background image

2009-11-27 

 

© Lesław ŁADNIAK 

1. M

ETODA PRĄDÓW OCZKOWYCH

 

 
 

Metoda prądów oczkowych nazywana jest też metodą prądów 

konturowych  lub  metodą  prądów  Maxwella.  Ideą  tej  metody  jest 
wprowadzenie 

nowych  zmiennych,  tak  zwanych  prądów 

oczkowych.  Prąd  oczkowy  jest  to  umowny  prąd  płynący  przez 
wszystkie gałęzie tworzące oczko. 
 
 

1.1 Metoda prądów oczkowych 

 
 

Rozpatrzmy fragment obwodu elektrycznego przedstawiony  na 

Rys. 1. Przyjmujmy, że znane są wartości parametrów tworzących 
oczko  „k” oraz  wartości  prądów  płynących  w  sąsiednich oczkach. 
Należy  znaleźć  równanie  umożliwiające  wyznaczenie  wartości 
prądu płynącego w oczku „k”. 
 
Rozwiązanie: 
 
 

1. Przyjmijmy  kierunki  napięć  na  poszczególnych  pasywnych 

elementach obwodu. 
 
 

2. Wybierzmy  niezależne  oczka  i  przyjmijmy  kierunki  prądów 

oczkowych w poszczególnych oczkach. 
 
 

3. Napiszmy  równanie  wynikające  z  napięciowego  prawa 

Kirchhoffa  dla  oczka  „k”  przyjmując  kierunek  obiegu  oczka 
zgodny z kierunkiem prądu oczkowego: 
 
 

 

u

A

 - E

B

 + u

C

 + E

D

 - u

D

 = 0 

 
 

Napięcia na poszczególnych elementach obwodu wynoszą: 

 
 

 

u

A

 = R

A

 i

A

 = - R

A

 (i

k

 + i

m

 

 

u

C

 = R

C

 i

C

 = - R

C

 (i

k

 + I

ź

 

 

u

D

 = R

D

 i

D

 = R

D

 (i

k

 - i

n

 
 
 

k

i

k

i

m

E

D

i

n

E

B

I

ź

R

D

R

C

R

A

 

Rys. 1. Fragment obwodu 

 
 
 

k

i

k

i

m

E

D

i

n

E

B

I

ź

u

C

u

D

u

A

R

D

R

C

R

A

i

l

i

A

i

C

i

D

 

Rys. 2. Fragment obwodu z zaznaczonymi prądami 

oczkowymi 

 

Comment [LL1]:  

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 
Po podstawieniu do równania dla oczka „k” otrzymujemy: 
 
 

-R

(i

k

 

+

 

i

m

)

 

-

 

E

B

 

+

 

-R

(i

k

 

+

 

I

ź

)

 

+

 

E

D

 

+

 

R

(i

k

 

-

 

i

n

)

 

=

 

 
 

- (R

A

 + R

C

 + R

D

)

 

i

k

 - R

A

 

i

m

 + R

D

 

i

n

 = E

B

 - E

D

 + R

C

 

I

ź

 

 

  (R

+ R

+ R

D

) i

k

 + R

A

 i

m

 - R

D

 i

n

 = -E

B

 + E

D

 - R

C

 I

ź

 

 
lub w postaci: 
 

    R

k

 i

k

 + R

A

 i

m

 - R

D

 i

n

 = E

k

   (*) 

 
gdzie: 
 

R

k

 - suma rezystancji gałęzi tworzących oczko „k”, 

 

R

A

 - rezystancja wzajemna oczka „k” i oczka „m”, 

 

R

D

 - rezystancja wzajemna oczka „k” i oczka „n”, 

 

E

k

 – algebraiczna suma sił elektromotorycznych występujących 

w oczku „k”. 
 
 

Jak  wynika  z  równania  (*)  wartość  prądu  płynącego  w  oczku 

k” zależy od sił elektromotorycznych występujących w oczku „k”, 
napięć  wywołanych  przez  prądy  oczkowe  płynące  w  oczkach 
sąsiednich  oraz  od  wartości  parametrów  elementów  tworzących 
oczko „k”. 
 

 

W  celu  rozwiązania obwodu  elektrycznego  złożonego  z „g” 

gałęzi  oraz  „w”  węzłów  metodą  prądów  oczkowych,  należy 
napisać  dla  każdego  oczka  niezależnego  równie  wynikające  z 
napięciowego prawa Kirchhoffa. 
 

    R

1

 i

1

 

 R

12

 i

2

 ... 

 R

1m

 i

m

 = E

1

 

    : 
    R

k

 i

k

 

 R

k2

 i

2

 ... 

 R

km

 i

m

 = E

k

 

    : 
    R

m

 i

m

 

 R

m1

 i

m1

 ... 

 R

mm-1

 i

m-1

 = E

m

 

 
 

Otrzymany  w  ten  sposób  układ  „g - (w-1)”  równań 

umożliwia 

wyznaczenie 

wartości 

wszystkich 

prądów 

oczkowych, a tym samym wartości prądów gałęziowych. 

 

 
 

background image

 

© Lesław ŁADNIAK 

 

 

1.2 Metoda prądów oczkowych - algorytm 

 

1.  Przyjąć  drzewo  grafu  dla  danego  schematu  połączeń 
elementów  obwodu  elektrycznego.  O  ile  jest  to  możliwe,  drzewo 
grafu utworzyć z gałęzi pasywnych (nie zawierających źródeł). 

2.  Wybrać  oczka  niezależne  i  przyjąć  kierunki  prądów 
oczkowych
.  Najczęściej  kierunki  prądów  oczkowych  przyjmuje 
się  zgodnie  z  kierunkiem  gałęzi  dopełnień  drzewa  lub  zgodnie  z 
kierunkiem ruchu wskazówek  zegara.  Kierunek  prądu  oczkowego 
jest kierunkiem odniesienia. 

3.  Dla 

każdego  oczka  niezależnego  napisać  równanie 

wynikające z napięciowego prawa Kirchhoffa, pamiętając, że: 
  napięcie  na  elemencie,  przez  który  płynie  tylko  jeden  prąd 
oczkowy  jest  zawsze  dodatnie,  gdyż  kierunek  prądu  oczkowego 
jest zgodny z kierunkiem orientacji oczka, 

  jeżeli przez element przepływa więcej  niż jeden prąd oczkowy, 
to napięcie wywołane przepływem danego prądu jest dodatnie, gdy 
kierunek tego prądu jest zgodny z kierunkiem prądu oczkowego, 

  źródło  siły  elektromotorycznej  ma  znak  dodatni,  jeżeli  jest 
zorientowane zgodnie z kierunkiem prądu oczkowego. 

 
 

W  celu  ujednolicenia  zapisu  można  źródła  prądowe  zastąpić 

źródłami napięciowymi. 
 
4.  Rozwiązać 

utworzony 

układ 

równań 

(np. 

metodą 

wyznaczników),  czyli  wyznaczyć  wartości  wszystkich  prądów 
oczkowych

Liczba 

równań 

jest 

równa 

liczbie 

gałęzi 

pomniejszonej o liczbę węzłów niezależnych. 

 
 

W  przypadku  występowania  w  rozpatrywanym  obwodzie 

idealnych  źródeł  prądowych  korzystnie  jest  tak  wybrać  oczka, 
aby gałęzie z idealnymi źródłami były w gałęziami dopełniającymi 
drzewo.  Przy  takim  doborze  oczek,  prąd  oczka  zawierającego 
idealne  źródło  prądowe  jest  znany,  gdyż  jest  on  równy  prądowi 
tego  źródła.  Nie  ma  więc  potrzeby  układania  równań  dla  takiego 
oczka. 

 
 
 
 

k

i

k

i

m

E

D

i

n

E

B

I

ź

u

C

u

D

u

A

R

D

R

C

R

A

 

Rys. 3. Fragment obowdu