Рассчитать токи в ветвях заданной схемы (рис.1) методом контурных токов. Проверку правильности решения провести методом баланса мощностей.
Дано: E1=127 В; E2=150 В; E3=80 В; R1=R6=17 Ом; R2=16 Ом; R3=14,5 Ом; R4=6,5 Ом; R5=3 Ом.
Рис.1. Схема к задаче №1
Решение
Электрическая цепь имеет nв=6 ветвей и nу=4 узла. Задаемся положительными направлениями токов, обозначаем узлы.
Количество независимых контуров в схеме nк=nв-nу-1=3. Произвольно выбираем направление контурных токов I11, I22, I33.
Составляем систему из nк уравнений по методу контурных токов в общем виде:
R11I11-R12I22-R13I33=E11-R21I11+R22I22-R23I33=E22-R31I11-R32I22+R33I33=E33
Определяем собственные сопротивления контуров:
R11=R1+R2+R4=17+16+6,5=39,5 Ом
R22=R2+R3+R5=16+14,5+3=33,5 Ом
R33=R4+R5+R6=6,5+3+17=26,5 Ом
Определяем взаимные сопротивления контуров:
R12=R21=R2=16 Ом
R13=R31=R4=6,5 Ом
R23=R32=R5=3 Ом
Определяем алгебраические суммы ЭДС контуров:
E11=E1-E2=127-150=-23 В
E22=E2+E3=150+80=230 В
E33=-E1-E3=-127-80=-207 В
Подставим найденные значения в составленную ранее систему уравнений:
39,5I11-16I22-6,5I33=-23-16I11+33,5I22-3I33=230-6,5I11-3I22+26,5I33=-207
Решая систему уравнений методом Крамера, определяем контурные токи:
Δ=39,5-16-6,5-1633,5-3-6,5-326,5=39,5∙33,5∙26,5-16∙-3∙-6,5-6,5∙-16∙-3--6,5∙33,5∙-6,5-39,5∙-3∙-3--16∙-16∙26,5=25887,25
Δ1=-23-16-6,523033,5-3-207-326,5=-23∙33,5∙26,5+230∙-3∙-6,5-207∙-16∙-3--207∙33,5∙-6,5--23∙-3∙-3-230∙-16∙26,5=26783,5
Δ2=39,5-23-6,5-16230-3-6,5-20726,5=39,5∙230∙26,5-16∙-207∙-6,5-6,5∙-23∙-3--6,5∙230∙-6,5-39,5∙-207∙-3--16∙-23∙26,5=174777
Δ3=39,5-16-23-1633,5230-6,5-3-207=39,5∙33,5∙-207-16∙-3∙-6,5-23∙-16∙230--23∙33,5∙-6,5-39,5∙-3∙230--16∙-16∙-207=-175858
I11=Δ1Δ=26783,525887,25=1,035 А
I22=Δ2Δ=17477725887,25=6,751 А
I33=Δ3Δ=-17585825887,25=-6,793 А
Определяем значения токов в ветвях через найденные контурные токи:
I1=I11=1,035 А
I2=-I11+I22=-1,035+6,751=5,717 А
I3=I22=6,751 А
I4=I11-I33=1,035--6,793=7,828 А
I5=I22-I33=6,751--6,793=13,545 А
I6=-I33=--6,793=6,793 А
Проверяем правильность расчета, составляя уравнение баланса мощностей:
ΣPист=E1I4+E2I2+E3I5=127∙7,828+150∙5,717+80∙13,545=2935,2 Вт
ΣPпр=I12R1+I22R2+I32R3+I42R4+I52R5+I62R6=1,0352∙17+5,7172∙16+6,7512∙14,5+7,8282∙6,5+13,5452∙3+6,7932∙17=2935,2 Вт
ΣPист=ΣPпр
2935,2 Вт=2935,2 Вт