Цепи с последовательным соединением элементов R L C

Цепи с последовательным соединением элементов R L C

Для последовательной цепи, состоящей из нескольких элементов, строится векторная диаграмма напряжений.

За исходный вектор принимается вектор тока, т.к. при последовательном соединении через все элементы цепи протекает один и тот же ток. Может быть показано, что напряжения на отдельных участках цепи сдвинуты по фазе относительно тока.

Пусть в цепи только активное сопротивление R.

По закону Ома ток в такой цепи

Т.к. U = Um cos ωt, то .

Отсюда следует, что напряжение и ток совпадают по фазе, а амплитуды тока и напряжения связаны законом Ома.

б) Пусть в цепи только индуктивность L.

Допустим, что ток в цепи i = Im cosωt.

Этот ток в индуктивности вызывает э.д.с. самоиндукции

.

По 2-му закону Кирхгофа: eL = -uL,

отсюда получаем uL = – ωL Im sin ωt = UmL cos(ωt + π/2).

Из этого следует, что напряжение на индуктивности опережает ток на угол π/2, а амплитуды тока и напряжения можно то же связать законом Ома, если считать, что ωL=хL – индуктивное реактивное сопротивление

Рассуждая аналогично, для цепи с емкостью С выявим, что напряжение на емкости отстает от тока на угол π/2 (рекомендуется установить самостоятельно), а амплитуды тока и напряжение можно связать законом Ома, если считать – реактивным емкостным сопротивлением.

Таким образом, векторная диаграмма действующих значений напряжений для цепи с последовательно соединенными элементами R, L, C (см.рис.12) будет иметь вид, как показано на рис.13.

Вектор напряжения , приложенного к цепи, определяется как сумма векторов , а его величина равна

Для удобства восприятия взаимоотношений векторов, построим векторную диаграмму (рис. 15) напряжений для цепи, которая изображена на рис.14.

Для произвольных значений сопротивлений R, XL и XC и тока I она будет иметь вид, показанный на рис 15.

Рис. 15

Вектор напряжения равен сумме векторов напряжений на отдельных участках цепи

.

Если сумму векторов представить следующим образом:

,

то в соответствии с этой записью векторную диаграмму можно изобразить так, как показано на рис.16 или на рис.17.

Векторная диаграмма, представленная на рис.17 называется треугольником напряжений. Вектор результирующего напряжения на рис.17 опережает вектор тока I на угол φ = ψu – ψi.

Если модули векторов треугольника напряжений разделить на модуль вектора тока, то получим сопротивления последовательной цепи R , X, Z :

R = R1 + R2 ; X = XL – XC

Эти сопротивления соотносятся как стороны прямоугольного треугольника. Прямоугольный треугольник, стороны которого численно равны величинам R, X, Z, называется треугольником сопротивлений (см. рис.18).

Таким образом, или – это выражение является законом Ома для последовательной цепи переменного тока.

Источник:
http://studopedia.ru/3_187312_tsepi-s-posledovatelnim-soedineniem-elementov-R-L-C.html

Векторная диаграмма для последовательного соединения элементов.

в цепи с активным сопротивлением ток и напряжение совпадают по фазе j=0;

в цепи с индуктивностью ток отстает от напряжения на угол 90°;

в цепи с емкостью ток опережает напряжение на 90°.

Для соответствующих участков электрической цепи векторные диаграммы токов и напряжений будут выглядеть следующим образом.

Треугольник сопротивлений и треугольник мощностей.

Если разделить стороны треугольника напряжений на ток (в цепи с последовательным соединением элементов ток одинаков во всех участках), то (в соответствии с законом Ома) получим треугольник сопротивлений.

Здесь х=xL— xC — реактивное сопротивление цепи, а Zполное сопротивление цепи:

.

Полученное уравнение устанавливает связь межу различными сопротивлениями цепи.

Если умножить стороны треугольника напряжений на ток, то получим треугольник мощностей:

Здесь Р=URIактивная мощность, которая выделяется на активных сопротивлениях цепи. Она связана с необратимыми преобразованиями электрической энергии, то есть с совершением работы (полезной) в электроустановке. Активная мощность измеряется в ваттах [Вт].

Q=UxIреактивная мощность. Связана в электроустановках с совершением обратимых преобразований энергии, полезной работы она не совершает. В электроустановках затрачивается на создание электрических (С) и магнитных (L) полей. Реактивная мощность измеряется вольт амперах реактивных [вар].

Реактивная мощность оказывает существенное влияние на режим работы электрической цепи. Циркулируя по проводам трансформаторов, генераторов, двигателей, линий электропередач, она нагревает их. Поэтому расчет проводов и других элементов устройств переменного тока производят из полной мощности, которая учитывает активную и реактивную мощности.

S=UI — полная мощность, измеряется в вольт амперах [В*А]. Из треугольника мощностей определим:

.

Параллельное соединение идеальных элементов R, L и C в цепи переменного тока. Метод проводимостей. Векторная диаграмма для токов в цепи. Активная, реактивная и полная проводимости цепи. Треугольник проводимостей и треугольник мощностей.

Цепь с параллельным соединением элементов состоит из ряда параллельных ветвей, включенных между двумя узлами.

По первому закону Кирхгофа для токов можно записать:

.

Действующие значения токов в отдельных ветвях будут определяться:

, , .

Построение векторных диаграмм для параллельного соединения элементов цепи начинают с вектора U (т.к. оно одинаково для всех участков цепи).

Цепь в зависимости от соотношения сопротивлений xL и xC также может иметь индуктивный, емкостный или чисто активный характер.

На построенных диаграммах можно выделить треугольник токов.

IA — активная составляющая тока;

IP — реактивная составляющая тока.

Связь между полным током и его составляющими выражается:

.

Метод проводимостей: При этом ток каждой ветви рассматривают состоящим из двух составляющих: активной и реактивной .

,

где активная проводимость ветви

, где

,

где реактивная проводимость ветви

, где

где

— полная активная проводимость цепи;

— полная реактивная проводимость цепи.

, где

— полная проводимость цепи.

.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Источник:
http://cyberpedia.su/12×83.html

Учебные материалы

Если к участку с последовательным соединением элементов R, L, C приложено синусоидальное напряжение

то и ток в цепи синусоидальный

При этом следует иметь в виду, что начальная фаза тока yi будет определяться соотношением R, L, C.

На каждом из элементов будет падать напряжение UR, UL, UC.

По второму закону Кирхгофа для мгновенных значений можно записать

Для комплексных выражений можно записать

Подставив в выражение

Получим закон Ома в комплексной форме:

Представим комплексное сопротивление Z в показательной форме:

— модуль комплексного сопротивления, который называют полным сопротивлением;

— аргумент комплексного сопротивления.

Для удобства запоминания формулы строят треугольник сопротивлений

В рассматриваемой цепи знак угла сдвига фаз j между током и напряжением определяется знаком реактивного сопротивления

то есть соотношением между индуктивным и емкостным сопротивлениями.

Если XL>XC, то нагрузка в цепи имеет активно-индуктивный характер, то есть ток по фазе отстает от напряжения на угол

Начальную фазу тока примем равной нулю, то есть

Для напряжений по второму закону Кирхгофа можно записать

Кроме того, при X L >X C будет соблюдаться условие U L >U C .

Векторная диаграмма будет иметь вид:

— реактивная составляющая напряжения U, приложенного к рассматриваемой цепи;

— активная составляющая напряжения U.

Порядок построения векторной диаграммы:

  1. строим вектор тока I (при нулевой начальной фазе он расположен горизонтально);
  2. строим вектор падения напряжения UB на активном сопротивлении (он совпадает по направлению с вектором тока I , сдвиг фаз равен нулю);
  3. строим вектор падения напряжения UL на индуктивном сопротивлении (он опережает по фазе вектор тока на 90°);
  4. строим вектор падения напряжения UC на емкостном сопротивлении (конденсатора) (он отстает по фазе от вектора тока на 90°);
  5. складывая векторы UB , UL , UC , получаем вектор общего напряжения U , который опережает по фазе на угол j>0 вектор тока I , что указывает на активно-индуктивный характер нагрузки.
Читайте также  Цвета проводов в электрике: фаза, ноль, земля

Источник:
http://dprm.ru/elektrotehnika/analiz-cepi-s-posledovatelnym-soedineniem-elementov

Однофазные цепи переменного тока

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Методические указания к лабораторным работам 6,7 по курсу «Электротехника и электроника»

для студентов химико-технологических

и технологических специальностей

Лабораторная работа 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОЙ ЦЕПИ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ

СОЕДИНЕНИЕМ РЕЗИСТОРА, ИНДУКТИВНОЙ

КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРА

Цель работы: экспериментальное изучение линейной цепи синусоидального тока, состоящей из последовательно соединенных резистора, индуктивной катушки и конденсатора; изучение основных закономерностей в такой цепи; получение резонанса напряжений и изучение свойств цепи в этом режиме.

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора (R), индуктивной катушки (L, Rк) и конденсатора С. Схема цепи показана на рис.1.

Рис.1. Последовательное соединение элементов R, L и С

Пусть цепь включена на синусоидальное напряжение , начальная фаза которого равна нулю. Тогда по цепи потечет ток, амплитуда которого будет определяться амплитудой напряжения Um и полным сопротивлением цепи Z, а начальная фаза тока будет зависеть от соотношений реактивных сопротивлений индуктивности XL и емкости XC. Возможны три случая: если XL >XC, то ток отстает от напряжения на угол j; если XL XC векторная диаграмма показана на рис.2.

Рис. 2. Векторная диаграмма

При построении вектор напряжения в масштабе mU откладывают по направлению тока I, затем к концу вектора прибавляют вектор напряжения на активном сопротивлении катушки , затем к концу вектора прибавляют вектор напряжения на индуктивности . Этот вектор опережает ток на 90°. Вектор напряжения на емкости прибавляют к концу вектора , отстающим от тока на 90°. Вектор напряжения сети проводят из качала вектора в конец вектора . При правильном построении длина вектора , умноженная на масштаб mU, должна быть равна напряжению на зажимах цепи. Вектор напряжения на катушке равен геометрической сумме векторов и . Величина этого напряжения равна

.

Векторные диаграммы для последовательной цепи при XL , то в режиме резонанса напряжения на катушке и конденсаторе будут больше напряжения сети, что приводит к опасности пробоя изоляции в катушке или конденсаторе, поэтому в силовых цепях такой режим недопустим.

В радиотехнике, где абсолютные величины напряжений не велики, резонанс напряжений может использоваться для усиления сигнала. При

Для цепи (рис.1) справедливы следующие соотношения для мощностей:

— активная мощность (Вт, кВт);

— реактивная мощность (В×Ар; кВ×Ар);

— полная мощность (В×А кВ×А); или ; ; ; ; .

Описание экспериментальной установки

Исследование последовательной цепи проводится на лабораторном стенде под названием «Однофазный ток». На стенде имеется схема опыта, необходимые приборы, изображены схемы замещения резистора, индуктивной катушки и конденсатора. От каждого из элементов выведены два зажима, необходимые для сборки цепи. Схема опыта представлена на рис.5.

Для изменения величины емкости в цепи батарея конденсаторов имеет несколько тумблеров и два щеточных переключателя, позволяющих включать десятки или единицы микрофарад емкости. Суммарная емкость батареи конденсаторов — 110 мкФ.

Напряжение источника питания стенда 24 и 36 вольт.

Приборы и методика измерений

Амперметры и вольтметры, постоянно установленные на стенде, имеют электромагнитную систему измерительного механизма. Приборы измеряют действующие значения переменных величин. Класс точности приборов 1,5. Переносной многопредельный лабораторный ваттметр класса точности 0,5 ферродинамической системы. Он имеет три переключателя: переключатель тока, переключатель напряжения, переключатель рода работы (измерение тока, или измерение напряжения, или измерение мощности). Предел измерения ваттметра определяется положением его переключателей

,

где I — ток, на который установлен переключатель тока;

U — напряжение, на которое установлен переключатель напряжения.

Цена деления ваттметра определяется по формуле

Вт/дел;

где n — число делений шкалы прибора.

Мощность, измеряемая ваттметром, будет равна Р = С× n’, где n’ — число делений шкалы, показываемое стрелкой прибора.

В данной лабораторной работе при измерениях используется метод непосредственного отсчета с прямыми однократными измерениями.

Точность прямых измерений оценивается определением абсолютной максимальной погрешности по формуле

,

где Am – верхний предел измерения прибора;

К — класс точности прибора.

Результат измерения записывается в виде

где А — показание прибора.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА

1. Перед сборкой схемы убедитесь в том, что стенд отключен от сети. Ручка пакетного выключателя при этом находится в положении “откл”, а сигнальная лампа не горит.

2. Стенд включается только преподавателем или лаборантом после проверки схемы.

3. При измерениях не касайтесь оголенных токоведущих частей. Провода, подключенные к переносным приборам, держите за изолированные части.

4. Не прикасайтесь к зажимам отключенных конденсаторов, так как заряд на них может сохраняться длительное время.

5. По окончании измерений выключите стенд.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться со стендом и схемой опыта.

Рис. 5. Схема опыта

2. Собрать схему опыта (рис. 5).

3. Записать технические характеристики применяемых приборов, указав: наименование прибора, его марку, тип измерительного механизма, предел измерения, класс точности, заводской номер,

4. Собранную схему показать преподавателю для проверки. После проверки включить стенд в работу, при этом загорится сигнальная лампочка.

5. Изменяя величину емкости конденсаторов, добиться в цепи максимального тока; при этом должно выполняться условие Uк >UC. При этом условии в цепи наступит резонанс напряжений.

Записать показания всех приборов в табл.1, в четвертой строке.

Источник:
http://pandia.ru/text/78/430/73897.php

Последовательное соединение элементов R , L , С. Векторная диаграмма для тока и напряжений в схеме. Формула для определения тока в цепи.

В электрической цепи, помимо активного сопротивления, могут быть включены одновременно два реактивных элемента: индуктивность Lи ёмкость С. Работа цепи в этом случае будет зависеть от того, какой из реактивных элементов преобладает.

Как известно, элементы Lи С обладают противоположными свойствами. В зависимости от того, какой из двух реактивных элементов преобладает, цепь будет вести себя как активно-индуктивная (действие индуктивности сильнее) или активно-ёмкостная (сильнее действие ёмкости). Действие более «слабого» реактивного элемента буден нейтрализовано действием более «сильного» элемента.

Рис. 61. Последовательное соединение элементов RLC

Чтобы понять процессы, происходящие в такой цепи, рассмотрим векторную диаграмму для случая преобладания индуктивности(рис. 62). Преобладание индуктивности возникает, если индуктивное сопротивление XL больше ёмкостногосопротивления XC.

Рис. 62. Векторная диаграмма для цепи с последовательным соединением

элементов RLC. Индуктивность в цепи преобладает

В последовательной цепи переменного тока, общее напряжение, приложенное к цепи, равно векторной сумме напряжений на элементах, входящих в цепь.

Прежде всего, проводится вектор тока I, одинаковый во всех элементахпоследовательной цепи. Затем, последовательно строятся векторы напряжений на элементах цепи: Uа,UL, иUC. При построении векторов напряжений учитываем их сдвиг по фазе относительно тока.

На диаграмма можно выделить прямоугольный треугольник напряжений, в котором гипотенузой является напряжение Uоб, а катетами являются напряжение Uа и разность напряжений (UL-UC).

По теореме Пифагора, для прямоугольного треугольника:

От треугольника напряжений можно перейти к треугольнику сопротивлений и к треугольнику мощностей. Если стороны треугольника напряжений, в масштабе, поделить на ток, то получится треугольник сопротивлений. Если же стороны треугольника напряжений умножить на ток, получим треугольник мощностей.

Читайте также  Что осенью происходит с дубом

Используя теорему Пифагора, из треугольника сопротивлений и треугольника мощностей можно записать формулы для сопротивлений и мощностей:

полное сопротивление цепи (Ом);

полная мощность (ВА).

Все рассмотренные формулы записаны для случая, когда в цепи преобладает индуктивность. Однако, они будут справедливы и в случае, когда преобладает ёмкость. При этом, в скобке, входящей в формулу, будет получаться отрицательное значение. Этот факт не имеет значения и не влияет на результат вычисления.

Векторная диаграмма цепи, в которой преобладает ёмкость показана на рис. преобладает емкость, то диаграмма примет вид, показанный на рис. 63.Преобладание ёмкости возникает в случае, когда ёмкостноесопротивление XC больше индуктивного сопротивления XL.

Рис. 63. Векторная диаграмма для цепи с последовательным соединением

элементов RLC. В цепи преобладает ёмкость

Пример 15. Последовательное соединение элементов RLC в цепи синусоидального тока.

В цепи последовательно соединены элементы: активное сопротивление R = 12 Ом, индуктивное сопротивление ХL =32 Ом и емкостное ХС = 16 Ом.Общее напряжение, приложенное к цепиUоб=120 В.

Определить ток в цепи, напряжение на каждом элементе, а также активную, реактивную и полную мощность.

Полное сопротивление цепи

.

По закону Ома находим ток в цепи:

Напряжения на элементах цепи:

Мощности, выделяющиеся в цепи:

активная,выделяющаяся в сопротивлении,

Р = I 2 ·R=36 ·12 = 432 Вт;

реактивная, выделяющаяся в реактивных элементах,

Q= I 2 · (XL-XC) = 6 2 ·16 = 576 Вар;

полная, выделяющаяся в цепи в целом

S =UI = 120·6 = 720 ВА.

Резонанс напряжений. Определение. Условие получения. Векторная диаграмма для режима резонанса. Свойства цепи при резонансе. Влияние потерь в колебательном контуре. Резонансные кривые. Применение резонанса в технике.

Резонанс возникает в электрической цепи, содержащей реактивные элементы L и С. Как известно, эти элементы обладают противоположными свойствами. Ранее мы рассмотрели случаи, когда один из реактивных элементов преобладает над другим. Однако, самое интересное происходит, когда действие одного реактивного элемента полностью уравновешивает действие другого. При этом в цепи возникает режим электрического резонанса.

Резонансом называется режим, когда цепь содержит реактивные элементы, но ведет себя как активное сопротивление. При этом напряжение, приложенное к цепи, совпадает по фазе с током.

Физический смысл резонанса состоит в том, что индуктивность и ёмкость обмениваются между собой энергией. Процесс обмена энергией между индуктивностью и ёмкостью рассматривался вами при изучении курса физики (колебательный контур).

Различают резонанс двух видов: резонанс напряжений и резонанс токов.

Запомните главное: при резонансе свойства цепи резко изменяются в сравнении со случаем отсутствия резонанса.

Резонанс напряжений

Резонанс напряжений возникает в цепи с последовательным соединением реактивных элементов L и С. Вид схемы показан на рис. 64.

Рис. 64. Схема цепи, в которой может возникать резонанс напряжений

Резонанс возникает при выполнении условия возникновения резонанса:

, или, в другой форме записи,

Таким образом, для возникновения резонанса требуется, чтобы реактивное сопротивление индуктивности было равно реактивному сопротивлению ёмкости.

Смысл этого условия можно понять, анализируя векторную диаграмму цепи, находящейся в режиме резонанса (рис. 65). Принцип построения векторной диаграммы для последовательной цепи рассмотрен ранее.

Рис. 65. Векторная диаграмма цепи, находящейся в режиме резонанса напряжений

Из диаграммы следует, что напряжения на реактивных элементах становятся равными, т.е. напряжение UL= I* XL равно напряжению UC=I*XС. При этом эти напряжения взаимно компенсируют друг друга. В результате, общее напряжение Uоб, приложенное к цепи совпадает по фазе с током, что и является проявлением резонанса.

В случае возникновения резонанса напряжений цепь приобретает очень интересные свойства:

1) угол φ сдвига по фазе между приложенным к цепи напряжением и протекающим в цепи током становится равен нулю градусов, соответственно, косинус угла φ становится равным единице:

;

2) полное сопротивление цепи принимает минимально возможное значение и становится равным активному сопротивлению, входящему в цепь;

3) соответственно, ток в цепи принимает наибольшее значение

.

Резкое возрастание тока в цепи при резонансе может вывести её из строя, если возможность резонанса не была предусмотрена заранее.

Частота, на которой наступает резонанс, может быть определена из формулы:

Анализируя условие возникновения резонанса можно понять, что добиться возникновения резонанса можно тремя путями:

1) меняя величину индуктивности L, что достигается перемещением ферромагнитного сердечника внутри катушки индуктивности;

2) меняя величину ёмкости С, путем подбора конденсатора;

3) меняя частоту приложенного к цепи напряжения Uоб.

Раздел 4. Трёхфазные цепи

35. Понятие трёхфазной системы ЭДС. Область применения трёхфазного тока. Достоинства трехфазного тока. Получение трёхфазной системы ЭДС.

Трехфазный ток

Основные понятия

В промышленности широко используется трехфазный синусоидальный ток. Однофазный ток, применяемый в быту, является частью трехфазной системы.

Значительный вклад в развитие трёхфазных систем внёс наш соотечественник, русский инженер, М. О. Доливо-Добровольский, который впервые предложил связанную(трёх- и четырёхпроводную) систему трёхфазного тока.

Широкое применение трёхфазного тока объясняется достоинствами трехфазной системы:

1) упрощается передача и распределение энергии от электростанции к потребителям;

2) на базе трехфазного тока создан простой, дешевый и надежный электродвигатель; это очень важное достоинство, т.к. для производства любой продукции необходим электродвигатель.

Трехфазной называется система трех одинаковых по амплитуде и частоте синусоидальных величин, смещённых по фазе на 120 градусов относительно друг друга.

Три синусоиды обозначаются буквами A, B иC и, соответственно, называются фазами A,B или С. Эти синусоиды могут изображать напряжение, ток или ЭДС.

График трехфазного напряжения показан на рис. 76. На графике изображены синусоиды трёх напряжений: uА, uBиuC.

По горизонтальной оси графика отложен фазовый угол ωt – угол поворота рамки генератора, в которой индуктируется синусоидальная ЭДС. (Повторите принцип работы и устройство генератора однофазного переменного тока.)

Рис. 76. График трехфазной системы напряжений на волновой диаграмме

Графики трёхфазной системы токов или трехфазной системы ЭДСбудутвыглядеть аналогично.

Напомним, что каждая синусоида формируется за один полный оборот рамки генератора, который составляет 360 градусов или 2π радиан.

Построение графика трёхфазного тока начинается с построения осей координат, а затем – синусоиды фазы А. Её синусоида начинается из начала координат (в точке 0).

Чтобы удобнее было строить синусоиды фазы Bи фазы С, каждый полупериод синусоиды фазы А разбит на три равные части. Полупериод синусоиды соответствует 180 градусам, следовательно в каждом отрезке будет 60 градусов.

После построения синусоиды фазы А строятся две другие синусоиды.

Положительный полупериод синусоиды фазы В начинается на 120 градусов правее начала положительного полупериода синусоиды фазы А. Это означает, что синусоида В отстаёт по фазе от синусоиды фазы А на 120 градусов.

Синусоида фазы С начинается на 120 градусов правее начала положительного полупериода синусоиды фазы В, т.е. отстаёт от синусоиды фазы В на 120 градусов. Можно также сказать, что синусоида фазы С отстаёт по фазе от синусоиды фазы А на 240 градусов.

Математически три синусоиды трёхфазной системы можно записать в виде:

На рис. 77 синусоидальные величины трёхфазной системы показаны на векторной диаграмме

Читайте также  Какого цвета провод заземления в розетке, и как это можно определить: как обозначаются фаза и ноль, можно ли отличить цвета в трехжильном кабеле питания

Рис. 77. Изображение трехфазной системы напряжений

на векторной диаграмме

На векторной диаграмме трехфазная система напряжений, токов или ЭДС изображается в виде трех векторов, под углом 120 градусов друг к другу.

36. Конструкция генератора трёхфазного тока, отличия от конструкции генератора однофазного тока. Принцип работы генератора.

Источник:
http://lektsii.org/18-72977.html

Расчет цепей с параллельным соединением ветвей

Расчет электрической цепи, рассмотренный в предыдущей статье, можно распространить на цепи, содержащие произвольное число приемников, соединенных параллельно.

На рис. 14.14, а параллельно соединены те же элементы цепи, которые были рассмотрены при последовательном соединении (см. рис. 14.7, а). Предположим, что для этой цепи известны напряжение u = Umsinωt . и параметры элементов цепи R, L, С. Требуется найти токи в цепи и мощность.

Векторная диаграмма для цепи с параллельным соединением ветвей. Метод векторных диаграмм

Для мгновенных величин в соответствии с первым законом Кирхгофа уравнение токов

Представляя ток в каждой ветви суммой активной и реактивной составляющих, получим

Для действующих токов нужно написать векторное уравнение

Численные значения векторов токов определяются произведением напряжения и проводимости соответствующей ветви.

На рис. 14.14, б построена векторная диаграмма, соответствующая этому уравнению. За исходный вектор принят, как обычно при расчете цепей с параллельным соединением ветвей, вектор напряжения U, а затем нанесены векторы тока в каждой ветви, причем направления их относительно вектора напряжения выбраны в соответствии с характером проводимости ветвей. Начальной точкой при построении диаграммы токов выбрана точка, совпадающая с началом вектора напряжения. Из этой точки проведен вектор l1a активного тока ветви I (по фазе совпадает c напряжением), а из конца его проведен вектор I1p реактивного тока той же ветви (опережает напряжение на 90°). Эти два вектора являются составляющими вектора I1 тока первой ветви. Далее в том же порядке отложены векторы токов других ветвей. Следует обратить внимание на то, что проводимость ветви 3-3 активная, поэтому реактивная составляющая тока в этой ветви равна нулю. В ветвях 4-4 и 5-5 проводимости реактивные, поэтому в составе этих токов нет активных составляющих.

Расчетные формулы для цепи с параллельным соединением ветвей. Метод векторных диаграмм

Из векторной диаграммы видно, что все активные составляющие векторов тока направлены одинаково — параллельно вектору напряжения, поэтому векторное сложение их можно заменить арифметическими найти активную составляющую общего тока: Iа = I1a + I2a + I3a.

Реактивные составляющие векторов токов перпендикулярны вектору напряжения, причем индуктивные токи направлены в одну сторону, а емкостные — в другую. Поэтому реактивная составляющая общего тока в цепи определяется их алгебраической суммой, в которой индуктивные токи считаются положительными, а емкостные — отрицательными: Ip = — I1p + I2p — I4p + I5p.

Векторы активного, реактивного и полного тока всей цепи образуют прямоугольный треугольник, из которого следует

Подставив величины токов в ветвях, выраженные через напряжение и соответствующие проводимости, получим

где ∑Gnобщая активная проводимость, равная арифметической сумме активных проводимостей всех ветвей; ∑Bn общая реактивная
проводимость, равная алгебраической сумме реактивных проводимостей всех ветвей (в этой сумме индуктивные проводимости считаются положительными, а емкостные — отрицательными); Y — полная проводимость цепи;

Таким образом получена знакомая уже формула (14.12), связывающая напряжение, ток и проводимость цепи [ср. (14.12) и (14.8)].

Следует обратить внимание на возможные ошибки при определении полной проводимости цепи по известным проводимостям отдельных ветвей: нельзя складывать арифметически проводимости ветвей, если токи в них не совпадают по фазе.

Полную проводимость цепи в общем случае определяют как гипотенузу прямоугольного треугольника, катетами которого являются выраженные в определенном масштабе активная и реактивная проводимости всей цепи:

От треугольника токов можно перейти также к треугольнику мощностей и для определения мощности получить известные уже формулы

Активную мощность цепи можно представить как арифметическую сумму активных мощностей ветвей.

Реактивная мощность цепи равна алгебраической сумме мощностей ветвей. В этом случае индуктивная мощность берется положительной, а емкостная — отрицательной:

Расчет цепи без определения проводимостей ветвей

Расчет электрической цепи при параллельном соединении ветвей можно выполнить без предварительного определения активных и реактивных проводимостей, т. е. представляя элементы цепи в схеме замещения их активными и реактивными сопротивлениями (рис. 14.15, а).

Определяют токи в ветвях по формуле (14.4);

где Z1, Z2 и т. д. — полные сопротивления ветвей.

Полное сопротивление ветви, в которую входят несколько элементов, соединенных последовательно, определяют по формуле (14.5).

Для построения векторной диаграммы токов (рис. 14.15, б) можно определить активную и реактивную составляющие тока каждой ветви по формулам

и т. д. для всех ветвей.

В этом случае отпадает необходимость определения углов ф1 ф2 и построения их на чертеже.

Ток в неразветвленной части цепи

Общий ток и мощность цепи определяются далее в том же порядке, какой был показан ранее (см. формулы (14.10), (14.15), (14.16)].

Источник:
http://electrikam.com/raschet-cepej-s-parallelnym-soedineniem-vetvej/