Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2902 РГР ТОЭ

.pdf
Скачиваний:
137
Добавлен:
09.04.2015
Размер:
4 Мб
Скачать
☆

Поскольку A = C, то напряжение смещения нейтрали UО′О можно подсчитать как:

2.

Учитывая, что ĖA + ĖB + ĖC = 0, последнее выражение преобразуется к виду:

2

 

2

 

 

119,08

, °

220 8,76 16,2

33,48 6,18

116,43 24,96 B .

Находим соответствующие фазные токи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

220 116,43

, °24,96

 

17,64

° 16,24

 

6,89 A;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19,12

 

116,43°

24,96

 

,

°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

110

190,5

 

19,38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A;

11,12

,

 

 

 

 

12,58

 

 

14,74110

190,5

 

116,43°

24,96

8,66

°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19,12

,

 

 

 

 

3,66

 

 

 

 

7,85

 

A .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверка:

A +

B + C = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим фазные и линейные напряжения приведенного приемника:

a0′ =

6

 

 

 

A =14,04e-j38,5° ×17,64ej23 = 247,66e-j15,5°= 238,65− j66,18

B,

b0′ =

7

 

 

 

B =7,79ej73,3´×19,38j130,5°=150,97e-j57,2° = 81,78 − j126,9

B,

 

c0′ =

 

8

 

 

 

C = 14,04e-j38,5° ×8,66ej115°=121,59ej76,5°= 28,38 + j118,23 B,

ab =

a0´−

b0´ = 238,65 − j66,18 − 81,78 + j126,9 = 156,87 + j60,72 = 168,21e j21,20 B,

bc =

b0´−

c0´ = 81,78 − j126,9 − 23,8 − j118,23 = 53 − j245,13 = 250,88e-j77,70 B,

ca =

c0´−

a0´= 28,38 + j118,23 − 238,65 + j66,18 = −210,27 + j184,41 = 279,68ej138,8° B.

Ток в третьем приемнике, согласно заданной схеме (рис. 8):

168,21

,° °

 

13,26

, °

 

12,13

5,35

A,

 

12,69

 

°

 

°

 

 

250,88

°,

 

19,77

,

 

10,68

16,64

A,

12,69

 

 

 

 

 

0− по условию задачи (обрыв).

Находим линейные токи второго приемника:

12,13

5,35

13,26

,

 

 

A,

 

10,68

16,64

 

°

°

A,

 

19,77

,

 

5,35°

 

 

10,68

16,64

12,13

 

 

 

22,81

11,29

25,45

 

,

A,

 

 

 

 

 

 

41

 

 

 

16,24

 

6,89

12,13

5,35

 

4,11

12,24

12,91

,

 

° A,

 

 

° A,

 

12,58

14,74

22,81

,

11,29

10,23

 

3,45

10,8

 

 

 

3,66

 

7,85

10,68

16,64°

A.

14,34

 

8,79

 

16,82

 

 

,

 

Проверка: a2 + b2 + c2 = 0.

Определим показания ваттметров. Ваттметр фазы А:

w1 = Re{ ac A} = Re[(210,27 − j184,41)×(16,24 − j6,89)] = = 210,27×16,24 − 184,41·6,89 = 2144,2 Bт.

Ваттметр

фазы В:

 

w2 = Re{

bc B}= Re[(53,4 − j245,13)×(−12,58 + j14,74)] =

= −53,4×12,58 + 245,13×14,74 = 2941,4 Bт.

Мощность, потребляемая приемниками

Pw = 2144,2 + 2941,4 = 5085,6 Bт.

Активная мощность, потребляется назрузкой

Pн = R3 I2ab + R3 I2bc = 9×13,262 + 9×19,772 = 5100 Bт.

Алгоритм к построению топографической диаграммы (рис. 12):

φ0 = 0 – нулевая точка генератора.

A = 0 + ĖA = 220 B;

φa = φA − R1 A = 220 − 6×(16,24 + j6,89) = (122,6 − j41,34) B;

φ01 = φB − (−jXC2) a2 =122,6 − j41,34 + j10×(4,11 + j12,24) = 0,2 − j0,24 ≈ 0; φB = φ0 + ĖB = (−110 − j190,5) B;

φb = φB − R1 B = −110 − j190,5 − 6×(−12,58 − j14,74) = (−34,52 − j102,06) B;

φ01 = φb − (−jXC2) b2 = −34,52 − j102,06 + j10×(10,23 − j3,45) = −0,02 + j0,24 ≈ 0; φC = φ0 + ĖC = (−110 + j190,5) B;

φC = φC − R1 C = −110 + j190,5 − 6×(−3,66 + j7,85) = (−88,04 + j143,4) B;

φ01 = φC − (−jXC2) C2 = −88,4 + j143,4 + j10×(−14,34 − j8,79) = −0,14 + j0,06 ≈ 0 .

42

Рис. 12

Задача № 4. Выполнить расчет линейных цепей при несинусоидальных ЭДС и токах.

Дано: R1 = 3 Ом; R2 = 4 Ом; XL2 = 5 Ом; R3 = 3 Ом; XL3 = 4 Ом; XC3 = 6 Ом; Um = 100 B.

Требуется:

1.Определить мгновенные значения токов в ветвях цепи (рис. 13).

2.Найти показание электродинамического прибора.

3.Построить график мгновенного значения измеряемой прибором величины в функции времении за период Т = 0,02 с.

4.Определить активную мощность цепи.

График изменения входного напряжения u(t) представлен на рис. 14.

Решение: Разложим кривую u(t) в ряд Фурье:

 

 

8

sin

1

3

1

5

.

 

2

81,1

 

9

3

25

5

 

 

50

 

9,02

3,27

 

Дальнейший расчет ведем, используя метод

наложения:

 

 

 

 

 

 

 

i1

= i1(0) + i1(1) + i1(3) + i1(5) ;

 

 

 

 

i2

= i2(0)

+i2(1) + i2(3) + i2(5) ;

 

 

 

 

i3

= i3(0) + i3(1) + i3(3) + i3(5) .

 

 

 

 

43

R1

i1

a i3

 

 

 

R2

R3

 

 

 

U(t)

 

i2

XL3

 

 

 

 

XL2

XC3

 

 

μА3

 

 

 

 

 

b

 

Рис. 13.

 

 

 

U

 

 

 

Um

 

 

 

0

T/2

T ωt

Рис. 14

Явления электромагнитной индукции при протекании по второй ветви постоянной составляющей тока не будет:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

7,17 A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

4

 

 

 

Гармоническое состовляющие подсчитаем символическим методом:

 

 

 

1(1)

= R1

= 3 Ом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2(1)

= R2

+ jXL2 = 4 + j5 = 6,4ej51,3° Ом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3(1)

= R3

+ j(XL3 − XC3) = 3 + j(4 − 6) = 3 − j2 = 3,6e -j33,7° Ом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,4

, °

3,6

, °

 

23,04

 

, °

 

23,04

 

°, °

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

5

° 3 2

j0,1

7

3Ом

,

7,6

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

3,03

,

3,02

3,02

 

Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3,02

0,1

6,02

 

0,1

6,02

 

 

 

Значение комплекса амплитуды тока первой гармонической составляющей в первой ветви:

 

 

 

81,1

13,47

А ; i1(1) = 13,47sin ωt ;

mab(1)

 

ВХ

 

ab(1)

1m(1) = 3,02

 

 

=

 

 

6,02

×13,47 = 40,7 B.

 

 

 

 

Комплекс амплитуды тока первой гармонической составляющей во второй и третьей ветвях:

2m(1) =

 

 

 

,

 

 

°

 

6,36e-j51,3°

A;

i2(1) = 6,36sin(

−51,30°) A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

,

,

 

 

11,3

j33,7°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3m(1) =

 

 

 

,

 

, °

 

 

A;

i3(1) = 11,3sin (

+ 33,7°) А.

Полное комплексное сопротивление ветвей от действия третьей гармонической составляющей:

1(3)

= R = 3 Ом;

 

2(3) = R2+ j3XL2 = 4 + j15 = 15,5e j75° Ом;

3(3)

= R3 + j(3XL3 −

 

) = 3 + j(12 − 2) = 3 + j10 = 10,44e j73,3° Ом.

Эквивалентное комплексное сопротивление параллельного участка от третьей гармонической составляющей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15,5

 

°

10,44

,

°

161,8e

, °

161,8

,

°°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,23

 

 

 

 

 

 

 

1,73

 

 

4

Ом15.

3

 

10

 

7

25

25,96

,

 

°

 

 

 

 

1(3)

 

 

 

5,99

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вx(3) =

,+

 

ab(3) = 3 + 1,73

+ j5,99 = 4,73 + j5,99 = 7,63e j51,7° Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9,02

 

°

0,47

 

, °

A;

i1(3) = 1,18 sin(3ωt +128,3°) A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°

 

 

 

 

 

 

ВХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7,63

,

 

44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mab(3) = ab(3) 1m(3) = 6,23e j73,9°×1,18ej128,3°= 7,35e j202,2° B.

7,35

,° °

0,47

, °

A; i2(3) = 0,47 sin(3ωt + 127,7°) A.

15,5

 

 

 

Комплекс амплитудного значения тока третьей ветви для третьей гармоники:

 

 

 

 

 

7,35

,

°

0,7A.

, °

A;

 

 

 

 

 

°

 

 

 

 

 

 

 

0,7sin(3ωt + 127,7°),

 

i3(3) =

 

10,44

 

 

 

 

 

Аналогично определим параметры цепи для пятой гармонической составляющей приложенного напряжения:

1(5)

= R1= 3 Ом;

2(5) = R2 + j5XL2 = 4 + j25 = 25,3e j81°

Ом;

3(5)

= R3 + j(5XL3 −

XC /5 3

°

20

1,2

°

3

18,8

°

19,04e j81° Ом;

 

 

 

 

 

 

 

 

25,3

 

19,04

 

 

481,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

25

3

18,8

7

43,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

481,7

44,3

°

° 10,9 ° 1,71 0,76 Ом.

вx(5) =

1(5)+

 

ab(5) = 3 + 1,71 + j10,76 = 4,71 + j10,76 =

11,7e j66°

Ом.

 

 

 

вх

3,27

°

0,28

°

;

0,28 sin ω

−

66° A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11,7

 

 

 

mab(5) =

ab(5)

 

 

1m(5) = 10,9e j81°×0,28e −j66° = 3,05e j15°

B.

 

 

 

Определим параметры второй и третьй ветви:

 

 

 

3,05

°

0,12

−

°

A;

 

 

°

 

 

25,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,0519,04

°

° A.

° 0,16

i3(t) = i3(0) + i3(1) +

ωi3(3)

+ i3(5) =

 

 

i3(5)(t) =

0,16

sin(5

ω

− 66°) A;

i2(5)(t) = 0,12sin(5

− 66°) A;

 

 

 

 

 

 

= 0 +11,3sin(ω + 33,7°) +

0,7sin(3ω + 127,7°)

+ 0,16sin(5ω − 66°) A.

Найдем показания амперметра А3:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

63,8 0,245

0,013

 

64,06 8 | |.

 

2

 

 

45

Рис. 15

Определим активную мощность цепи:

P = P(0) + P(1) + P(3) + P(5) ;

P(0) = U0×I0 = 50·7,14 = 357 Bт;

P(1) = U(1)×I1(1) cosφ(1) ; φ(1) = φu(1) − φi(1) = 0 − 0 = 0 ;

46

81,1

 

×

13,47

1092,4

546,2 Вт;

 

 

√2

 

 

√2

 

 

 

 

 

 

P(3) = U(3)×I1(3) cosφ(3); φ(3)2= φu(3) − φi(3) = 0 − (−66°) = 66°;

9,02

 

1,13

52

°

5,32

0,64

3,24

Вт;

√2

 

√2

 

 

 

3,27

 

 

0,28

 

cos66°

0,46 0,406

0,19 Bт;

P = 357√+2

546,2√+2

3,24 + 0,19 = 906,63

Вт.

 

 

Мгновенное значение тока в третьей ветви:

i3 (t) = 11,3sin(ω + 33,7°) + 0,7sin(3ω +127,7°) + 0,16sin(5ω −66°) A.

На рис. 15 представлен график измеряемой амперметром величины тока I3 в функции времении за период Т = 0,02 с.

Задача № 5. Выполнить расчет переходных процессов в цепях с сосредоточенными параметрами.

Дана электрическая цепь (рис. 16), в которой происходит коммуникация. В цепи действует постоянная ЭДС Е. Параметры цепи:

Е = 30 В; L =1 мГн; С = 2,5 мкФ; R1= 20 Ом; R2=10 Ом.

Определить u(t).

Расчет принужденного (вынужденного) режима работы цепи до комуникации.

Катушка индуктивности L в цепи постоянного тока представляет собой проводник, сопротивление которого RL→0. Кондесатор в данной цепи представляет собой разрыв в ветви, в которой он установлен, следовательно RС→∞. Поэтому расчетная схема для данного режима принимает вид рис. 17:

UСпр = E = 30 B; I3 пр = 0 A; I1 = E/(R1 + R2) = 30/30 = 1 A.

Уравнения, описывающие переходные процессы. Используя метод расчета по уравнениям Кирхгофа для цепи (рис. 18) составим систему уравнений:

0;

 

0

;

1

 

C 0, ;

C

 

;

0

 

 

 

C

 

0.

 

 

 

 

 

Общее решение линейного дифференциального уравнения определяется в виде суммы двух составляющих

св

вын .

47

 

 

i1

 

 

 

i3

R1

 

L

 

e

 

 

→

 

 

 

 

C

UC

R2

 

 

i4

i2

 

Рис. 16 i1

 

 

 

i3пр

R1

 

 

 

e

 

 

 

→

 

 

 

 

 

UCпр

R2

 

Рис. 17

 

 

i

i1

 

 

i3

 

R1

 

 

L

e

 

 

 

 

 

→

i4

i2

 

 

UC

C

R2

 

 

Рис. 18

R1

e

→

i3вын

UCвын

R2

Рис. 19

Расчет вынужденного режима работы цепи после коммуникации (рис. 19). Вынужденная (принужденная) составляющая общего решения определяется как установившееся значение для искомой переменной после коммутации для t→∞.

I3вын = Е/R2 = 30/10 = 3 A; UСвын = E = 30 B.

Характеристическое уравнение. Для нахождения общего решения составим характеристическое уравнение, путем введения опрератора дифференцирования. Характеристическое уравнение представляет собой выражение для входного сопротивления цепи (рис. 16) сразу после замыкания ключа и определяется:

вх р

 

 

 

 

 

1

2

0 .

 

С учетом численных значений коэффициентов

50×10-8 p2 + 3×10-2 p + 200 = 0.

Корни характеристического уравнения:

p1,2 = −3·104 9 10 4

10 = −3·104 ± 2,236·104

принимают значения

 

p1= − 52360 (с-1 ),

p2 = −7640 (с-1)

и являются вещественными и отрицательными числами.

Выражение для свободной составляющей общего решения определяется видом корней характеристического уравнения. Для вещественных, отрицательных и различных значений корней свободная составляющая находится из выражения:

UСсв(t) =A1 e p t + A2 e p t .

 

Постоянные интегрирования A1, A2

находим из

начальных условий. Для момента коммутации, т.е. t = 0:

uСсв(0) = A1+A2 = uС(0) − uСвын(0) , u′Ссв (0) = p1A1+ p2A2= u´C(0) − u´Cвын(0) .

Из второго закона коммуникации следует, что

UС(0+) = uС(0-) = uСвын = 30 В;

u′С(0) = i4(0) / C; u′С(0) = 0.

48

Запишем исходную систему уравнений для момента времени t = 0.

−i(0) + i1(0) + i3(0) = 0;

−i3(0) − i1(0) + i2(0) + i4(0) = 0; R2 i2(0) − uC(0) = 0;

R1 i1(0) − Li′3(0) = 0;

R1 i1(0) + R2i2(0) = E.

По I закону коммуникации для тока в катушке индуктивности:

 

i3(0+) = i3(0-) = iзпр-(0)= 0 ,

 

тогда из 3-го уравнения:

 

 

 

30

 

3A;

 

 

2 0

 

 

 

 

из 5-го уравнения:

 

 

 

 

10

 

 

из 2-го уравнения:

 

 

 

30

 

30

0 A;

 

i = i + i − i = 0 + 0 − 3 = −3 A.

Таким образом,

для нахождения постоянных интегрирования, необходимо решить

A = 0 с учетом найденных начальных условий, т. е.

уравнение A + −52360A − 7640A

= i4(0) /C = −3/ 2,5×10-6 ,

или

−0,131A −

0,019A

 

= −3.

 

 

 

Решая систему уравнений, находим

постоянные

интегрирования:

 

A

= 26,8 ;

A

= −26,8.

С учетом постоянных интегрирования

,

выражение

для свободной составляющей

напряжения на конденсаторе

uСсв(t) = 26,8e−52360t −26,8e−7640t.

Общее решение линейного диференциального уравнения окончательно принимает

вид:

uС(t) = uСвын(t)+ uСсв(t) = 30+26,8e−52360t −26,8e−7640t В.

Операторный метод. Составим операторную схему замещения с учетом изображений искомых переменных:

ϕ = 0;

φ.

Запишем систему уравнений для схемы (рис. 20) методом узловых потенциалов:

Y (p)φ (p) + Y (p)φ (p) = J (p);

Y (p) = 1/R1 + 1/pL + pC + 1/R2 =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

;

01

 

1

 

 

 

 

;

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

pL

 

R1

 

→

0

 

1

 

 

 

E/p

 

↓

R2

 

 

1/pС

 

 

 

Рис. 20

0

 

 

 

 

49

ϕ

ϕ2

0

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

Поскольку потенциал φ1(р) узла 1 непосредственно определяет напряжение UС(р) на обкладках конденсора, выразим его изображение из последнего уравнения:

uС(р) = φ1(р) или

0

1500

10

0,3

6000

 

.

50 10

 

3 10

200

 

По формуле разложения оригинал искомой функции

′ .

Найдем корни pk полинома знаменателя F2 (p), приравняв его к нулю F2(p) = 0. Корни принимают значения: p1 = 0; p2 = −52360 с−1; p3 = −7640 с−1.

Найдем значение функции оригинала F1(pk) и F′2(pk) для соответвующих корней:

F1(p2) =1500

-8 102

-20,3

6000

;

1 3

F1(p) =

 

 

 

F1(p1) = 6000;

41123,5 − 15708 + 6000 = 31415,5; F (p ) = 875,5 − 2292 + 6000 = 4583,5;

F′2(p) =150·10

р + 6·10

p + 200;

 

F′2 (p1) = 200;

F′2(p2) = 4112,35 − 3138 + 200 = 1174,35;

F′2 (p3) = 87,55 − 458,4 + 200 = −170,85.

Выражение оригинала искомой функции напряжения на конденсаторе окончательно имеет вид:

UC (t) = 6000/200 + (31415,5/1174,35)e -52360t +(4583,5/(–1,827) − 170,85) e -7640t = = 30 + 26,75 e -52360t − 2672 e -7640t B.

Данному выражению соответствует график (рис. 21) изменения uC(t). Принимая шаг изменения во времени t = τ, где

τ1

= 1/52360 с.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

τ1

2τ1

3τ1

4τ1

 

26,8e-52360t

 

26,8

9,85

3,62

1,33

0,49

 

τ2

= 1/7640 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

0

τ2

2τ2

3τ2

4τ

 

−26e-7640t

 

−26,8

−9,85

−3,62

−1,33

−0,49

 

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]