Для электрической цепи, свернутая расчетная схема которой изображена на рис.2.1, по заданным параметрам и ЭДС источника определить токи во всех ветвях цепи и напряжения на отдельных участках.
Изобразить развернутую схему, заменив полные сопротивления Z RLC-элементами.
Составить баланс активной и реактивной мощностей. Построить в масштабе на комплексной плоскости векторную диаграмму токов и потенциальную диаграмму напряжений. Определить показание вольтметра и активную мощность, показываемую ваттметром.
Рис.2.1. Свернутая расчетная схема
Вар Е С1 С2 С3 L1 L2 L3 R1 R2 R3
№ В мкФ мкФ мкФ мГн
мГн
мГн
Ом Ом Ом
5 50 100 159 - - - 115 10 4 100
Рис.2.2. Схема по варианту
Решение
1. Индуктивные сопротивления элементов (1мГн=10-3 Гн):
XL3=2πfL1=2π∙50∙115∙10-3=36,128 Ом
2. Емкостные сопротивления элементов (1мкФ=10-6 Ф):
XC1=12πfC1=12π∙50∙100∙10-6=31,831 Ом
XC2=12πfC2=12π∙50∙159∙10-6=20,019 Ом
3. Комплексные сопротивления ветвей:
Z1=R1-jXC1=10-j31,831=33,365e-j72,56° Ом
Z2=R2-jXC2=4-j20,019=20,415e-j78,70° Ом
Z3=R3+jXL3=100+j36,128=106,326ej19,86° Ом
4. Эквивалентное сопротивление параллельных ветвей ab, Ом:
Zab=Z2∙Z3Z2+Z3=20,415e-j78,70°∙106,326ej19,86°4-j20,019+100+j36,128=2170,645e-j58,84°104+j16,109=2170,645e-j58,84°105,24ej8,80°=20,626e-j67,64°=7,847-j19,075 Ом
5. Общее комплексное сопротивление цепи
Z=Z1+Zab=10-j31,831+7,847-j19,075=17,847-j50,906=53,944e-j70,68° Ом
6. Ток на неразветвленном участке цепи:
I1=EZ=5053,944e-j70,68°=0,927ej70,68°=0,307+j0,875 A
7
. Напряжение Uab (В) на участке ab (рис.2.2):
Рис.2.3. Расчётная схема
Uab=I1∙Z23=0,927ej70,68°∙20,626e-j67,64°=19,12ej3,04°=19,093+j1,014 B
8. Ток I2 во второй ветви:
I2=UabZ2=19,12ej3,04°20,415e-j78,70°=0,937ej81,74°=0,135+j0,927 A
9. Ток I3 в третьей ветви:
I3=UabZ3=19,12ej3,04°106,326ej19,86°=0,180e-j16,82°=0,172-j0,052 A
10. Расчет падений напряжений на элементах цепи:
Напряжение на емкости C1
UC1=I1∙-jXC1=0,927ej70,68°∙31,831e-j90°=29,507e-j19,32°=27,845-j9,762 B
Напряжение на сопротивлении R1
UR1=I1∙R1=0,927ej70,68°∙10=9,27ej70,68°=3,067+j8,748 B
Напряжение на емкости С2
UC2=I2∙-jXC2=0,937ej81,74°∙20,019e-j90°=18,758e-j8,26°=18,563-j2,695 B
Напряжение на сопротивлении R2
UR2=I2∙R2=0,937ej81,74°∙4=3,748ej81,74°=0,538+j3,709 B
Напряжение на сопротивлении R3
UR3=I3∙R3=0,180e-j16,82°∙100=18e-j16,82°=17,23-j5,209 В
Напряжение на индуктивности L3
UL3=I3∙jXL3=0,180e-j16,82°∙36,128ej90°=6,503ej73,18°=1,882+j6,225 B
11