Для электрической цепи, схема которой изображена на рисунке 1.1, и по заданным параметрам определить токи в ветвях и на входе цепи, напряжения на отдельных участках цепи: составить баланс активных и реактивных мощностей; построить в масштабе векторную диаграмму токов и векторную диаграмму напряжений на участках цепи. Определить показания приборов.
Дано: U=300 В; f=60 Гц; C1=440 мкФ; L2=10 мГн; R1=19 Ом; R2=5 Ом.
Рисунок 1.1 – Схема цепи
Решение
Расчет цепи выполним комплексным (символическим) методом.
Определяем сопротивления реактивных элементов:
XC1=1ωC1=12πfC1=12∙π∙60∙440∙10-6=6,029 Ом
XL2=ωL2=2πfL2=2∙π∙60∙10∙10-3=3,77 Ом
Определяем комплексные полные сопротивления каждой ветви:
Z1=R1-jXC1=19-j6,029=19,933e-j17,604° Ом
Z2=R2+jXL2=5+j3,77=6,262ej37,016° Ом
Рассчитываем комплексное полное сопротивление цепи:
Z=Z1∙Z2Z1+Z2=19,933e-j17,604° ∙6,262ej37,016°19-j6,029+5+j3,77=124,823ej19,412°24-j2,259=124,823ej19,412°24,106e-j5,376°=5,178ej24,788°=4,701+j2,171 Ом
Принимая начальную фазу входного напряжения равной нулю, определяем комплексный ток в неразветвленной части цепи:
I=UZ=3005,178ej24,788°=57,937e-j24,788°=52,599-j24,291 А
Рассчитываем комплексные токи I1 и I2:
I1=UZ1=30019,933e-j17,604°=15,05ej17,604°=14,345+j4,552 А
I2=UZ2=3006,262ej37,016°=47,908e-j37,016°=38,253-j28,842 А
Рассчитываем комплексные напряжения на элементах цепи:
UC1=I1∙-jXC1=15,05ej17,604°∙6,029e-j90°=90,731e-j72,396°=27,44-j86,482 В
UR1=I1∙R1=15,05ej17,604°∙19=285,951ej17,604°=272,56+j86,482 В
UR2=I2∙R2=47,908e-j37,016°∙19=239,541e-j37,016°=191,267-j144,212 В
UL2=I2∙jXL2=47,908e-j37,016°∙3,77ej90°=180,61ej52,984°=108,733+j144,212 В
Определяем комплексную полную мощность источника энергии:
Sист=U∙I*=300∙57,937ej24,788°=17380,989ej24,788°=15779,587+j7287,208 ВА
Рассчитываем активную и реактивную мощности источника энергии:
Pист=ReSист=Re15779,587+j7287,208=15779,587 Вт
Qист=ImSист=Im15779,587+j7287,208=7287,208 вар
Вычисляем комплексные полные мощности участков цепи:
S1=U∙I*1=300∙15,05e-j17,604°=4515,015e-j17,604°=4303,576-j1365,501 ВА
S2=U2∙I*2=300∙47,908ej37,016°=14372,481ej37,016°=11476,011+j8652,709 ВА
Определяем комплексную полную мощность приемников энергии:
Sпр=S1+S2=4303,576-j1365,501+11476,011+j8652,709=15779,587+j7287,208=17380,989ej24,788° ВА
Вычисляем активную и реактивную мощности приемников энергии:
Pпр=ReSпр=Re15779,587+j7287,208=15779,587 Вт
Qпр=ImSпр=Im15779,587+j7287,208=7287,208 вар
Составляем баланс активных и реактивных мощностей:
Pист=Pпр
15779,587 Вт=15779,587 Вт
Qист=Qпр
7287,208 вар=7287,208 вар
Строим векторную диаграмму токов и напряжений на участках цепи (рис