Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Электрические цепи синусоидального токаЧ11.doc
Скачиваний:
20
Добавлен:
10.11.2019
Размер:
1.27 Mб
Скачать
    1. Закон Ома в комплексной форме

Поскольку синусоидальные токи и напряжения изображаются векторами, то, совместив начало каждого вектора с началом координат 0 комплексной плоскости, можно утверждать, что конец вектора (точка) является комплексным числом, а длина вектора (модуль комплексного числа) с учетом масштаба представляет собой величину соответствующего тока или напряжения.

Принято обозначать комплексы токов, напряжений и мощностей соответствующими буквами с точками наверху ( ), а комплексы сопротивлений и проводимостей, которые не являются гармоническими функциями времени, – подчеркиванием внизу (Z, Y).

Рассмотрим переход от параметрического метода расчета к символическому на примере закона Ома для цепи с последовательным соединением активного r, индуктивного xL и емкостного xC сопротивлений. Закон Ома в параметрическом методе (43) записывается в виде:

,

где – полное сопротивление цепи (гипотенуза треугольника сопротивлений), r и соответственно x = xLxC – активное и реактивное сопротивления цепи как катеты треугольника сопротивлений (рис.23б).

Угол в треугольнике сопротивлений – угол сдвига по фазе между током I и напряжением U на входе цепи (рис. 23б).

Предположим, что цепь имеет индуктивный характер (xL > xC) и перенесем векторную диаграмму напряжения и тока в комплексную плоскость, совместив начала векторов напряжения и тока с началом 0 координат +1, +j. Очевидно концы векторов и (точки) представляют собой комплексы действующих значений напряжения и тока (рис. 33).

Рис. 33

Умножив вектор тока на вещественное число (скаляр) z, получим вектор , равный по длине вектору , но сонаправленный с вектором тока . Чтобы получить истинное положение вектора на диаграмме (рис. 33), необходимо умножить вектор на оператор поворота ej на угол в положительном направлении (против часовой стрелки). Таким образом можно записать:

(68)

,

г

(69)

де Z = z ej = zcos + jzsin = r + j(xL - xC) = r + jxL jxC = r + jx

– комплексное сопротивление цепи,

r = zcos = ReZ – активное сопротивление;

x = zsin = ImZ – реактивное сопротивления цепи.

Из равенства (68) следует: закон Ома для последовательной цепи.

Введем понятие об эквивалентной комплексной проводимости, устранив мнимую единицу j в знаменателе

(70)

где – активная проводимость;

– реактивная проводимость;

– полная (кажущаяся) проводимость эквивалентной параллель-

ной цепи.

Очевидно закон Ома для разветвленной (параллельной) цепи имеет вид:

(71)

.

Сделаем обратный эквивалентный переход от параллельной цепи к последовательной

(72)

где – активное сопротивление;

– реактивное сопротивление;

– полное (кажущееся) сопротивление эквивалентной последо-

вательной цепи.

Следует обратить внимание, что при эквивалентных переходах от последовательной цепи к параллельной и наоборот знак реактивной составляющей изменяется на противоположный.

    1. Законы Кирхгофа в комплексной форме

При использовании комплексных чисел возникает полная аналогия записей уравнений по законам Ома и Кирхгофа, а также методов расчета цепей синусоидального тока с цепями постоянного тока, рассмотренных в [2].

В цепях постоянного тока в уравнения входят действительные значения E, U, I, r, а в цепях синусоидального – комплексные значения .

Ранее были получены выражения для закона Ома в комплексной форме

– для последовательной цепи;

– для параллельной цепи.

В цепях постоянного тока:

– для последовательной цепи;

– для параллельной цепи.

По аналогии с цепями постоянного тока [2] запишем в комплексной форме законы Кирхгофа:

I закон: алгебраическая сумма комплексов действующих значений

токов в узле равна нулю.

II закон: алгебраическая сумма комплексов действующих

значений э.д.с. в замкнутом контуре равна алгебраи-

ческой сумме комплексов падений напряжения в вет-

вях, образующих этот контур.

Приведем в качестве примера, как правильно читается первый закон Кирхгофа для простейшего электрического узла (рис. 11) при использовании аналитического метода, метода векторных диаграмм (графического) и символического метода:

  • аналитический метод:

алгебраическая сумма мгновенных значений токов в узле

равна нулю;

  • метод векторных диаграмм:

геометрическая сумма векторов действующих значений

токов в узле равна нулю;

  • символический метод:

алгебраическая сумма комплексов действующих значений

токов в узле равна нулю.