Линейный резистор Нелинейный резистор

Стр 1 из 10Следующая ⇒

Эл. цепь и ее элементы

Эл. цепь представляет собой совокупность устройств и объектов, образующих путь для эт-ов тока.

Эл-ты:

· 1Источники питания(гальванические элементы:

· аккумуляторы:, ГЕНЕРАТОРЫ, ФОТОЭЛЕМЕНТЫ)

· 2 Электорприемники (электродвигатели

3 Элементы для передачи(проводные уст-ва, и т. д)

Пассивные эл-ты: резистивный, индуктивный, емкостной.

Направление тока условно принимается от +к -.

Величина тока I=q(t) определяется величиной q, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Плотность тока - векторная физ. величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади.

J=I/S.

ЭДС - скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока.

, где — элемент длины контура.

Электрич. сопротивление- физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.

R=U/I. Ом

Электрическая проводимость -способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению

G=1/R(сим)

5. Закон Ома для участка цепи:

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого проводника и обратно пропорциональна его сопротивлению:

Ом установил, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника(формы, геометрических размеров и материала).

где (ро) - удельное сопротивление, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

[ ] = 1Ом*м

Закон Ома для полной цепи:

Силы тока в полной цепи прямопропорциональны действующей ЭДС и обратнопропорциональны полному сопротивлению цепи:

, где r –сопротивление источника тока

На схемах источники тока обозначаются:

Из закона Ома для полной цепи вытекают следствия:

· При r< < R сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению. А сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения

· При r> > R сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.

Работа и мощность тока:

Электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока.

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжению, времени прохождения тока по проводнику:

, где [А] = 1Дж(Джоуль)

Мощность тока – отношение работы тока за время ∆ t к этому промежутку времени:

, где [P] = 1Вт(Ватт)

Условие получения максимальной мощности во внешней цепи.

Чтобы получить максимальную мощность, следует взять нагрузку с сопротивлением R, равным внутреннему сопротивлению источника.

6. Двухполюсные элементы электрической цепи.

Резистивный элемент – это идеализированный двухполюсный элемент, для которого связь между напряжением и током можно представить в виде вольт-амперной характеристики. Этот элемент моделирует процесс необратимого преобразования электромагнитной энергии в тепло и другие виды энергии, при этом запасание энергии в электромагнитном поле отсутствует.

Линейный резистор Нелинейный резистор

, (R-сопротивление, G-проводимость)

Источник напряжения – двухполюсный элемент, напряжение которого не зависит от тока. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю, мощность такого источника бесконечна.

Вольт-амперная характеристика

Источник тока - двухполюсный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Внутренняя проводимость идеального источника тока равно нулю, внутреннее сопротивление такого источника бесконечно велико, мощность также бесконечна.

Первый закон Кирхгофа

Данный закон применим к любому узлу электрической цепи.

Первый закон Кирхгофа - алгебраическая сумма всех токов, сходящихся в узле равна нулю.

Токи, наравленные к узлу, условно принимаются положительными, а направленные от него - отрицательными (или наоборот). На рисунке ниже изображен пример применения первого закона Кирхгофа для узла, в котором сходится 5 ветвей.

Более понятна для понимания другая формулировка первого закона Кирхгофа: сумма токов, направленных к узлу электрической цепи равна сумме токов, направленных от него.

Второй закон Кирхгофа

Данный закон применим к любому замкнутому контуру электрической цепи.

Второй закон Кирхгофа - в любом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжений в отдельных сопротивлениях.

Для применения данного закона на практике, сначала необходимо выбрать замкнутый контур электрической цепи. Далее в нем произвольно выбирают направление обхода (по часовой стрелке, или наоборот). При записи левой части равенства ЭДС, направления которых совпадают с выбранным направлением обхода, принимаются положительными, в обратном случае - отрицательными. При записи правой части равенства положительными считают падения напряжения в тех сопротивлениях, в которых выбранное положительное направление тока совпадает с направлением обхода. В противном случае, падению напряжения следует присвоить знак " минус".

Активная мощность

Единица измерения — ватт (W, Вт).

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной мощностью: В цепях однофазного синусоидального тока где U и I — среднеквадратичные значения напряжения и тока, φ — угол сдвига фаз между ними.

Реактивная мощность

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (var, вар)

Реактивная мощность — величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению среднеквадратичных значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними: (если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает — отрицательным). Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением: .

Билет 34

1)Треугольник сопротивлений получается из треугольника напряжений. Треугольники напряжений и сопротивлений подобны. Длины сторон треугольника сопротивлений определяются путем деления соответствующих напряжений на значение тока. При ф О сторона треугольника jx направлена влево от катета г - преобладает индуктивное сопротивление, при ф 0 сторона треугольника - jx направлена вправо - преобладает емкостное сопротивление.

Треугольник сопротивлений дает графическую интерпретацию связи между модулем полного сопротивления z и активным и реактивным сопротивлениями цепи; треугольник проводимости - интерпретацию связи между модулем полной проводимости у и ее активной и реактивной составляющими.

Треугольники напряжений (а) и сопротивлений (б)

Треугольник сопротивлений можно получить, уменьшив в / раз стороны треугольника напряжений.

UL образуют у треугольник напряжений для активно-индуктивной нагрузки.

Умножив все стороны треугольника напряжений на величину тока /, получим треугольник мощностей, в котором QL - реактивная мощность индуктивности, a Qc-реактивная мощность емкости.

Если все стороны треугольника напряжений разделить на величину тока, то получится подобный треугольник - треугольник сопротивлений, где длина гипотенузы соответствует полному сопротивлению г -; катет - активному сопротивлению.

- полное сопротивление цепи.

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников(резисторов): R = R1 + R2.

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников: 1/R = 1/R1 + 1/R2.

3) Угол сдвига фаз называется электрическим углом. Он, так же как и геометрический угол, измеряется в градусах или радианах.

Угол сдвига фаз между током в одной цепи и напряжением в другой равен 1 / 4 периода.

Угол сдвига фаз между током и напряжением при резонансе равен нулю.

Угол сдвига фаз между током и напряжением зависит от соотношения между активным и реактивным сопротивлениями, включенными в цепь.

Угол сдвига фаз между напряжением и током для каждой гармоники получается различным, так как с изменением порядкового номера активное сопротивление г не изменяется, а реактивное сопротивление xkk ( uL - 1 / fecoC изменяется.

Угол сдвига фаз между током и напряжением определим из соотношения.

- полное сопротивление цепи

Определим угол сдвига фаз между напряжением источника и током в цепи:

arctg (xL - хсУг = arctg (3/4)

Билет 35

1)Реактивная мощность Q измеряется в вольт-амперах реактивных (вар), полная мощность S — в вольт-амперах (В·А)

Активная, реактивная и полная мощности связаны друг с другом соотношениями:

P = Scosφ; Q = Ssinφ

Из приведенных соотношений следует, что индуктивная цепь потребляет реактивную мощность: при отставании тока от напряжения φ > 0 и Q > 0. При емкостном характере цепи, наоборот, φ < 0 и Q < 0. Поэтому конденсаторы условно рассматривают как источники, а индуктивности — как потребители реактивной мощности. Реактивная мощность, таким образом, является характеристикой интенсивности обратимого обмена энергией между отдельными участками цепи, который является существенным при оценке потерь в соединительных проводах цепи.

Полная мощность S определяет амплитуду колебаний мгновенной мощности p(t). Активную, реактивную и полную мощности можно непосредственно определить по комплексным напряжению и току на участке цепи.

Мгновенная мощность переменного тока

Сдвиг фаз φ зависит от соотношения между активным и реактивными сопротивлениями и тем самым от частоты ω. Поскольку напряжение и ток в цепи изменяются с частотой ω, то при подсчете работы тока нужно рассматривать настолько малый промежуток времени Δ t, чтобы значения напряжения и тока можно было считать постоянными: Δ A = I(t)U(t)Δ t

, где U(t) = Uocosω t, I(t) = Iocos(ω t − φ ).

Отсюда получается следующее выражение для мгновенной мощности тока:

P(t) = Δ A/Δ t = I(t)U(t).

Подставив сюда значения I(t) и U(t) из (1), получаем P(t) = UoIocosω t•cos(ω t − φ ). (2)

Воспользовавшись тригонометрическим тождеством

сosα •cosβ = (1/2)[cos(α + β ) + cos(α − β )],

перепишем в следующем виде: P(t) = (1/2)UoIo[cosφ + cos(2ω t − φ ). (3)

Выражение для мгновенной мощности состоит из двух слагаемых: одно из них не зависит от времени, а второе осциллирует с удвоенной частотой 2ω. Это значит, что дважды за каждый период изменения приложенного напряжения изменяется направление потока энергии: в течение какой-то части периода энергия поступает в цепь от источника переменного напряжения, а в течение другой части возвращается обратно. Средний за период поток энергии положителен, т. е. энергия поступает в цепь от источника.

АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ, среднее за период значение мощности переменного тока; характеризует среднюю скорость преобразования электромагнитной энергии в др. формы (тепловую, механическую, световую и т. д.). Измеряется в ваттах. Для синусоидального тока равна произведению действующих (эффективных) значений тока I и напряжения U на косинус угла j сдвига фаз между ними: P = IUcosj.

- Активная мощность связана с полной

-Мгновенная, активная, реактивная и полная мощности.

Треугольник мощностей

В цепях переменного тока различают три понятия мощности: активная Р, реактивная Q, полная S.

Соотношения между мощностями могут быть получены из треугольника мощностей, который образуется путем умножения всех сторон треугольника напряжений на значение тока I.

ТРЕУГОЛЬНИК МОЩНОСТЕЙ - графическое изображение активной, реактивной и полной мощностей в цепи переменного тока.

Треугольник мощностей получается из соотношения Р2 + Q2 = S2.

Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Коэффициентом мощности или cos φ электрической сети называется отношение активной мощности к полной мощности нагрузки расчетного участка.

cos φ = P/S, где:

cos φ – коэффициент мощности;

Р - активная мощность Вт;

S - полная мощность ВА;

Коэффициент мощности можно определить как расчетным путем, так и измерить специальными приборами. Только в том случае, когда нагрузка имеет исключительно активный характер, cos φ равен единице. В основном же, активная мощность меньше полной и поэтому коэффициент мощности меньше единицы.

Следует учитывать, что низкий коэффициент мощности потребителя приводит:

*к необходимости увеличения полной мощности трансформаторов и электрических станций, а также к увеличению сечения питающих линий электропередач;

*к понижению коэффициента полезного действия вырабатывающих и трансформирующих элементов цепи;

*к увеличению потерь мощности и напряжения в проводах. При одних и тех же значениях мощности и напряжения уменьшение коэффициента мощности сопровождается увеличением тока в проводах, вследствие чего возрастают потери на нагрев, что, в свою очередь, приводит к падению напряжения в сети;

Чем меньше коэффициент мощности сети, тем менее загружена сеть активной мощностью и тем меньше коэффициент полезного действия использования сети.

В связи с этим необходимо, чтобы как можно большую часть в полной мощности составляла именно активная мощность, а не реактивная, в этом случае коэффициент мощности будет ближе к единице.

Билет 36

Емкостью обладают любые два тела способные нести на себе равные по величине и противоположные по знаку заряды, а называется емкостью отношение абсолютной величины заряда на одном из тел к напряжению между ними: С=q/u. Поскольку q и u пропорциональны друг другу, то С от них не зависит, а зависит от формы и геометрических размеров тел, их взаимного расположения и от свойств среды, в которой они находятся. Устройства, предназначенные для получения определенной величины емкости называются конденсаторами.

Емкостное сопротивление обратно пропорционально частоте и величине ёмкости. С увеличением частоты возрастает скорость изменения напряжения, а значит и ток. При f=0 (постоянный ток) xC=∞, т.е. ёмкость не пропускает постоянный ток.

2) Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью. С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

Изменение заряда конденсатора в колебательном контуре происходит по закону:

q = 10-4cos10π t (Kл).

3) Мгновенные значения токов и других величин можно рассчитать, с применением метода наложения.

Мгновенное значение тока или напряжения в каждый момент времени определяется проекцией на вертикальную ось вектора, длина которого равна максимальному значению электрической величины тока или напряжения

4) Векторная диаграмма изображается синхронно с временной диаграммой с параметрами сигналов, рассчитанными для момента времени, отмеченного визиром. Программа предоставляет возможность отобрать сигналы для просмотра.

Отсчет углов ведется относительно вертикальной верхней полуоси. Длина векторов пропорциональна модулям комплексов соответствующих сигналов. Если модуль вектора слишком мал, программа обозначает только его направление.

Таблица имен располагается в нижней части подокна и содержит список имен сигналов, выводимых в виде векторов, и их числовые параметры в данный момент времени: амплитуду в единицах сигнала и фазу в градусах. Размер таблицы ограничен и определяется размерами всего подокна.

А) временная; б) векторная; в)диаграмма цепи

39.1Цепь синусоидального тока с емкостью.

Если к конденсатору емкостью C подключить синусоидальное напряжение, то в цепи протекает синусоидальный ток

;

Из анализа выражений следует, что ток опережает напряжение по фазе на 90^o.

Выражение в комплексной форме записи имеет вид:

где - емкостное сопротивление, фиктивная расчетная величина, имеющая размерность сопротивления.

Если комплексное сопротивление индуктивности положительно
, то комплексное сопротивление емкости отрицательно

На рис. а изображена векторная диаграмма цепи с емкостью.
Вектор тока опережает вектор напряжения на 90^o.

Рис. а

39.2.Энергетический процесс.

Хз что это за фигня

39.3.Мгновенная, активная и реактивная мощности.

Мгновенной мощностью называется произведение мгновенных значений напряжения и силы тока на каком-либо участке электрической цепи.

Активная мощность – среднее за период значение мгновенной мощности.

где cosφ –коэффициент мощности, φ – угол сдвига фаз между напряжением и током. P=[Вт] Для резистора P=UIcos0=UI=I^2R=(U^2)/R

На индуктивном элементе: P=UIcos(π /2)

На емкостном элементе: P=UIcos(-π /2)

Реактивная мощность – характеризует интенсивность обменного процесса в цепи переменного тока. Q=UIsinφ =[ВАр]

Полная мощность: S=[ВА]

Реактивная мощность

Единица измерения — вольт-ампер реактивный (var, вар)

Физический смысл реактивной мощности — это энергия, перекачиваемая от источника на реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний, отнесённая к этому периоду.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до − 90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sin φ, реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Когда устройство имеет положительную реактивную мощность, то принято говорить, что оно её потребляет, а когда отрицательную — то производит, но это чистая условность, связанная с тем, что большинство электропотребляющих устройств (например, асинхронные двигатели), а также чисто активная нагрузка, подключаемая через трансформатор, являются активно-индуктивными.

Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счёт этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sin φ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.

Полная мощность

Единица полной электрической мощности — вольт-ампер (V·A, В·А)

Полная мощность — величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах: S = U·I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением: где Р — активная мощность, Q — реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем на элементы подводящей электросети (провода, кабели, распределительные щиты, трансформаторы, линии электропередачи), так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах.

ТРЕУГОЛЬНИК МОЩНОСТЕЙ - графическое изображение активной, реактивной и полной мощностей в цепи переменного тока.

Треугольник мощностей получается из соотношения Р² + Q² = S².

Коэффицие́ нт мо́ щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Для расчётов в случае гармонических переменных U (напряжение) и I (сила тока) используются следующие математические формулы:

Здесь — активная мощность, — полная мощность, — реактивная мощность.

43.1. Последовательное соединение активного, индуктивного и ёмкостного сопротивлений

При последовательном соединении активного r , индуктивного xL и ёмкостного xC

сопротивлений (рис.8 а) мгновенное значение напряжения источника согласно второму закону Кирхгофа определяется алгебраической суммой мгновенных значений напряжений на

отдельных элементах:

Если все эти напряжения представить в виде векторов на векторной диаграмме,

то действующее значение напряжения источника определяется, как векторная сумма

действующих значений напряжений на отдельных элементах и может быть рассчитано по

формуле:

Учитывая, что по закону Ома

Тогда , - закон Ома,

где: - полное сопротивление цепи при последовательном соединении элементов.

Полное сопротивление цепи Z , активное r и реактивное образуют

треугольник сопротивлений, для которого справедливы следующие соотношения:

43.2. II закон Кирхгофа для мгновенных значений.

Второй закон Кирхгофа

Рассмотрим контур, выделенный из сложной цепи переменного тока

Запишем второй закон Кирхгофа для мгновенных значений:

Все мгновенные значения изобразим в виде комплексов, опустим знак мнимой части, сократим на и разделим на (по аналогии с законом Ома):

В контуре цепи синусоидального тока алгебраическая сумма комплексов ЭДС равна алгебраической сумме комплексов падений напряжений.

43.3.Временная и векторная диаграммы для различного характера цепи.

Энергетический процесс.

Билет 47

Билет 48

Выражение тока, напряжения, сопротивления, проводимости, ЭДС электромагнитной индукции, мощности комплексными числами. Законы Ома и Кирхгофа в символическом виде.

Токи, напряжения в комплексной форме записи.

Синусоидальные величины можно изображать комплексными числами. комплексные значения тока, напряжения и ЭДС принято обозначать прописными буквами с точкой: I, U, Е, а их модули, соответствующие действующим значениям, обозначают теми же буквами, но без точек над ними: I, U, Е. Вернемся к цепям с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности, активного сопротивления и емкости. Векторная диаграмма первой цепи, построенная на комплексной плоскости, дана на рис. 14.3, а, а второй — на рис. 14.4, а. В обоих случаях вектор тока I направлен по оси действительных чисел вправо от начала координат. Поэтому комплекс тока I = Iе^j0° = I, где I — модуль комплекса тока, а 0° — его начальная фаза.

Комплекс напряжения на зажимах цепи с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности U=U_a +jU_L=Ue^jф, где U_a и jU_L — вещественная и мнимая части; U и ф - модуль и начальная фаза комплекса напряжения. Таким образом, комплексное изображение синусоидальной величины определяет ее действующее (амплитудное) значение и начальную фазу. Пусть ток в катушке I = 5 А, активное падение напряжения U_a = 60 В, а индуктивное U_L = 80 В. Тогда комплекс тока I=I= 5 А, а комплекс напряжения U= U_a + jU_L = 60 + j80. Для перехода от алгебраической формы к показательной найдем модуль комплекса напряжения: U = = 100 В и. tgф = Е= U_L/U_a = 80/60= 1, 33. Значит, ф = 53°08'. Поэтому комплекс напряжения U = 60 + j80= 100е^j53°08' В.

Комплекс общего напряжения цепи с последовательным соединением активного сопротивления и емкости (рис. 14.4, а) U = U_a — jU_C=Ue^-jф. Таким образом, в общем выражении комплекса напряжения перед мнимой частью ставятся знаки плюс, если она выражает индуктивное напряжение, и минус, если — емкостное. При последовательном соединении активного сопротивления, индуктивности и емкости комплекс общего напряжения цепи U = U_a+ jU_L — jU_C = Ua + j(U_l — U_c) = Ue^jф. Модуль полученного комплекса U = , а его аргумент ф= arctg . При этом ф> 0, если U_L> U_C, и ф< 0, если U_L< U_C. В ряде случаев нулевую фазу приписывают не току, а напряжению. Тогда вектор напряжения и будет направлен по оси действительных чисел комплексной плоскости, а остальные векторы ориентируются относительно этого исходного вектора. При этом условии комплекс напряжения U = Ue^j0° = U. Комплекс тока для цепей с последовательным соединением I= Iе^-jф.

Сопротивления и проводимости в комплексной форме.

Сопротивления и проводимости можно выразить комплексными числами. Комплексное сопротивление цепи обозначается Z, a комплексная проводимость— Y. При обозначении комплексных величин принято ставить точки только над теми комплексами, которые изображают синусоидально изменяющиеся величины. Поэтому для комплексов полного сопротивления и проводимости вместо точки над буквой ставят черту снизу. Модуль комплексного сопротивления цепи обозначают г, а комплексной проводимости — у. Рассмотрим треугольники сопротивлений и проводимостей цепей с последовательным соединением активного сопротивления и индуктивности, расположенные на комплексной плоскости. Активные сопротивления и проводимости изображены положительными отрезками на оси действительных чисел, а реактивные — положительными или отрицательными на оси мнимых чисел. С учетом этого составим комплексы полных сопротивлений и проводимостей. Для цепей с последовательным соединением Z = r+jx_L = ze^jф, a Y =g — jb_L = ye^-jф, а для цепей с г и С Z= r — jx_c = ze^-jф, a Y = g + +jb_С = уе^jф. Модули и аргументы этих величин определяют по следующим формулам. Для цепей с последовательным соединением z = ; у = и ф = arctg , а для цепей с г и С z = ; y = и ф= arctg . При последовательном соединении элементов с активным, индуктивным x_Lи емкостным х_С сопротивлениями Z = r+jx_L — jx_C = r+j(x_L — x_c) = zе^jф. Модуль данного комплекса сопротивления z = , а его аргумент ф = arctg .

Выражение мощности в комплексной форме

Полная мощность цепи переменного тока равна произведению действующих значений напряжения и тока:

S = UI.

Казалось бы, выразив напряжение и ток в комплексной форме, можно получить комплексное значение полной мощности. Однако перемножение комплексных значений напряжения и тока не дает реальных полной, активной и реактивной мощностей цепи.

Комплексное значение полной мощности, отражающее реальные мощности в цепи, получится, если умножить комплексное значение напряжения на сопряженное комплексное значение тока:

S = UI*.

Сопряженное комплексное значение тока I* отличается от I знаком перед мнимой частью. Если комплексное значение тока I = еjψ, то сопряженное ему комплексное значение I* = Iе-jψ .

Покажем, что комплексное значение мощности отражает реальные мощности в цепи.

Допустим, что комплексные значения напряжения и тока какой-то цепи имеют выражения

U = Uejψ 1; I = Iejψ 2..

Комплексное значение полной мощности

S = UI* = Uejψ 1Ie-jψ 2 = UIej(ψ 1 - ψ 2) = Sejφ.

Выразив комплексное значение полной мощности в тригонометрической, а затем в алгебраической форме, получим

S = S cos φ + jS sin φ = Р + jQ,

где S cos φ = P — активная мощность цепи; S sin φ = Q — реактивная мощность цепи;
S = √ р2 +Q2 — полная мощность.

Следует отметить, что при активно-индуктивном характере нагрузки (ψ 1 > ψ 2) знак перед jQ положительный, при активно-емкостном (ψ 2 > ψ 1) — отрицательный.

Законы Омы и Кирхгофа в комплексной форме

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒