Расчет цепей постоянного тока Расчет цепей переменного тока Расчет трехфазных цепей Примеры  решения типовых задач Лабораторные работы

Примеры решения типовых задач по электротехнике

Линейные однофазные синусоидальные электрические цепи с параллельным и смешанным соединением элементов цепи

Во многих случаях приходится встречаться с расчётом сложных электрических цепей синусоидального тока, которые в общем случае являются цепями со смешанным соединением сопротивлений (рис. 2.1). Эти электрические цепи могут быть разделены на участки с последовательным и участки с параллельным соединением сопротивлений.

При параллельном соединении сопротивлений (участок 1 − 2, рис. 2.1) параллельные ветви электрической цепи находятся под одним и тем же напряжением U1 = U12, поэтому для каждой из этих ветвей определение всех расчётных величин производится по формулам, справедливым для отдельных сопротивлений электрических цепей с последовательным соединением сопротивлений. Для участка цепи с параллельным соединением сопротивлений ток на разветвлённом участке определяется в соответствии с I законом Кирхгофа, записанным для узла разветвления в векторной форме:

Этот ток можно определить графически с помощью векторной диаграммы как сумму составляющих векторов токов, а также с помощью комплексных чисел, так как комплексный ток ,

т. е. равен сумме комплексных составляющих токов.

Комплексы токов в отдельных ветвях электрической цепи могут быть определены через комплексные сопротивления или комплексные проводимости соответствующих ветвей:

где в общем случае

При этом ток в неразветвлённой части цепи равен произведению напряжения   на параллельном участке цепи на сумму комплексных проводимостей параллельно включённых сопротивлений

Сопротивления отдельных ветвей могут носить активно-реактивный характер при наличии индуктивных XL и ёмкостных ХС сопротивлений, поэтому в общем случае комплексные проводимости могут быть определены через активные  q и реактивные b проводимости:

Модули полных проводимостей ветвей:

 С учётом этого комплекс полной проводимости участка электрической цепи с параллельным соединением сопротивлений:

При этом активные и реактивные проводимости:

 При смешанном соединении сопротивлений (см. рис. 2.1) электрическая цепь при расчёте приводится к виду рис. 2.2.

Полное сопротивление Z12 участка цепи 1 – 2 может быть определено через её полную проводимость:

При этом расчёт электрической цепи со смешанным соединением сопротивлений сводится к расчёту простейшей электрической цепи с последовательным соединением сопротивлений. Если при последовательном соединении сопротивлений векторная диаграмма строится, начиная с комплексного тока , который является общим для всех сопротивлений, то при параллельном и смешанном соединении сопротивлений векторную диаграмму строят, начиная с вектора напряжения   на параллельном участке электрической цепи.

 

Пример решения

Для последовательно − параллельной электрической цепи переменного тока (рис. 2.3, а, с. 21) определить токи I, I1, I2 на всех участках цепи, активную Р, реактивную Q и полную S мощности цепи. Построить векторную диаграмму напряжений и токов. Напряжение питания U = 127 В, активные и реактивные сопротивления цепи: R = 2 Ом; R1 = 15 0м; R2 = 10 Ом; XL = 10 Ом, XL1 = 10 Ом; XL2 = 20 Ом; ХС = 2 Ом; XС1 = 20 Ом; ХС2 = 30 Ом.

Решение. Полные сопротивления первой параллельной ветви

и второй параллельной ветви:

Активные проводимости первой и второй параллельных ветвей:


Суммарная активная проводимость параллельного участка цепи:

Реактивные проводимости первой и второй параллельных ветвей:

Общая реактивная проводимость параллельного участка цепи:

b12 = b1 + b2 = − 0,0308 – 0,05 = − 0,081 См.

Полная проводимость параллельного участка цепи:

Полное сопротивление этого участка цепи:

Активное и реактивное сопротивления параллельного участка цепи:

Активное и реактивное сопротивления всей цепи:

RЦ = R + R12 = 2 + 6,1 = 8,1 Ом,

ХЦ = XL + (−X12) + (−XC) = 10 – 5,16 – 2 = 2,84 Ом.

Полное сопротивление всей цепи:

Ток в неразветвленной части цепи:

Напряжения на отдельных участках цепи:

Токи в первой и во второй параллельных ветвях:

Коэффициенты мощности всей цепи:

Коэффициент мощности участка 3 – 1 цепи:

откуда .

Коэффициент мощности участка 1 − 2 цепи:

для первого параллельного участка:

откуда 

для второго параллельного участка:

откуда 

для всего участка 1− 2 цепи: 

Коэффициент мощности участка 2 – 4 цепи:  ,

().

Активная мощность отдельных участков цепи:

Суммарная активная мощность всей цепи:

Реактивная мощность отдельных участков цепи:

Суммарная реактивная мощность всей цепи:

Векторная диаграмма для электрической цепи дана на рис. 2.3, б, с. 21.

Для построения векторной диаграммы составим уравнения по I и II законам Кирхгофа для схемы на рис. 2.3, а:

I з. К.:  (1)

 II з. К.:   (2)

Выбираем масштабы токов и напряжений. На комплексной плоскости строим горизонтально по действительной оси вектор напряжения  на параллельном участке электрической цепи. Векторы токов  опережают вектор   на , т. к. в ветвях 1 – 2 преобладает активно-ёмкостной характер нагрузки. Согласно уравнению (1) общий ток   равен векторной сумме токов  и опережает вектор   на  Строим уравнение (2). Необходимо сложить три вектора напряжений  К концу вектора   под  к вектору тока   строим в масштабе напряжений вектор   (опережает , т. к. нагрузка в ветви 3 – 1 имеет активно-индуктивный характер). Затем к концу вектора   прибавляем вектор , перпендикулярный вектору тока  (отстаёт от , т. к. нагрузка в ветви 2 – 4 ёмкостная). Соединив начало координат с концом вектора  получим вектор напряжения   согласно условию задачи. В результате вектор напряжения  опережает вектор тока , т. к. согласно расчёту вся сложная цепь имеет активно-индуктивный характер, т. е. задача решена верно.


Методические указания по выполнению контрольной работы по ТОЭ