
- •Однофазные электрические цепи переменного тока
- •2.1. Способы представления синусоидальных токов, напряжений, эдс
- •1. Аналитический способ
- •2. Временная диаграмма
- •3. Графоаналитический способ
- •4. Аналитический метод с использованием комплексных чисел
- •2.2. Действующее значение переменного тока и напряжения
- •2.4. Основные свойства простейших цепей переменного тока
- •1. Участок цепи, содержащий активноесопротивле-ние (рис. 2.6).
- •2. Участок цепи, содержащий идеальную индуктивность (рис 2.9)
- •3. Участок цепи, содержащий ёмкость (рис. 2.12)
- •2.5. Сопротивления в цепи переменного тока
- •2.6. Мощности в цепях переменного тока
- •Элемент r (резистор)
- •2. Элемент l (индуктивность)
- •3. Элемент с (ёмкость)
- •2.7. Цепь с последовательным соединением элементов
- •2.8. Цепь с параллельным соединением элементов
- •3.5 Комплексные проводимости
- •3.6 Пассивный двухполюсник в цепи синусоидального тока
- •3.7. Мощности в цепях переменного тока
- •3.7.1 .Условие передачи максимальной мощности от источника энергии к приёмнику
- •2.9. Повышение коэффициента мощности в электрической цепи
- •2.10. Комплексный (символический) метод расчета цепей синусоидального тока
- •3.8 Комплексные частотные характеристики электрических цепей
3.7.1 .Условие передачи максимальной мощности от источника энергии к приёмнику
Комплексные сопротивления внутреннего и внешнего участка цепи находятся следующим образом:
(3.39)
Мощность приёмника:
(3.40)
Отсюда при любом rн мощность достигает наибольшего значения при xн = - xвн. В этом случае:
.
(3.41)
Взяв от полученного выражения производную по rн и приравняв её нулю найдем, что P имеет наибольшее значение при rн = rвн.
Таким образом, приёмник получает от источника наибольшую активную мощность, если его комплексное сопротивление является сопряжённым с комплексным внутренним сопротивлением источника:
,
(3.42)
при этом η=0,5.
2.9. Повышение коэффициента мощности в электрической цепи
Активная мощность потребителя определена формулой
P = U I cos φ.
Величину cos φ здесь называют коэффициентом мощности. Ток в линии питающей потребителя с заданной мощностью Р равен
I = P / (Ucos). (2.51)
и будет тем больше, чем меньше cos . При этом возрастают потери в питающей линии. Для их снижения желательно увеличивать cos . Большинство потребителей имеет активно-индуктивную нагрузку. Увеличение cos возможно путем компенсации индуктивной составляющей тока путем подключения параллельно нагрузке конденсатора (рис. 2.24).
Рис. 2.24
Расчет емкости дополнительного конденсатора для обеспечения заданного cos φ проводится следующим образом. Пусть известны параметры нагрузки Pн, U и Iн . Можно определить cosн
сosн = P/(UIн).
Из п. 2.8.3 следует, что подключение емкости не изменяет активную составляющую нагрузки
Iна = Iн cosн = Pн/U (2.52)
Реактивная составляющая нагрузки Iнр может быть выражена через tg н
Iнр = Iна tg н.
При подключении емкости величина Iнр уменьшается на величину IC.
Если задано, что коэффициент мощности в питающей линии должен быть равен cos , то можно определить величину реактивной составляющей тока в линии
Iр = Iа tg .
Уменьшение реактивной составляющей нагрузки с Iнр до Iр определяет величину тока компенсирующей емкости
IC = Iнр - Iр = Iа (tg н - tg ). (2.53)
Подставляя в уравнение (2.53), значение Iна из (2.52) и учитывая, что IC = U / XC = U ωC, получим U ωC = Pн / U · (tg φн - tg φ), откуда для емкости конденсатора имеем
C = Pн / ωU2 · (tg н - tg ).
Для больших значений Pн величина емкости C может оказаться слишком большой, что технически трудно реализовать. В этом случае используют синхронные компенсирующие машины.
2.10. Комплексный (символический) метод расчета цепей синусоидального тока
Все параметры цепи представляются в комплексной форме.
–
комплексное мгновенное
значение;
–
комплексное действующее значение силы
тока;
–
комплексное действующее значение
напряжения.
Пример.
Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме
Достоинство комплексного метода: при его применении в анализе цепей переменного тока можно применять все известные методы анализа постоянного тока.
Закон Ома
Под законом Ома в комплексной форме понимают:
Í = Ú / Z
Комплексное сопротивление участка цепи представляет собой комплексное число, вещественная часть которого соответствует величине активного сопротивления, а коэффициент при мнимой части – реактивному сопротивлению.
По виду записи комплексного сопротивления можно судить о характере участка цепи:
R + j X — активно-индуктивное сопротивление;
R – j X — активно-емкостное.
Примеры.
Первый закон Кирхгофа в комплексной форме
Алгебраическая сумма комплексных действующих значений токов в узле равна нулю.
Второй закон Кирхгофа в комплексной форме
В замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма комплексных действующих значений ЭДС равна алгебраической сумме комплексных падений напряжений в нём.
.
При использовании символического метода можно пользоваться понятиями мощностей. Но в комплексной форме можно записать только полную мощность:
где Ï — комплексно-сопряженный ток
S cos ± j Ssin = P ± jQ.
Полная мощность в комплексной форме представляет собой комплексное число, вещественная часть которого соответствует активной мощности рассматриваемого участка, а коэффициент при мнимой части – реактивной мощности участка. Значение знака перед мнимой частью: “+” означает, что напряжение опережает ток, нагрузка – активно-индуктивная; “–” означает, что нагрузка - активно-емкостная.