Параметры цепей
E1=20В, E2=15В, E3=25В, E4=15В,
R1=15В, R2=10В, R3=5В, R4=15В,R5=10В.
Рисунок 1. Схема для расчета при помощи уравнений по законом Кирхгофа
Рисунок 2. Схема для расчета методом контурных токов
Рисунок 3. Схема для расчета методом узловых потенциалов
Решение
1. Расчет токов при помощи уравнений по законам Кирхгофа
Рисунок 4. Расстановка направлений токов в цепи
Составим систему уравнений по законам Кирхгофа.
По первому закону количество уравнений для заданной цепи
k1=y-1
По второму закону количество уравнений для заданной цепи
k2=b-y+1
где y=4 – число узлов цепи
b=6 – число ветвей цепи
k1=4-1=3
k2=6-4+1=3
Составим уравнения по первому закону Кирхгофа
- узел а - I1-I2+I4=0
- узел b - I2+I3-I6=0
- узел c - -I4-I5+I6=0
Составим уравнения по второму закону Кирхгофа
- контур I - R1I1-R4I4+R5I5=E4
- контур II - R2I2+R4I4=E1+E2
- контур III - R3I3+R5I5=E1+E3
Получим систему из 6и уравнений
I1-I2+I4=0I2+I3-I6=0-I4-I5+I6=0R1I1-R4I4+R5I5=E4R2I2+R4I4=E1+E2R3I3+R5I5=E1+E3
Решим данную систему уравнений матричным методом.
Система уравнений в матричном виде
1-1010001100-1000-1-11R100-R4R500R20R40000R30R50×I1I2I3I4I5I6=000E4E1+E2E1+E3
Подставим известные значения
1-1010001100-1000-1-111500-15100010015000050100×I1I2I3I4I5I6=000153545
Решим данное векторное уравнение при помощи программы MathCad14
.
Получим
I1=0,247 А; I2=1,548 А; I3=2,836 А;
I4=1,301 А; I5=3,082 А; I6=4,384 А.
2. Расчет токов методом контурных токов
Рисунок 5. Расстановка контурных токов
Составим систему уравнений контурных токов для заданной схемы
R1+R4Ik1-R4Ik2=E1+E3-R4Ik1+R2+R4+R5Ik2+R2Ik3=E4R2Ik2+R2+R3Ik3=E2+E3+E4
Подставим известные значения
15+15Ik1-15Ik2=20+25-15Ik1+10+15+10Ik2+10Ik3=1510Ik2+10+5Ik3=15+25+15
30Ik1-15Ik2=45-15Ik1+35Ik2+10Ik3=1510Ik2+15Ik3=55
Представим данную систему уравнений в векторной форме
30-150-15351001015×Ik1Ik2Ik3=451555
Решим данную систему уравнений в программе MathCad14.
Получим
Ik1=1,52 А; Ik2=0,04 А; Ik3=3,64 А.
Определим значения токов в схеме
I1=Ik1=1,52 А;
I2=Ik2+Ik3=0,04+3,64=3,68 А;
I3=Ik3=3,64 А;
I4=Ik1-Ik2=1,52-0,04=1,48 А;
I5=Ik2=0,04 А;
I6=I1+I3=1,52+3,64=5,16 А.
3