RGR_1
.pdfимеем I&5 = I&4 + J& , т.е. I&5 |
является диагональю параллелограмма, обра- |
||||||
зованного токами I&4 и J& . |
|
|
|
|
|||
|
|
|
+j |
|
|
|
|
|
|
|
2.223 |
|
|
|
|
|
|
I& |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I&4 |
|
|
|
|
|
|
-0.795 |
0 |
|
|
+1 |
|
|
|
& |
I&5 |
|
|
||
|
|
|
I2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I&3 |
|
|
|
|
|
|
|
J& |
|
|
|
Для упрощения построения топографической диаграммы напряже- |
|||||||
ний |
на |
комплексной |
схеме |
расставляем |
стрелки |
напряжений |
|
U&2 ,U&3 ,U&4 ,U&5 навстречу направлениям токов. Далее, используя закон |
|||||||
Ома и учитывая наличие индуктивной связи, проводим расчет этих |
|||||||
напряжений (встречное включение): |
|
|
|
||||
U&2 |
= Z 2 I&2 = −20.5 − j49.3 = 53.39e− j112.6o |
В; |
|
|
|||
U&3 = Z 3I&3 −Z M I&4 = 220.4 − j50.65 = 226.14e− j12.9o В; |
|
||||||
U&4 = Z 4 I&4 −Z M I&3 = −233.2 + j107.7 = 256.9e− j155.21o В; |
|
||||||
U&5 = Z 5 I&5 =12.81− j57.03 = 58.45e− j77.3o |
В; |
|
|
||||
E& |
= j100 =100e j90o В; |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
E& |
=100 = 200e j0o В; |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
U&J |
= 233.3 − j7.7 = 233.4e− j1.9o |
В. |
|
|
|
||
|
|
|
|
41 |
|
|
|
|
Затем рассчитываем комплексные потенциалы узлов и точки k |
||||||||
схемы, предварительно приняв, например, |
ϕb = 0 : |
|
|
||||||
& |
& |
& |
|
= −233.2 |
+ j107.7 В; |
|
|
|
|
ϕa |
= ϕb +U4 |
|
|
|
|||||
& |
& |
& |
|
= j100 В; |
|
|
|
||
ϕd |
= ϕb + E1 |
|
|
|
|
||||
& |
& |
& |
|
= −220.4 |
+ j50.65 В; |
|
|
|
|
ϕc |
= ϕb −U3 |
|
|
|
|
||||
& |
& |
& |
|
= −199.9 |
+ j99.95 В. |
|
|
|
|
ϕk |
= ϕc −U2 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
+j |
|
|
|
|
|
|
|
|
I1 |
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
I4 |
|
|
|
|
|
a |
|
|
U J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
E2 |
d |
|
|
|
|
5 |
U2 |
U4 |
E |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
c |
|
|
U3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
I5 |
+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
I2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
I3 |
|
|
|
|
|
|
50 В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
Принимаем масштаб векторов напряжений и потенциалов узлов, |
|||||||||
например, |
mU = 50 В/см. На комплексной плоскости, где уже построе- |
||||||||
ны векторы токов, отмечаем точками потенциалы узлов и точки k, от- |
|||||||||
кладывая их вещественные и мнимые составляющие по вещественной |
|||||||||
и мнимой осям соответственно, в принятом масштабе mU . Далее со- |
|||||||||
единяем точки потенциалов векторами напряжений согласно их на- |
|||||||||
правлениям на комплексной схеме замещения. |
|
|
42
6. Определяем показание вольтметра аналитически и графически, как действующее значение напряжения, между точками включения вольтметра, т.е. между узлами a и d.
−Аналитически:
UV = |
& |
= 233.425 В или UV = |
|
ϕd −ϕa |
|
= |
|
233.2 − j7.7 |
|
= 233.425 В. |
|
|
|
|
|||||||
UJ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
& & |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− uurГрафически (по векторной диаграмме):
UV = ad mV = 4.65 50 = 232.5 В.
7. Делаем развязку индуктивной связи и методом эквивалентного генератора находим ток ветви ab, т.е. I&ab = I&4 . При развязке учитываем, что индуктивно связанные сопротивления Z 3 и Z 4 подходят к общему узлу b одинаковым образом.
Далее относительно сопротивления R бывшей ветви ab (после развязки ветвь am) используем метод эквивалентного генератора.
|
|
|
J |
|
I11 |
a |
|
j(X4-XM)m |
ZM |
b |
d |
|
|
|
|
||
& |
&( xx) |
|
E |
||
|
EÃ |
I |
3 |
|
1 |
|
|
(Z3-ZM) |
|
I22 |
|
Z5 |
|
|
|
||
I&5( xx) |
|
Z2 |
E2 |
||
|
|
k |
|||
|
|
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
Для определения токов |
|
|
&(xx) |
и |
&(xx) |
во вспомогательной схеме приме- |
||||||||||||||||
|
I3 |
I5 |
|
|||||||||||||||||||
ним метод контурных токов: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
& |
|
& |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I11 |
= J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− E& , |
||
I& |
(Z |
3 |
− Z |
M |
+ Z |
M |
+ Z |
2 |
)− I& |
|
Z |
2 |
= E& |
|||||||||
22 |
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
2 |
1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
E& |
|
− E& |
+ J& Z |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
тогда I&22 = |
2 |
|
|
1 |
|
|
|
= 0.627 |
− j1.119 А. В результате: |
|||||||||||||
|
|
Z 2 + Z 3 |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
&(xx) |
= |
& |
|
= |
0.627 − j1.119 А; |
|
&(xx) |
|
& |
& |
||||||||||||
I |
3 |
I |
22 |
|
I |
5 |
|
= I |
= J =1− j1.73 А. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
||||
Затем по 2 закону Кирхгофа составляем уравнение и находим E&Г : |
||||||||||||||||||||||
E&Г = −(Z 3 −Z M )I&3(xx) −Z 5 I&5(xx) |
= −55.65 + j334.35 =338.95e j99.45o В, т.е. |
|||||||||||||||||||||
EГ =338.95 В, αГ =99.45o . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
Во вспомогательной схеме ветвь с источником тока разрываем, |
|||||||||||||||||||||
ЭДС |
E& |
|
и |
E& |
|
закорачиваем и относительно зажимов сопротивления |
||||||||||||||||
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R ветви ab находим Z Г :
}
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z Г =Z 5 + j (X 4 |
− X M )+ (Z 3 −Z M )(Z 2 +Z M ) =97.5− j12.5 = |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z 3 −Z M +Z 2 +Z M |
||||||||||||||||||
=98.3e− j7.3o |
Ом, |
|
|
т.е. RГ =97.5 Ом; |
X Г =−12.5 Ом; ϕГ =−7.3o ; |
||||||||||||||||||||||
ZГ =98.3 Ом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Далее находим ток ветви ab: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
I&4 = |
E&Г |
=−0.387 + j1.668 =1.713e j103o |
А, |
||||||||||||||||||||||||
Z Г +R |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
который совпал со значениями, найденными при помощи законов Кирхгофа и метода контурных токов.
43 |
44 |
Затем изменяя величину |
сопротивления |
R ветви ab от 0 до |
|
10ZГ =983 Ом рассчитываем мощность Pab , |
которая выделяется в |
||
виде тепла в этом сопротивлении: |
|
||
Pab = |
EГ2 R |
|
|
|
. |
|
|
(R +RГ )2 + X Г2 |
|
R, |
|
Результаты расчетов этой мощности вносим в таблицу: |
|
||||||||||||
0 |
98.3 |
196.6 294.9 393.2 491.5 589.8 688.1 786.4 884.7 |
983 |
||||||||||||
Ом |
|||||||||||||||
Pab , |
0 |
293.4 260.7 219.8 187.5 162.7 143.4 128.1 115.6 105.3 |
96.7 |
||||||||||||
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимум |
мощности |
|
|
|
EГ2 |
|
|
) =293.4 |
Вт |
наблюдается |
|||||
|
Pab = Pm = 2(R +R |
Г |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
||
при |
R = R |
= |
R2 + X |
2 |
= Z |
Г |
=98.3 Ом. |
Строим график зависимости |
|||||||
|
|
m |
|
Г |
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
P = f (R) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Pab(R) |
Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
240 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
0 |
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 |
R, Ом |
||||||||||
8. Необходимо сформулировать вывод по выполненным пунктам |
|||||||||||||||
задания, в котором сравнить результаты вычислений, оценить трудо- |
|||||||||||||||
емкость методов расчета и проанализировать график мощности п.7. |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
|
|
|
|
Расчет РГР №2 при помощи программы MathCad осуществляется следующим образом:
Дано: |
|
|
ORIGIN:= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
E1 := 100 |
e90 degi |
J := 2 e− 60 degi |
L := 318.47 10− 3 |
||||||||||||||
E2 := 200 |
e0 degi |
ω := 314 |
|
|
|
|
|
C := 31.8 10− 6 |
|
||||||||
E3 := 0 |
|
|
|
R := 100 |
|
|
|
|
|
M := L |
|
|
|||||
Расчет комплексных сопротивлений : |
|
|
2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
ZL := i ω L |
ZC := −i |
|
1 |
|
|
|
ZM := |
ZL |
|
|||||||
|
ω C |
|
2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ZL = 100i |
ZC = −100.148i |
|
ZM = 50i |
|
||||||||||||
Z1 := 0 |
Z2 := R |
Z3 := 2 |
R + ZL |
Z4 := R + ZL |
|
||||||||||||
Z1 = 0 |
Z2 = 100 |
Z3 = 200 + 100i |
Z4 = 100 + 100i |
|
|||||||||||||
|
|
|
Z5 := |
3R |
ZC |
|
Z5 = 30.08 − 90.107i |
|
|
||||||||
|
|
|
3R + ZC |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
1. Метод законов Кирхгофа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
0 0 |
0 |
|
|
1 |
|
−1 |
0 |
|
|
−J |
|
|||||
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
−1 |
|
0 |
0 |
|
|
|
0 |
|
||
|
|
0 1 |
−1 |
|
|
0 |
|
1 0 |
|
|
0 |
||||||
A := |
|
|
|
|
|
B := |
|
|
|||||||||
|
0 |
Z2 |
Z3 |
−ZM |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
−E1 + E2 |
|
|||||||||||
|
|
0 |
0 |
Z3 − ZM |
Z4 − ZM |
|
Z5 |
0 |
|
|
|
0 |
|
||||
|
0 0 |
−ZM |
|
|
Z4 |
|
0 1 |
|
|
E1 |
|||||||
1.1. Решение матричного уравнения: |
|
|
X := A− 1 |
B |
|
||||||||||||
|
|
|
−0.795 + 2.224i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
−0.205 − 0.492i |
|
|
I1 := X1 |
I2 := X2 |
|
||||||||
|
|
X |
|
0.408 − 0.555i |
|
I3 := X3 |
I4 := X4 |
|
|||||||||
|
|
= |
−0.387 + 1.67i |
|
|
I5 := X5 |
UJ := X6 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
0.613 − 0.062i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
233.372− 7.911i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
46
1.2.Значения токов и напряжения на источнике тока
валгебраической форме записи:
I1 = −0.795 + 2.224i
I2 = −0.205 − 0.492i
I3 = 0.408 − 0.555i
I4 = −0.387 + 1.67i
I5 = 0.613 − 0.062i
UJ = 233.372− 7.911i
1.3. Определение модулей и фаз токов и напряжения:
I1 |
|
|
= 2.362 |
arg(I1) = 109.66deg |
||
I2 |
|
|
= 0.533 |
arg(I2) |
= −112.644deg |
|
|
||||||
I3 |
|
|
= 0.688 |
arg(I3) |
= −53.658deg |
|
|
||||||
I4 |
|
|
= 1.714 |
arg(I4) |
= 103.039deg |
|
|
||||||
I5 |
|
|
= 0.616 |
arg(I5) |
= −5.797deg |
|
|
||||||
UJ |
|
= 233.506 |
arg(UJ) = −1.942deg |
|||
|
2.Метод контурных токов
2.1.Определение значений контурных токов и напряжения на источнике тока:
J33 := J
|
|
Z2 + Z3 |
−(Z2 + ZM) |
0 |
|
A1 |
:= −(Z2 + ZM) |
Z2 + Z4 + Z5 |
0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
−Z2 |
Z2 + Z5 |
−1 |
|
|
|
−E1 + E2 + J33 Z2 |
|
|
|
B1 |
:= E1 − E2 − J33 (Z2 + Z5) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
−E2 − J33 |
(Z2 + Z5) |
|
|
X1 := A1− 1 B1
47
|
|
0.408 − 0.555i |
J11 |
:= X11 |
|
X1 |
= |
−0.387 |
+ 1.67i |
J22 |
:= X1 |
|
|
|
− 7.911i |
|
2 |
|
233.372 |
UJk := X1 |
|||
|
|
|
|
|
3 |
2.2.Значения контурных токов и напряжения на источнике тока в алгебраической форме записи:
J11 = 0.408 − 0.555i
J22 = −0.387 + 1.67i UJk = 233.372− 7.911i
2.3. Определение токов в ветвях:
I1k := J22 − J11 |
|
I1k = −0.795 |
+ 2.224i |
|
I2k := J11 |
− J22 |
− J33 |
I2k = −0.205 |
− 0.492i |
I3k := J11 |
|
|
I3k = 0.408 − 0.555i |
|
I4k := J22 |
|
|
I4k = −0.387 |
+ 1.67i |
I5k := J22 |
+ J33 |
|
I5k = 0.613 − 0.062i |
2.3.Расчитываем напряжения на пассивных элементах с учетом наличия индуктивной связи:
U2 := Z2 |
I2 |
U2 |
= −20.535− 49.226i |
U3 := Z3 |
I3 − ZM I4 |
U3 |
= 220.535− 50.774i |
U4 := Z4 |
I4 − ZM I3 |
U4 |
= −233.372+ 107.911i |
U5 := Z5 |
I5 |
U5 |
= 12.837− 57.137i |
или
U2 |
|
= 53.337 |
arg(U2) |
= −112.644deg |
U3 |
|
= 226.304 |
arg(U3) |
= −12.965deg |
|
||||
U4 |
|
= 257.114 |
arg(U4) |
= 155.184deg |
|
||||
U5 |
|
= 58.561 |
arg(U5) |
= −77.337deg |
|
3.Баланс мощности
3.1.полная мощность
S := E1 I1 + E2 I2 + UJ J S = 428.436+ 415.287i
48
3.2. активная мощность |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
P := ( |
|
I1 |
|
)2 |
Re(Z1) + ( |
|
|
I2 |
|
)2 Re(Z2) + ( |
|
I3 |
|
)2 Re(Z3) ... |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
+ ( |
|
|
|
I4 |
|
|
|
)2 Re(Z4) + |
|
|
( |
|
|
|
|
|
|
|
I5 |
|
)2 Re(Z5) |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
P = 428.436 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.3. реактивная мощность |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
Q1 |
:= ( |
|
I1 |
|
)2 |
Im(Z1) + ( |
|
I2 |
|
)2 Im(Z2) + ( |
|
|
|
I3 |
|
)2 Im(Z3) ... |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
+ ( |
|
|
|
I4 |
|
|
|
)2 Im(Z4) + |
|
|
|
( |
|
I5 |
|
)2 Im(Z5) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
Q2 |
:= 2 |
|
I3 |
|
|
|
|
I4 |
|
cos (arg(I3) − arg(I4)) Im(ZM) |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Q := Q1 − Q2 |
|
|
|
|
Q = 415.287 |
|
|
|
|
|
|
4.Лучевая диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений
4.1.лучевая диаграмма токов
m := 20 - коэффициент для масштаба тока
I := ( 0 J 0 I1 0 I2 0 I3 0 I4 0 I5) m
50
40
30
20 Im(IT) 10
20 10 0 10 20 30
10
20
30
40
Re(IT)
4.2. Топографическая диаграмма напряжений (строится совмещенно с лучевой диаграммой токов)
n := 0.2 - коэффициент для масштаба напряжения
4.2.1. Контур bacb:
ϕb := 0 |
|
ϕa := ϕb + I4 |
Z4 − I3 ZM |
ϕc := ϕa + I5 Z5 |
|
ϕbb := ϕc + I3 |
Z3 − I4 ZM потенциал ϕbb должен быть |
равен ϕb
ϕb |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
ϕa |
|
|
|
|
−46.674+ 21.582i |
|
|
ϕ1 |
= |
|
||||
ϕ1 := |
ϕc |
n |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
−44.107+ 10.155i |
||
|
|
|
|
0 − 0i |
|
||
ϕbb |
|
|
|
||||
4.2.2. Контур bdkcb: |
|
|
|
|
|||
ϕd := ϕb + E1 |
|
|
|
|
|
||
ϕk := ϕd − E2 |
|
|
|
|
|
||
ϕcc := ϕk + I2 Z2 |
потенциал ϕсс должен быть равен ϕс |
ϕbb := ϕcc + I3 Z3 − I4 ZM потенциал ϕbb должен быть равен ϕb
ϕb |
|
|
0 |
|
|
|
|
ϕd |
|
|
20i |
|
|
|
|
|
||||
ϕ2 := |
ϕk |
n |
ϕ2 = |
−40 + |
20i |
|
|
ϕcc |
|
|
−44.107+ |
|
|
|
|
|
10.155i |
|||
ϕbb |
|
−0 |
|
|
4.2.3. Контур bdab:
ϕaa := ϕd − UJ потенциал ϕaa должен быть равен ϕa
49 |
50 |
|
|
ϕb |
|
|
|
0 |
|
|
6. Определяем ток в ветви ab методом эквивалентного |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
ϕd |
|
|
|
20i |
|
|
генератора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ϕ3 := |
|
n |
ϕ3 = |
|
6.1. По методу контурных токов определяем токи ХХ |
|
|
|
||||||||||||||||
|
ϕaa |
|
−46.674+ 21.582i |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ϕb |
|
|
|
0 |
|
|
J11 := J |
|
|
|
|
J11 = 1 − 1.732i |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
45 |
|
|
J22 := |
E2 − E1 + J Z2 |
|
|
J22 = 0.627 − 1.12i |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z2 + Z3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
I3xx:= J22 |
|
I5xx:= J11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.2. ЭДС генератора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Im(IT) |
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
Eg := −(Z3 − ZM) I3xx− Z5 I5xx |
Eg = −55.351+ 334.79i |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
Eg |
= 339.335 |
|
arg(Eg) = 99.388deg |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Im(ϕ1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
6.3. Сопротивление генератора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Im(ϕ2) |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Z3 − ZM) (Z2 + ZM) |
|
|
|||||||
Im(ϕ3) |
50 45 40 35 30 25 20 15 10 55 0 |
5 10 15 20 25 |
|
Zg := Z5 + Im(Z4 − ZM) i + |
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z3 + Z2 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Zg = 97.58 − 12.607i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
6.4. Определяем ток в ветви ab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Eg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I4 := Zg + R |
|
I4 = −0.387 + 1.67i |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Re(IT),Re(ϕ1) ,Re(ϕ2) ,Re(ϕ3) |
|
7. Расчитываем мощность Pab |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( |
Eg )2 |
|
|
|
||||||
Построенные диаграммы рекомендуется скопировать в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rr |
|
|
|||||||||||
i := 1..11 |
Rri := |
Zg |
(i − 1) |
|
Pabi |
:= |
|
|
|
|
i |
|
|
|||||||||||
графический редактор, например, |
Microsoft Visio и проставить |
|
(Rri + Re(Zg)) |
2 |
+ Im(Zg) |
2 |
||||||||||||||||||
индексы узлов и направления стрелок векторов токов и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
напряжений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
T := stack(RrT ,PabT) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
5. Определяем показания вольтметра |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
|
10 |
11 |
|||||||||
Uv := |
UJ |
|
Uv = 233.506 |
|
|
|
T |
1 |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
0.0 |
98.4 196.8 295.2 393.6 492.0 590.3 688.7 787.1 885.5 983.9 |
|||||||||||||||||||
или |
Uv := |
ϕd − ϕa |
Uv = 233.506 |
|
|
2 |
0.0 |
293.8 261.0 220.1 187.7 162.9 143.6 128.2 115.8 105.5 |
96.9 |
51 |
52 |
7.1. Построение зависимости Pab(R) |
|
|
|||||||||
|
|
R |
|
|
|
|
( |
|
Eg |
|
)2 Rr |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
i := 1..31 Rr |
:= |
(i − 1) |
Pab |
|
:= |
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
i |
|
3 |
|
|
i |
|
(Rri + Re(Zg))2 + Im(Zg)2 |
P(r) := interp(cspline(Rr,Pab) ,Rr,Pab ,r)
300 |
|
|
|
|
|
|
|
240 |
|
|
|
|
|
|
|
180 |
|
|
|
|
|
|
|
P(r) |
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 400 |
500 |
600 700 |
800 |
900 1000 |
|
|
|
|
r |
|
|
|
Методические указания к заданию № 3 (5).
Для заданной схемы дано:
E&A = 220 e− j90o B;
E&B = a2 EA ; E&C = a EA ;
X Г1 = X Дв1 = 20 Oм;
X Г2 = X Дв2 =10 Oм;
X Г0 = X Дв0 = 5 Oм;
R = 20 Oм;
Zn = − j5Oм; ZN = ∞.
Генератор Двигатель
. |
I.ГA a |
|
jxДв1,2,0 I.ДвA |
EA A jxГ1,2,0 |
R |
N
k
.
UN ZN
I.N
. |
|
. |
|
|
|
|
. |
|
|
|
UГA |
I.ГB |
|
|
|
UДвA |
I.ДвB |
|
|
EB B |
jxГ1,2,0 |
b |
R |
jx |
Дв1,2,0 |
n |
|||
. |
|
. |
|
|
|
|
. |
|
|
|
UГB |
I. |
|
|
jx |
UДвB |
I. |
|
|
EC |
C |
jxГ1,2,0 |
c |
R |
Дв1,2,0 |
|
|||
|
|
ГC |
|
|
. |
ДвC |
|
||
|
|
. |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
U |
|
|
|
UДвC |
Zn |
||
|
|
ГC |
|
|
|
|
|
Un |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I.n
1. Короткое замыкание фазы С на нейтраль N генератора.
Для особой фазы С рассчитываем симметричные составляющие напряжений и токов.
1.1. В место повреждения вводим фиктивные ЭДС U&A , U&B , U&C и записываем условие: I&A = 0; I&B = 0; U&C = 0 .
53 |
54 |
I.ГA |
a |
|
I.ДвA |
I.ГB |
|
b |
I.ДвB |
I.ГC |
|
c |
I.ДвC |
. |
. |
. |
|
|
UA |
UB |
UC |
ZN |
I. |
|
|
|
|
N |
|
k |
|
. |
m |
|
|
|
UN |
|
В результате:
I&С = I&С1 + I&С2 + I&С0 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
& |
|
& |
+ a |
2 & |
|
|
|
|
a |
3 |
|
|
|
& |
|
|
|
||||||
I&С1 = a |
I А |
+aIВ |
IС |
= |
|
|
I&С = |
|
IС |
; |
|
||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|||||||||
& |
& |
+a |
2 |
& |
|
|
|
a |
3 |
|
|
|
& |
|
|||||||||
I&С2 = a2 |
I |
А + aI |
В |
IС |
= |
|
I&С |
= |
IС |
; |
|||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|||||
I&С0 = |
I&А + I&В + I&С |
|
= |
I&С |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где
a = e j120o ; a2 = e− j120o ; a3 = e j360o =1.
1.2. Расчётная схема прямой последовательности для особой фазы С:
где Z Г1 = jX Г1 = j20 Ом; Z Дв1 = R + jX Дв1 = 20 + j20 Ом.
Складываем параллельные ветви с Z Г1 и Z Дв1 , получаем эквивалентную схему:
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ECЭ |
Z1 |
|
c |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
I.C1 |
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UC1 |
|
|
|
|
где |
Z1 |
= |
Z Г1 |
Z Дв1 |
= |
j20 (20 |
+ j20) |
= 4 |
+ j12 = |
12e |
j71.56o |
Ом |
Z Г1 |
+ Z Дв1 |
j20 +20 + j20 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– эквивалентное сопротивление прямой последовательности;
55
& |
|
& |
|
Z1 |
|
|
|
j30 12e j71.56o |
|
|
|
|
|
|
|
|
j11.56o |
|
||||
|
|
|
= 220e |
|
|
|
|
=136 + j27.885 |
=139.15e |
|
В |
|||||||||||
E |
= E |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
CЭ |
|
C Z Г1 |
|
|
|
|
|
j20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
– эквивалентная ЭДС фазы С. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
В результате на основании законов Ома и Кирхгофа можно за- |
|||||||||||||||||||
писать расчётные формулы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
U& |
С1 |
= E& |
|
−Z |
1 |
I& |
; U& |
|
ДвC1 |
=U& |
С1 |
; I& |
ДвC1 |
=U& |
ДвC1 |
/ Z |
Дв1 |
; |
|
|
|
|
|
CЭ |
|
C1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
I&ГC1 = I&C1 + I&ДвC1; U&ГC1 = Z Г1I&ГC1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Расчёт по этим формулам будет возможен после определения |
|||||||||||||||||||
составляющей тока короткого замыкания прямой последовательности |
||||||||||||||||||||||
фазы С, т.е. I&C1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1.3. Расчётная схема обратной последовательности для особой фа- |
||||||||||||||||||||
зы С: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I.ГC2 c |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
N |
|
|
|
C |
|
ZГ2 |
|
|
|
Z Дв2 |
n |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UГC2 |
|
. |
|
|
|
UДвC2 |
|
. |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UC2 |
|
. |
|
|
|
I ДвC2 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IC2 |
|
|
|
|
|
||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z Г2 = jX Г2 = j10 Ом; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Z Дв2 = R + jX Дв2 = 20 + j10 Ом. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Складываем параллельные ветви с Z Г2 |
|
и Z Дв2 , |
получаем эк- |
||||||||||||||||
вивалентную схему: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z 2 |
= |
Z Г2 |
Z Дв2 |
= |
j10 (20 + j10) |
= 2.5 |
+ j7.5 |
= 7.906e |
j71.56o |
Ом; |
Z Г2 |
+ Z Дв2 |
j10 +20 + j10 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
– эквивалентное сопротивление обратной последовательности.
56
В результате на основании законов Ома и Кирхгофа можно записать расчётные формулы:
U&С2 = −Z 2 I&C 2 ; U&ДвC 2 =U&С2 ; I&ДвC 2 = U&ДвC 2 / Z Дв2 ; I&ГC 2 = I&C 2 + I&ДвC 2 ; U&ГC 2 = Z Г2 I&ГC 2.
Расчёт по этим формулам будет возможен после определения составляющей тока короткого замыкания обратной последовательности фазы С, т.е. I&C 2 .
1.4. Расчётная схема нулевой последовательности для особой фазы С:
где
Z 0 |
= |
Z Г0 (Z ДВ0 +3Z N +3Z n ) |
= |
j5 (20 + j5 +∞− j15) |
= Z Г0 |
= j5 Ом – |
||||
Z Г0 |
+ Z ДВ0 +3Z N +3Z n |
j5 |
+20 |
+ j5 +∞− j15 |
||||||
|
|
|
|
|
эквивалентное сопротивление нулевой последовательности.
В результате на основании законов Ома и Кирхгофа можно записать расчётные формулы:
U&С0 = −Z 0 I&C0 ; |
I&ДвC0 |
= |
|
U&С0 |
; U&ДвC0 |
=I&ДвC0 Z Дв0 = 0; |
|
Z ДВ0 |
+3Z N +3Z n |
||||||
|
|
|
|
|
U&n = 3Z n I&ДвC0 = 0; U&N = 3Z N I&ДвC0 =U&С0 ; I&ГC0 = I&C0 + I&ДвC0 ;
U&ГC0 = Z Г0 I&ГC0 = −U&С0 .
Расчёт по этим формулам будет возможен после определения составляющей тока короткого замыкания обратной последовательности фазы С, т.е. I&C0 .
Рассчитываем симметричные составляющие напряжений и токов особой фазы С.
Так как U&С =U&С1 +U&С2 +U&С0 = (E&CЭ −Z1I&C1) +(−Z 2 I&C 2 ) +(−Z 0 I&C0 ) = 0
57
и I&С = I&С1 + I&С2 + I&С0 |
= |
I&С |
+ |
|
I&С |
+ |
I&С |
, то |
|
|||
3 |
3 |
3 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I&С = |
3E& |
= 3 |
|
|
|
|
139.15e j11.56o |
= |
||||
CЭ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z1 + Z 2 + Z 0 |
|
|
(4 + j12) +(2.5 + j7.5) + j5 |
|
= 7.328 − j14.749 =16.47e− j63.58o A.
В результате по вышеприведённым формулам находим симметричные составляющие прямой последовательности напряжений и токов фазы С:
I&С1 |
= |
I&С |
|
= 2.443 − j4.916 A; |
||||||
3 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U& |
С1 |
= E& |
|
|
− Z |
1 |
I& |
=136.327 + j27.885 −(4 + j12)(2.443 − j4.916) = |
||
|
|
CЭ |
|
C1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= 67563 + j18.233 B; |
U&ДвC1 =U&С1 = 67563 + j18.233 B; |
||||||||||
I&ДвC1 |
= |
U& |
ДвC1 |
= 2.145 − j1.233 A; |
||||||
|
Z Дв1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I&ГC1 = I&C1 + I&ДвC1 = (2.443 − j4.916) +(2.145 − j1.233) = 4.588 − j6.149 A;
U&ГC1 = Z Г1I&ГC1 = j20 (4.588 − j6.149) =122.98 + j91.76 B.
Далее находим симметричные составляющие обратной последовательности напряжений и токов фазы С:
I&С2 = I&3С = 2.443 − j4.916 A;
U&С2 = −Z 2 I&C 2 = −(2.5 + j7.5)(2.443 − j4.916) = −42.968 |
− j6.032 B; |
|||||||
U&ДвC 2 =U&С2 = −42.968 − j6.032 B; |
|
|
|
|||||
I&ДвC 2 = |
U& |
ДвC 2 |
= |
−42.968 − j6.032 |
|
= −1.84 |
+ j0.618 B; |
|
Z Дв2 |
20 + j10 |
|
||||||
|
|
|
|
|
I&ГC 2 = I&C 2 + I&ДвC 2 = 0.603 − j4.298 A; U&ГC 2 = Z Г2 I&ГC 2 = 42.98 + j6.03 B ,
причём U&ГC 2 = −U&C 2 – верно.
58
Затем находим симметричные составляющие нулевой последовательности напряжений и токов фазы С:
I&С0 = I&3С = 2.443 − j4.916 A;
U&С0 = −Z 0 I&C0 = − j5(2.443 − j4.916) = −24.58 − j12.25 B;
U&n = 0; U&N =U&С0 = −24.58 − j12.25 B;
I&ДвC0 = 0; U&ДвC0 = 0;
I&ГC0 = I&C0 = 2.443 − j4.916 A;
U&ГC0 = Z Г0 I&ГC0 = 24.58 + j12.215 B.
2. Определяем напряжения и токи трёхфазной цепи, используя найденные симметричные составляющие фазы С и фазовый оператор
a = e j120o :
I&ГA = a2 I&ГC1 + aI&ГC 2 + I&ГC0 = −1.755 − j3.144 = 3.6e− j119o A; I&ГB = aI&ГC1 +a2 I&ГC 2 + I&ГC0 =1.45 + j3.759 = 4.03e j69o A;
I&ГC = I&ГC1 + I&ГC 2 + I&ГC0 = 7.634 − j15.363 =17.15e− j64o |
|
|
A; |
|
|
|
|
|
||||||||||
& |
= a |
2 |
& |
|
|
& |
& |
|
= −1.755 − j3.144 = 3.6e |
− j119o |
|
A; |
|
|
||||
I ДвA |
|
I |
ДвC1 + aI ДвC 2 |
+ I ДвC0 |
|
|
|
|
|
|||||||||
& |
|
& |
|
2 |
& |
& |
|
=1.45 + j3.759 = 4.03e |
j69o |
A; |
|
|
|
|
|
|||
I ДвB |
= aI |
ДвC1 + a |
|
I ДвC 2 |
+ I ДвC0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
I&ДвC = I&ДвC1 + I&ДвC 2 + I&ДвC0 = 0.305 + j0.615 = 0.686e− j64o A; |
|
|
|
|
||||||||||||||
& |
2 |
& |
|
|
& |
& |
=15.848 − j105.956 =107.135e |
− j81.5o |
B; |
|||||||||
U ГA |
= a U |
ГC1 +aU ГC 2 |
+U ГC0 |
|
|
|
|
|||||||||||
& |
|
& |
2 |
& |
& |
= −132.64 + j32.6 =136.588e |
− j166o |
B; |
|
|
||||||||
U ГB |
= aU ГC1 +a UГC 2 +U ГC0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||
U&ГC =U&ГC1 +U&ГC 2 +U&ГC0 =190.54 + j110.005 = 220e j30o B; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
& |
|
2 |
& |
|
& |
& |
|
|
|
102.2e |
− j85o |
B; |
||||||
U ДвA = a U ДвC1 + aU ДвC 2 +U ДвC0 = 8.724 − j101.828 = |
|
|
||||||||||||||||
& |
|
|
& |
|
|
2 & |
& |
|
|
|
95.617e |
j110o |
B; |
|||||
U ДвB = aU |
ДвC1 + a U ДвC 2 +U ДвC0 = −33.308 + j89.628 = |
|
|
U&ДвC =U&ДвC1 +U&ДвC 2 +U&ДвC0 = 24.585 + j12.2 = 27.446e j26o B;
59
I&N = I&n = 3I&ДвC0 = I&ДвA + I&ДвB + I&ДвC = 0 – верно, т.к. ZN = ∞.
U&n = 0; U&N |
=U&C0 |
= −24.58 − j12.215 = 27.448e− j153.6o B. |
|||||||||||||
|
|
При замыкании фазы С на N и при ZN = ∞ имеем: |
|||||||||||||
U& |
ГC |
= E& |
; I& |
|
= I& |
ДвA |
; I& |
= I& |
ДвB |
; U& |
N |
= −U& |
ДвC |
– верно. |
|
|
C |
ГA |
|
ГB |
|
|
|
|
3.Рассчитываем балансы активной и реактивной мощностей.
3.1.Комплекс полной вырабатываемой мощности:
S&B = E&A I&ГA + E&B I&ГB + E&C I&ГC =
=220e− j90o (3.6e j119o ) +220e− j 210o (4.03e− j69o ) +220e j30o (17.15e j64o ) =
=568.2 + j5023 BA;
где PB = 568.2 Вт > 0 – активная вырабатываемая мощность; QB = 5023 вар – реактивная вырабатываемая мощность.
3.2. Потери полной мощности в обмотках генератора:
S&Г =U&ГA I&ГA +U ГB I&ГB +U ГC I&ГC =
=107.135e− j81.5o (3.6e j119o ) +136.588e− j166o (4.03e− j69o ) + +220e j30o (17.15e j64o ) = −24.289 + j4545 BA;
QГ = 4545 вар; PГ = −24, 289 Вт ≈ 0 , т.к. RГ = 0 и QГ PГ .
3.3. Потребляемая двигателем полная мощность:
S&Дв =U&ДвA I&ДвA +U&ДвB I&ДвB +U&ДвC I&ДвC =
=102.2e− j85o (3.6e j119o ) +95.617e j110o (4.03e− j69o ) +
+27.446e j26o (0.686e j64o ) = 595.837 + j477.37 BA; где PДв = 595.837 Вт ; QДв = 477.37 вар.
3.4. Потребляемая в нулевом проводе полная мощность.
S&0 =U&n I&n +U&N I&N = 0 0 +27.448e− j153.6o 0 = 0 BA;
где P0 = 0 Вт ; Q0 = 0 вар.
60