Слайд 1Разветвленные цепи переменного тока
Слайд 2Пусть мы имеем векторную диаграмму, изображенную на рис. Проектируя вектор
тока I на направление вектора напряжения U, разложим вектор тока
на две составляющие.
Слайд 3Одна из составляющих совпадает по направлению с вектором напряжений и
называется активной составляющей тока. Она обозначается буквой Iа и равна
Iа = I cos φ.
Слайд 4Другая составляющая, перпендикулярная вектору напряжения, называется реактивной составляющей тока. Она
обозначается буквой Iр и равна
Iр = I sin φ.
Слайд 5Таким образом, переменный ток I можно рассматривать как геометрическую сумму
двух составляющих: активной Iа и реактивной Iр. Применение этого приема
позволяет сравнительно просто производить расчеты разветвленных цепей переменного тока.
Слайд 7Токи в ветвях:
I1 = U/z1 = U/√(r12 + (ωL1)2);
I2
= U/z2 = U/√(r22 + (ωL2)2).
Слайд 8Углы сдвига фаз между напряжением и токами в ветвях:
cos
φ1 = r1/z1 и cos φ2 = r2/z2.
Слайд 9На рис. справа построена векторная диаграмма для параллельного соединения ветвей
r1, L1 и r2, L2. Построение диаграммы начинается с вектора
напряжения, так как напряжение является общим для двух ветвей. Ввиду наличия r и L в каждой из ветвей токи I1 и I2 отстают по фазе от напряжения U на углы φ1 и φ2.
Слайд 10Построив векторы токов I1 и I2 и сложив их по
правилу параллелограмма, получим вектор тока I, протекающего на общем участке
цепи. Из построения диаграммы видно, что
Iа = Ia1 + Iа2,
Ip = Ip1 + Ip2.
Слайд 11Общий ток равен
I = √(Ia2 + Ip2).
Порядок расчета разветвленной
цепи покажем на числовом примере.
Слайд 12Пример . Для цепи, показанной на рис. , дано:
r1
= 4 ом; L1 = 0,01 гн; r2 = 3
ом; L2 = 0,02 гн.
Напряжение сети 127 в, частота 50 гц.
Определить токи в ветвях и на общем участке цепи.
Слайд 13Решение.
z1 = √(r12 + (ωL1)2) = √(42 + (2
⋅ 3,14 ⋅ 50 ⋅ 0,01)2) = 5,075 ом;
cos φ1
= r1/z1 = 4/5,075 = 0,788; sin φ1 = x1/z1 = 2⋅3,14⋅50⋅0,01/5,075 = 0,62;
z2 = √(r22 + (ωL2)2) = √(32 + (2 ⋅ 3,14 ⋅ 50 ⋅ 0,02)2) = 6,95 ом;
cos φ2 = r2/z2 = 3/6,95 = 0,432; sin φ2 = x2/z2 = 2⋅3,14⋅50⋅0,02/6,95 = 0,9;
I1 = U/z1 = 127/5,075 = 25 а; I2 = U/z2 = 127/6,95 = 18,3 а.
Слайд 14Для определения общего тока предварительно находим активные и реактивные составляющие
токов:
Iа1 = I1 ⋅ cos φ1 = 25 ⋅
0,788 = 19,7 а;
Iа2 = I2 ⋅ cos φ2 =18,3 ⋅ 0,432 = 7,95 а;
Ip1 = I1 ⋅ sin φ1 = 25 ⋅ 0,62 = 15,5 а;
Ip2 = I2 ⋅ sin φ2 = 18,3 ⋅ 0,9 = 16,5 а;
Iа = Iа1 + Iа2 = 19,7 + 7,95 = 27,65 а;
Iр = Iр1 + Iр2 = 15,5 + 16,5 = 32 а;
I = √(Ia2 + Ip2) = √(27,652 + 322) = 42,2 а.
Слайд 15Рассмотрим параллельное соединение ветвей, содержащих I и С
Слайд 16полные сопротивления ветвей будут:
Слайд 18углы сдвига фаз между напряжением и токами в ветвях:
cos
φ1 = r1/z1; sin φ1 = x1/z1;
cos φ2 = r2/z2;
sin φ2 = x2/z2;
Слайд 19Векторная диаграмма, показанная на том же чертеже б, начинается с
построения вектора напряжения U. Затем под углами φ1 и φ2
строятся векторы токов I1 и I2.
Слайд 20Следует заметить, что ток I1 в ветви с индуктивностью отстает
по фазе от напряжения на угол φ1, а ток I2
в цепи с емкостью опережает по фазе напряжение на угол φ2. Складывая векторы токов I1 и I2 по правилу параллелограмма, получаем вектор тока I.
Слайд 21Из построения векторной диаграммы видно, что активная составляющая общего тока
равна сумме активных составляющих токов в обеих ветвях:
Ia =
Ia1 + Ia2.
Слайд 22Реактивная составляющая общего тока равна разности реактивных составляющих - индуктивной
Iр1 и емкостной Iр2:
Ip = Ip1 - Ip2.
Общий ток
I = √(Ia2 + Ip2).
Слайд 23Пример . Для цепи, представленной на рис, дано: r1 =
5 ом, L1 = 0,05 гн, r2 = 5 ом,
С2 = 100 мкф. Напряжение сети 220 в, частота 50 гц. Найти токи в ветвях и на общем участке цепи.
Слайд 24Решение.
х1 = 2πfL1 = 2π ⋅ 50 ⋅ 0,05
= 15,7 ом;
Z1 = √(r12 + x12) = √(52 +
15,72) = 16,5 ом;
cos φ1 = r1/Z1 = 5/16,5 = 0,303;
sin φ1 = x1/Z1 = 15,7/16,5 = 0,95;
I1 = U/Z1 = 220/16,5 = 13,33 a;
x2 = 12πfC2 = 106/20π⋅50⋅100 = 31,8 ом;
Z2 = √(r22 + x22) = √(52 + 31,82) = 32,2 ом;
cos φ2 = r2/Z2 = 5/32,2 = 0,155;
sin φ2 = x2/Z2 = 31,8/32,2 = 0,99;
Слайд 25I2 = U/Z2 = 220/32,2 = 6,84 a;
Iа1 = I1
⋅ cos φ1 = 13,33 ⋅ 0,303 = 4,05 а;
Iа2
= I2 ⋅ cos φ2 = 6,84 ⋅ 0,155 = 1,06 а;
Ia = Ia1 + Ia2 = 4,05 + 1,06 = 5,11 а;
Iр1 = I1 ⋅ sin φ1 = 13,33 ⋅ 0,95 = 12,6 а;
Iр2 = I2 ⋅ sin φ2 = 6,84 ⋅ 0,99 = 6,75 а;
Iр = Ip1 - Ip2 = 12,6 - 6,75 = 5,85 а;
I = √(Ia2 + Ip2) = √(5,112 + 5,852) = 7,8 а.