2.10 Теорема об активном двухполюснике. Метод эквивалентного генератора

PIC

Пусть в схеме электрической цепи, имеющей источники энергии, выделена j-ая ветвь, содержащая сопротивление Rj. Если Rj заменить согласно теореме о компенсации источником тока Jj = Ij, направление которого противоположно направлению тока Ij, для Uj можно записать:

U  =  U    + R   J  ,
  j     jo     jj  j
где Ujo = l=1,ljmRjlJl + l=1mKjl(u)El,
Rjj – входное сопротивление относительно зажимов источника Jj, т.е. Rjj = Rjвх, при исключении всех источников, кроме Jj.

Напряжение на зажимах разомкнутой j-ой ветви

Jj =  0,      Uj =  Ujo  =  UjХ Х.

Учитывая, что Uj = RjIj и Jj = Ij, запишем

Rj Ij =  Ujo +  Rj вх(− Ij).

Откуда

I  =  ---UjХ-Х---.
 j    Rj  + Rj вх
(2.3)

Выражению (2.3) соответствует схема, в которой вместо UjХХ подключён эквивалентный источник ЭДС.

E Э  = Uj Х Х.

PIC

Теорема. Если активную схему, к которой присоединена некоторая пассивная ветвь, заменить источником ЭДС, с величиной, равной напряжению на зажимах разомкнутой активной цепи, и последовательно включённым сопротивлением, равным входному сопротивлению активной цепи, то ток в этой ветви не изменится.

Задача отыскания тока в одной выделенной ветви может быть решена с помощью метода эквивалентного генератора.

Выделяем в заданной схеме ветвь с искомым током, а всю оставшуюся часть схемы считаем эквивалентным генератором (активным двухполюсником), содержащим источник ЭДС и сопротивление.

PIC

По II закону Кирхгофа можно записать уравнение:

 ˙       ˙     ˙ (            )
E Эj −  Ej  = Ij  Z-вхj +  Zj- .

Откуда

|-------------------|
|      E˙Эj −  E˙j   |
|I˙j =  -----------. |
-------Z-вхj +-Zj---|

Таким образом, для определения İj необходимо найти параметры эквивалентного генератора: ĖЭj и Zвхj.

Для этого возможны два способа.

2.10.1 Расчётный способ

Для определения ĖЭ необходимо отключить исследуемую ветвь и любым известным методом расчёта найти напряжение между точками a и b (U˙abХХ), к которым подключена исследуемая ветвь.

Для определения Zвх нужно отключить исследуемую ветвь, разомкнуть все ветви с источниками тока и закоротить все источники ЭДС в эквивалентном генераторе. Замет определяется входное сопротивление схемы относительно точек a и b.

2.10.2 Экспериментальный способ (для цепи постоянного тока)

Необходимо проделать два опыта.

А. Опыт ХХ: отключаем исследуемую ветвь и подключаем к месту разрыва вольтметр.

PIC

IjХХ  = 0,    RV  =  ∞.

Тогда UV = UabХХ = EЭ.

Б. Опыт КЗ: замыкаем накоротко точки a и b и определяем с помощью амперметра ток короткого замыкания:

PIC

              -E-Э-           Uab-ХХ-
IA  = I КЗ =       ;  R вх =         .
              R вх              IКЗ