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
Дано: E=200 B, C2=150 мкФ, L3=115 мГн, R1=10 Ом, R2=4 Ом, R3=100 Ом.
Решение
1.Составим расчётную схему с RLC-элементами согласно исходных данных.
Рис.2.2. Расчетная схема
2.Определяем сопротивления реактивных элементов:
XC2=1ωC2=1314∙150∙10-6=21,231 Ом
XL3=ωL3=314∙115∙10-3=36,11 Ом
где ω=2πf=2∙3,14∙50=314 c-1 при частоте сети f=50 Гц
C2=150 мкФ=150∙10-6 Ф
L3=115 мГн=115∙10-3 Гн
Рассчитываем комплексные сопротивления ветвей:
Z1=R1=10 Ом
Z2=R2-jXC2=4-j21,231=21,605e-j79,33° Ом
Z3=R3+jXL3=100+j36,11=106,320ej19,85° Ом
Сопротивление разветвленного участка между узлами a и b:
Zab=Z2∙Z3Z2+Z3=21,605e-j79,33°∙106,320ej19,85°4-j21,231+100+j36,11=2297,044e-j59,48°104+j14,879=2297,044e-j59,48°105,059ej8,14°=21,864e-j67,62°=8,325-j20,217 Ом
Полное сопротивление всей цепи
Z=Z1+Zab=10+8,325-j20,217=18,325-j20,217=27,286e-j47,81° Ом
Ток источника составит
I1=EZ=20027,286e-j47,81°=7,33ej47,81°=4,923+j5,431 A
3.Напряжение неразветвленного участка цепи между узлами а и b
Uab=I1∙Zab=7,33ej47,81°∙21,864e-j67,62°=160,263e-j19,81°=150,779-j54,313 B
Токи во второй и третьей ветвях составят:
I2=UabZ2=160,263e-j19,81°21,605e-j79,33°=7,418ej59,52°=3,763+j6,393 А
I3=UabZ3=160,263e-j19,81°106,320ej19,85°=1,507e-j39,66°=1,16-j0,962 А
4.Составляем баланс мощностей
Комплексная мощность источника, где I1*=7,33e-j47,81° - комплексно-сопряженное значение тока источника
S=I1*∙E=7,33e-j47,81°∙200=1466e-j47,81°=984,552-j1086,192 BA
откуда активная мощность источника
Pист=984,552 Вт
реактивная мощность источника
Qист=-1086,192 вар
Суммарная активная мощность приемников
Pпр=I12∙R1+I22∙R2+I32∙R3=7,332∙10+7,4182∙4+1,5072∙100=984,501 Вт
Суммарная реактивная мощность приемников
Qпр=I32∙XL3-I22∙XC2=1,5072∙36,11-7,4182∙21,231=-1086,265 вар
Получили, что
Pист≈Pпр, т.е