Alalisvooluahelate arvutamine
Lihtsate alalisvooluahelate arvutamine
Samaväärsed teisendused elektriskeemis tähendavad osade elementide asendamist teistega selliselt, et elektromagnetilised protsessid selles ei muutu ja vooluring lihtsustub. Üks selliste transformatsioonide tüüpe on mitme järjestikku või paralleelselt ühendatud tarbija asendamine ühe ekvivalendiga.
Mitu järjestikku ühendatud tarbijat saab asendada ühega ja selle ekvivalenttakistus on võrdne tarbijate takistuste summaga, kuuluvad sarja… n kasutaja jaoks võite kirjutada:
rе = r1 + r2 + … + rn,
kus r1, r2, …, rn on iga n tarbija takistus.
Kui paralleelselt on ühendatud n tarbijat, on ekvivalentjuhtivus ge võrdne paralleelselt ühendatud üksikute elementide juhtivuste summaga:
ge = g1 + g2 + … + gn.
Arvestades, et juhtivus on takistuse pöördväärtus, saab samaväärse takistuse määrata avaldise abil:
1 / rе = 1 / r1 + 1 / r2 + … + 1 / rn,
kus r1, r2, …, rn on iga n paralleelselt ühendatud tarbija takistused.
Konkreetsel juhul, kui kaks tarbijat r1 ja r2 on ühendatud paralleelselt, on vooluahela ekvivalenttakistus:
rе = (r1 x r2) / (r1 + r2)
Teisendused keerulistes ahelates, kus puudub näiv vorm jada- ja paralleelühendus elemendid (joonis 1), alustage algses kolmnurkses vooluringis sisalduvate elementide asendamisega samaväärsete tähega ühendatud elementidega.
Joonis 1. Vooluahela elementide teisendus: a — ühendatud kolmnurgaga, b — samaväärses tähes
Joonisel 1 on elementide kolmnurga moodustatud kasutajate r1, r2, r3 poolt. Joonisel 1b on see kolmnurk asendatud samaväärsete tähtedega ühendatud elementidega ra, rb, rc. Vältimaks potentsiaalide muutumist ahela punktides a, b, määratakse samaväärsete kasutajate takistused avaldiste abil:
Algse vooluringi lihtsustamist saab teha ka tähega ühendatud elementide asendamisega ahelaga, milles kasutajad ühendatud kolmnurgaga.
Joonisel 2 näidatud skeemil a on võimalik eraldada tarbijate r1, r3, r4 moodustatud täht. Need elemendid sisalduvad punktide c, b, d vahel. Joonisel 2b on nende punktide vahel kolmnurgaga ühendatud samaväärsed tarbijad rbc, rcd, rbd. Samaväärsete tarbijate takistused määratakse avaldiste abil:
Joonis 2.Vooluahela elementide teisendus: a — tähega ühendatud, b — samaväärses kolmnurgas
Joonistel 1, b ja 2, b näidatud skeeme saab veelgi lihtsustada, asendades sektsioonid samaväärsete tarbijate elementide jada- ja paralleelühendusega.
Lihtsa vooluahela arvutamise meetodi praktilisel rakendamisel teisenduste abil tuvastatakse ahelas tarbijate paralleel- ja jadaühendusega sektsioonid ning seejärel arvutatakse nende sektsioonide ekvivalentsed takistused.
Kui algses vooluringis selliseid lõike selgesõnaliselt pole, siis ülalkirjeldatud üleminekuid elementide kolmnurgalt tähele või tähelt kolmnurgale rakendades need avalduvad.
Need toimingud lihtsustavad vooluringi. Neid mitu korda rakendades jõuavad nad vormini, millel on üks allikas ja samaväärne energiatarbija. Samuti rakendus Ohmi ja Kirchhoffi seadused, voolude ja pingete arvutamine vooluringi sektsioonides.
Komplekssete alalisvooluahelate arvutamine
Kompleksse vooluringi arvutamisel on vaja kindlaks määrata mõned elektrilised parameetrid (peamiselt elementide voolud ja pinged), mis põhinevad probleemi avalduses täpsustatud algväärtustel. Praktikas kasutatakse selliste skeemide arvutamiseks mitmeid meetodeid.
Haruvoolude määramiseks võite kasutada: otserakendusel põhinevat meetodit Kirchhoffi seadused, praeguse tsükli meetod, sõlmede pingete meetod.
Voolude arvutamise õigsuse kontrollimiseks on vaja teha võimsuse tasakaal… Alates energia jäävuse seadus sellest järeldub, et ahela kõigi toiteallikate võimsuste algebraline summa on võrdne kõigi kasutajate võimsuste aritmeetilise summaga.
Toiteallika võimsus võrdub selle emf korrutisega seda allikat läbiva vooluhulgaga. Kui emfi suund ja voolu allikas langevad kokku, on võimsus positiivne. Vastasel juhul on see negatiivne.
Tarbija võimsus on alati positiivne ja võrdub tarbijas oleva voolu ruudu korrutisega tema takistuse väärtusega.
Matemaatiliselt saab võimsuse tasakaalu kirjutada järgmiselt:
kus n on toiteallikate arv ahelas; m on kasutajate arv.
Kui võimsuse tasakaal säilib, on vooluarvestus õige.
Toitebilansi koostamise käigus saate teada, millises režiimis toiteallikas töötab. Kui selle toide on positiivne, annab see toite välisele vooluringile (nt tühjendusrežiimis olevale akule). Allika võimsuse negatiivse väärtuse korral tarbib viimane vooluringist (aku laadimisrežiimis) energiat.