Метод расчёта электрических цепей, в которых за неизвестные принимаются потенциалы узлов схемы, называется методом узловых потенциалов (напряжений).
Т
а)
б)
Рисунок 2
ок в ветви в любой схеме можно найти по закону Ома, если известны потенциалы узлов, к которым подключена данная ветвь. Рассмотрим участок цепи (рисунок 2) содержащий последовательно соединённые источник ЭДС и сопротивление.
Падение напряжения между узлами a и b для рисунка 2а, исходя из закона Ома, можно записать следующим образом:
. (10)
Из выражения (10) получаем значение тока в ветви рисунка 2а:
, (11)
где
, (12)
- проводимость.
В свою очередь, падение напряжения в случае рисунка 2б:
, (13)
а ток :
. (14)
Р
Рисунок 3
ассмотрим схему, представленную на рисунке 3, имеющую четыре узла.
Исходя из (11) и (14) запишем выражения для токов схемы рисунка 3:
, (15)
где
(16)
– проводимости соответствующих ветвей.
В схеме рисунка 3 принимаем, что (искусственно заземляем четвёртый узел).
Для определения токов необходимо составить систему уравнений, неизвестными которой являются потенциалы узлов. Данная система составляется следующим образом:
, (17)
или в общем случае
, (18)
где
(19)
– узловые проводимости (суммы проводимостей ветвей сходящиеся в каждом из узлов кроме заземления),
(20)
– взаимные проводимости (суммы проводимостей ветвей непосредственно связывающие заданные узлы),
(21)
– узловые токи (суммы токов источников токов ветвей сходящихся в данных узлах и суммы произведений ЭДС и соответствующих проводимостей подключенных к данному узлу).
Систему уравнений (18) можно записать в матричной форме:
. (22)
или
, (23)
где - матрица проводимостей, - матрица столбец неизвестных потенциалов и - матрица столбец узловых токов.
Решением (23) будет
. (24)
Через найденные потенциалы узлов рассчитываются неизвестные токи.