Дана линейная электрическая цепь, питаемая от несинусоидального источника напряжения. Определить показания приборов, включенных в цепь, изображенную на рис.4.1.1-4.1.6. Параметры цепи по первой гармоники заданы в таблице 4.1. Записать закон изменения тока в ветви источника i(t) и напряжения источника u(t). Построить временную диаграмму напряжения источника u(t).
Указать влияние индуктивности L и емкости C на действующее значение тока ветви при несинусоидальном напряжении источника.
Номер Сопротивление Постоянная составляющая
U0, В Первая гармоника u1(t), В Третья гармоника u3(t), В
Вариант Схема R XL XC
Ом Ом Ом
1 2 3 4 5 6 7 8
13 4.1.1 10 - 30 30 40∙2∙sinωt
28∙2∙sin3∙ωt
Рисунок 4.1 – Расчетная схема.
Решение
Расчет токов по постоянной составляющей
I(0)=I10=U(0)r+r=3010+10=1,5 А. 4.1
I20=0 А. 4.2
Полные сопротивления ветвей:
Z1(1)=2∙r=2∙10=20 Ом; 4.3
Z2(1)=r-jXC(1)=10-j30=31,623∙e-j71,565° Ом. 4.4
Полное сопротивление всей цепи:
Z1=Z11∙Z21Z11+Z21=20∙31,623∙e-j71,565°20+10-j30; 4.5
Z1=13,333-j6,667=14,907∙e-j26,565° Ом.
Комплексная амплитуда тока I:
Im1(1)=Em(1)Z(1)=56,56914,907∙e-j26,565°; 4.6
Im1(1)=3,394+j1,697=3,795∙e+j26,565° А.
Ток I1:
Im11=Im11∙Z21Z11+Z21; 4.7
Im11=3,795∙e+j26,565°∙31,623∙e-j71,565°20+31,623∙e-j71,565°
Im11=0,566+j1,697=1,789∙e+j71,565° А.
Ток I2:
Im21=Im11∙Z11Z11+Z21; 4.8
Im21=3,795∙e+j26,565°∙2020+31,623∙e-j71,565°;
Im21=0,566+j1,697=1,789∙e+j71,565° А.
Расчет токов в ветвях от третьей гармоники ЭДС
Полные сопротивления ветвей:
Z1(3)=2∙r=2∙10=20 Ом; 4.9
Z2(3)=r-jXC1=10-j∙13∙30=10-j10=14,142∙e-j45° Ом.4.10
Полное сопротивление всей цепи:
Z3=Z13∙Z23Z13+Z23=20∙14,142∙e-j45°20+10-j10; 4.11
Z3=8-j4=8,944∙e-j26,565° Ом.
Комплексная амплитуда тока I:
Im1(3)=Em(3)Z(3)=56,5698,944∙e-j26,565°; 4.12
Im1(3)=3,96+j1,98=4,427∙e+j26,565° А.
Ток I1:
Im13=Im13∙Z23Z13+Z23; 4.13
Im13=4,427∙e+j26,565°∙31,623∙e-j71,565°20+14,142∙e-j45°
Im13=0,566+j1,697=1,789∙e+j71,565° А.
Ток I2:
Im23=Im13∙Z13Z13+Z23; 4.14
Im23=4,427∙e+j26,565°∙2020+14,142∙e-j45°;
Im23=0,566+j1,697=1,789∙e+j71,565° А.
Показания приборов
V=U02+U12+U32=302+56,5692+39,5982=42.426 В; 4.15
A=I02+I12+I32=1,52+3,7952+4,4272=6,021 А; 4.16
A1=I102+I112+I132=12+3.7142+0.642=3,764 А; 4.17
A2=I212+I232=6,0212+3,7642=2,349 А; 4.18
P0=I102∙R=1,52∙10=22,5 Вт; 4.19
P1=I112∙2∙R+I212∙R=3.7142∙20+2.5612∙10=199,2 Вт; 4.20
P3=I132∙2∙R+I232∙R=1,7892∙20+2,8002∙10=142,4 Вт; 4.21
W=P0+P1+P3=22,5+199,2+142,4=364,1 Вт