Слайд 1Электротехника
Электрические
цепи синусоидального тока
Слайд 2Электрические
цепи синусоидального тока
Электрические цепи синусоидального тока – цепи в
которых токи и напряжения являются синусоидальными функциями времени (гармоническими).
Преимущество: гармонические
цепи обеспечивают наиболее экономичный способ генерирования, преобразования и использования электрической энергии.
Слайд 3Способы представления синусоидальных токов, напряжений, ЭДС
Тригонометрическая форма
Ток
Напряжение
ЭДС
Слайд 4Способы представления синусоидальных токов, напряжений, ЭДС
i, u, e – мгновенные
значения тока, напряжения, ЭДС;
Im, Um, Em – амплитуды тока, напряжения,
ЭДС;
аргумент синусоидальной функции (значение в скобках) – фаза;
ψi, ψu, ψe – начальная фаза тока, напряжения, ЭДС, [рад] или [градус] ;
ω – круговая частота, ω = 2πf, [рад/с];
f – циклическая частота, [Гц = 1/с], f = 1 / T;
Т – период, [с].
Слайд 5Способы представления синусоидальных токов, напряжений, ЭДС
Временная диаграмма - представляет графическое
изображение синусоидальной величины в заданном масштабе в зависимости от времени.
Начальная
фаза положительная, если перемещение от начала синусоиды к началу системы координат совпадает с положительным направлением оси времени.
Слайд 6Способы представления синусоидальных токов, напряжений, ЭДС
φ = ψ u -
ψ i – разность начальных фаз (сдвиг по фазе)
Слайд 7Способы представления синусоидальных токов, напряжений, ЭДС
t = 0.
x 0 =
A m cos ψ,
y 0 = A m sin ψ.
Векторные
диаграммы
t = t 1.
x 1 = A m cos (ωt 1 + ψ),
y 1 = A m sin (ωt 1 + ψ).
Слайд 8Способы представления синусоидальных токов, напряжений, ЭДС
Векторная диаграмма –
совокупность вращающихся
векторов, изображающих синусоидальные величины (ток, напряжение, ЭДС) одной и той
же частоты.
Гармоническую функцию можно представить в виде вращающегося с угловой скоростью ω вектора длиной равной амплитудному A m значению функции и расположенного, в начальный момент времени, под углом к оси абсцисс равным начальной фазе ψ.
Слайд 9Аналитический метод с использованием комплексных чисел
Слайд 10Действующее значение гармонической функции
Действующее значение переменного тока численно равно такому
постоянному току, при котором за время равное одному периоду в
проводнике с сопротивлением R выделяется такое же количество тепловой энергии, как и при переменном токе.
Постоянный ток Переменный ток
Слайд 11Действующее значение гармонической функции
Действующее значение переменного периодического тока
Действующее значение гармонического
тока
Примем начальную фазу синусоидального тока ψi равной нулю.
Тогда i = I m sin ωt,
Слайд 12Символический метод расчета
I закон Кирхгофа
II закон Кирхгофа
Слайд 13Теоретические
основы электротехники
Двухполюсники
в цепи переменного тока
Слайд 14Резистивные элементы
Резистор – электротехническое
устройство, обладающее электрическим сопротивлением r и применяемое
для ограничения электрического тока или создания падения напряжения определенной величины.
Электрическое сопротивление - параметр элемента электрической цепи характеризует свойство элемента преобразовывать электрическую энергию в другие виды энергии
Слайд 15Резистивный элемент
где: Um = rIm , ψi = ψu .
В
комплексной форме:
или
Слайд 16Индуктивные элементы
Индуктивность L [Г] - параметр, характеризующий свойство участка или
элемента электрической цепи накапливать энергию магнитного поля.
Ψ = wФ,
[Вб = В·с],
L = Ψ / i , [Г].
Слайд 17Индуктивный элемент
Идеальный индуктивный элемент
Слайд 18В комплексной форме:
или
Индуктивный элемент
Величина xL = Lω называется индуктивным реактивным сопротивлением (Ом).
Слайд 19Индуктивный элемент
Реальная катушка индуктивности
Слайд 20Индуктивный элемент
Построим векторную диаграмму для данной электрической цепи
Слайд 21Индуктивный элемент
Треугольник сопротивлений
Слайд 22Индуктивный элемент
В комплексной форме
Слайд 23Ёмкостной элемент
Емкость С [Ф] - параметр, характеризующий способность участка электрической
цепи или конденсатора накапливать энергию электрического поля.
Слайд 24Ёмкостной элемент
Идеальный ёмкостной элемент
Слайд 25Ёмкостной элемент
Величина xС = 1/ωC = 1/2πfC называется
ёмкостным реактивным сопротивлением (Ом).
В комплексной форме:
или
Слайд 26Ёмкостной элемент
Конденсатор с потерями
Слайд 27Ёмкостной элемент
Построим векторную диаграмму для данной электрической цепи
Слайд 28Ёмкостной элемент
Треугольник проводимостей
Слайд 29Ёмкостной элемент
Взаимосвязь между током и напряжением конденсатора.
Слайд 31Мощность
цепи переменного тока
Мгновенное значение мощности любой электрической цепи: p(t)
= u(t) i(t).
Резистивный элемент.
Слайд 32Мощность
цепи переменного тока
Постоянная составляющая
2. Амплитуда переменной составляющей
3. Частота
изменения мощности ω p = 2ω i (u)
4. p (t)
> 0
5. Энергия преобразуемая в резисторе
Слайд 33Мощность
цепи переменного тока
учитывая, что
sin α ∙ sin β =
½ [cos (α – β) - cos (α + β)],
p
= UI cos φ - UI cos (2ωt + φ). (*)
Слайд 34Мощность
цепи переменного тока
Среднее значение мгновенной мощности за период синусоидального
тока
- активная мощность.
Слайд 35Мощность
цепи переменного тока
Из треугольника сопротивлений следует, что:
cos φ =
r/z, sin φ = x L / z.
Умножим
все стороны треугольника сопротивлений на величину I 2.
Получили треугольник мощностей, S =UI – полная мощность [BA].
Получили треугольник мощностей, S =UI – полная мощность [BA].
Слайд 36Мощность
цепи переменного тока
Из треугольника мощностей следует:
P = S cos
φ; Q = S sin φ;
cos φ = P
/ S; tg φ = Q / P.
В комплексной форме выражение мощности имеет вид
P + jQ = Š = UI cos φ + jUI sin φ = UI e jφ
= UI e j(ψu - ψi) =U e jψu I e –jψi ;
Комплекс полной мощности -
Слайд 37Векторная диаграмма - ?
Векторная диаграмма - совокупность радиус-векторов, изображающих синусоидально
изменяющиеся функции - ЭДС, напряжения, токи и т. д.
Слайд 38Топографическая диаграмма
Топографическая диаграмма представляют собой соединенные соответственно схеме электрической цепи
точки (комплексные числа) на комплексной плоскости, отображающие их потенциалы.
Слайд 39Пример:
U = 100 B; xL1 = 200 Ом;
r1 = 25 Ом;
xL2 = 50 Ом; r2 =
20 Ом; xC = 50 Ом;
Определить токи в ветвях схемы, построить топографическую диаграмму.
Z2 = r2 + jxL2 = 20 + j 50 Ом;
ZВХ = r1 + j XL1 + Z23 = 25 + j 200 + 125 – j 50 =
= 150 + j 150 = 211,5 ℮ j45º Ом.
Слайд 40Пример:
I1 = U /ZВХ = 120 / 211,5 ℮ j45º
= 0,57 ℮ - j45º = 0,4 – j 0,4
(А);
I3 = I1 - I2 = 1,4 + j 0,6 (А).
= 1,43 ℮ - j135º = – 1 – j (A);
Токи ?
Слайд 41Пример:
Комплексы потенциалов точек схемы.
Примем φe = 0.
φd =r2 I2 =
(– 1 – j)20 = -20 – j20 (B);
φc =
φd + j xL2 I2 = -20 – j20 + (– 1 – j) j 50 = 30 – j70 (B);
φc =- j xC I3 = - j 50 (1,4 + j 0,6) = 30 – j70 (B);
φb = φc + j xL1 I1 = 30 – j70 + j 200 (0,4 – j 0,4 ) = 110 + j 10 (B);
φa = φb + r1 I1 = 110 + j 10 + 25 (0,4 – j 0,4 ) = 120 (B).