Расчет электрических цепей переменного тока

Расчет электрических цепей переменного тока

Для электрической цепи, схема которой соответствует варианту задания и изображена на рис. 1.1-1.50, по заданным в табл. 1 параметрам и приложенному к цепи напряжению, определить токи во всех ветвях цепи. Определить активную, реактивную и полную мощности цепи. Построить в масштабе векторную диаграмму токов и напряжений.

Методические указания

Для правильного решения поставленной задачи необходимо изучить теорию электрических цепей однофазного синусоидального тока, усвоить основные формулы сопротивлений, проводимостей токов, напряжений; научиться применять для анализа и расчета закон Ома, уравнения Кирхгофа, метод проводимостей.

Все предлагаемые заданием электрические цепи являются смешанными, т.е. содержат последовательную ветвь и две параллельные. В каждой ветви имеются различные сопротивления, величины которых заданы.

По этой ссылке вы найдёте полный курс лекций по теоретическим основам электротехники (ТОЭ):

Основы электротехники: формулы и лекции и примеры заданий с решением

Для примера рассмотрим обобщенную цепь, представленную на рис. 1.

Общий ход решения задач подобного типа следующий. Необходимо преобразовать последовательно-параллельную цепь в простую последовательную цепь, заменив разветвленный участок цепи эквивалентной последовательной цепочкой.

Прежде всего, необходимо методом проводимости определить параметры эквивалентной цепочки, которой может быть замещен разветвленный участок цепи.

В эквивалентной цепочке реактивное сопротивление будет индуктивным или емкостным в зависимости от знака эквивалентной реактивной проводимости. Дальнейшее решение сводится к определению активного и реактивного сопротивления цепи, а по ним полного сопротивления цепи.

По каждому сопротивлению цепи и заданному напряжению определяется общий потребляемый ток в цепи . Чтобы определить ток в отдельных ветвях разветвленного участка, находим сначала напряжение между узловыми точками , а затем и токи в ветвях .

После чего находим напряжение на указанном участке, активную, реактивную и полную мощности в цепи. Заканчиваем расчет построением векторной диаграммы токов и напряжений.

Возможно вам будут полезны данные страницы:

Расчет потенциальной диаграммы

Линейные электрические цепи однофазного синусоидального переменного тока

Алгебраические операции с комплексными числами

Анализ электрического состояния цепи переменного тока

Алгоритм расчета

1. Вычисляем величины сопротивлений отдельных элементов цепи:

где - в Генри (Гн), - в Фарадах (Ф).

ВНИМАНИЕ: в задании L дается в мГн, С - в мкФ.

2. Вычисляем полные сопротивления ветвей:

где

3. Вычисляем активные проводимости параллельных ветвей:

4. Вычисляем общую эквивалентную активную проводимость :

5. Вычисляем реактивные проводимости ветвей и общую эквивалентную проводимость :

6. Изобразим эквивалентную схему, на которой сопротивления заменим проводимостями (рис.2).

7. Заменим эквивалентные проводимости эквивалентными сопротивлениями, включенными последовательно (рис.З).

8. Найдем общее сопротивление всей цепи: при сложении (реактивных сопротивлений учитывать знаки).

9. Найдем общий потребляемый ток:

10. Найдем напряжение, приложенное к параллельному участку цепи:

11. Найдем токи в ветвях:

12. Найдем напряжение на сопротивлении :

13. Вычисляем мощности цепи:

где

Строим векторную диаграмму токов и напряжений, предварительно определив масштаб для векторов напряжений и векторов тока (рис.4).

В качестве исходного вектора удобно принимать вектор напряжения, приложенного к параллельным ветвям, вектор .

Относительно вектора откладываем вектора токов ветвей , предварительно определив углы из уравнений:

Ток в неразветвленной части цепи (общий ток), находим векторным сложением токов . При построении векторов учитывать, что опережающий ток откладывается против часовой стрелки относительно вектора напряжения U а отстающий по фазе - по часовой стрелке.

Строим треугольник напряжений (масштабы для векторов токов и напряжений выбираем разные, выбирая их согласно полученных значений).

Так как , необходимо определить угол ( из уравнения:

Для построения вектора из конца вектора проводим пунктирную линию параллельно , под углом к ней откладываем вектор

Если положительная величина, вектор откладывается против часовой стрелки, если отрицательная величина - по часовой стрелке. Соединяем начало вектора с концом вектора и находим вектор , т.е.

Что такое теоретические основы электротехники (ТОЭ) вы узнаете по этой ссылке:

• Теоретические основы электротехники

Пример с решением № 2

Для электрической цепи, схема которой изображена на рис. 2.1 - 2.17 (СМ. ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ), по заданным в табл. 2 параметрам, определить фазные и линейные токи, ток в нейтральном проводе (для четырехпроводной схемы), активную мощность всей цепи и каждой фазы отдельно. Построить векторную диаграмму токов и напряжений.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Прежде чем приступить к расчету задания № 2, необходимо изучить теорию трехфазных цепей при соединении потребителей электрической энергии по схеме «звезда» и «треугольник». При этом надо особо обратить внимание на соотношение фазных и линейных напряжений при соединении потребителей звездой и соотношение фазных и линейных токов при соединении треугольником.

Для соединения звездой:

Для соединения потребителей треугольником:

Рассмотрим примеры расчета трехфазной цепи при соединении потребителей звездой и треугольником.

Электрическая цепь при соединении «звездой».

Алгоритм расчета

1. Находим полное сопротивление фаз:

2. Находим фазные (линейные) токи:

где

3. Находим углы сдвига по фазе из выражений:

4. Находим активные мощности фаз:

5. Находим полную активную мощность цепи:

Строим с учетом масштаба векторную диаграмму токов относительно фазных напряжений (рис.6) и находим графически ток в нейтральном проводе:

Диаграмму строим посредством отметок циркулем, предварительно задавшись масштабом, начав построение с фазных напряжений, например, из точки 0 (угол между направлением векторов 120°). Вычислив фазные токи, задавшись масштабом для токов, откладываем фазные токи под соответствующим углом сдвига по фазе относительно одноименного фазного напряжения.

Проводим сложение векторов токов по правилам силового многоугольника и находим ток в нейтральном проводе , измерив длину вектора в выбранном масштабе.

Пример 2. Электрическая цепь при соединении треугольником.

Алгоритм расчета

1. Находим полное сопротивление каждой фазы:

2. Находим фазные токи:

где

1. Находим значение углов сдвига по фазе из выражений:

4. Находим активные мощности каждой фазы:

5. Находим активную мощность всей цепи:

Вт.

6. Строим векторную диаграмму токов относительно векторов фазных напряжений для этой цепи, используя полученные цифровые данные (рис.8). Откладываем значения вычисленных фазных токов с учетом сдвига по отношению к своим фазным напряжениям.

7. Определяем линейные токи.

Линейные токи определяются графически с учетом масштаба. Каждый из линейных токов равен геометрической разности фазных токов согласно приведенных ранее уравнений для соединения потребителей энергии треугольником.

Вектор линейного тока соединяет концы векторов фазных токов, отложенных из точки О и направленных к уменьшаемому.