Główna zawartość
Kurs: Elektrotechnika > Rozdział 2
Lekcja 3: Analiza obwodów prądu stałego- Analiza obwodów elektrycznych
- Prawo Kirchhoffa o sumie natężeń prądów w węźle
- Prawo Kirchhoffa o sumie spadków napięć
- Prawa Kirchhoffa
- Labeling voltages
- Application of the fundamental laws (setup)
- Application of the fundamental laws (solve)
- Zastosowanie podstawowych praw
- Node voltage method (steps 1 to 4)
- Node voltage method (step 5)
- Metoda potencjałów węzłowych
- Mesh current method (steps 1 to 3)
- Mesh current method (step 4)
- Metoda prądów oczkowych
- Metoda prądów pętlowych
- Liczba potrzebnych równań
- Liniowość
- Superpozycja
© 2024 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie
Analiza obwodów elektrycznych
Ogólny opis analizy obwodów elektrycznych, metodą ułożenia i rozwiązania układu równań. Stworzone przez: Willy McAllister. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji Akamai.
W obwodzie elektrycznym możemy znaleźć wartości natężenia i napięcia prądu elektrycznego dla każdego elementu. Nazywa się to analizą obwodów lub rozwiązywaniem obwodów elektrycznych. Poniższe streszczenie prezentuje kilka metod oraz narzędzi używanych przy analizie obwodów elektrycznych.
Narzędzia
- Równania elementów elektrycznych (prawo Ohma itd.)
- Schematy elektryczne (przewody, węzły, gałęzie, oczka i siatki)
- Uproszczenia dla oporników szeregowych i równoległych
- Prawa Kirchhoffa dla prądu i napięcia
Ogólna strategia
Obwód elektryczny można uprościć tylko do pewnego stopnia. Kolejnym krokiem będzie analiza metodą taką jak opisana poniżej:
- Uproszczone fragmenty obwodu oraz połączenia między nimi wyraź w postaci układu równań.
- Rozwiąż układ równań by poznać wartości zmiennych niezależnych (prądu i napięcia) dla uproszczonych fragmentów. Ten etap często korzysta z metod algebry liniowej.
- Oblicz prądy i napięcia dla pojedynczych elementów w każdym uproszczonym fragmencie.
Różne metody
Analizę obwodu możemy przeprowadzić jedną z trzech popularnych metod. Każda z nich daje ten sam wynik.
- Bezpośrednie zastosowanie podstawowych praw (prawo Ohma i prawa Kirchoffa)
- Metoda potencjałów węzłowych
- Metoda prądów oczkowych i pokrewna jej metoda prądów pętlowych
Pierwsza metoda polega na bezpośrednim zastosowaniu podstawowych praw. Jest szybka i efektywna dla bardzo prostych obwodów. Niestety, wymaga bardzo dużo pracy w stosunku do ilości elementów elektronicznych. Przez to jest mało użyteczna przy bardziej skomplikowanych obwodach.
Metoda potencjałów węzłowych oraz metoda prądów oczkowych to pozostałe dwa sposoby. Krok po kroku prowadzą przez proces rozwiązywania obwodów elektrycznych. Dzięki nim można znaczne zmniejszyć ilość równań potrzebnych do rozwiązania. Ma to duże znaczenie przy bardziej skomplikowanych obwodach (gdy pojawia się coraz więcej węzłów i gałęzi), gdyż nie wymaga aż tylu obliczeń. W szczególnych sytuacjach używa się metody prądów pętlowych (spokrewnionej z metodą prądów oczkowych), co opisano poniżej.
Przykładowe obwody służące do nauki będą się składać jedynie z oporników i idealnych źródeł napięcia. Uprości to obliczenia i pozwoli łatwiej opanować strategie rozwiązywania obwodów.
Uwagi końcowe: rokładanie problemu na części
Analiza potrafi być być bardzo wymagająca gdy obwody z którymi mamy do czynienia są bardziej złożone. Bardzo ważną umiejętnością dla inżyniera jest rozbijanie złożonych problemów na prostsze części. Z początku będzie się to zdawać powolne i irytujące, lecz takie rozbijanie na mniejsze etapy jest kluczową strategią w problemach technicznych. Zaprezentowane poniżej metody analizy obwodów są kilkuetapowe i są świetnym przykładem inżynierskiego podejścia do rozwiązywania problemów.
Epilog - komputerowe symulacje obwodów elektrycznych
Oprogramowanie
Czemu mam się uczyć metod analizy obwodów elektrycznych, skoro mogę użyć oprogramowania do symulacji?
Umiejętność ręcznego rozwiązywania obwodów jest ważna. Pozwala znacznie przyspieszyć pracę przy prostych obwodach. Na dodatek, pozwala na wyrobienie sobie intuicji i lepszy wgląd w to jak działają obwody elektryczne. Nie da się tego osiągnąć gdy program komputerowy daje nam gotową odpowiedź. Rozwiązywanie obwodów elektrycznych pozwoli Ci wyobrazić sobie jak działa obwód po tym jak spojrzysz na jego schemat.
Nauka analizy obwodów pozwoli Ci także na radzenie sobie z ograniczeniami programów do symulacji.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji