Рис.4.1. Схема
Определить токи, мощности, построить векторную диаграмму токов и напряжений.
Дано:
Uл=220 В, R=14 Ом, XL=8 Ом, XC=4 Ом
Схема согласно варианта на рис.4.2.
Рис.4.2. Заданная схема
Решение
Обозначаем на схеме все токи и напряжения. Определяем фазные напряжения генератора (рис.4.2).
Определяем фазное напряжение.
Uф=Uл3=2203=127 В
UA=127 B, UB=127e-j120° B, UC=127ej120° B
Представим эти напряжения в алгебраической форме записи.
UA=127 B
UB=127cos120°-j127sin120°=-63,5- j109,985 B
UC=127cos120°+j127sin120°=-63,5+ j109,985 B
Определяем фазные сопротивления потребителя энергии
Za=R-jXC=14-j4=14,560e-j15,95° Ом
Zb=R=14 Ом
Zc=jXL=j8=8ej90° Ом
Определяем напряжение смещения нейтрали
Un=UA∙Ya+UB∙Yb+UC∙YcYa+Yb+Yc
Комплексные фазные проводимости
Ya=1Za=114,560e-j15,95°=0,069ej15,95°=0,066+j0,019 См
Yb=1Zb=114=0,071 См
Yc=1Zc=1j8=-j8j8∙-j8=-j0,125=0,125e-j90° См
Для облегчения расчетов посчитаем смещение нейтрали в математической программе Mathcad:
Определим фазные напряжения потребителя энергии
Ua=UA-Un=127-71,494 + j73,222=55,52-j73,857=92,398e-j53,06° B
Ub=UB-Un=-63,5- j109,985-71,494 + j73,222=-134,994-j183,207=227,57e-j126,38° B
Uc=UC-Un=-63,5+ j109,985-71,494 + j73,222=-134,994+j36,763=139,91ej164,77° B
Так как нагрузка несимметричная и отсутствует нейтральный провод, фазные напряжения – разные.
Определим линейные токи.
IA=UaZa=92,398e-j53,06° 14,560e-j15,95°=6,346e-j37,11°=5,061 - j3,829 A
IB=UbZb=227,57e-j126,38°14=16,255e-j126,38°=-9,641 - j13,087 A
IC=UcZc=139,91ej164,77°8ej90°=17,489ej74,77°=4,594 + j16,875 A
Проверяем наличие тока в нейтрале
IN=Ia+Ib+Ic=5,061 - j3,829+-9,641 - j13,087+4,594 + j16,875=0,014-j0,041≈0
Проверим результат по уравнению баланса мощностей
Мощность источника (IA*, IB*, IC*-комплексно-сопряженные токи):
Sист=SA+SB+SC=UA∙IA*+UB∙IB*+UC∙IC*
Sист=127∙6,346ej37,11°+127e-j120°∙16,255ej126,38°+127ej120°∙17,489e-j74,77°=805,942ej37,11°+2064,385ej6,38°+2221,103ej45,23°=642,722 + j486,263+2051,6+ j229,399+1564,24+ j1576,849=4258,562+j2292,511 BA
где
Pист=4275,073 Вт, Qист=2284,91 вар
мощность потребителей
Pпотр=Ra∙IA2+RB∙Ib2=14∙6,3462+14∙16,2552=4262,954 Вт
Qпотр=-XC∙IA2+XL∙IC2=-4∙6,3462+8∙17,4892=2285,834 вар
Sпотр=P + jQ=4262,954+j2285,834 ВА
Sист=Sпотр
С учетом погрешности округления цифр результаты расчета правильны.
Строим векторную диаграмму токов и напряжений