Т.6. Исследование режимов электрических цепей методом круго­вых диаграмм.

1. Уравнение дуги окружности в комплексной форме.

При изменении параметров одного из элементов сложной цепи токи всех ветвей, на­пряжения на всех элементах изменяются так, что концы векторов этих величин описывают дуги некоторых окружностей. Для исследования за­висимости любой векторной величины (U, I) от переменного параметра доста­точно определить дугу окружности, по которой пере­мещается конец этого век­тора, другими словами, построить круговую диаграмму.

Уравнение дуги окружности в комплексной форме имеют вид:

,

где М = Мe^j – исследуемый вектор, M₀  вектор-хорда дуги окружности, a = const – посто­янный коэффициент,  = const – постоянный угол, n = var = (0  ) – переменный параметр.

Порядок построения круговой диаграммы по заданному уравнению:

Рис. 80

1. На комплексной плоскости в выбранном масштабе m_м откладывают вектор М₀=5e^j20  хорду дуги окружности (рис. 80).

2. Вдоль вектора-хорды М₀ от его начала в выбранном масштабе m_а от­кладывают отрезок, равный коэффициенту “а”.

3. Из конца отрезка “а” под углом - к вектору М₀ проводят линию пе­ременного параметра (л.п.п.), на которой наносят масштаб m_а, принятый ранее для отрезка “а”.

4. Определят положение центра дуги как точку пересечения двух пер­пендикуляров: первый проводят через середину вектора-хорды М₀, а второй – из начала координат к линии переменного параметра.

5. Проводят рабочую дугу по ту сторону от вектора-хорды М₀, где рас­положена линия переменного параметра.

6. Вдоль линии переменного параметра откладывают текущее значение параметра “n” соединяют точку с началом вектора М₀ (началом координат) и продолжают прямую линию до пересечения с дугой окружности. Искомый век­тор М соответствует отрезку от начала координат до точки пересечения прямой линии с дугой окружности, при этом модуль вектора равен длине отрезка в масштабе m_м, а начальная фаза вектора – углу между вещественной осью +1 и напрвлением вектора.

На рис. 80 показано семейство векторов М, построенных для различных значений переменного параметра “n” (n= 0; 10; 20; 30).

2. Круговая диаграмма тока и напряжений для элементов последо­вательной цепи

Рассмотрим схему цепи, состоящую из последовательно включенных ис­точника ЭДС E и пассивных элементов Z₁, и Z₂ (рис. 81). Задано, что E = Ee^j=const, Z₁ = Z₁e^j1 = const, Z₂ = Z₂e^j2, где ₂=const, a Z₂ = var = 0÷  пере­менный параметр.

Преобразуем уравнение закона Ома для схемы к виду дуги окружности в комплексной форме:

,

где М₀ = I_к= E/Z₁ – ток короткого замыкания, соответствует вектору-хорде дуги окружно­сти, Z₂ = n = var – переменный параметр, Z₁= a = const  постоянный коэффициент, ₂ ₁=  = const – постоянный угол.

Таким образом, уравнение для тока I является уравнением дуги окружно­сти.

Напряжение на первом элементе представляет собой уравнение дуги ок­ружности:

.

Напряжение на втором элементе представляет собой уравнение дуги ок­ружности:

.

Для каждого из векторов I, U₁, U₂ может быть построена круговая диа­грамма со­гласно полученным уравнениям и по ним исследована их зависимость от переменного па­раметра n = Z₂.