Граф схемы рис.1с выбранной ориентацией ветвей по токам представлен на рис.6.
Для расчета тока в ветви 5 предварительно подготовим следующие исходные данные:
- узловую матрицу А при φ4 = 0 (см. далее расчет в EXCEL);
- диагональную матрицу проводимостей ветвей
;
- матрицы токов и ЭДС источников
,
.
Алгоритм расчета:
1.Определение матрицы узловых проводимостей Yу = AYAТ.
2.Определение матрицы узловых токов Jу = A(J – YE).
3.Определение матрицы узловых потенциалов .
4.Определение тока в ветви 5 по формуле I34 = (φ3 + E34)/R34.
Результат вычисления: I34 = (-34 + 50)*0.0125 = 0.2 А, что равно ранее рассчитанному результату.
Метод узловых потенциалов в матричной форме | ||||||||||||
Матрица проводимостей | J | J-YE | ||||||||||
0,025 | -0,83333 | |||||||||||
0,025 | -0,75 | |||||||||||
Y= | 0,025 | 0,9 | 0,15 | |||||||||
0,0125 | -0,625 | |||||||||||
0,0125 | -0,625 | |||||||||||
0,0125 | -0,375 | |||||||||||
Узловая матрица | E | |||||||||||
-1 | 33,333 | 0,2 | I34 | |||||||||
A= | -1 | |||||||||||
-1 | ||||||||||||
Транспонированная А | ||||||||||||
-1 | ||||||||||||
-1 | ||||||||||||
Aт= | -1 | |||||||||||
Произведение АY | Jу | |||||||||||
0,025 | -0,025 | 0,0125 | -1,35833 | |||||||||
-0,025 | 0,025 | 0,0125 | -0,54168 | |||||||||
-0,025 | 0,025 | 0,0125 | 0,275 | |||||||||
AYAт | Обратная матрица Yу | φ | ||||||||||
0,0625 | -0,025 | -0,025 | 34,28571 | 22,85714 | 22,85714 | -52,6666 | φ1 | |||||
Yу= | -0,025 | 0,0625 | -0,025 | 22,85714 | 34,28571 | 22,85714 | -43,3334 | φ2 | ||||
-0,025 | -0,025 | 0,0625 | 22,85714 | 22,85714 | 34,28571 | -34 | φ3 |
Потенциальная диаграмма
Построим потенциальную диаграмму для контура abcdefa (рис. 7):
Определяем потенциалы точек контура относительно потенциала точки a, потенциал которой принят за нуль (вычисления и построение графика с помощью средств Excel):
R | φ | |
φa | ||
φb=φa+E23 | 30,000 | |
φc=φb-I23*R23 | 9,3333333 | |
φd=φc-I34*R34 | -6,6666667 | |
φe=φd+E34 | 43,333 | |
φf=φe-E24 | -6,667 | |
φa=φf+I24*R24 |
ЗАДАЧА 2
ПРИМЕНЕНИЕ СИМВОЛИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА ЦЕПИ С ИСТОЧНИКАМИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ЭДС
1. Исходные данные
В схеме три ветви и два узла. Каждая ветвь содержит индуктивный элемент и, кроме того, может содержать источник синусоидальной ЭДС, резистивный элемент, емкостный элемент.
1.1. Индуктивный элемент L 1 в ветви 1 имеет зажимы 1, 2; элемент L 2 в ветви 2 - зажимы 3, 4; элемент L 3 в ветви 3 - зажимы 5, 6. Зажимы 2, 4, 6 соединены в один узел. При этом индуктивность L 1 = (125 - 10 с) мГн, L 2 = (25 + 10 a) мГн,
L 3 = 60 мГн.
1.2. Две ветви имеют магнитную связь. Коэффициент связи К = 0,8. Одноименные зажимы индуктивно связанных катушек указаны в табл. 4.
Таблица 4
a | ||||||||||||
f | ||||||||||||
Одноименные зажимы |
1.3. Ветвь № а содержит источник ЭДС произвольного направления е 1 = 100 sin (314 t + y) В, y = 120° - 45° b.
1.4. Ветвь 1 содержит элементы a, f, ветвь 2 - элементы c, d, ветвь 3 - элементы d, e. Элементы a, c, d, e, f выбирают по табл.5.
Таблица 5
Номер элемента | ||||
Элемент | R | R | R | C |
Сопротивление R = 20 Ом, емкость C = 100 мкф.
2. Задание
2.1. Начертить схему согласно исходным данным (п.1) без учета индуктивной связи.
2.2. Построить осциллограмму ЭДС e 1 (t) и изобразить ЭДС комплексной амплитудой.
2.3. Определить комплексные действующие значения токов во всех ветвях, применив эквивалентные преобразования исходной схемы.
2.4. Составить и рассчитать баланс комплексных мощностей.
2.5. Начертить схему согласно исходным данным (п.1) с учетом индуктивной связи, заменив ЭДС е 1 неизвестной ЭДС е 2 и включив в любую другую ветвь еще один источник неизвестной ЭДС е 3. Направления ЭДС можно задать произвольно. При этом полагать, что токи в ветвях остались теми же, что в исходной схеме.
2.6. Составить в общем виде уравнение по второму закону Кирхгофа для определения ЭДС е 3. Определить эту ЭДС.
2.7. Построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму для контура схемы, не включающего ЭДС е 2.
3. Методические указания
Расчет установившегося режима линейной цепи с источниками синусоидальных ЭДС следует вести, применяя символические изображения мгновенных значений ЭДС, напряжений и токов, являющихся гармоническими функциями времени. Во время решения задачи требуется внимательность при переходе от одних значений электрических величин к другим, от одной формы записи комплексных чисел к другой. Следует научиться строго соблюдать обозначения различных электрических величин и их значения: мгновенные, амплитудные, действующие, комплексные амплитудные, комплексные действующие. Таким образом, применительно к току обозначения будут следующими: i или i (t), Im, I, ,
. При переходе от алгебраической формы записи комплексных чисел к полярной или показательной рекомендуется для проверки каждый раз изображать (можно в черновике) данное число вектором в определенном квадранте комплексной плоскости. Независимо от используемых средств расчета: таблицы Брадиса, логарифмической линейки, микрокалькулятора с тригонометрическими функциями персонального компьютера, специальными программами, например, Electronics Workbench.
3.1. В исходной схеме (п.2.1) буквенные обозначения элементов и токов должны быть совместимыми, т.е. соответствующими либо дифференциальной, либо символической форме записи уравнений Кирхгофа.
3.2. При выполнении п.2.2 рекомендуется слева от осциллограммы е 1(t) или е 1(w t) показать на комплексной плоскости комплексную амплитуду . (см. также п.4 «Введения»).
3.3. В исходной схеме (п.2.3) лишь один источник ЭДС, поэтому в п.2.3 целесообразно применить эквивалентные преобразования, целью которых является “свертывание” этой схемы, представленной с комплексными сопротивлениями, к одноконтурной схеме. После выполнения п.2.3 следует проверить баланс токов расчетом или построением векторной диаграммы токов, которую требуется построить в п.2.7.
3.4. Баланс комплексных (активных и реактивных) мощностей должен сходиться с точностью, убедительно свидетельствующей о его выполнении. Погрешности, накопленные в расчетах из-за округления промежуточных результатов (см. п.5 «Введения»), дают относительную погрешность в расчете баланса, не превышающую 2%.
3.5. Преобразованная схема, учитывающая индуктивные связи, отличается от исходной схемы наличием элементов М, е 2 (взамен е 1) и е 3. Однако токи в обеих схемах одинаковы.
3.6. В задаче величину ЭДС е 2 определять не требуется. Для определения ЭДС е 3 в п.2.6 следует составить уравнение по второму закону Кирхгофа также и в символической форме записи, выбрав контур, не включающий неизвестную ЭДС е 2
3.7. Топографическая диаграмма (ТД) соответствует уравнению в символической форме записи, составленному по второму закону Кирхгофа в п.2.6. На ТД должны быть показаны и обозначены напряжения на всех элементах схемы, учитывающей индуктивные связи. Для обозначения точек на данной схеме и соответствующих точек на ТД рекомендуется применение цифр. При этом две точки пронумерованы согласно заданию. Векторная диаграмма токов служит ориентиром при построении ТД. Поэтому векторная диаграмма токов и ТД должны быть построены на одной комплексной плоскости (на одном рисунке).
ПРИМЕРЫ
ПРИМЕР 1
4.1. Сформировать исходные данные и схему согласно коду {К} = abcdef = 213241. Начертить схемы по п.п.2.1, 2.5.
Исходные данные конкретизируются в виде:
1.1. L 1 = 95 мГн, L 2 = 45 мГн, L 3 = 60 мГн.
1.2. Коэффициент связи К = 0,8. Одноименными (табл.4) являются зажим 1 элемента L 1 в ветви 1 и зажим 3 элемента L 2 в ветви 2.
1.3. Ветвь 2 содержит источник ЭДС е 1= 100sin(314 t + 75°) В, направление которой выбрано произвольно.
1.4. Ветвь 1 содержит элементы 3(R), 2(R), ветвь 2 - элементы 2(R), 1(R), ветвь 3 - элементы 2(R), 4(C) (табл.5). Сопротивление R = 20 Ом, емкость С = 100 мкф.
![]() | ![]() |
Исходная схема показана на рис.5. Схема на рис.6 составлена по рис.5 без учета индуктивной связи. Схема на рис.7 содержит элемент М, нотоки в ней те же, что в схеме на рис.6. Это обеспечивается заменой ЭДС е 1 на ЭДС е 2 и включением в ветвь 1 ЭДС е 3.
4.2. В схеме рис.6, составленной по п.п. 1.1, 1.3, 1.4,
R = 20 Ом, XL 1 = 29,8 Ом, XL 2 = 14,1 Ом, XL 3 = 18,8 Ом, XC = 31,9 Ом. Определить действующие значения токов в ветвях и составить баланс комплексных мощностей.
В схеме лишь один источник ЭДС, поэтому целесообразно применить эквивалентные преобразования схемы.
Комплексные сопротивления в ветвях схемы:
Ветви с сопротивлениями включены параллельно, и эквивалентное им сопротивление
Схема становится одноконтурной с ЭДС и сопротивлением
По закону Ома
Баланс токов по первому закону Кирхгофа соблюдается:
0,495 + j 1,072
0,495 + j 1,074 А.
Таким образом, токи в ветвях имеют действующие значения:
I 1 = 0,454 А, I 2 = 1,182 А, I 3 = 0,948 А.
Комплексные мощности источника и приемников:
4.3. В схеме на рис.7 сохранены те же точки и параметры одноименных элементов, что в схеме на рис.6 примера 4.2, но введены три новых элемента: М, (взамен
) и
. Коэффициент связи К = 0,8. Определить ЭДС е 3, построить векторную диаграмму токов и ТД для контура, не включающего ЭДС е 2.
Сопротивление взаимной индукции
ЭДС е 2 определять не требуется. Поэтому для определения е 3 следует составить уравнение по второму закону Кирхгофа для внешнего контура схемы рис.7:
т.е.
е 3 = 19,4
![]() | ![]() |
В процессе предыдущих вычислений определены действующие значения напряжений: U 19 = 2 RI 1 = 18,2 В, UL 1 = XL 1 I 1 = 13,5 В, UM 1 = XMI 2 = 19,4 В,
U 70 = XCL 3 = 30,2 В, U 57 = RI 3 = 19,0 В, UL3 = XL 3 I 3 = 17,8 В.
Векторная диаграмма токов построена на рис.8. Она служит ориентиром при построении ТД. Так, вектор напряжения совпадает по направлению с вектором тока
и направлен на рис.8 от точки 9 к точке 1, вектор напряжения
сдвинут относительно вектора тока
на угол -90о и направлен на рис.8 от точки 0 к точке 7 и т.д. Потенциал точки 0 на рис.7 принят за нуль
, величина
получена как замыкающий вектор (рис.8) при построении ТД с обходом внешнего контура схемы рис.7, что соответствует уравнению, составленному в примере по второму закону Кирхгофа.
ПРИМЕР 2
ПРИМЕНЕНИЕ СИМВОЛИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ РАСЧЕТЕ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА ЦЕПИ С ИСТОЧНИКАМИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ЭДС
1. Исходные данные
В схеме три ветви и два узла. Каждая ветвь содержит индуктивный элемент и, кроме того, может содержать источник синусоидальной ЭДС, резистивный элемент, емкостный элемент.
1.1. Индуктивный элемент L 1 в ветви 1 имеет зажимы 1, 2; элемент L 2 в ветви 2 - зажимы 3, 4; элемент L 3 в ветви 3 - зажимы 5, 6. Зажимы 2, 4, 6 соединены в один узел. При этом индуктивность L 1 = (125 - 10 с) мГн, L 2 = (25 + 10 a) мГн,
L 3 = 60 мГн.
1.2. Две ветви имеют магнитную связь. Коэффициент связи К = 0,8. Одноименные зажимы индуктивно связанных катушек указаны в табл. 4.
Таблица 4
a | ||||||||||||
f | ||||||||||||
Одноименные зажимы |
1.3. Ветвь № а содержит источник ЭДС произвольного направления е 1 = 100 sin (314 t + y) В, y = 120° - 45° b.
1.4. Ветвь 1 содержит элементы a, f, ветвь 2 - элементы c, d, ветвь 3 - элементы d, e. Элементы a, c, d, e, f выбирают по табл.5.
Таблица 5
Номер элемента | ||||
Элемент | R | R | R | C |
Сопротивление R = 20 Ом, емкость C = 100 мкф.
2. Задание
2.1. Начертить схему согласно исходным данным (п.1) без учета индуктивной связи.
2.2. Построить осциллограмму ЭДС e 1 (t) и изобразить ЭДС комплексной амплитудой.
2.3. Определить комплексные действующие значения токов во всех ветвях, применив эквивалентные преобразования исходной схемы.
2.4. Составить и рассчитать баланс комплексных мощностей.
2.5. Начертить схему согласно исходным данным (п.1) с учетом индуктивной связи, заменив ЭДС е 1 неизвестной ЭДС е 2 и включив в любую другую ветвь еще один источник неизвестной ЭДС е 3. Направления ЭДС можно задать произвольно. При этом полагать, что токи в ветвях остались теми же, что в исходной схеме.
2.6. Составить в общем виде уравнение по второму закону для определения ЭДС е 3. Определить эту ЭДС.
2.7. Построить векторную диаграмму токов и топографическую диаграмму для контура схемы, не включающего ЭДС е 2.
3. Решение
Формируем исходные данные и схему согласно коду {К} = abcdef = 311324. Составляем схему по п.п.2.1.
Исходные данные конкретизируются в виде:
3.1. L 1 = (125 – 10*с) = 125 – 10*1 = 115 мГн = 115 *10(-3) Гн,
L 2 = (25 +10*а) = 25 + 10*3 = 55 мГн = 55* 10(-3) Гн,
L 3 = 60 мГн = 60*10(-3)Гн.
3.2. Коэффициент связи К = 0,8. Одноименными (табл.4) являются зажим 4 элемента L 2 в ветви 2 и зажим 6 элемента L 3 в ветви 3.
3.3. Ветвь 3 содержит источник ЭДС е 1= 100sin(314 t + 75°) В, направление которой выбрано произвольно.
3.4. Ветвь 1 содержит элементы 3(R), 4(С), ветвь 2 - элементы 1(R), 3(R), ветвь 3 - элементы 3(R), 2(R) (табл.5). Сопротивление R = 20 Ом, емкость С = 100 мкф = 100*10(-6) Ф.
Исходная схема показана на рис.1.
Алгоритм расчета
1. Определяем комплексные значения сопротивления:
;
;
;
.
1.Определяем комплексные значения сопротивления ветвей:
;
;
.
3. Определяем комплексное значение общего сопротивления ветвей:
.
4. Определяем комплексное значение тока в третьей ветви:
.
5. Определяем комплексные значения токов первой и второй ветвей:
;
.
6. Осуществляем проверку:
.
7. Проверяем баланс мощностей, то есть комплексная мощность источников ЭДС должна равняться полной мощности, потребляемой элементами схемы:
;
,
где - сопряженный комплекс тока.
Расчеты исполнены с помощью табличного процессора Excel:
Параметр | Комплексное значение параметра | Модуль к.ч. | Аргумент к.ч. | ||
радианы | градусы | ||||
L1 | 1,15E-01 | 0,115 | |||
L2 | 5,50E-02 | 0,055 | |||
L3 | 6,00E-02 | 0,06 | |||
R | 2,00E+01 | ||||
C | 1,00E-04 | 0,0001 | |||
ZL1 | 36,11i | 36,11 | 1,570796 | ||
ZL2 | 17,27i | 17,27 | 1,570796 | ||
ZL3 | 18,84i | 18,84 | 1,570796 | ||
ZC | -31,8471337579618i | 31,8471338 | -1,5708 | -90 | |
ω | |||||
Z1 | 20+4,2628662420382i | 20,449255 | 0,210001 | 12,03216 | |
Z2 | 40+17,27i | 43,5689442 | 0,407574 | 23,35227 | |
Z3 | 40+18,84i | 44,2147668 | 0,44018 | 25,22044 | |
Z1*Z2 | 726,3803+515,914649681528i | 890,952449 | 0,617575 | 35,38443 | |
Z1+Z2 | 60+21,5328662420382i | 63,746877 | 0,344565 | 19,7421 | |
Z1//Z2 | 13,4587738359719+3,76847788149504i | 13,9764094 | 0,27301 | 15,64233 | |
Z1//Z2+Z3 | 53,4587738359719+22,608477881495i | 58,0429477 | 0,400103 | 22,9242 | |
E1 | 18,3012701892219+68,3012701892219i | 70,7106781 | 1,308997 | ||
I3 | 0,748757308108855+0,96098364148537i | 1,21824754 | 0,908894 | 52,0758 | |
дляI2 | 0,31788839435056-4,30363672234784E-002i | 0,32078834 | -0,13456 | -7,70994 | |
дляI1 | 0,68211160564944+4,30363672234783E-002i | 0,6834679 | 0,063009 | 3,610169 | |
I2 | 0,279378503323691+0,273261752315903i | 0,39079961 | 0,77433 | 44,36586 | |
I1 | 0,469378804785164+0,687721889169467i | 0,83263309 | 0,971904 | 55,68597 | |
0,469378804785164+0,687721889169467i | 0,83263309 | 0,971904 | 55,68597 | ||
Iсумм | |||||
I3k | 0,748757308108855-0,96098364148537i | ||||
Sk(ист) | 79,3396131463692+33,5538539370513i | ||||
I2*I2*Z2 | 6,10897333592574+2,63754923778594i | ||||
I1*I1*Z1 | 13,8655571844874+2,95535078244008i | ||||
I3*I3*Z3 | 59,365082625956+27,9609539168253i | ||||
S(потр) | 79,3396131463691+33,5538539370513i |
Осциллограмма ЭДС e1 (t) = 100sin(314t + 750) приведена на рис.2 в сравнении с ЭДС e0 = 100sin(314t) (построена в Excel):
t | 0,0015 | 0,003 | 0,0045 | 0,006 | 0,008 | 0,009 | 0,011 | 0,01 | 0,01 | 0,015 | 0,0165 | 0,02 | 0,0195 | 0,021 | 0,0225 | |
E0 | 45,378 | 80,87 | 98,758 | 95,14 | 70,8 | 31,04 | -15,48 | -58,6 | -89 | -100 | -89,22 | -59 | -15,95 | 30,583 | 70,457 | |
E1 | 96,5926 | 97,82 | 77,74 | 40,739 | -5,14 | -49,9 | -83,8 | -99,43 | -93,4 | -67,1 | -26,11 | 20,534 | 62,7 | 91,228 | 99,88 | 86,781 |
Рис.2
4. Составляем схему согласно п.2.5. задания, в которой сохранены те же точки и параметры одноименных элементов, что в схеме на рис.1 примера 3.2, но введены три новых элемента: М, (взамен
) и
. Коэффициент связи К = 0,8 (Рис.3).
Сопротивление взаимной индукции
ЭДС е 2 определять не требуется. Поэтому для определения е 3 следует составить уравнение по второму закону Кирхгофа для левого контура схемы рис.3:
Решение продолжаем в Excel:
XМ | 2,00E+01 | 19,977903 | |||
Zm | 19,9779029930571i | 19,977903 | 1,570796 | ||
I1*Z1 | 6,45590967045202+15,7553368450363i | 17,0267263 | 1,181904 | 67,71814 | |
I2*Z2 | 6,455909670452+15,7553368450363i | 17,0267263 | 1,181904 | 67,71814 | |
I3*Zm | -19,1984379675095+14,9586008667413i | 24,3380312 | 2,479691 | 142,0758 | |
-2,04281036531029E-014 | 2,0428E-14 | 3,141593 | |||
E3 | 19,1984379675095-14,9586008667413i | 24,3380312 | -0,6619 | -37,9242 |
т.е.
е 3 = 24,34
Для построения топографической диаграммы левого контура рис.3 рассчитываем падения напряжений на элементах с соответствующими знаками начиная с элемента С и, принимая потенциал точки О равным нулю, средствами Excel строим ТД падений напряжений и векторную диаграмму токов:
I1Zc | -21,9019709926582+14,9483695791454i | 26,5169773 | 2,5427 | 145,686 | |
I1R | -9,38757609570328-13,7544377833893i | 16,6526618 | -2,16969 | -124,314 | |
I1ZL1 | 24,8336374179095-16,9492686407923i | 30,0663808 | -0,59889 | -34,314 | |
I2ZL2 | -4,71923046249564+4,82486675240014i | 6,74910923 | 2,345127 | 134,3659 | |
I3Zm | 19,1984379675095-14,9586008667413i | 24,3380312 | -0,6619 | -37,9242 | |
I22R | 11,1751401329476+10,9304700926361i | 15,6319843 | 0,77433 | 44,36586 |
ЗАДАЧА 3
РАСЧЕТ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ С СИММЕТРИЧНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ СИНУСОИДАЛЬНЫХ ЭДС
1. Исходные данные
Схема соединения трехфазного симметричного источника и несимметричного приемника - типа с нейтральным проводом. Источник имеет стандартную разметку полюсов фаз: A, B, C, N. Сопротивления линейных проводов, кроме нейтрального, не учитываются. В схему включены измерительные приборы.
1.1. Комплексное действующее значение напряжения при прямом чередовании фаз А, В, С. Значениям букв кода e, f соответствует разметка фаз согласно табл.6.
Таблица 6
e или f | ||||
Полюса источника | A | B | C | N |
1.2. Комплексное сопротивление одной из фаз приемника определяется по табл.7.
Таблица 7
а | |||
Фаза приемника | А | В | С |
Напряжение последовательности | прямой
![]() | обратной
![]() | нулевой
![]() |
Комплексное сопротивление в остальных фазах приемника одинаково: , а сопротивление нейтрального провода
.
1.3. Вольтметр подключен к нейтральным точкам источника и приемника.
1.4. Схема содержит три ваттметра для измерения активной мощности источника. Токовые обмотки ваттметров включены в линейные провода.
2. Задание
2.1. Начертить схему согласно исходным данным.
2.2. Определить показания всех приборов.
2.3. Определить активную мощность приемника, включающего сопротивление нейтрального провода, и сопоставить ее с алгебраической суммой показаний ваттметров.
2.4. Построить векторную диаграмму токов и ТД для всей схемы.
2.5. Рассчитать фазные напряжения прямой, обратной или нулевой последовательности приемника в соответствии с таблицей 7 и построить их векторную диаграмму.
3. Методические указания
Решение данной задачи основано на применении символических изображений гармонических функций времени и связано с использованием известных методов расчета цепей синусоидального тока.
3.1. Выполнение п.п. 2.2, 2.3 предусматривает расчет всех токов и напряжений. Для расчета токов рационально применение метода узловых потенциалов с последующим использованием закона Ома.
3.2. Одноименные полюсы ваттметров, включенных в схему по п.1.4, должны быть обращены к источнику.
4. Пример
4.1. Сформировать исходные данные и схему согласно коду {К} = abcdef = 124213 и табл.6, 7.
Исходные данные конкретизируются в виде:
4.1.1. Согласно коду е = 1, f = 3, а по табл.6
4.1.2. Так как а = 1, с = 4, то согласно табл.7 с учетом п.п.1.3, 1.4 схема имеет вид рис.1.
, т.е.
,
а
.
4.2.Определяем положение и величины фазных Э.Д.С. генератора исходя из того, что фазы имеют прямой порядок чередования, принимая во внимание изменение знака напряжения на противоположный, если индексы напряжения меняются местами.
В данном случае комплексное напряжение UAC =220 В – линейное напряжение с углом 0о. Тогда в общем случае имеем:
,
где: ,
.
Далее следует:
, или:
.
Так как , то получаем:
,
.
Выражение в скобках , поэтому получаем:
. Откуда φ = 300.
Отсюда следует, что для выполнения заданного условия трехфазную систему источника необходимо повернуть на угол φ = 300.
Ниже приведены расчетные выражения и подробные вычисления в таблице EXCEL с распечаткой формул.
Проверяем правильность выбора напряжений генератора в данном варианте:
Определяем проводимости фаз приемника и нейтрального провода
по формуле:
где i=A, B, C.
Вычисляем напряжение смещения нейтральной точки
где
Далее вычисляем напряжения и токи в фазах приемника по формулам:
Определяем показания приборов:
Вольтметр показывает падение напряжения между узлами приемника и генератора:
Ваттметры показывают значения мощности:
Активная мощность всей схемы:
P=W1+W2+W3, Вт.
Активная мощность каждого приемника определяется как
Общая потребляемая мощность в фазах приемника:
Сравниваем её с показаниями ваттметров, убеждаемся в балансе активных мощностей схемы.
Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма приведена на рис.2.
В соответствии с заданием определяем фазные напряжения прямой последовательности приемника по формуле:
,
где ,
,