Дана линейная электрическая цепь, питаемая от несинусоидального источника напряжения. Определить показания приборов, включенных в цепь, изображенную на рис.4.1.1-4.1.6. Параметры цепи по первой гармоники заданы в таблице 4.1. Записать закон изменения тока в ветви источника i(t) и напряжения источника u(t). Построить временную диаграмму напряжения источника u(t).
Указать влияние индуктивности L и емкости C на действующее значение тока ветви при несинусоидальном напряжении источника.
Таблица 4.1 – Исходные данные.
Номер Сопротивление Постоянная составляющая
U0, В Первая гармоника u1(t), В Третья гармоника u3(t), В
Вариант Схема R XL XC
Ом Ом Ом
1 2 3 4 5 6 7 8
30 4.1.6 7 4 24 14 40∙2∙sinωt
8∙2∙sin3∙ωt
Рисунок 4.1 – Расчетная схема.
Решение
Расчет токов по постоянной составляющей
I(0)=I20=U(0)r=147=2 А. 4.1
I10=0 А. 4.2
Полные сопротивления ветвей:
Z1(1)=r+jXL(1)-jXC1=7+j4-j24; 4.3
Z1(1)=7-j20=21,19∙e-j70,71° Ом;
Z2(1)=r=7 Ом. 4.4
Полное сопротивление всей цепи:
Z1=Z11∙Z21Z11+Z21=221,19∙e-j70,71°∙77-j20+7; 4.5
Z1=5,849-j1,644=6,076∙e-j15,702° Ом.
Комплексная амплитуда тока I:
Im1(1)=Em(1)Z(1)=56,5696,076∙e-j15,702°; 4.6
Im1(1)=8,963+j2,52=9,311∙e+j15,702° А.
Ток I1:
Im11=Im11∙Z21Z11+Z21; 4.7
Im11=9,311∙e+j15,702°∙721,19∙e-j70,71°+7;
Im11=0,882+j2,52=2,67∙e+j70,71° А.
Ток I2:
Im21=Im11∙Z11Z11+Z21; 4.8
Im21=9,311∙e+j15,702°∙21,19∙e-j70,71°21,19∙e-j70,71°+7;
Im21=8,081+j0=8,081∙e+j0° А.
Расчет токов в ветвях от третьей гармоники ЭДС
Полные сопротивления ветвей:
Z1(3)=r+3∙jXL1-13∙jXC1=7+j3∙4-j∙13∙24; 4.9
Z1(3)=7+j4=8,062∙e+j29,745° Ом;
Z2(3)=r=7 Ом
. 4.10
Полное сопротивление всей цепи:
Z3=Z13∙Z23Z13+Z23=8,062∙e+j29,745°∙77+j4+7; 4.11
Z3=3,764+j0,925=3,876∙e+j13,799° Ом.
Комплексная амплитуда тока I:
Im1(3)=Em(3)Z(3)=11,3143,876∙e+j13,799°; 4.12
Im1(3)=2,835-j0,696=2,919∙e-j13,799° А.
Ток I1:
Im13=Im13∙Z23Z13+Z23; 4.13
Im13=2,919∙e-j13,799°∙78,062∙e+j29,745°+7
Im13=1,218-j0,696=1,403∙e-j29,745° А.
Ток I2:
Im23=Im13∙Z13Z13+Z23; 4.14
Im23=2,919∙e-j13,799°∙8,062∙e+j29,745°8,062∙e+j29,745°+7;
Im23=1,616+j0=1,616∙e+j0° А.
Показания приборов
V=U02+U12+U32=56,5692+11,3142+142=59,363 В; 4.15
A=I02+I12+I32=9,3112+2,9192+22=9,96 А; 4.16
A1=I102+I112+I132=2,672+1,4032+02=3,016 А; 4.17
A2=I212+I232=8,0812+1,6162+22=6,161 А; 4.18
P0=I202∙R=22∙7=28 Вт; 4.19
P1=I112∙R+I212∙R=2,672∙7+1,4032∙7=63,673 Вт; 4.20
P3=I132∙R+I232∙R=8,0812∙7+1,6162∙7=475,429 Вт; 4.21
W=P0+P1+P3=28+63,673+475,429=567,102 Вт