Метод эквивалентного генератора (источника)

Прежде, чем приступать к расчету методом эквивалентного генератора, необходимо знать, что, строго говоря, существуют две разновидности этого метода - Метод эквивалентного генератора напряжения и Метод эквивалетного генератора тока

Оба метода работают очень похоже. Во-первых, применяются только для расчета тока в одной ветви. Во-вторых, вся остальная цепь, относительно нужного участка заменятся на один элемент - источник напряжения или источник тока, каждый - со своим внутренним сопротивлением.

Рассмотрим оба этих метода подробнее

Метод эквивалентного генератора напряжения

Иногда в разной литературе называется "Теорема Тевенена", "Теорема Тевенина" и даже "Теорема Тевенена-Гельмгольца". По сути, это все одно и то же

Исходя из названия, очевидно, что мы используем источник напряжения. Значит, нам необходимо определить ЭДС этого источника и его внутренее сопротивление.

С внутренним сопротивлением все очень просто. Нам нужно именно сопротивление относительно того участка, ток в котором мы рассчитываем. Для этого все источники ЭДС заменятся закоротками, так как у них внутренее сопротивление равно нулю. Источники тока заменяются разрывом, так как их внутреннее сопротивление бесконечно.

Предположим, есть вот такая цепь:

Нам нужно методом эквивалентного генератора определить ток через R3. Рассчитывая внутренее сопротивление генератора. закорачиваем источники ЭДС и разрываем источник тока. Получаем схему:

Очевидно, общее сопротивлелние такой схемы Rэкв = R1+R2

Теперь необходимо рассчитать напряжение холостого хода генератора. Звучит сурово, но это просто напряжение на нужном нам участке цепи с убранной нагрузкой (в нашем случае - R3):

Для этого можно возспользоываться абсолютно любым, известным вам способом - методом контурных токов, методом узловых потенциалов или непосредственным применением законов Кирхгофа.

После того, как напряжение холостого хода найдено, можно переходить к последнему этапу расчета - вычислению требуемого тока. Для этого, фактически, просто используется закон Ома для полной цепи:

Здесь Uхх - напряжение холостого хода генератора, Rэкв - его внутреннее сопротивление, Rн - сопротивление нагрузки. Для нашего случая:

Метод эквивалентного генератора тока

Иногда называется Теорема Нортона. Если вы разобрались с эквивалетным генератором напряжения, то здесь тоже все будет просто

Первый этап - вычисление внутреннего сопротивления генератора - ничем не отличается от того, что мы рассматривали выше. Так же разрываем нужную нам ветку и относительно нее находим сопротивление цепи, закорачивая ЭДС и разрывая источники тока.

Следующий шаг - определение тока короткого замыкания. Для этого участок, который мы рассматриваем, закорачивается и определяется ток через него любым удобным способом:

Вот и все, можно определять нужный ток:

Как и ранее, здесь Rэкв - внутренее сопротивление генератора, Rн - сопротивление нагрузки, Iкз - ток короткого замыкания генератора.

Для нашего случая:

Кстати, внимательный читатель лекго узнает в последних формулах обыкновенный делитель тока

Подведем итоги, записав пошаговый алгоритм использования метода эквивалентного генератора:

Определяем внутренее сопротивление генератора относительно участка цепи, где необходимо определить ток. Для этого источники ЭДС закорачиваются, а источники тока - разрываются

Для эквивалентного генератора напряжения рассчитываем напряжение холостого хода, то есть напряжение на том участке, который рассматриваем. Для эквивалентного генератора тока находим ток короткого замыкания, закоротив исследуемый участок. В обоих случаях можно применять любой известный метод.

Находим искомый ток по соответствующей формуле

Разобравшись с принципом действия, вы теперь сможете с лучшим пониманием рассмотреть наш пример решения методом эквивалентного генератора

И последнее - указанные методы абсолютно так же работают не только с постоянным током, но и для цепей переменного тока. Разумеется, там нужно использовать комплексные значения токов, напряжений и сопротивлений.