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

RGR_1

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
726.41 Кб
Скачать

имеем I&5 = I&4 + J& , т.е. I&5

является диагональю параллелограмма, обра-

зованного токами I&4 и J& .

 

 

 

 

 

 

 

+j

 

 

 

 

 

 

 

2.223

 

 

 

 

 

I&

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

I&4

 

 

 

 

 

 

-0.795

0

 

 

+1

 

 

 

&

I&5

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

I&3

 

 

 

 

 

 

 

J&

 

 

 

Для упрощения построения топографической диаграммы напряже-

ний

на

комплексной

схеме

расставляем

стрелки

напряжений

U&2 ,U&3 ,U&4 ,U&5 навстречу направлениям токов. Далее, используя закон

Ома и учитывая наличие индуктивной связи, проводим расчет этих

напряжений (встречное включение):

 

 

 

U&2

= Z 2 I&2 = −20.5 j49.3 = 53.39ej112.6o

В;

 

 

U&3 = Z 3I&3 Z M I&4 = 220.4 j50.65 = 226.14ej12.9o В;

 

U&4 = Z 4 I&4 Z M I&3 = −233.2 + j107.7 = 256.9ej155.21o В;

 

U&5 = Z 5 I&5 =12.81j57.03 = 58.45ej77.3o

В;

 

 

E&

= j100 =100e j90o В;

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

E&

=100 = 200e j0o В;

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

U&J

= 233.3 j7.7 = 233.4ej1.9o

В.

 

 

 

 

 

 

 

41

 

 

 

 

Затем рассчитываем комплексные потенциалы узлов и точки k

схемы, предварительно приняв, например,

ϕb = 0 :

 

 

&

&

&

 

= −233.2

+ j107.7 В;

 

 

 

ϕa

= ϕb +U4

 

 

 

&

&

&

 

= j100 В;

 

 

 

ϕd

= ϕb + E1

 

 

 

 

&

&

&

 

= −220.4

+ j50.65 В;

 

 

 

ϕc

= ϕb U3

 

 

 

 

&

&

&

 

= −199.9

+ j99.95 В.

 

 

 

ϕk

= ϕc U2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+j

 

 

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

 

k

 

I4

 

 

 

 

 

a

 

 

U J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E2

d

 

 

 

 

5

U2

U4

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

c

 

 

U3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

b

 

 

 

 

 

 

 

 

0

I5

+1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I3

 

 

 

 

 

 

50 В

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

Принимаем масштаб векторов напряжений и потенциалов узлов,

например,

mU = 50 В/см. На комплексной плоскости, где уже построе-

ны векторы токов, отмечаем точками потенциалы узлов и точки k, от-

кладывая их вещественные и мнимые составляющие по вещественной

и мнимой осям соответственно, в принятом масштабе mU . Далее со-

единяем точки потенциалов векторами напряжений согласно их на-

правлениям на комплексной схеме замещения.

 

 

42

6. Определяем показание вольтметра аналитически и графически, как действующее значение напряжения, между точками включения вольтметра, т.е. между узлами a и d.

Аналитически:

UV =

&

= 233.425 В или UV =

 

ϕd −ϕa

 

=

 

233.2 j7.7

 

= 233.425 В.

 

 

 

 

UJ

 

 

 

 

 

 

 

 

& &

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uurГрафически (по векторной диаграмме):

UV = ad mV = 4.65 50 = 232.5 В.

7. Делаем развязку индуктивной связи и методом эквивалентного генератора находим ток ветви ab, т.е. I&ab = I&4 . При развязке учитываем, что индуктивно связанные сопротивления Z 3 и Z 4 подходят к общему узлу b одинаковым образом.

Далее относительно сопротивления R бывшей ветви ab (после развязки ветвь am) используем метод эквивалентного генератора.

 

 

 

J

 

I11

a

 

j(X4-XM)m

ZM

b

d

 

 

 

 

&

&( xx)

 

E

 

EÃ

I

3

 

1

 

 

(Z3-ZM)

 

I22

Z5

 

 

 

I&5( xx)

 

Z2

E2

 

 

k

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

Для определения токов

 

 

&(xx)

и

&(xx)

во вспомогательной схеме приме-

 

I3

I5

 

ним метод контурных токов:

 

 

 

 

 

 

 

&

 

&

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I11

= J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E& ,

I&

(Z

3

Z

M

+ Z

M

+ Z

2

)− I&

 

Z

2

= E&

22

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

E&

 

E&

+ J& Z

2

 

 

 

 

 

 

 

 

тогда I&22 =

2

 

 

1

 

 

 

= 0.627

j1.119 А. В результате:

 

 

Z 2 + Z 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&(xx)

=

&

 

=

0.627 j1.119 А;

 

&(xx)

 

&

&

I

3

I

22

 

I

5

 

= I

= J =1j1.73 А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

Затем по 2 закону Кирхгофа составляем уравнение и находим E&Г :

E&Г = −(Z 3 Z M )I&3(xx) Z 5 I&5(xx)

= −55.65 + j334.35 =338.95e j99.45o В, т.е.

EГ =338.95 В, αГ =99.45o .

 

 

 

 

 

 

 

 

Во вспомогательной схеме ветвь с источником тока разрываем,

ЭДС

E&

 

и

E&

 

закорачиваем и относительно зажимов сопротивления

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R ветви ab находим Z Г :

}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z Г =Z 5 + j (X 4

X M )+ (Z 3 Z M )(Z 2 +Z M ) =97.5j12.5 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z 3 Z M +Z 2 +Z M

=98.3ej7.3o

Ом,

 

 

т.е. RГ =97.5 Ом;

X Г =−12.5 Ом; ϕГ =−7.3o ;

ZГ =98.3 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далее находим ток ветви ab:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I&4 =

E&Г

=−0.387 + j1.668 =1.713e j103o

А,

Z Г +R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

который совпал со значениями, найденными при помощи законов Кирхгофа и метода контурных токов.

43

44

Затем изменяя величину

сопротивления

R ветви ab от 0 до

10ZГ =983 Ом рассчитываем мощность Pab ,

которая выделяется в

виде тепла в этом сопротивлении:

 

Pab =

EГ2 R

 

 

.

 

(R +RГ )2 + X Г2

 

R,

 

Результаты расчетов этой мощности вносим в таблицу:

 

0

98.3

196.6 294.9 393.2 491.5 589.8 688.1 786.4 884.7

983

Ом

Pab ,

0

293.4 260.7 219.8 187.5 162.7 143.4 128.1 115.6 105.3

96.7

Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Максимум

мощности

 

 

 

EГ2

 

 

) =293.4

Вт

наблюдается

 

Pab = Pm = 2(R +R

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

при

R = R

=

R2 + X

2

= Z

Г

=98.3 Ом.

Строим график зависимости

 

 

m

 

Г

Г

 

 

 

 

 

 

 

 

P = f (R) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pab(R)

Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

R, Ом

8. Необходимо сформулировать вывод по выполненным пунктам

задания, в котором сравнить результаты вычислений, оценить трудо-

емкость методов расчета и проанализировать график мощности п.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

 

 

 

 

 

Расчет РГР №2 при помощи программы MathCad осуществляется следующим образом:

Дано:

 

 

ORIGIN:= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1 := 100

e90 degi

J := 2 e60 degi

L := 318.47 103

E2 := 200

e0 degi

ω := 314

 

 

 

 

 

C := 31.8 106

 

E3 := 0

 

 

 

R := 100

 

 

 

 

 

M := L

 

 

Расчет комплексных сопротивлений :

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

ZL := i ω L

ZC := −i

 

1

 

 

 

ZM :=

ZL

 

 

ω C

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ZL = 100i

ZC = −100.148i

 

ZM = 50i

 

Z1 := 0

Z2 := R

Z3 := 2

R + ZL

Z4 := R + ZL

 

Z1 = 0

Z2 = 100

Z3 = 200 + 100i

Z4 = 100 + 100i

 

 

 

 

Z5 :=

3R

ZC

 

Z5 = 30.08 90.107i

 

 

 

 

 

3R + ZC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Метод законов Кирхгофа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

0

 

 

1

 

1

0

 

 

J

 

 

 

1

0

1

 

 

1

 

0

0

 

 

 

0

 

 

 

0 1

1

 

 

0

 

1 0

 

 

0

A :=

 

 

 

 

 

B :=

 

 

 

0

Z2

Z3

ZM

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E1 + E2

 

 

 

0

0

Z3 ZM

Z4 ZM

 

Z5

0

 

 

 

0

 

 

0 0

ZM

 

 

Z4

 

0 1

 

 

E1

1.1. Решение матричного уравнения:

 

 

X := A1

B

 

 

 

 

0.795 + 2.224i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.205 0.492i

 

 

I1 := X1

I2 := X2

 

 

 

X

 

0.408 0.555i

 

I3 := X3

I4 := X4

 

 

 

=

0.387 + 1.67i

 

 

I5 := X5

UJ := X6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.613 0.062i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

233.3727.911i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46

1.2.Значения токов и напряжения на источнике тока

валгебраической форме записи:

I1 = −0.795 + 2.224i

I2 = −0.205 0.492i

I3 = 0.408 0.555i

I4 = −0.387 + 1.67i

I5 = 0.613 0.062i

UJ = 233.3727.911i

1.3. Определение модулей и фаз токов и напряжения:

I1

 

 

= 2.362

arg(I1) = 109.66deg

I2

 

 

= 0.533

arg(I2)

= −112.644deg

 

I3

 

 

= 0.688

arg(I3)

= −53.658deg

 

I4

 

 

= 1.714

arg(I4)

= 103.039deg

 

I5

 

 

= 0.616

arg(I5)

= −5.797deg

 

UJ

 

= 233.506

arg(UJ) = −1.942deg

 

2.Метод контурных токов

2.1.Определение значений контурных токов и напряжения на источнике тока:

J33 := J

 

 

Z2 + Z3

(Z2 + ZM)

0

A1

:= −(Z2 + ZM)

Z2 + Z4 + Z5

0

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2

Z2 + Z5

1

 

 

E1 + E2 + J33 Z2

 

 

B1

:= E1 E2 J33 (Z2 + Z5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E2 J33

(Z2 + Z5)

 

 

X1 := A11 B1

47

 

 

0.408 0.555i

J11

:= X11

X1

=

0.387

+ 1.67i

J22

:= X1

 

 

 

7.911i

 

2

 

233.372

UJk := X1

 

 

 

 

 

3

2.2.Значения контурных токов и напряжения на источнике тока в алгебраической форме записи:

J11 = 0.408 0.555i

J22 = −0.387 + 1.67i UJk = 233.3727.911i

2.3. Определение токов в ветвях:

I1k := J22 J11

 

I1k = −0.795

+ 2.224i

I2k := J11

J22

J33

I2k = −0.205

0.492i

I3k := J11

 

 

I3k = 0.408 0.555i

I4k := J22

 

 

I4k = −0.387

+ 1.67i

I5k := J22

+ J33

 

I5k = 0.613 0.062i

2.3.Расчитываем напряжения на пассивных элементах с учетом наличия индуктивной связи:

U2 := Z2

I2

U2

= −20.53549.226i

U3 := Z3

I3 ZM I4

U3

= 220.53550.774i

U4 := Z4

I4 ZM I3

U4

= −233.372+ 107.911i

U5 := Z5

I5

U5

= 12.83757.137i

или

U2

 

= 53.337

arg(U2)

= −112.644deg

U3

 

= 226.304

arg(U3)

= −12.965deg

 

U4

 

= 257.114

arg(U4)

= 155.184deg

 

U5

 

= 58.561

arg(U5)

= −77.337deg

 

3.Баланс мощности

3.1.полная мощность

S := E1 I1 + E2 I2 + UJ J S = 428.436+ 415.287i

48

3.2. активная мощность

 

 

 

 

 

 

P := (

 

I1

 

)2

Re(Z1) + (

 

 

I2

 

)2 Re(Z2) + (

 

I3

 

)2 Re(Z3) ...

 

 

 

 

 

 

 

 

+ (

 

 

 

I4

 

 

 

)2 Re(Z4) +

 

 

(

 

 

 

 

 

 

 

I5

 

)2 Re(Z5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P = 428.436

 

 

 

 

 

 

3.3. реактивная мощность

 

 

 

 

 

 

Q1

:= (

 

I1

 

)2

Im(Z1) + (

 

I2

 

)2 Im(Z2) + (

 

 

 

I3

 

)2 Im(Z3) ...

 

 

 

 

 

 

 

 

+ (

 

 

 

I4

 

 

 

)2 Im(Z4) +

 

 

 

(

 

I5

 

)2 Im(Z5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q2

:= 2

 

I3

 

 

 

 

I4

 

cos (arg(I3) arg(I4)) Im(ZM)

 

 

 

 

Q := Q1 Q2

 

 

 

 

Q = 415.287

 

 

 

 

 

 

4.Лучевая диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений

4.1.лучевая диаграмма токов

m := 20 - коэффициент для масштаба тока

I := ( 0 J 0 I1 0 I2 0 I3 0 I4 0 I5) m

50

40

30

20 Im(IT) 10

20 10 0 10 20 30

10

20

30

40

Re(IT)

4.2. Топографическая диаграмма напряжений (строится совмещенно с лучевой диаграммой токов)

n := 0.2 - коэффициент для масштаба напряжения

4.2.1. Контур bacb:

ϕb := 0

 

ϕa := ϕb + I4

Z4 I3 ZM

ϕc := ϕa + I5 Z5

ϕbb := ϕc + I3

Z3 I4 ZM потенциал ϕbb должен быть

равен ϕb

ϕb

 

 

 

 

0

 

 

ϕa

 

 

 

 

46.674+ 21.582i

 

ϕ1

=

 

ϕ1 :=

ϕc

n

 

 

 

 

 

 

 

 

44.107+ 10.155i

 

 

 

 

0 0i

 

ϕbb

 

 

 

4.2.2. Контур bdkcb:

 

 

 

 

ϕd := ϕb + E1

 

 

 

 

 

ϕk := ϕd E2

 

 

 

 

 

ϕcc := ϕk + I2 Z2

потенциал ϕсс должен быть равен ϕс

ϕbb := ϕcc + I3 Z3 I4 ZM потенциал ϕbb должен быть равен ϕb

ϕb

 

 

0

 

 

 

ϕd

 

 

20i

 

 

 

 

 

ϕ2 :=

ϕk

n

ϕ2 =

40 +

20i

 

 

ϕcc

 

 

44.107+

 

 

 

 

 

10.155i

ϕbb

 

0

 

 

4.2.3. Контур bdab:

ϕaa := ϕd UJ потенциал ϕaa должен быть равен ϕa

49

50

 

 

ϕb

 

 

 

0

 

 

6. Определяем ток в ветви ab методом эквивалентного

 

 

 

 

 

 

ϕd

 

 

 

20i

 

 

генератора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕ3 :=

 

n

ϕ3 =

 

6.1. По методу контурных токов определяем токи ХХ

 

 

 

 

ϕaa

 

46.674+ 21.582i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ϕb

 

 

 

0

 

 

J11 := J

 

 

 

 

J11 = 1 1.732i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

 

J22 :=

E2 E1 + J Z2

 

 

J22 = 0.627 1.12i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z2 + Z3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35

 

 

I3xx:= J22

 

I5xx:= J11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.2. ЭДС генератора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im(IT)

 

 

 

 

 

 

20

 

 

Eg := −(Z3 ZM) I3xxZ5 I5xx

Eg = −55.351+ 334.79i

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

Eg

= 339.335

 

arg(Eg) = 99.388deg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im(ϕ1)

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3. Сопротивление генератора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Im(ϕ2)

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Z3 ZM) (Z2 + ZM)

 

 

Im(ϕ3)

50 45 40 35 30 25 20 15 10 55 0

5 10 15 20 25

 

Zg := Z5 + Im(Z4 ZM) i +

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z3 + Z2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zg = 97.58 12.607i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

6.4. Определяем ток в ветви ab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Eg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I4 := Zg + R

 

I4 = −0.387 + 1.67i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Re(IT),Re(ϕ1) ,Re(ϕ2) ,Re(ϕ3)

 

7. Расчитываем мощность Pab

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

Eg )2

 

 

 

Построенные диаграммы рекомендуется скопировать в

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rr

 

 

i := 1..11

Rri :=

Zg

(i 1)

 

Pabi

:=

 

 

 

 

i

 

 

графический редактор, например,

Microsoft Visio и проставить

 

(Rri + Re(Zg))

2

+ Im(Zg)

2

индексы узлов и направления стрелок векторов токов и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напряжений.

 

 

 

 

 

 

 

 

T := stack(RrT ,PabT)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определяем показания вольтметра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

 

7

8

9

 

10

11

Uv :=

UJ

 

Uv = 233.506

 

 

 

T

1

 

 

 

 

 

 

0.0

98.4 196.8 295.2 393.6 492.0 590.3 688.7 787.1 885.5 983.9

или

Uv :=

ϕd − ϕa

Uv = 233.506

 

 

2

0.0

293.8 261.0 220.1 187.7 162.9 143.6 128.2 115.8 105.5

96.9

51

52

7.1. Построение зависимости Pab(R)

 

 

 

 

R

 

 

 

 

(

 

Eg

 

)2 Rr

 

 

 

 

 

 

 

 

i := 1..31 Rr

:=

(i 1)

Pab

 

:=

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

i

 

3

 

 

i

 

(Rri + Re(Zg))2 + Im(Zg)2

P(r) := interp(cspline(Rr,Pab) ,Rr,Pab ,r)

300

 

 

 

 

 

 

 

240

 

 

 

 

 

 

 

180

 

 

 

 

 

 

 

P(r)

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

0

100

200

300 400

500

600 700

800

900 1000

 

 

 

 

r

 

 

 

Методические указания к заданию № 3 (5).

Для заданной схемы дано:

E&A = 220 ej90o B;

E&B = a2 EA ; E&C = a EA ;

X Г1 = X Дв1 = 20 Oм;

X Г2 = X Дв2 =10 Oм;

X Г0 = X Дв0 = 5 Oм;

R = 20 Oм;

Zn = − j5Oм; ZN = ∞.

Генератор Двигатель

.

I.ГA a

 

jxДв1,2,0 I.ДвA

EA A jxГ1,2,0

R

N

k

.

UN ZN

I.N

.

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

UГA

I.ГB

 

 

 

UДвA

I.ДвB

 

EB B

jxГ1,2,0

b

R

jx

Дв1,2,0

n

.

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

UГB

I.

 

 

jx

UДвB

I.

 

EC

C

jxГ1,2,0

c

R

Дв1,2,0

 

 

 

ГC

 

 

.

ДвC

 

 

 

.

 

 

 

 

.

 

 

 

U

 

 

 

UДвC

Zn

 

 

ГC

 

 

 

 

 

Un

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.n

1. Короткое замыкание фазы С на нейтраль N генератора.

Для особой фазы С рассчитываем симметричные составляющие напряжений и токов.

1.1. В место повреждения вводим фиктивные ЭДС U&A , U&B , U&C и записываем условие: I&A = 0; I&B = 0; U&C = 0 .

53

54

I.ГA

a

 

I.ДвA

I.ГB

 

b

I.ДвB

I.ГC

 

c

I.ДвC

.

.

.

 

 

UA

UB

UC

ZN

I.

 

 

 

 

N

 

k

 

.

m

 

 

 

UN

 

В результате:

I&С = I&С1 + I&С2 + I&С0 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

&

 

&

+ a

2 &

 

 

 

 

a

3

 

 

 

&

 

 

 

I&С1 = a

I А

+aIВ

IС

=

 

 

I&С =

 

IС

;

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

&

&

+a

2

&

 

 

 

a

3

 

 

 

&

 

I&С2 = a2

I

А + aI

В

IС

=

 

I&С

=

IС

;

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

I&С0 =

I&А + I&В + I&С

 

=

I&С

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

a = e j120o ; a2 = ej120o ; a3 = e j360o =1.

1.2. Расчётная схема прямой последовательности для особой фазы С:

где Z Г1 = jX Г1 = j20 Ом; Z Дв1 = R + jX Дв1 = 20 + j20 Ом.

Складываем параллельные ветви с Z Г1 и Z Дв1 , получаем эквивалентную схему:

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

Z1

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

I.C1

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UC1

 

 

 

где

Z1

=

Z Г1

Z Дв1

=

j20 (20

+ j20)

= 4

+ j12 =

12e

j71.56o

Ом

Z Г1

+ Z Дв1

j20 +20 + j20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– эквивалентное сопротивление прямой последовательности;

55

&

 

&

 

Z1

 

 

 

j30 12e j71.56o

 

 

 

 

 

 

 

 

j11.56o

 

 

 

 

= 220e

 

 

 

 

=136 + j27.885

=139.15e

 

В

E

= E

 

 

 

 

 

 

 

 

C Z Г1

 

 

 

 

 

j20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– эквивалентная ЭДС фазы С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В результате на основании законов Ома и Кирхгофа можно за-

писать расчётные формулы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U&

С1

= E&

 

Z

1

I&

; U&

 

ДвC1

=U&

С1

; I&

ДвC1

=U&

ДвC1

/ Z

Дв1

;

 

 

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I&ГC1 = I&C1 + I&ДвC1; U&ГC1 = Z Г1I&ГC1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт по этим формулам будет возможен после определения

составляющей тока короткого замыкания прямой последовательности

фазы С, т.е. I&C1 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. Расчётная схема обратной последовательности для особой фа-

зы С:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I.ГC2 c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

 

 

 

C

 

ZГ2

 

 

 

Z Дв2

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UГC2

 

.

 

 

 

UДвC2

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

UC2

 

.

 

 

 

I ДвC2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IC2

 

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z Г2 = jX Г2 = j10 Ом;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z Дв2 = R + jX Дв2 = 20 + j10 Ом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Складываем параллельные ветви с Z Г2

 

и Z Дв2 ,

получаем эк-

вивалентную схему:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z 2

=

Z Г2

Z Дв2

=

j10 (20 + j10)

= 2.5

+ j7.5

= 7.906e

j71.56o

Ом;

Z Г2

+ Z Дв2

j10 +20 + j10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– эквивалентное сопротивление обратной последовательности.

56

В результате на основании законов Ома и Кирхгофа можно записать расчётные формулы:

U&С2 = −Z 2 I&C 2 ; U&ДвC 2 =U&С2 ; I&ДвC 2 = U&ДвC 2 / Z Дв2 ; I&ГC 2 = I&C 2 + I&ДвC 2 ; U&ГC 2 = Z Г2 I&ГC 2.

Расчёт по этим формулам будет возможен после определения составляющей тока короткого замыкания обратной последовательности фазы С, т.е. I&C 2 .

1.4. Расчётная схема нулевой последовательности для особой фазы С:

где

Z 0

=

Z Г0 (Z ДВ0 +3Z N +3Z n )

=

j5 (20 + j5 +∞− j15)

= Z Г0

= j5 Ом –

Z Г0

+ Z ДВ0 +3Z N +3Z n

j5

+20

+ j5 +∞− j15

 

 

 

 

 

эквивалентное сопротивление нулевой последовательности.

В результате на основании законов Ома и Кирхгофа можно записать расчётные формулы:

U&С0 = −Z 0 I&C0 ;

I&ДвC0

=

 

U&С0

; U&ДвC0

=I&ДвC0 Z Дв0 = 0;

Z ДВ0

+3Z N +3Z n

 

 

 

 

 

U&n = 3Z n I&ДвC0 = 0; U&N = 3Z N I&ДвC0 =U&С0 ; I&ГC0 = I&C0 + I&ДвC0 ;

U&ГC0 = Z Г0 I&ГC0 = −U&С0 .

Расчёт по этим формулам будет возможен после определения составляющей тока короткого замыкания обратной последовательности фазы С, т.е. I&C0 .

Рассчитываем симметричные составляющие напряжений и токов особой фазы С.

Так как U&С =U&С1 +U&С2 +U&С0 = (E&Z1I&C1) +(Z 2 I&C 2 ) +(Z 0 I&C0 ) = 0

57

и I&С = I&С1 + I&С2 + I&С0

=

I&С

+

 

I&С

+

I&С

, то

 

3

3

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I&С =

3E&

= 3

 

 

 

 

139.15e j11.56o

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z1 + Z 2 + Z 0

 

 

(4 + j12) +(2.5 + j7.5) + j5

 

= 7.328 j14.749 =16.47ej63.58o A.

В результате по вышеприведённым формулам находим симметричные составляющие прямой последовательности напряжений и токов фазы С:

I&С1

=

I&С

 

= 2.443 j4.916 A;

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U&

С1

= E&

 

 

Z

1

I&

=136.327 + j27.885 (4 + j12)(2.443 j4.916) =

 

 

 

C1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 67563 + j18.233 B;

U&ДвC1 =U&С1 = 67563 + j18.233 B;

I&ДвC1

=

U&

ДвC1

= 2.145 j1.233 A;

 

Z Дв1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I&ГC1 = I&C1 + I&ДвC1 = (2.443 j4.916) +(2.145 j1.233) = 4.588 j6.149 A;

U&ГC1 = Z Г1I&ГC1 = j20 (4.588 j6.149) =122.98 + j91.76 B.

Далее находим симметричные составляющие обратной последовательности напряжений и токов фазы С:

I&С2 = I&3С = 2.443 j4.916 A;

U&С2 = −Z 2 I&C 2 = −(2.5 + j7.5)(2.443 j4.916) = −42.968

j6.032 B;

U&ДвC 2 =U&С2 = −42.968 j6.032 B;

 

 

 

I&ДвC 2 =

U&

ДвC 2

=

42.968 j6.032

 

= −1.84

+ j0.618 B;

 

Z Дв2

20 + j10

 

 

 

 

 

 

I&ГC 2 = I&C 2 + I&ДвC 2 = 0.603 j4.298 A; U&ГC 2 = Z Г2 I&ГC 2 = 42.98 + j6.03 B ,

причём U&ГC 2 = −U&C 2 – верно.

58

Затем находим симметричные составляющие нулевой последовательности напряжений и токов фазы С:

I&С0 = I&3С = 2.443 j4.916 A;

U&С0 = −Z 0 I&C0 = − j5(2.443 j4.916) = −24.58 j12.25 B;

U&n = 0; U&N =U&С0 = −24.58 j12.25 B;

I&ДвC0 = 0; U&ДвC0 = 0;

I&ГC0 = I&C0 = 2.443 j4.916 A;

U&ГC0 = Z Г0 I&ГC0 = 24.58 + j12.215 B.

2. Определяем напряжения и токи трёхфазной цепи, используя найденные симметричные составляющие фазы С и фазовый оператор

a = e j120o :

I&ГA = a2 I&ГC1 + aI&ГC 2 + I&ГC0 = −1.755 j3.144 = 3.6ej119o A; I&ГB = aI&ГC1 +a2 I&ГC 2 + I&ГC0 =1.45 + j3.759 = 4.03e j69o A;

I&ГC = I&ГC1 + I&ГC 2 + I&ГC0 = 7.634 j15.363 =17.15ej64o

 

 

A;

 

 

 

 

 

&

= a

2

&

 

 

&

&

 

= −1.755 j3.144 = 3.6e

j119o

 

A;

 

 

I ДвA

 

I

ДвC1 + aI ДвC 2

+ I ДвC0

 

 

 

 

 

&

 

&

 

2

&

&

 

=1.45 + j3.759 = 4.03e

j69o

A;

 

 

 

 

 

I ДвB

= aI

ДвC1 + a

 

I ДвC 2

+ I ДвC0

 

 

 

 

 

 

 

 

I&ДвC = I&ДвC1 + I&ДвC 2 + I&ДвC0 = 0.305 + j0.615 = 0.686ej64o A;

 

 

 

 

&

2

&

 

 

&

&

=15.848 j105.956 =107.135e

j81.5o

B;

U ГA

= a U

ГC1 +aU ГC 2

+U ГC0

 

 

 

 

&

 

&

2

&

&

= −132.64 + j32.6 =136.588e

j166o

B;

 

 

U ГB

= aU ГC1 +a UГC 2 +U ГC0

 

 

 

 

 

U&ГC =U&ГC1 +U&ГC 2 +U&ГC0 =190.54 + j110.005 = 220e j30o B;

 

 

 

 

 

 

&

 

2

&

 

&

&

 

 

 

102.2e

j85o

B;

U ДвA = a U ДвC1 + aU ДвC 2 +U ДвC0 = 8.724 j101.828 =

 

 

&

 

 

&

 

 

2 &

&

 

 

 

95.617e

j110o

B;

U ДвB = aU

ДвC1 + a U ДвC 2 +U ДвC0 = −33.308 + j89.628 =

 

 

U&ДвC =U&ДвC1 +U&ДвC 2 +U&ДвC0 = 24.585 + j12.2 = 27.446e j26o B;

59

I&N = I&n = 3I&ДвC0 = I&ДвA + I&ДвB + I&ДвC = 0 – верно, т.к. ZN = ∞.

U&n = 0; U&N

=U&C0

= −24.58 j12.215 = 27.448ej153.6o B.

 

 

При замыкании фазы С на N и при ZN = ∞ имеем:

U&

ГC

= E&

; I&

 

= I&

ДвA

; I&

= I&

ДвB

; U&

N

= −U&

ДвC

– верно.

 

C

ГA

 

ГB

 

 

 

 

3.Рассчитываем балансы активной и реактивной мощностей.

3.1.Комплекс полной вырабатываемой мощности:

S&B = E&A I&ГA + E&B I&ГB + E&C I&ГC =

=220ej90o (3.6e j119o ) +220ej 210o (4.03ej69o ) +220e j30o (17.15e j64o ) =

=568.2 + j5023 BA;

где PB = 568.2 Вт > 0 – активная вырабатываемая мощность; QB = 5023 вар – реактивная вырабатываемая мощность.

3.2. Потери полной мощности в обмотках генератора:

S&Г =U&ГA I&ГA +U ГB I&ГB +U ГC I&ГC =

=107.135ej81.5o (3.6e j119o ) +136.588ej166o (4.03ej69o ) + +220e j30o (17.15e j64o ) = −24.289 + j4545 BA;

QГ = 4545 вар; PГ = −24, 289 Вт 0 , т.к. RГ = 0 и QГ PГ .

3.3. Потребляемая двигателем полная мощность:

S&Дв =U&ДвA I&ДвA +U&ДвB I&ДвB +U&ДвC I&ДвC =

=102.2ej85o (3.6e j119o ) +95.617e j110o (4.03ej69o ) +

+27.446e j26o (0.686e j64o ) = 595.837 + j477.37 BA; где PДв = 595.837 Вт ; QДв = 477.37 вар.

3.4. Потребляемая в нулевом проводе полная мощность.

S&0 =U&n I&n +U&N I&N = 0 0 +27.448ej153.6o 0 = 0 BA;

где P0 = 0 Вт ; Q0 = 0 вар.

60

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]