- •Материалы для студента
- •§2.11. Вопросы для самопроверки 31
- •§2.12. Примеры тестов по материалу Модуля 2 45 §2.1. График выполнения задания Модуля 2
- •§2.2. Теоретические вопросы модуля 2
- •§2.3. Задание модуля 2
- •§2.4. Схемы к Модулю 2
- •§2.5. Методические указания к выполнению модуля 2
- •§2.6. Методические указания к выполнению экспериментального исследования Модуля 2
- •2.6.1. Подготовка к экспериментальному лабораторному исследованию
- •2.6.2. Выполнение экспериментального исследования
- •§2.7. Лабораторное исследование к заданию модуля 2
- •2.7.1. Подготовка к экспериментальному исследованию
- •2.7.2. Содержание лабораторного исследования:
- •2.7.3. Описание установки:
- •2.7.4. Выполнение лабораторного исследования:
- •§2.8. Методические указания к моделированию и анализу электрических схем в пакете Multisim
- •2.8.1. Измерение комплексного значения тока
- •2.8.2. Измерение комплексного сопротивления цепи
- •2.8.3. Нахождение резонансной емкости
- •2.8.4. Методика снятия зависимости тока в ветви от величины емкости
- •§2.9. Примеры и задачи
- •2.9.1. Синусоидальные величины и их символическое изображение
- •2.10.2. Расчет линейных цепей с гармоническими источниками электрической энергии
- •2.10.2.1. Закон Ома в комплексной форме
- •2.10.2.2. Комплексное сопротивление двухполюсника
- •2.10.2.3. Комплексная проводимость двухполюсника
- •2.10.2.4. Комплексная мощность двухполюсника
- •2.10.2.5. Треугольник сопротивлений, треугольник проводимостей и треугольник мощностей
- •2.10.2.6. Расчет цепей синусоидального тока при последовательном соединении элементов цепи
- •2.10.2.7. Расчет цепей синусоидального тока при параллельном и смешанном соединении элементов
- •2.10.3. Резонанс в цепях переменного тока
- •2.10.3.1. Резонанс напряжений
- •2.10.3.2. Резонанс токов
- •§2.11. Вопросы для самопроверки
- •§2.12. Примеры тестов по материалу Модуля 2
§2.9. Примеры и задачи
2.9.1. Синусоидальные величины и их символическое изображение
Мгновенные значения синусоидальной величины определяются выражением:
,
где – амплитуда;
– действующее значение;
– угловая частота, [с-1];
– линейная частота, [Гц];
– период колебаний [c];
– начальная фаза, [рад].
Расчет цепей переменного тока облегчается, если изображать гармонические токи, напряжения и ЭДС векторами на комплексной плоскости.
Совокупность векторов, изображающих синусоидальные функции в заданный момент времени, называется векторной диаграммой.
Комплексное число может быть представлено в алгебраической и показательной форме:
.
Переход из показательной формы в алгебраическую форму осуществляется по формуле Эйлера:
.
При обратном переходе: , если вещественная часть алгебраической формы положительная, тоа если вещественная часть отрицательная, то
.
Комплексная синусоидальная функция представляется в виде вращающегося вектора на комплексной плоскости:
;
,
,
(при t = 0).
Мгновенное значение синусоидальной функции есть проекция вращающегося вектора на мнимую ось:
.
Обозначения:
i, u, e – мгновенные значения тока, напряжения, ЭДС.
Im,Um,Em– комплексные амплитудные значения тока, напряжения, ЭДС.
I,U,E– комплексные действующие значения тока, напряжения, ЭДС.
Примеры
1.1. Дано синусоидальное напряжение .
Записать выражения для комплексного амплитудного и действующего значения.
Решение:
;
.
1.2. Комплексное действующее значение тока .
Записать выражение для мгновенных значений тока.
Решение:
;
.
2.10.2. Расчет линейных цепей с гармоническими источниками электрической энергии
2.10.2.1. Закон Ома в комплексной форме
Таблица 2.1.
Элемент |
Связь между мгновенными значениями напряжения и тока |
Связь между комплексными действующими значениями напряжения и тока |
Векторная диаграмма |
Применение |
|
|
|
|
Напряжение совпадает по фазе с током. |
|
|
|
|
Напряжение опережает ток на . |
|
|
|
|
Напряжение отстает от тока на . |
2.10.2.2. Комплексное сопротивление двухполюсника
– активное сопротивление резистораR, [Ом];
– реактивное сопротивление катушки, [Ом];
– индуктивность катушки, [Гн];
– угловая частота, [с -1];
– реактивное сопротивление конденсатора, [Ом];
– емкость конденсатора, [Ф];
– комплексное сопротивление резистора;
– комплексное сопротивление катушки;
– комплексное сопротивление конденсатора.
Для цепи (рис. 1) комплексное сопротивление:
где – модуль комплексного сопротивления или полное сопротивление;
– угол сдвига фаз между напряжением и током.
2.10.2.3. Комплексная проводимость двухполюсника
Величина обратная комплексному сопротивлению называется комплексной проводимостью:
,
где g– активная проводимость;
b– реактивная проводимость;
– полная проводимость;
.
Для схемы (рис. 2):
,
где – активная проводимость;
– индуктивная (реактивная) проводимость;
– емкостная (реактивная) проводимость.
Переход от последовательной схемы замещения (рис. 1) к параллельной схеме (рис. 2) осуществляется по формулам:
обратный переход:
2.10.2.4. Комплексная мощность двухполюсника
где – сопряженный комплекс тока;
– полная мощность, [ВА];
– активная мощность, [Вт];
– реактивная мощность, [ВАР];
2.10.2.5. Треугольник сопротивлений, треугольник проводимостей и треугольник мощностей
Модуль комплексного сопротивления:
.
Следовательно, zможно представить, как гипотенузу прямоугольного треугольника (рис. 3а) - треугольника сопротивлений, один катет которого равенrа другойх. При этом
.
Аналогичным образом модуль комплексной проводимости
Следовательно, у– гипотенуза прямоугольного треугольника (рис. 3б), катетами которого являются активнаяgи реактивнаяbпроводимости,
Модуль полной мощности
является гипотенузой треугольника мощностей (рис. 3в), а активнаяРи реактивнаяQмощности его катетами,