2.3. Символический метод расчета цепей синусоидального тока

Представляем полные комплексные сопротивления каждой ветви в алгебраической и показательной форме.

Z = R + j(X_L  X_C) =Ze^j, (2.13)

где модуль сопротивления Z = R² + X² ,   arctg (X/ R).

Знак (+) соответствует индуктивному сопротивлению, а знак ()  емкостному.

Обратные преобразования Ze^j = ± Zcos ± jZsin.

При каждом преобразовании обязательно представлять вектор на комплексной плоскости. Отсчет показателя степени угла j производится против часовой стрелки, если j – положительный; по часовой, если j – отрицательный.

Комплексное сопротивление параллельного участка ab:

Z _ab= Z₂ Z ₃ / (Z ₂ + Z ₃). (2.14)

Эквивалентное сопротивление цепи при смешанном соединении (рис. 2.6, 2.7):

Z_экв = Z₁ + Z_аb. (2.15)

Рис. 2.6 Рис. 2.7

Определяем комплексные токи в ветвях (2.16):

= /Z_экв = I₁e ^{ j} = I_1a ± jI_1р;

= Z₃/(Z ₂ + Z ₃) = I₂e ^{ j} = I_2a ± jI_2р; (2.16)

= Z ₂/(Z ₂ + Z₃) = I₃e ^{ j} = I_3a ± jI_3р.

Найденные значения токов должны быть представлены в алгебраической и показательной формах.

Проверяем правильность вычислений по первому закону Кирхгофа:

= + _{. (2.17)}

Находим напряжение на параллельном участке = Z_ab , = Z₂ или = Z₃. Напряжение должно соответствовать _, найденному методом проводимостей.

2.4. Расчет методом узловых потенциалов

Определяем комплексные проводимости ветвей с точностью до четвертой значащей цифры (для схемы рис. 2.8).

Y₁ = 1 / (Z₁e ^j1 ) =

= Y₁e ^j1 = ± g₁ ± jb₁ ,

Y₂ = 1 / (Z ₂e ^j2 ) =

= Y₂e ^{ j2} = ± g₂ ± jb₂ , (2.18)

Y₃ = 1 / (Z₃e ^{ j 3} ) =

= Y₃e ^{ j3} = ± g₃ ± jb₃ .

Рис. 2.8. Схема замещения с комплексными проводимостями ветвей

Выбираем направление токов I₁; I₂; I₃ .

Определяем напряжение U_ab:

; (2.19)

Определяем токи в ветвях:

= ( ) / Z₁; = / Z₂; = / Z₃ . (2.20)

Выполняем проверку по первому закону Кирхгофа.

2.5. Баланс мощностей

Баланс мощностей определяется равенством .

Мощность источников рассчитывается как

= = P_ист ± jQ_ист, (2.21)

где  сопряженный комплекс тока (знак перед (j) изменяется на противоположный).

Мощность приемников равна:

P_пр = I₁²R₁ + I₂²R₂ + I₃²R₃; Q_пр = ± I₁²X_{1 ±} I₂ ²X₂ ± I₃²X₃, (2.22)

где I₁, I₂, I₃  модули комплексов токов.

Активные и реактивные мощности источников и приемников так же равны между собой:

P_ист = P_пр; Q_ист = Q_пр. (2.23)

Погрешность вычислений не должна превышать 2 %.

2.6. Построение векторной диаграммы

Находим напряжение на каждом элементе схемы и строим векторную диаграмму (для схемы на рис. 2.1), представляющую собой графическое изображение первого и второго законов Кирхгофа на комплексной плоскости.

Комплексные напряжения на участках цепи по закону Ома:

= _; = X_C2e _; = X_L3e ;

= X_C1e _; = R₂; = R₃; _(2.24)

= R₁; = X_L2e ; = X_C3e _.

= X_L1e ;

Строим векторную диаграмму (рис. 2.9). Сперва откладываем токи (2.17), затем строим напряжения (2.25).

Рис.2.9. Векторная диаграмма для схемы на рис. 2.1.

_{= + + + = + + = + + . (2.25)}

ВОПРОСЫ К КОЛЛОКВИУМУ № 2

Линейные цепи однофазного синусоидального тока. Элементы цепи переменного тока. Аналитический и символический методы расчета цепей переменного тока. Баланс мощностей в цепи переменного тока.

ЗАДАНИЕ № 3

Расчет трехфазных цепей ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Цель задания — приобретение навыков анализа и расчета трехфазных цепей символическим методом.

Порядок выполнения задания:

В несимметричной трехфазной цепи синусоидального тока при соединении в звезду с нулевым проводом (рис. 3.1, а), без нулевого провода (рис. 3.1, б) и в треугольник (рис. 3.1, в) необходимо:

1. рассчитать токи в фазах и линиях;

2. вычислить значения активной, реактивной и полной мощности;

3. построить векторные диаграммы напряжений и токов.

Исходные данные приведены в таблице 3.1. Принять f = 50 Гц.

а) б) в)

Рис. 3.1. Несимметричные трехфазные цепи синусоидального тока.

Таблица 3.1

№	E	Ra	Rb	Rс		Ca	Cb	Cc	La	Lb	Lc
	B	Ом			мкФ				мГн
0	100	1	3	5		396	354	796	12,75	38,2	12,75
1	120	2	4	6		265,3	1060	454,7	28,65	15,92	22,29
2	130	7	8	1		637	796	396	9,55	19,1	22,5
3	140	9	2	3		530	637	353,8	15,92	28,65	28,65
4	110	4	5	6		354	530	637	12,75	38,2	15,92
5	150	5	4	3		265	796	212,3	19,1	31,95	47,75
6	160	2	1	2		318	265	796	9,55	63,9	12,75
7	170	3	4	5		159	530	318,3	38,2	47,75	31,95
8	180	6	5	4		212	796	265	19,1	25,5	38,2
9	190	7	8	1		530	637	265	12,75	22,29	9,55
1 цифра		2 цифра			3 цифра