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

teoriticheskie_osnovy_elektrotekhniki_chast_1

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
1.02 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

X C

 

 

=

 

1

 

 

=

 

 

 

1

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ωC

 

2πfC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=141 Ом.

 

 

2 3,14 50 22,5 106

 

 

 

 

Z1 = R2 + (X L

 

X C

 

)2

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

102 + (15,7 141)2

=126 Ом

 

 

ϕ1 = arctg

 

X L1 X C1

 

 

= arccos

 

 

 

R

 

 

=

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

85

 

20 .

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

1

= Z ejϕ1

=126ej850 20Ом.

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первая гармоника тока:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

1

=

U

1

=

 

 

 

 

 

 

180e j0

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1

 

 

 

 

2 126ej85

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

1,43

e

 

j850 20

 

=

1e

j850

20

A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i1 = Im1 sin(ωt +ϕi1 )=1,43sin(ωt +85020)A.

Комплексное

 

сопротивление

 

для

третьей гармоники тока:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X L3

= 3ωL = 3 15,7 = 47 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

X C

 

 

=

 

 

 

1

 

 

=

141

= 47 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3ωC

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z3 = R2 + (X L3 X C3 )2 =

 

 

 

 

 

 

=

 

 

102 + (47 47)2

=10 Ом

 

 

 

 

ϕ3 = arctg

X L

3

X C

3

 

= arccos

 

 

R

 

= 0.

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z 3

 

 

Z 3 = Z3e jϕ3 =10e j0 =10 Ом.

ϕ5 = arctg

X L5 X C5

 

 

 

 

R

 

 

0

 

 

= arccos

 

 

 

 

= 78 .

R

 

Z 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z 5 = Z5e jϕ5 = 51,2e j780 .

 

 

 

 

 

 

Пятая гармоника тока:

 

 

 

 

 

 

 

I

5

=

U 5

=

40e j180

 

=

0,78

e

j60

0

=

Z

5

2 51,2e

j780

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,55ej600 A.

i5 = Im5 sin(5ωt ϕi5 )= = 0,78sin(5ωt 600 )A.

Мгновенное значение тока в цепи:

i= i1 +i3 +i5 =1,43sin(ωt +85020)+ 6sin 3ωt +

+0,78sin(5ωt 600 )A.

Действующее значение тока:

I = I12 + I32 + I52 =

= 12 + 4,252 + 0,552 = 4,4 A,

где I1 =1 A, I3 = 4,25 A, I5 = 0,55 A.

Действующее значение напряжения

сети:

U = U12 +U 23+U52 .

U1 = U m21 = 1802 =127 B, U3 = U m23 = 602 = 42,5 B, U5 = Um25 = 402 = 28,4 B.

 

Третья гармоника тока:

 

I 3

= U 3 =

60e j0

=

6

= 4,25 A.

 

Z 3

2 10e j0

 

2

 

i3 = Im3 sin 3ωt = 6sin 3ωt A.

Комплексное сопротивление для пятой гармоники тока:

X L5 = 5ωL = 5 15,7 = 78,5 Ом.

X C5 = 5ω1C = 1415 = 28,3 Ом.

Z5 = R2 + (X L5 X C5 )2 = = 102 + (78,5 28,3)2 = 51,2 Ом

71

U = 1272 + 42,52 + 28,42 =137 B.

Активная мощность:

P =U1I1 cosϕ1 +U3I3 cosϕ3 +U5I5 cosϕ5. cosϕ1 = cos85020′ = 0,081.

cosϕ3 = cos00 =1. cosϕ5 = cos 780 = 0,194.

P1 =U1I1 cosϕ1 =127 1 0,081 =10,5 . P3 =U3I3 cosϕ3 = 42,5 4,25 1 =180 . P5 =U5I5 cosϕ5 = 28,4 0,55 0,194 = 3 . P = P1 + P3 + P5 =10,5 +180 +3 =193,5 Вт.

Полная мощность:

S =UI =137 4,4 = 603 BA.

Задача 2.3 Рассчитать и построить графики изменения тока в цепи и напряжения на конденсаторе. Электрическая цепь (рисунок 2.42) подключается к источнику постоянного напряжения U =100 B.

Параметры

i

U R C

Рисунок 2.42

цепи: R = 50 Ом,

С = 200 мкФ.

Решение. Конденсатор

не был заряжен до включения в сеть, то есть UCO = 0 .

Переходное напряжение на конденсаторе:

UC =U (1e

t

) =100(1e

t

 

0,01 ) B,

τ

где U =100 B,

 

 

 

τ = RC = 50 200 106 = 0,01 c.

Переходный ток:

i = UR eτt = 10050 e0,t01 = 2e0,t01 А.

Графики изменения тока и напряжения при заряде конденсатора приведены на рисунке 2.43.

2.23 ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

Задача 2.4

Определить ток I N в нулевом проводе

трехфазной цепи при обрыве линейного провода в фазе А (рисунок 2.44). Построить векторную диаграмму напряжений и токов.

Сопротивления фаз:

Z A = Z B = Z C = R =10 Ом.

Система линейных напряжений симметрична:

U л =U AB =U BC =UCA = 220 B.

Задача 2.5 Определить линейные и фазные токи, линейные напряжения, активную, реактивную и полную мощности и коэффициент мощности трехфазной цепи (рисунок 2.45). Начертить векторную диаграмму токов и напряжений.

Комплексные сопротивления фаз:

A

 

 

B

 

 

C

Z B

Z C

Z A

Рисунок 2.45

Z A = Z B = Z C = Z ф = 22e j300 Ом.

Система фазных напряжений симметрична:

U A =U B =UC =Uф = 220 B.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.6 Определить линейные то-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ки в трехфазной цепи (рисунок 2.46) при

 

Рисунок 2.43

 

 

 

 

 

обрыве линейного провода в фазе С.

 

 

 

 

 

 

 

R1 =10 Ом, R2 = R3 = 5 Ом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зарядный ток в начальный момент

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

времени (t = 0 ) увеличивается скачком от 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

до 2А, затем постепенно уменьшается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

R3

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

XC

 

 

 

 

 

X L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z A

 

 

 

 

Z B

 

ZC

IN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХL = ХС = 5 Ом.

 

 

фик изменения напряжения на конденсато-

Система линейных напряжений симмет-

ре, который разряжается на резистор (рису-

нок 2.49). R = 20 . С =1500мкФ. Напря-

рична: U AB =U BC =UCA =U л =100 B.

жение на конденсаторе до коммутации

 

Задача 2.7 Определить ток в цепи

 

 

UCO =100 В.

 

 

 

 

 

 

(рисунок 2.47) при несинусоидальном на-

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.11 Какое значение должно

пряжении сети u = 20 + 20

2 sinωt B.

иметь сопротивление R1 , чтобы в момент

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

размыкания цепи (рисунок 2.50) ЭДС само-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

индукции превышала напряжение сети не

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

более, чем в два раза?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U = 24 B, R = 4 , L = 0,5 Гн.

Рисунок 2.47

 

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

L

 

Частота первой гармоники напряже-

 

 

R1

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния

f = 50 Гц.

При

 

 

этой

частоте

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХL

= ХL

2

=10 Ом,

 

 

ХС = 5 Ом,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R =10 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.8

Определить

действую-

Рисунок 2.50

 

 

 

 

 

 

щее значение тока

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i = 282sinωt +141sin 3ωt +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5ωt +

π

 

 

 

2.24 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

 

 

 

 

+ 71sin

6

A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Комплексные ЭДС фаз трехфаз-

 

Задача 2.9 Определить действую-

 

ной цепи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

щее значение тока в цепи (рисунок 2.48).

2. Соединение звездой при несим-

Напряжение сети:

 

 

 

 

 

 

 

метричной и симметричной нагрузке.

 

 

u =

 

 

2 400sin(ωt +150 )+

3. Соединение фаз треугольником.

 

+

 

 

2 180sin(3ωt 600 )В.

4. Мощность трехфазной цепи.

 

 

 

5.

Установившийся

и переходный

 

При частоте 3ω параметры цепи:

режимы работы электрической цепи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Законы коммутации.

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Процесс заряда конденсатора от

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

источника постоянной ЭДС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

8. Разряд конденсатора.

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Размыкание цепи с индуктивно-

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.

Разложение

периодических

 

 

 

Рисунок 2.48

 

 

 

 

 

функций в ряд Фурье.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11. Действующие значения несину-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

соидальных токов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UCO

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ХL

=ХС =30 Ом,

Расчет линейной электрической

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

3

 

12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

R = 60 .

цепи с несинусоидальной ЭДС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-Задача 2.10

 

Рассчитать и

 

построить гра-

Рисунок 2.49

73

 

2.25 ТЕСТЫ КОНТРОЛЯ

 

Вопрос 2.1.3 Как изменятся токи в сим-

 

ТЕКУЩИХ ЗНАНИЙ

 

 

метричной трехфазной цепи (рисунок 2.53)

 

Тест 2.1

 

 

 

 

 

при обрыве провода в фазе А?

 

 

Вопрос 2.1.1 Определить показа-

 

Действующие

значения токов при

ние амперметра в симметричной трехфаз-

симметричной

нагрузке

были

равны

ной цепи (рисунок 2.51). Линейные напря-

I A = IB = IC = I.

 

 

 

 

A

A

 

 

 

 

 

A

I A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

I B

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

IC

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

 

 

 

R

R

R

R

R

R

 

Рисунок 2.53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варианты ответа:

 

 

 

Рисунок 2.51

 

 

 

 

2.1.3.1 I A = 0,

I B = IC = I .

 

жения

U л = 380 В.

Сопротивления

фаз

 

2.1.3.2 I A = 0,

I B = IC = I

3 .

приемников R = 20 .

 

 

 

 

2.1.3.3 I A = 0,

I B = IC = I

2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.3.4 I A = 0,

I B = IC = I 2.

Варианты ответа:

 

Вопрос 2.1.4 Каким станет напря-

2.1.1.1

I A =11 A.

 

жение U A в симметричной трехфазной це-

2.1.1.2

I A = 22 A.

 

 

пи после замыкания накоротко сопротивле-

2.1.1.3 I A = 38 A.

 

 

ния нагрузки фазы С (рисунок 2.54)?

 

2.1.1.4 I A =19 A.

 

Линейные

напряжения

сети

Вопрос 2.1.2 Определить дейст-

U л = 380 В.

 

 

вующее значение линейного тока в сим-

 

UA

 

метричной трехфазной цепи (рисунок 2.52).

 

 

 

Линейные напряжения U л =100 В. Сопро-

 

UB

 

тивления

фаз

приемников

B

 

 

 

R =10 .

 

 

C

UC

 

 

 

 

 

 

A

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

Варианты ответа:

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.4.1 U A =190 B.

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.52

 

 

 

2.1.4.2 U A = 220 B.

 

Варианты ответа:

 

 

 

2.1.4.3 U A = 380 B.

 

 

 

 

2.1.4.4 U A = 440 B.

2.1.2.1

I л = 5,9 A.

 

 

 

 

 

 

Вопрос 2.1.5 Что покажет вольт-

 

2.1.2.2 I л =10 A.

 

 

 

 

 

 

 

метр в фазе А симметричной трехфазной

2.1.2.3

I л =14,1 A.

 

 

 

 

 

 

цепи (рисунок 2.55) при обрыве линейного

 

2.1.2.4 I л =17,3 A.

74

провода в фазе В?

 

 

 

 

 

 

Линейные напряжения сети U л = 380 В.

V

A

Z

B

Z C

Z

Рисунок 2.55

Варианты ответа:

2.1.5.1U A =190 B.

2.1.5.2U A = 220 B.

2.1.5.3U A = 380 B.

2.1.5.4U A = 440 B.

Вопрос 2.1.6 Каким станет ток I ВС в

симметричной трехфазной цепи (рисунок 2.56) после обрыва линейного провода в фазе В?

Система линейных напряжений сети симметрична. Действующие значения фазных токов до разрыва провода в фазе В

равны 18 А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I AB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I BC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ICA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.56

 

Варианты ответа:

2.1.6.1I ВС =12 A.

2.1.6.2I ВС = 9 A.

2.1.6.3I ВС = 6 A.

2.1.6.4I ВС = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

R2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.57

Варианты ответа:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

2.2.1.1 u

 

=U

 

1

 

 

 

 

 

 

c

 

e

RC .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2.1.2 uc =U (1eRCt ).

 

 

 

 

 

 

e

t

 

 

 

 

1

 

 

.

2.2.1.3 u

c

=U

2RC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

2.2.1.4 uc =Ue

RC .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 2.2.2 Определить ток i в начальный момент времени после размы-

кания

цепи

(рисунок

2.58).

U = 24 B. L = 0,5

Гн,

 

R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом.

i

L

U R1

R2

Рисунок 2.58

Варианты ответа:

2.2.2.1i =12 A.

2.2.2.2i = 8 A.

Тест 2.2

Вопрос 2.2.1 Определить переходное напряжение на конденсаторе при размыкании ветви, шунтирующей конденсатор (рисунок 2.57)

R1 = R2 = R.

75

2.2.2.3i = 6 A.

2.2.2.4i = 4 A.

Вопрос 2.2.3 Какой будет график изменения тока i1 в цепи (рисунок 2.59) после замыкания ключа?

Конденсатор перед коммутацией разряжен.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариан-

 

 

 

 

 

 

 

 

ты от-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

R

 

 

I1 вета:

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

R2

 

C

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.59

2.2.3.1Рисунок 2.60.

2.2.3.2Рисунок 2.61.

2.2.3.3Рисунок 2.62.

2.2.3.4Рисунок 2.63.

Рисунок 2.60

Рисунок 2.61

Рисунок 2.62 Рисунок 2.63

Вопрос 2.2.4 Определить мгновенное значение тока в цепи (рисунок 2.64).

Напряжение сети:

u =1,41+14,1sinωt B.

Параметры при частоте ω :

R =10 Ом, X L = X C = 30 Ом.

Варианты ответа:

2.2.4.1i =1,41sinωt.

2.2.4.2i = 4,2sin 3ωt.

2.2.4.3i = 0,141+1,41sinωt.

i

U R L C

2.2.4.4 i =1,41+1,41sinωt.

Вопрос 2.2.5 Определить действующее значение несинусоидального напряжения

u = 4 +9sin(ωt 600 )+3sin(3ωt +300 )B.

Варианты ответа:

2.2.5.1u = 42 +92 +32 .

2.2.5.2u = (42)2 +(92)2 +(32)2 .

u = (4 2)2 + (9 2)2 + (3 2)2 . 2.2.5.4 u = 42 +(9 2 )2 +(3 2 )2 .

Вопрос 2.2.6 Определить активную мощность цепи, в которой напряжение и ток несинусоидальны:

u= 2 80sin(ωt +150 )+

+ 2 60sin(3ωt 200 )B,

i = 2 40sin(ωt + 750 )+ + 2 30sin(3ωt + 400 )A.

Варианты ответа:

2.2.6.1P = 4,8 кВт.

2.2.6.2P = 2,4 кВт.

2.2.6.3P = 5 кВт.

2.2.6.4P = 2,5 кВт.

2.26ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ И ТЕСТАМ

Задача 2.4 I N = −12,7 A.

Решение.

Комплексные действующие значения фазных напряжений сети:

Uф =U A =U B =UC = U3л =

 

 

 

 

 

=

220

=127 В,

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

U

A =Uфe j0 =127 B,

 

U

B =Uфej1200

=127(cos1200 j sin1200 )=

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

 

 

 

 

j

 

= −63,5

j110 B.

=127

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.64

76

 

U

 

=U

 

e j120

0

 

1

+ j

3

 

=

C

ф

 

=127

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −63,5 + j110 B.

Фазные токи:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I A =

 

U

A

= 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I В

=

U В

=

 

1

(63,5 j110)= −6,35 j11 А.

 

 

 

 

10

 

 

 

 

Z B

 

 

 

 

 

I С

=

 

U

С

=

 

1

(63,5 + j110)= −6,35 + j11 А.

 

 

 

 

10

 

 

 

 

Z С

 

 

 

 

 

Комплексное значение тока в нулевом проводе:

I N = I A + I B + I C = 0 6,35 j116,35 + + j11 = −12,7 A.

Действующее значение тока:

I N =12,7 A.

Векторная диаграмма показана на рисунке 2.65.

 

 

 

 

 

 

 

UC

 

 

+j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IN

IB

 

UA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.65

 

 

 

 

 

Задача

2.5

I A =10ej300 A,

I B =10ej1500 A,

 

 

I C =10e j900 A,

U л = 380 B,

P = 5715 Вт, Q = 3300 ВАр,

S = 6600 ВА,

cosϕ =0,866.

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

U

 

A =U Ae j0 =U A =Uф = 220 B.

 

 

 

 

 

U

B =Uфej1200

= 220ej1200 B.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

C =Uфe j1200

= 220e j1200 B.

 

 

 

 

 

77

 

 

I

A

=

 

U

A

 

=

220

 

 

 

=10ej300 A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z A

 

22e j30

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

В

=

 

U

В

=

220 ej1200

 

 

=10ej1500 A.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22e j30

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

С

 

 

220 e j1200

j900

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I С

=

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

=10e

 

A.

 

 

 

Z С

 

22e j30

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Действующие значения токов:

I A = I B = IC = Iф = I л =10 А.

Действующие значения линейных напряжений:

U AB =UBC =UCA =U л = 3Uф = 380B.

Комплексная мощность фазы А:

S A =

U

A I*A = 220 10e j300

= 2200e j300 =

 

 

= 2200(cos300 + j sin 300 )=

 

 

 

3

 

1

 

 

 

 

 

 

+ j

 

=1905

+ j1100 ВА.

= 2200

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PА =1905 Вт, QА =1100 ВАр.

Активная мощность симметричной трехфазной цепи:

P = PA + PB + PC = 3Pф = 5715 Вт.

Реактивная мощность:

Q = QA +QB +QC = 3Qф = 3300 ВАр.

Полная мощность:

S = 3UфIф = 3U лI л = 6600 ВА.

 

 

Коэффициент мощности:

 

cosϕ =

 

P

=

P

=

 

5715

 

= 0,866.

3 UфIф

 

 

6600

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ =300.

 

 

 

 

 

 

 

UC

 

+j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

IC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ

 

 

UA +

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IB

 

ϕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UB

 

 

 

 

 

 

 

IA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.66

 

 

 

 

Векторная диаграмма приведена на рисунке 2.66.

Задача 2.6

I A = I B = 20 A, I C = 0.

Решение.

Комплексные сопротивления фаз:

Z AB = R1 =10 Ом,

Z = R2 jX C = 5 j5 Ом, Z СA = R3 + jX L = 5 + j5 Ом.

Эквивалентное комплексное сопротивление цепи при обрыве провода:

Z Э = (Z ВС + Z СА) Z АВ.

Z ВС + Z СА = R2 jX C + R3 + jX L = = 5 j5 +5 + j5 =10 Ом.

Z Э =

(Z ВС + Z СА)Z АВ

=

 

10 10

= 5

Ом.

Z ВС + Z СА + Z АВ

10 +10

 

 

 

 

 

 

U

=U лe j0 =U л =100 B.

 

 

 

 

I A = I B =

 

U

AB

=

100

 

= 20 A,

I С = 0.

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

Z Э

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.7 i = 2 + 2 2 sinωt A.

Решение.

Комплексное сопротивление цепи для первой гармоники тока:

Z `1

= R + jX L

+

jX C jX L

2

=10 + j10

+

jX C + jX L2

 

 

1

 

 

 

 

 

+

j5 j10

 

=10 + j10 j10 =10 Ом.

 

 

j5 + j10

 

 

 

 

 

 

 

 

Первая гармоника напряжения:

u1 =U m1 sinωt = 20 2 sinωt B.

Первая гармоника тока:

I1

=

 

U

1

=

20e j0

= 2 A,

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1 10e j0

 

i1 = 2 2 sinωtA.

Для постоянной составляющей тока ω =0,

Задача 2.8 I = 229A. Решение.

I1 = Im21 = 2822 = 200 A, I3 = Im23 = 1412 =100 A,

I5 = Im25 = 712 = 50 A.

I = I12 + I32 + I52 = 2002 +1002 +502 = 229 A.

Задача 2.9 I =5A. Решение.

X L =

X L

3

=

30

=10 ,

3

 

 

3

1

 

 

 

 

X С = 3X С

3

= 3 30 = 90 .

1

 

 

 

 

Z1 = R2 + (X L1 X С1 )2

= 602 + (10 90)2 =100 Ом.

I1 = U1 = 400 = 4 A.

Z1 100

Z3 = R2 + (X L3 X С3 )2 =

=

602 + (30 30)2 = 60 Ом.

 

I3 =

U3

=

180

= 3 A.

 

Z3

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.10 uc =100e

0,03 B.

Решение τ = RC = 20 1500 106 = 0,03 c.

I =

I12 + I32

 

t

42

 

t

=

+32

= 5 A.

UC =UCO e

 

 

=100e

 

B.

 

 

0,03

τ

График изменения напряжения uc (t ) приведен на рисунке 2.67.

 

ХL =ωL = 0,

ХC =1 ωC = ∞.

 

 

Постоянная составляющая тока:

 

I0

=

U 0

, U0 =

20 B, I0 =

20

= 2 A.

 

 

R

10

Рисунок 2.67

 

 

 

 

 

 

 

Мгновенное

значение

несинусои-

 

 

дального тока:

 

 

Задача 2.11 R1

= 4 Ом.

i = I0 +i1 = I0

+ Im

sinωt = 2 + 2 2 sinωt.

 

 

 

1

 

 

 

 

 

78

 

Решение. eL =UR (R1 +R )eτt B.

При t =0, eL = eL0 =UR (R1 +R ),

откуда R1 = eUL0 R R.

По условию задачи eL 0 =2U .

Тогда R1 = 2UU R R = R = 4 Ом.

Тест 2.1

Вопрос 2.1.1 2.1.1.2.

Решение.

I A = I A1 + I A2 .

Uф = U3л = 3803 = 220 В.

I A

=

 

 

U

 

A

 

 

=

Uфe j0

 

=

220

 

=11 A.

 

 

 

Z A

 

 

 

 

20

 

1

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I A

=

 

 

U

A

 

=

Uфe j0

=

 

220

=11 A.

 

 

 

Z A

 

 

 

20

 

2

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I A = I A + I A

2

 

=11+11 = 22 A.

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Амперметр

показывает

действую-

щее значение тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 2.1.2

 

 

 

2.1.2.4.

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iл = 3Iф.

 

 

 

 

 

 

Iф =

U л

 

=

100

 

=10 A.

 

 

R

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I л =

3 10 =17,32 A.

Вопрос 2.1.3

 

2.1.3.1.

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

До обрыва провода (в симметричной цепи) действующие значения токов:

I A = IB = IC = Uф = I, Zф

где Uф, Zф – фазное напряжение и со-

противление фазы.

Так как в цепи есть нулевой провод, то после обрыва в фазе А действующие значения токов в фазах В и С:

IB = IC = Uф = I. Zф

79

Вопрос 2.1.4

2.1.4.3.

Решение.

Действующее значение напряжения U A при закороченном сопротивлении фазы

С:

U A =UCA =U л = 380 В.

Вопрос 2.1.5

2.1.5.1.

Решение.

Действующее значение напряжения

U A =

UСA

=

U л

=

380

=190 B.

2

 

Z

2

 

 

 

 

 

Вопрос 2.1.6

 

2.1.6.2.

Решение.

До разрыва провода в фазе В действующее значение тока:

I ВС = UZ= UZл =18 А.

После разрыва провода:

I ВС = I AB = U2 СZA = 2U лZ = 182 = 9 А.

Тест 2.2

 

Вопрос 2.2.1

2.2.1.3.

Решение.

До коммутации участок с конденсатором был закорочен. После коммутации происходит заряд конденсатора от источника по цепи R1,R2 ,C.

Постоянная времени цепи:

τ = (R1 +R2 )C =2RC .

Вопрос 2.2.2

2.2.2.3.

Решение.

В начальный момент времени (t = 0 ) ток в ветви с индуктивностью сохраняет свое значение, которое было до коммутации

i = I0 =

U

=

24

= 6A.

 

4

 

R2

 

Вопрос 2.2.3

2.2.3.1.

Решение.

Начальные условия: до коммутации конденсатор не заряжен, ток в ветви с конденсатором равен нулю:

UCO = 0, i1 = I10 = 0.

В начальный момент после коммутации ток i1 увеличивается от нуля скачком, затем постепенно уменьшается согласно уравнению

i = U eτt , R1

где τ = R1C.

 

Вопрос 2.2.4

2.2.4.1.

Решение.

i = I0 + Im1 sinωt.

I0 = 0, так как X C = ∞ при f = 0.

I m1 =UZm1 ,

1

Z1 = R2 + (X L1 X C1 )2 = R =10 Ом.

Im1 = 14,110 =1,41 A.

Вопрос 2.2.5

2.2.5.4.

Решение.

 

U = U02 +U12 +U32 , U1 =U m21 ,

U3 =U m23 .

Вопрос 2.2.6

2.2.6.4.

Решение.

 

P= 80 40 cos(150 750 )+ 60 30 cos(200 400 )=

=80 40 12 + 60 30 12 = 2500 Вт.

80

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]