12. Методы расчета цепей переменного тока.

Для расчета электрических цепей переменного тока применимы все рас­четные методы, полученные ранее для цепей постоянного тока, а именно:

а) метод преобразования (свертки) схемы;

б) метод законов Кирхгофа;

в) метод контурных токов;

г) метод узловых потенциалов;

д) метод двух узлов;

е) метод эквивалентного генератора.

Отличительной особенностью расчета цепей переменного тока является то, что исходные параметры отдельных элементов схемы задаются в комплекс­ной форме. Целью расчета цепей переменного тока энергетического характера является определение действующих значений напряжений и токов, а также ак­тивных и реактивных мощностей отдельных источников и приемников энергии. По этой причине на начальном этапе расчета синусоидальные по форме источ­ники энергии заменяют их комлексными действующими значениями по форме , все математические операции в про­цессе решения выполняются также в комплексной форме. Результаты расчета для напряжений и токов представляют в показательной форме , а для мощностей − в алгебраической форме . В цепи переменного тока каждой точке электрической схемы соответствует определенное значение ком­плексного потенциала. Если на комплексной плоскости в выбранном масштабе нанести координаты всех точек схемы, а затем соединить точки на графической диаграмме прямолинейными отрезками точно так, как они соединены между собой на электрической схеме, то получим топографическую диаграмму потен­циалов. На топографической диаграмме потенциалов можно графически опре­делить напряжение между двумя произвольно выбранными точками, для этого достаточно соединить выбранные точки отрезком прямой, при этом длина от­резка в выбранном масштабе равна модулю, а угол с вещественной осью − ар­гументу комплексного числа.

Расчет цепей переменного тока, как правило, иллюстрируется по­строением топографической диаграммы потенциалов, совмещенной с векторной диаграммой токов. Ниже приведен пример расчета сложной цепи переменного тока с построением топографической диаграммы потенциалов и векторной диа­граммы токов. Все операции расчета выполнены на ЭВМ в MathCAD.

Задана схема цепи (рис. 61) и параметры отдельных элементов в ком­плексной форме:

Расчет схемы методом узловых потенциалов:

Топографическая диаграмма потенциалов и векторная диаграмма токов

Рис. 62

Т5. Резонанс в электрических цепях

1. Определение резонанса

В электрической цепи, содержащей катушки индуктивности L и конден­са­торы C, воз­можны свободные гармонические колебания энергии между маг­нит­ным полем катушки и электрическим полем конденсатора . Угловая частота этих колебаний _o, называемых свободными или собствен­ными, определяется структурой цепи и парамет­рами ее отдельных элементов R, L ,C.

Резонансным режимом цепи или просто резонансом называется явление увеличения амплитуды гармонических колебаний энергии в цепи, наблюдаемое при совпадении частоты собственных колебаний _o с частотой вынужденных колебаний , сообщаемых цепи источ­ником энергии (_o = ).

В резонансном режиме колебания энергии между магнитным и электри­че­ским по­лями замыкаются внутри цепи, обмен энергией между источником и цепью отсутствует, а вся по­ступающая от источника энергия преобразуется в другие виды, т.е. электрическая цепь по отношению к источнику энергии ведет себя как чисто активное сопротивление R (активная проводимость G). На этом основании условие для резонансного режима можно сформулиро­вать через па­раметры элементов схемы, а именно: входное сопротивление и, соответственно, входная проводимость схемы со стороны выводов источника энергии должна носить чисто активный характер: Z_вх= R_вх; Y_вх= G_вх; X_вх= 0; B_вх= 0; или в ком­плекс­ной форме: Im[Z_вх] = 0, Im[Y_вх] = 0.