Дана электрическая схема, включенная в цепь однофазного переменного синусоидального тока, и состоящая из параллельного соединения активных, емкостных и индуктивных потребителей. Величины этих элементов приведены в таблице 3. Необходимо найти величину тока каждой ветви, ток, потребляемый цепью, угол сдвига фаз между напряжением и током, активную P, реактивную Q, полную мощность S каждой ветви. Необходимо построить векторную диаграмму токов. После построения диаграммы измерить вектор суммарного тока и убедиться в том, что с учетом масштаба его величина равна току, потребляемому току.
Таблица 3
R1, Ом L1, Гн С1, мкФ R2, Ом L2, Гн С2, мкФ f, Гц U, B
20
12,6 0,06
50 315
Рис.3.1. Схема
Решение
Дано:R1=20Ом, R2=12,6 Ом, L2=0,06 Гн, f=50 Гц, U=315 B.
1.Находим величину индуктивного сопротивления
XL2=2πfL2=2∙3,14∙50∙0,06=18,84 Ом
2.Находим полное сопротивление второй ветви:
Z2=R22+XC22=12,62+18,842=22,67 Ом
3.Токи ветвей
I1=UR1=31520=15,75 A
I2=UZ2=31522,67=13,90 A
4.Мощности ветвей
активная, реактивная и полная мощность первой ветви
активная мощность P1=I12∙R1=15,752∙20=4961,25 Вт
реактивная мощность Q1=0, т.к. в ветви нет реактивных элементов
полная мощность S1=U∙I1=315∙15,75=4961,25 BA
активная, реактивная и полная мощность второй ветви
активная мощность P2=I22∙R2=13,92∙12,6=2434,45 Вт
реактивная мощность Q=I22∙XL2=13,92∙18,84=3640,08 вар
полная мощность S2=U∙I2=315∙13,9=4378,5 BA
5.Углы сдвига фаз между напряжением и током в ветвях
в первой ветви
sinφ1=XZ1=020=0
откуда φ1=arcsin0=0°
Здесь реактивное сопротивление ветви X=XL1-XC1=0, так как в этой ветви нет ни одного реактивного элемента
. И, соответственно, Z1=R1
во второй ветви
sinφ2=XL2-XC2Z2=18,84-022,67=0,831
откуда φ2=arcsin0,831=56,2°
Определяем активную и реактивную составляющие тока первой ветви
Ia1=I1∙cosφ1=15,75 ∙cos0°=15,75 A
Ip1=I1∙cosφ1=15,75 ∙sin0°=0 A
Определяем активную и реактивную составляющие тока второй ветви
Ia2=I2∙cosφ2=13,9 ∙cos56,2°=7,73 A
Ip2=I2∙cosφ2=13,9 ∙sin56,2°=11,55 A
Определяем ток в неразветвленной части цепи
активный Ia=Ia1+Ia2=15,75+7,73=23,48 А
реактивный Ip=Ip1+Ip2=0+11,55=11,55 А
полный I=Ia2+Ip2=23,482+11,552=26,17 A
Определяем угол сдвига фаз φ между напряжением и током всей цепи
cosφ=IaI=23,48 26,17=0,897 φ=26,23°
sinφ=IpI=11,5526,17=0,441 φ=26,17°
Определяем мощности всей цепи
активная P=P1+P2=4961,25+2434,45=7395,7 Вт
реактивная Q=Q1+Q2=0+3640,08=3640,08 вар
полная S=P2+Q2=7395,72+3640,082=8242,97 BA
Проверяем угол сдвига фаз
cosφ=PS=7395,7 8242,97=0,897 φ=26,23°
sinφ=QS=3640,088242,97=0,441 φ=26,17°
Выбираем масштаб для построения