Для электрической цепи постоянного тока, граф которой изображен на рис. 1,1 по заданным в таблице 1 сопротивлениям и э.д.с. выполнить
следующее:
1) найти все токи в ветвях, пользуясь методом узловых напряжений;
2) составить уравнение баланса мощностей. Рис. 1,1, Граф схемы.
Таблица 1.
42304410504100
Дано
Ветвь 1 – 1Ветвь 1 – 3Ветвь 4 - 1
R1 = 100 ОмR2 = 170 ОмR3 = 140 Ом
Е1 = 120 ВЕ2 = 0Е3 = 150 В
Ветвь 3 – 2Ветвь 4 – 2 Ветвь 3 - 4
R1 = 60 ОмR5 = 70 ОмR6 = 150 Ом
Е4 = 80 ВЕ5 = 50 ВЕ6 = 90 В
Требуется:
определить токи в ветвях схемы методом узловых потенциалов;
составить баланс мощности.
Решение
Составим схему цепи, используя граф схемы и данные таблицы 1.Схема показана на рис. 1.2В схеме всего 4 узла и 6 ветвей
8451854381500
Рис. 1.2
2. Определим токи в ветвях схемы методом узловых потенциалов; - нумеруем узлы схемы-1, 2, 3; 4;
- за опорный узел принимаем узел 1, φ1= 0- определяем проводимости ветвей:g1= g21= g12= 1/R1 = 1/100 = 0.01 Cм:g2= g31= g13= 1/R2 = 1/170 = 0.00588 Cм:g3= g41= g14= 1/R3 = 1/140 = 0.00714 Cм:g4= g23= g32= 1/R4 = 1/60 = 0.0167 Cм:g5= g24= g42= 1/R5 = 1/70 = 0.0143 Cм:g6= g34= g43= 1/R6 = 1/150 = 0.00667 Cм:- составим систему уравнений. Так как в схеме 4 узла, составим 3 уравнения:
φ2(g21 + g23 + g24) – φ3 g23 – φ4 g24= Е4 g4 - Е1 g1+ Е5 g5;(1)φ3(g31 + g32 + g34) – φ2 g32 – φ4 g34= -Е4 g23 - Е6 g34;(2)
φ4(g41 + g42 + g43) – φ2 g24 – φ3 g34= Е6 g34 - Е5 g42+ Е3 g14;(3)- подставим значенияφ2(0,01 + 0,0167 + 0,0143) – φ3 *0,0167 – φ4*0,0143= = 80*0,0167 - 120*0,01 + 50*0,0143; или0,0141φ2 – 0,0167φ3 – 0,0143φ4= 0,851;(1)φ3(0,00588 + 0,0167 + 0,00667) – φ2 *0,0167 – φ4 *0,00667= = -80*0,0167 - 90*0,00667;(2)
2520951423251000,02922 φ3– 0,0167 φ2 – 0,00667φ4 = -1,933(2)φ4(0,00714 +0,0143 + 0,00667) – φ2*0,0143 – φ3*0,00667= = 90*0,00667 - 50*0,0143 + 150*0,00714;(3)0,02811φ4 – 0,0143φ2 – 0,00667φ3= 0,9563;(3)Запишем систему уравнений в виде:0,0141φ2 – 0,0167φ3 – 0,0143φ4= 0,851;(1)– 0,0167 φ2 + 0,02922 φ3 – 0,00667φ4 = -1,933;(2)– 0,0143φ2 – 0,00667φ3 + 0,02811φ4 = 0,9563;(3)Решив полученную систему уравнений с помощью программы Mathcad, получим:φ2 = 5,04 В;φ3 = -58,1 Вφ4 = 22,8 ВНаходим токи в ветвях схемы по закону Ома
Обозначим направление токов на схеме (рис