- •Кубанский государственный технологический университет
- •Учебные вопросы:
- •1. Определение действующих и средних значений
- •Действующее значение периодического колебания (по определению)
- •Задача № 2. Определить действующее и среднее
- •Задача № 3. Записать аналитическое выражение для синусоидального тока, изменяющегося с частотой
- •4. Переход от комплексной амплитуды тока к его мгновенному значению
- •2. Комплексное сопротивление участка ВС цепи
- •4. Комплексное общее напряжение, приложенное ко входу всей цепи
- •8. Определяем комплексное действующее значение тока I3
- •10. Угол сдвига фаз между напряжением и током может быть определен
- •ТО, из расчета электрической цепи символическим методом следует:
- •Задача №5: Представить комплексный ток,
- •1. Так как по условиям задачи начальная фаза напряжения равна нулю, то для
- •3. Схема электрической цепи с использованием метода узловых
- •5. Расчетный комплексный ток узла №2 цепи (правая часть уравнения)
- •8. Комплексные напряжения на элементах электрической цепи
- •Модель исследования исходной электрической цепи
- •Осциллограмма напряжений цепи
- •Задание на самостоятельную работу
8. Определяем комплексное действующее значение тока I3
|
|
j 4 40/ |
|
||
U BC |
79,2 e |
7,92 e j85 20/ |
|||
I 3 |
|
||||
|
|
||||
|
|
|
|
Z 3 |
10 e j90 |
|
A
9. В соответствии с определением полной мощности цепи S
|
|
|
|
j 44 45/ |
|
S U |
I 127 e j 0 4,85 e 44 45/ 616 e |
||||
437 j433 P jQ |
P2 Q2 e jarctg |
433 |
BA |
||
437 |
Модуль полной мощности цепи |
Аргумент (фаза) полной мощности |
Таким образом, согласно определениям мощностей цепи, имеем |
|
Активная мощность цепи, |
P 443 Bт |
Реактивная мощность цепи, |
Q 433 BAp |
Полная мощность цепи, |
S P2 Q2 619 B A |
10. Угол сдвига фаз между напряжением и током может быть определен |
|||
согласно выражению комплексной полной мощности цепи Q |
|||
|
437 j433 P2 Q2 e jarctg P BA |
||
S S e j ( ) |
|||
arctg |
Q arctg |
433 |
arctg 433 44 45/ |
|
P |
437 |
437 |
U I 0 44 45/ 44 45/ |
|||
11. Характер цепи определяется однозначно знаком угла сдвига фаз между |
|||
|
напряжением и током |
||
U I 44 45/ |
0 |
Характер цепи индуктивный |
|
Im |
-I2 |
Векторная диаграмма цепи |
|
I1 |
|
|
|
|
I1 |
UAB |
|
|
|
|
|
|
|
Re |
UAC = U |
|
|
|
|
|
I2 |
|
U |
|
|
BC |
ТО, из расчета электрической цепи символическим методом следует:
I I1 4,85A |
|
I2 5,27A |
|
I3 7,92A |
Полезно заметить важное свойство, что для модулей токов:
I I1 I2 I3 4,85A 5,27A 7,92A 4,85A 13,19A
первый закон Кирхгофа (закон токов Кирхгофа) неприменим:
В цепях переменного тока первый закон Кирхгофа (закон токов Кирхгофа) применим только для комплексных действующих значений токов:
|
|
4,85 e j 44 45/ A |
|
|
5,27 e j57 50/ A |
|
|
7,92 e j85 20/ A |
I I1 |
|
I 2 |
|
I 3 |
Для доказательства такого утверждения необходимо представить все токи в алгебраической форме записи
|
|
||
I I1 4,85(cos 44 45/ j sin 44 45/ )A 3,46 j3,41A |
|||
|
|
|
|
|
|
5,27(cos 57 50/ j sin 57 50/ ) A 2,81 j4,47 A |
|
|
I 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
7,92(cos 85 20/ j sin 85 20/ )A 0,65 j7,89A |
|
|
I 3 |
|
|
|
3,46 j3,41A |
|
|
2,81 |
j4,47A |
|
|
0,65 j7,89A |
I I1 |
|
I 2 |
|
I 3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и теперь необходимо сложить комплексные токи по правилам сложения комплексных чисел (складываются отдельно действительные и мнимые части)
|
|
|
|
|
|
3,46 j3,39 2,81 j |
4,42 0,65 j7,89 |
|||||||||||||
I I1 |
I 2 |
I 3 |
||||||||||||||||||
3,46 j3,41 3,46 |
j3,42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
Re I1 |
|
Re I 2 |
|
Re I 2 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Im I1 |
|
Im I 2 |
|
Im I 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналогично осуществляется проверка для комплексных напряжений цепи (второй закон Кирхгофа в комплексном виде), баланс мощности для комплексных величин и т.д.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I12 R2 |
I22 XC1 I12 X L2 |
I22 XC3 I32 |
|
U U AB U BC |
|
E I R1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача №5: Представить комплексный ток, |
|
|
|
заданный в алгебраической форме |
I (4 j3) A |
в тригонометрической и показательной формах записи
Р е ш е н и е.
Действующее значение тока (модуль комплексного тока)
I 42 32 16 9 25 5A
Аргумент комплексного тока
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tg i 3 |
4 |
0,75 |
|
i arctg ( 3 |
4 |
) |
|
|
i |
36 50/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Тригонометрическая форма записи комплексного тока
I (4 j3) I(cos i j sin i ) 5(cos36 50/ j sin 36 50/ )A
Показательная форма записи комплексного тока
I (4 j3) I exp( j i ) I e j i 5 exp( j36 50/ ) 5 e j36 50/ A
|
3. Символический метод анализа |
|
||||||||
Задача № 6. Найти действующие значения токов в ветвях цепи и |
||||||||||
напряжения на ее элементах, полную, активную и реактивную |
||||||||||
i(t) |
L |
|
мощности цепи |
Исходные данные: |
||||||
|
|
iR(t) |
|
|
R = 10 Ом: |
|
||||
|
u (t) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
iC(t) |
|
|
|
L = 31,8 мГн: |
||||
u(t) |
L |
|
uR(t) |
|
R |
|
|
|
|
|
uC(t) |
|
|
|
С = 318,5 мкФ: |
||||||
|
|
C |
|
|
|
U=100 B, f = 50 Гц: |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Система уравнений для |
Синусоидальным токам и напряжениям, |
|||||||||
|
производным и интегралам от них |
|||||||||
мгновенных значений |
i(t) и u(t) |
|||||||||
|
поставим в соответствие их |
|||||||||
i iR iC 0 |
|
|
|
|
комплексные величины |
|||||
|
e j t ; i |
|
|
|
||||||
L di 1 |
idt u |
u U m |
I m e j t ; iR |
I mR e j t ; |
||||||
|
|
|
|
|
di |
|
|
|||
dt C |
|
iC I mC e j t ; |
dt |
j I mC e j t ; |
||||||
R iR 1 |
idt 0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
C |
|
i dt 1 |
|
|
|
|||||
|
j |
I mC e j t j 1 |
I mC e j t ; |
|||||||
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Исходная электрическая схема при символическом методе |
|||||||||||||||||||||||
|
анализа (методе комплексных амплитуд) преобразуется к виду |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
jXL |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I R |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I C |
|
R |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
L UC |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
U R |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-jXC |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Система уравнений для мгновенных |
Система уравнений для |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
значений i(t) и u(t) |
|
|
|
комплексных действующих |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значений токов и напряжений |
||||||||||
|
i iR iC 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
L |
di |
|
1 |
|
idt u |
|
Переход к |
|
|
I |
I R |
I C 0 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
dt |
|
C |
|
|
|
jX L I |
jX C I C |
U |
||||||||||||||
|
|
|
|
символическому |
|
|
||||||||||||||||||
|
R iR |
1 |
|
idt 0 |
|
методу записи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R I R jX C I C 0 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
1. Так как по условиям задачи начальная фаза напряжения равна нулю, то для напряжения в комплексной форме можно записать
U 100 e j0 100B;
2. Комплексные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора соответственно будут равны
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
j L j 314 31,8 10 3 |
j 10 10e j 2 ; |
|||||||||||||
Z L j X L |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
Z C j XC |
j |
j |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
C |
(314 318,5 10 6 ) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
рад |
|
|
||
|
j 10 |
10 |
e |
j |
2 |
; |
|
|
где, 2 f 314 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Для определения комплексных токов воспользуемся известным методом расчета электрических цепей, например,
методом узловых потенциалов (напряжений)
3. Схема электрической цепи с использованием метода узловых |
||||||||||||||||
потенциалов (напряжений) имеет вид |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
jXL |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2 I R |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
I C |
|
R |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
U |
|
U L UC |
|
|
|
U R |
|
|
|
|
U 21 |
|
j100B |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
-jXC |
|
U |
21 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
4. Уравнение связи цепи с использованием метода узловых потенциалов (напряжений) записывается в виде
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||
|
U 21 |
Y 21 U Y L ; |
U 21 |
( |
|
|
|
|
|
|
|
|
) U |
|
; |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z L |
|
Z C |
|
|
|
|
|
|
Z L |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
0,1 См |
||||||||
где Y 21 |
( |
|
|
|
|
|
|
) |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
R |
|
j10 |
|
( |
j10) |
10 |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
Z L |
|
Z C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y21 – комплексная узловая проводимость
5. Расчетный комплексный ток узла №2 цепи (правая часть уравнения)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
100 |
j10 |
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
IУЗ№2 U |
|
j10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
6. Комплексные токи в ветвях электрической цепи |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
2 |
e |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
||||||||||||||
|
|
I U U 21 100 j100 |
|
|
10 2 e j 4 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j10 |
|
|
|
|
10 |
|
e |
j |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Z L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Действующие значения токов |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
j100 |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
U 21 |
|
|
|
|
10 |
A |
|
|
|
|
IR 10 A |
|
|
|
|
IC 10 |
A |
|
||||||||||||||||
|
|
I C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
j10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
Z C |
|
|
|
|
|
|
|
|
I IR2 IC2 10 2 A |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
I R U 21 j100 j10 10 e j |
A |
|
|
|
|
I 14,1 A |
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|