x01 graphic
 

Prądy gałęziowe

0x01 graphic
 

Zadanie można rozwiązać również metodą wyznaczników. W tym celu napiszemy układ równań oczkowych w postać.

0x01 graphic
 

przy czym

 

0x01 graphic

 

Wyznacznik główny układu wynosi

0x01 graphic
 

Odpowiednio wyznaczniki

0x01 graphic

Szukane prądy oczkowe

0x01 graphic

Przykład 2

Szukamy rozpływu prądów w obwodzie jak na rysunku. Do obliczeń zastosujemy metodę oczkową.

 

0x01 graphic

 

Dane: E1=j200V;  E2=100V;  R1=R3=10;   R2=30;     XC1=20;    XL1=10;    XC3=10;         XL3=20;    XL2= XL4=10;     XC2=40;    XM12= XM24=5;

 

Zgodnie z metodą oczkową

0x01 graphic

Impedancje własne oczek i impedancję wzajemną - ze względu na występowanie sprzężeń indukcyjnych - obliczmy nieco inaczej niż w obwodzie bez sprzężeń. W oczku 2 istnieje sprzężenie pomiędzy elementami L2 i L4 należącymi do tego samego oczka. Wobec tego impedancja indukcji wzajemnej ZM24=jXM24 występuje dwukrotnie. Natomiast impedancja indukcji wzajemnej pomiędzy elementami L1 i L2 wchodzi do wyrażenia na impedancję wzajemną oczek. Zatem

0x01 graphic

Obliczamy napięcia źródłowe oczkowe

0x01 graphic

Równania macierzowe podane na wstępie można napisać w postaci układu dwóch równań

0x01 graphic
 

W celu wyznaczenia prądów oczkowych zastosujemy metodę wyznaczników.

Wyznacznik główny układu równań

0x01 graphic
 

wyznaczniki

0x01 graphic

0x01 graphic

Szukane prądy oczkowe

 

0x01 graphic

Prądy gałęziowe

0x01 graphic

METODA WĘZŁOWA

W celu wyjaśnienia istoty metody węzłowej, zwanej też metodą napięć węzłowych lub metodą potencjałów węzłowych, weźmy pod uwagę obwód elektryczny liniowy stacjonarny o schemacie przedstawionym na rysunku. Niech dla tego obwodu dane będą admitancje zespolone wszystkich gałęzi: Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7 napięcia źródłowe: E1, E5, E6, E7, oraz prąd źródłowy Iź4. Zadanie polega na wyznaczeniu prądów we wszystkich gałęziach tego obwodu. Zakładamy potencjał jednego z węzłów tego obwodu. np. węzła czwartego równy zeru, V4=0. Takie założenie jest dopuszczalne, gdyż prądy w gałęziach nie zależy od wartości potencjałów, ale od różnicy potenc­jałów na zaciskach gałęzi. Węzeł 4 jest węzłem odniesienia. Napięcia między pozostałymi węzłami liniowo niezależnymi a węzłem odniesienia oznaczamy U'1, U'2, U'3, i nazywamy napięciami  międzywęzłowymi. Napięcie między węz­łami niezależnymi oznaczać będziemy dwoma wskaźnikami, tzn. itp. U12, U22 itd.

0x01 graphic

Dla zaznaczonych na rysunku zwrotów prądów gałęziowych, na pod­stawie pierwszego prawa Kirchhoffa dla węzłów 1, 2 i 3 tego obwodu, możemy odpowiednio napisać następujące trzy równania liniowo niezależne:

 

0x01 graphic
                (1)

 

Uwzględniając prawo Ohma dla gałęzi źródłowej, które przy prądzie sinusoidalnym dla wartości skutecznych zespolonych ma identyczną postać jak dla prądu stałego, z tym, że zamiast konduktancji wchodzą do równania admitancje zespolone, napiszemy

0x01 graphic
             (2)

Po podstawieniu zależności (2) do równań (1) otrzymamy

0x01 graphic
     (3)

Po uporządkowaniu równań (3) względem napić międzywęzłowych U'1, U'2, U'3 oraz przeniesieniu na prawą stronę admitancji i napięć międzywęzłowych, równania te mają postać

0x01 graphic
   (4)

W budowie równań (4) występuje prawidłowość, która pozwala te równaniu zapisać następująco:

0x01 graphic
                (5)

przy czym przyjęto oznaczenia

 

0x01 graphic
                 (6)

  Wyjaśnimy sens i podamy definicje wielkości w równaniach (6).

Admitancje o dwóch jednakowych wskaźnikach, a więc admitancje typu Ykk (w rozpatrywanym obwodzie Y11, Y22, Y33) nazywamy admitancjami własnymi węzła.

Admitancja własna k-tego węzła jest równa sumie admitancji zespolonych gałęzi zbiegających się w tym węźle. Niezależnie od zwrotów prądów gałęziowych, admitancje własne przyjmujemy zawsze ze znakiem plus.

Admitancje o dwóch różnych wskaźnikach, a więc admitancje typu Ykl (np. Y12, Y23) nazywamy admitancjami wzajemnymi węzłów. Admitancja wzajemna węzła k-tego z węzłem l-tym jest równa sumie admitancji zespolonych wszystkich gałęzi łączących bezpośrednio węzeł k-ty z l-tym. Niezależnie od wyboru zwrotów prądów gałęziowych admitancje wzajemne przyjmujemy zawsze ze znakiem minus..

Prądu typu I'źk (w rozpatrywanym obwodzie k=1, 2, 3) są wypad­kowymi prądami źródłowymi zasilającymi odpowiedni k-ty węzeł.

Prądu typu I'źk  jest równy sumie iloczynów admitancji zespolonych gałęzi i napięć źródłowych zespolonych gałęzi należących do k-tego węzła, a więc

0x01 graphic

Jeżeli do rozpatrywanego węzła jest dołączona gałąź zawierająca prąd źródłowy (w obwodzie z rysuku węzeł k=2). To do iloczynu YaEa dodajemy wspomniany prąd źródłowy. Iloczyn  YaEa przyjmujemy ze znakiem plus, jeżeli zwrot Ea jest w kierunku do rozpatrywanego k-tego węzła, a ze zwrotem minus, jeżeli zwrot jest od rozpatrywanego węzła. Analogicznie wypadkowy prąd źródłowy Iźk przyjmujemy ze znakiem plus, jeżeli zwrot tego prądu źródłowego jest do węzła, a w przeciwnym przypadku bierzemy ze znakiem minus.

         Zauważmy, że iloczyny YaEa są prądami źródłowymi zastępczych źródeł prądu, równoważnych odpowiednim źródłom napięcia. W przypadku, gdy wszystkie źródła napięcia zostaną zastąpione przez równoważne źródła prądu, prąd I'źk będzie wypadkowym prądem źródłowym zasilającym k-ty węzeł rozpatrywanego obwodu. W omówionym przykładzie

0x01 graphic

gdyż wśród gałęzi należących do węzła pierwszego tylko gałąź pierwsza o admitancji Y1 i napięciu źródłowym E1 oraz gałąź siódma o admitancji  Y7 i napięciu źródłowym E7 zawierają źródła napięcia, przy czym zwroty E1 i E7 są od węzła pierwszego, wobec czego iloczyny Y1E1, Y7E7 wzięto ze znakiem minus. Wśród gałęzi należących do węzła drugiego nie ma gałęzi zawierających źródła napięcia. Węzeł ten jest zasilany tylko źródłem prądu o prądzie źródłowym Iź4 i zwrocie do węzła drugiego, zatem I'ź2 = Iź4.

Układ równań (5) jest typowym układem równań obwodu elekt­rycznego mającego 3 węzły liniowo niezależne. Równania można uogólnić dla przypadku m węzłów niezależnych. Wtedy otrzymamy

0x01 graphic
               (7)

Układ równań (7) można rozwiązać jedną z metod rozwiązywania niejednorodnego układu równań liniowych, a mianowicie metodą rugowania zmiennych, metodą wyznaczników lub metodą macierzowa.

Omówimy metodę wyznaczników i metodę macierzową. Stosując metodę wyznaczników, napięcie międzywęzłowe k-teko węzła obliczymy z równania

 

0x01 graphic
                 (8)

 

w którym:

 - wyznacznik główny układu równań (7); k - wyznacznik otrzymany z wyznacznika głównego przez zastąpienie k-tej kolumny kolumną wolnych wyrazów; ak -  podwyznacznik względny (dopełnienie algebraiczne) dla wiersza a i kolumny k.

Wyznacznik główny układu równań (7) ma postać

0x01 graphic
                 (9)

a zatem jego elementarni są admitancje własne i wzajemne węzłów.

Wyznacznik k, np. dla k=2 ma postać

0x01 graphic
                 (10)

tzn. kolumna 2 wyznacznika określonego równaniem (9) została zastąpiona wolnymi wyrazami, czyli odpowiednimi wypadkowymi prądami źródłowymi poszczególnych węzłów. Stosując metodę macierzową, układ równań (7) możemy napisać w postaci

0x01 graphic
             (11)

lub

0x01 graphic
                   (12)

przy czym:

Macierz prądów źródłowych wypadkowych w węzłach będąca macierzą kolumnową o liczbie wierszy równej liczbie węzłów liniowo niezależnych obwodu:

0x01 graphic

Macierz admitancji własnych i wzajemnych będąca macierzą kwadratową symetryczną; na głównej przekątnej występują admitancje  własne węzłów ze znakiem plus, poza główną przekątną admitancje wzajemne ze znakiem minus:

 

0x01 graphic

 

Macierz napięć międzywęzłowych będąca macierzą kolumnową o liczbie wierszy równej m, tzn. liczbie m węzłów liniowo niezależnych.

0x01 graphic

W celu wyznaczenia poszukiwanej macierzy napięć międzywęzłowych U' mnożymy lewostronnie równanie (12) przez macierz odwrotną macierzy admitancji własnych i wzajemnych (przy det Y0) i otrzymujemy

0x01 graphic
                  (13)

a ponieważ iloczyn macierzy odwrotnej przez macierz daną jest równy macie­rzy jednostkowej, zatem ostatecznie

0x01 graphic
                  (14)

Znając wartości napięć: U'1, U'2,...,U'm, wyznaczamy prądy gałęziowe z zależności napisanych na podstawie prawa Ohma dla poszczególnych gałęzi rozpatrywanego obwodu. Na przykład dla obwodu o schemacie elektrycznym przedstawionym na rys.  znając wartości napięć U'1, U'2, i U'3, prądy gałęziowe wyznaczamy z zależności (2).

Tok postępowania w metodzie węzłowej wyznaczania prądów gałęzio­wych przy zastosowaniu rachunku macierzowego jest następujący:

(1) Jeden z węzłów rozpatrywanego obwodu przyjmujemy jako węzeł odniesienia, czyli przyjmujemy, że potencjał tego węzła jest równy zeru (uziemiamy węzeł). Ze względu na operatywność metody  jest wygodnie za węzeł odniesienia przyjąć węzeł, do którego należy najwięcej gałęzi. Można łatwo wykazać, że wybór węzła odniesienia nie ma wpływu na wartość wyznacznika macierzy Y.

(2) W sposób mnemotechniczny bezpośrednio na podstawie danego schematu elektrycznego obwodu wypisujemy admitancje własne Ykk w postaci zespolonej i admitancje wzajemne Ykl, w postaci zespolonej będące elementami macierzy Y. Również w sposób mnemotechniczny na podstawie danego schematu elektrycznego obwodu wypisujemy macierz kolumnową prądów źródłowych I'ź zasilających poszczególne węzły rozpatrywanego obwodu.

(3) Obliczamy macierz odwrotną Y-1 względem macierzy Y.

(4) Obliczamy macierz kolumnową napięć międzywęzłowych U' mnożąc prawostronnie macierz Y-1 przez macierz I'ź.

(5) Znając napięcie międzywęzłowe węzłów liniowo niezależnych ob­liczamy prądy gałęziowe z zależności napisanych na podstawie prawa Ohma dla poszczególnych gałęzi rozpatrywanego obwody.

Przykład 1

Obwód przedstawiony na rysunku zawiera dwa źródła sterowane: źródło prądu sterowane prądem Iź=kI oraz źródło napięcia sterowane prądem E=Iź. Metodą potencjałów węzłowych obliczamy prądy w gałęziach oraz prądy źródłowe Iź i napięcie źródłowe E.

 

0x01 graphic

 

Dane: Z1=2;  Z2=1;  Z3=j1;   Z4=-j1;   E4=6V;  =1V/A;  k=4A/A;

 

W obwodzie występują dwa węzły niezależne 1 i 2 (trzeci węzeł jest uziemiony jego potencjał jest ró jest uziemiony

Układamy dwa równania

0x01 graphic
 

Z założenia

0x01 graphic
 

Uzależniamy prąd I1 od potencjałów w węzłach 1 i 2

0x01 graphic
 

Stąd po przekształceniach

0x01 graphic

Wobec tego

0x01 graphic

Podstawiamy dane do pierwszego układu równań na potencjały węzłowe

0x01 graphic
 

Po uporządkowaniu otrzymujemy

 

0x01 graphic

stąd

0x01 graphic
 

0x01 graphic
 

Prąd w gałęziach

0x01 graphic

Przykład 2

Obliczmy rozpływ prądów w obwodzie przedstawionym na rysunku metodą potencjałów węzłowych.

0x01 graphic

 

Dane: R1=R2=R3=1;   XL=XC=4;  E1=1V;  E2=j2V;  Iź1=2A;

 

Admitancje własne węzłów 1 i 2 wynoszą

0x01 graphic
 

Admitancja wzajemna między węzłami 1 i 2 jest równa zeru, Y12=Y21=0.

Prądy źródłowe wypadkowe węzłów 1 i 2 wynoszą odpowiednio

0x01 graphic

Macierze admitancji własnych i wzajemnych wynosi

0x01 graphic
 

Macierz prądów źródłowych wypadkowych

0x01 graphic
 

Macierz napięć węzłowych (potencjałów węzłowych)

0x01 graphic
 

Zatem

0x01 graphic

Potencjał węzłów 1 i 2 względem węzła odniesienia 3 wynoszą odpowiednio

0x01 graphic
 

Napięcie na gałęzi zawierającej równoległe połączoną cewkę i kondensator wynosi

0x01 graphic
 

Prąd płynący w gałęzi cewki

0x01 graphic

Prąd płynący w gałęzi kondensatora

0x01 graphic
 

Suma tych prądów jest równa zeru.

Prądy w pozostałych gałęziach wynoszą

 

0x01 graphic
 

Ponieważ prąd w gałęzi 1-2 jest równy zeru, wobec tego

0x01 graphic

Przykład 3

Zasada ruchliwości źródeł

         Gałąź 3 zawiera tylko idealne źródło napięcia E3 (rys. 1.a ), co nie stanowi przeszkody w stosowaniu metody prądów obwodowych. Do analizy sieci z rys. 1.a nie można natomiast zastosować metody napięć węzłowych.

0x01 graphic

Rys .1

          Możliwe jest jednak także inne postępowanie. Zauważmy, że ani macierz impedancji obwodowych ani wektor sił elektromotorycznych obwodowych nie ulegną zmianie, jeśli usuniemy źródło E3 z gałęzi 3, wprowadzając dwa źródła E3 w gałęziach 1 i 2 w sposób pokazany na rys. 1.b. Można także pójść o krok dalej i usunąć gałąź 3. (tj. zewrzeć wierzchołki 3 i 4), otrzymując sieć z rys. 1.c . We wszystkich tych przypadkach równania prądów obwodowych pozostają niezmienione, identyczne będą zatem wszystkie prądy obwodowe, a więc także wszystkie prądy gałęziowe.

0x01 graphic

 

0x01 graphic

         Przedstawiony sposób postępowania ilustruje dokładnie rys. 2.

 

W ogólnym przypadku postępowanie to polega na tym, że:

a)     gałąź AB zawierająca tylko idealne źródło napięciowe zostaje zwarta;

b)    idealne źródło napięciowe E zostaje wprowadzone albo do wszystkich gałęzi incydentnych z wierzchołkiem A albo do wszystkich gałęzi incydentnych z wierzchołkiem B, z zachowaniem zwrotu.

0x01 graphic

Rys. 2.

Uwaga

Wnioski 

1)  Sieć SLS (S-skupione, L-liniowe, S-stacjonarne)  zawierająca źródła sterowane lub/i opory ujemne może nie mieć rozwiązania lub mieć nieskończenie wiele rozwiązań. 

2)  Podobna sytuacja może wystąpić także w niektórych sieciach SLS prądu sinusoidalnie zmiennego zbudowanych z elementów RLCM. Chodzi tu, dokładnie, o takie sieci, które albo są sieciami bezstratnymi (nie zawierają oporów), albo zawierają kontury lub przekroje utworzone tylko przez źródła nie zależne i elementy reaktancyjne. W takich przypadkach, przy odpowiednio dobranej wartości pulsacji, może dojść do naruszenia praw Kirchhoffa wskutek rezonansowych właściwości wspomnianych fragmentów sieci. 

3)  Istnieją sieci zawierające transformatory (np. idealne, powietrzne), które nie można opisać macierzami admitancyjnymi ani impedancyjnymi. Nie mozna zatem do obliczania takich sieci stosować metody oczkowej ani węzłowej.

 



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
WYZNACZENIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ ELEKTRYCZNYCH 3, budownictwo studia, fizyka
Metoda prądów oczkowych, Politechnika Lubelska, Studia, sem III, materiały, Teoria Obwodów1, kabelki
Elektrotechnika, Metoda Napięć Węzłowych Przykłady
Metoda potencjałów węzłowych, Automatyka i robotyka air pwr, I SEMESTR, elektrotechnika, kolokwium
WYZNACZENIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ ELEKTRYCZNYCH 3, budownictwo studia, fizyka
MIERNIK ELEKTRODYNAMICZNY, Studia, Metrologia
Elektrowrzeciono, Studia, Studia sem III, Uczelnia
Sprawozdanie oczkowa wezlowa
Elektroliza, studia I i II stopnia, fizyka
metoda regula falsi, Elektrotechnika, SEM3, Metody numeryczne, egzamin metody numeryczn
CHEMIA - LABORATORIUM - SPRAWOZDANIE - Wyznaczanie przewodnictwa granicznego elektrolitów, STUDIA
Konspekt metoda problemowa Patrycja Radomska, Studia, Dydaktyka
Metoda toru ocechowanego, Księgozbiór, Studia, Maszynoznastwo i Automatyka
ELEKTROLITY, Studia budownictwo pierwszy rok, Chemia budowlana, Chemia budowlana, Na Egzamin

więcej podobnych podstron