Основные понятия об электрической цепи Расчёт цепей переменного тока Трехфазная цепь Нелинейные электрические цепи Графический метод расчета Выпрямители переменного тока

Основы электротехники Расчет электрических цепей

Принятое положительное направление, или точнее, направление отсчета тока обозначается стрелкой на соединительном проводнике

Расчёт цепей переменного тока

В цепях переменного тока изменение во времени питающего напряжения влечёт за собой изменение тока, а также магнитного и электрического полей, связанных с цепью. Результатом этих изменений является возникновение ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции в цепях с катушками индуктивности, а в цепях с конденсаторами появляются зарядные и разрядные токи, которые создают сдвиг по фазе между напряжениями и токами в таких цепях. Отмеченные физические процессы учитывают введением реактивных сопротивлений, что усложняет расчёт цепей переменного тока, так как приходиться определять не только величину тока, но и его угол сдвига по отношению к напряжению.

Все основные законы цепей постоянного тока справедливы и для цепей переменного тока, но только для мгновенных значений или значений в векторной (комплексной) форме. На основе этих законов можно составить уравнения, позволяющие осуществить расчёт цепи. Как правило, целью расчёта цепи переменного тока является определение токов, напряжений, углов сдвига фаз и мощностей на отдельных участках. При составлении уравнений для расчёта таких цепей выбирают условные положительные направления ЭДС, напряжений и токов. Получаемые уравнения для мгновенных значений в установившемся режиме и синусоидальном входном напряжении будут содержать синусоидальные функции времени. Аналитический расчёт тригонометрических уравнений неудобен, требует значительных затрат времени и поэтому не находит широкого распространения в электротехнике. Упростить анализ цепи переменного тока можно, используя тот факт, что синусоидальную функцию можно условно изобразить вектором, а вектор, в свою очередь, можно записать в виде комплексного числа. Метод расчёта цепи, основанный на применении комплексных чисел, называется символическим методом. Завершает Завершают расчёт цепи переменного тока, как правило, составлением баланса активных и реактивных мощностей, который позволяет проверить правильность вычислений.

Пример. В схеме заданы: 1=j110 B, , 5=j80 B, =3 A, X1'= X3=10 Ом, X2=40 Ом, X1"=r4=20 Ом, r6=30 Ом. Определить все токи методом узловых потенциалов и показания вольтметра.

Применение комплексных чисел для расчета цепей переменного тока Метод узловых потенциалов

На практике при расчете цепей переменного тока широко применяют символический метод расчета, базирующийся на использовании комплексных чисел.

Комплексным числом  называют выражения выражение вида

, (2.20)

где

a

вещественная (действительная) часть комплексного числа;

bb

мнимая единица;мнимая часть;мнимая часть;

beA

мнимая часть;основание натурального логарифма;модуль;

A

модуль;аргумент;

аргумент;мнимая единица;мнимая единица;

ee

основание натурального логарифма.аргумент.основание натурального логарифма.

Первое выражение представляет собой алгебраическую форму записи комплексного числа, второе – показательную, а третье – тригонометрическую.

Для отличия, в комплексной форме записи подчеркивают букву, обозначающую электрический параметр. В учебниках более раннего издания ставится точка над комплексным параметром .

4.4.5. Уравнения электропередачи постоянного тока

4.4.5.1. Дифференциальные уравнения линии постоянного тока следует записывать в форме Коши. В соответствии с принятой схемой замещения они имеют вид:

 (69)

где Idв и Idи - средние значения выпрямленного и инвертируемого токов, кА;

Udв и Udи - средние значения выпрямленного и инвертируемого напряжений, кВ;

Udc - среднее значение выпрямленного напряжения в месте КЗ, кВ;

t - текущее время, с;

Ld1 и Rd1 - соответственно индуктивность, Гн, и активное сопротивление, Ом, цепи постоянного тока выпрямителя;

Ld2 и Rd2 - соответственно индуктивность, Гн, и активное сопротивление, Ом, цепи постоянного тока инвертора;

R, C - соответственно активное сопротивление, Ом, и емкость, Ф, учитывающую активную и емкостную проводимость линии постоянного тока.

Модуль комплексного числа , (2.21) аргумент этого числа, (2.22).

Складывать эти числа необходимо в алгебраической форме записи.

Для определения полной мощности на участке или во всей цепи используется выражение вида , (2.27).

Требуется определить токи ветвей, показания всех приборов, составить баланс мощностей.

По аналогии с цепью постоянного тока осуществляем эквивалентные преобразования для цепи на рисунке 2.3.

Если разветвленный участок имеет только две ветви, включенные параллельно, то токи в ветвях после разветвления можно определять без расчета U ab, используя формулу разброса.

Реактивную мощность потребителей определяют как произведение квадрата тока реактивного элемента на его сопротивление.

Линейными называют такие электрические цепи, у которых реакция пропорциональна воздействию. Пусть воздействие в виде напряжения  вызывает в некотором произвольном выбранном устройстве цепи реакцию в виде, например, тока . Если воздействие изменилось пропорционально в k – раз, то реакция измениться также в k – раз. Линейными будут любые цепи, составленные из устройств, каждое их которых может рассматриваться как более простая линейная электрическая цепь. К числу линейных электрических цепей относятся многие важные устройства систем передачи и обработки информации, например, усилители и электрические фильтры разнообразного назначения, цепи для формирования и оптимальной обработки сигналов, корректирующие цепи и т. д.
Расчёт сложной цепи с помощью законов Кирхгофа.