Треугольник сопротивлений rl цепи

Видео:Откуда взялась формула полного сопротивления цепи? Треугольник напряжений, треугольник сопротивленийСкачать

Откуда взялась формула полного сопротивления цепи? Треугольник напряжений, треугольник сопротивлений

Треугольник сопротивлений

Автор: Евгений Живоглядов.
Дата публикации: 01 апреля 2015 .
Категория: Статьи.

Если стороны треугольника напряжений (рисунок 1, а) разделить на ток I (рисунок 1, б), то углы треугольника от этого не изменятся, и мы получим новый треугольник, подобный первому – треугольник сопротивлений (рисунок 1, в).

Рисунок 1. Получение треугольника сопротивлений

В треугольнике сопротивления, показанном отдельно на рисунке 2, все стороны обозначают сопротивления, причем гипотенуза его является полным или кажущимся сопротивлением цепи.

Из треугольника сопротивлений видно, что полное или кажущееся сопротивление z равно геометрической сумме активного r и индуктивного xL сопротивлений.

Применяя теорему Пифагора к треугольнику сопротивлений, получаем:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Если одно из сопротивлений цепи (активное или реактивное), например, в 10 и более раз меньше другого, то меньшим можно пренебречь, в чем легко можно убедиться непосредственным расчетом.

Пример 1. Определить полное сопротивление цепи, в которой r = 9 Ом и xL = 12 Ом.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Было бы совершенно неправильно, если бы для определенного полного сопротивления были арифметически сложены оба сопротивления r и xL, так как

Результат, как мы видим, в этом случае получается неверный.

Пример 2. Полное сопротивление обмотки электромагнита z = 25 Ом. Активное сопротивление обмотки r = 15 Ом. Определить индуктивное сопротивление.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Пример 3. Индуктивное сопротивление обмотки электродвигателя переменного тока равно 14 Ом. Полное сопротивление ее равно 22 Ом. Найти активное сопротивление.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Пример 4. В цепи, изображенной на рисунке 3, определить показание вольтметра.

Рисунок 3. К примеру 4

Треугольник сопротивлений rl цепи

Определим общее сопротивление:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Если умножить z на ток I, получим:

то есть тот же результат, что и выше.

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560 с.

Видео:ТРЕУГОЛЬНИК СОПРОТИВЛЕНИЙ RL-ЦЕПИ. Решение задачи 5.50Скачать

ТРЕУГОЛЬНИК СОПРОТИВЛЕНИЙ RL-ЦЕПИ. Решение задачи 5.50

Последовательная RL-цепь

Рассмотрим цепь, состоящую из последовательно соединенных резистора R и катушки L, в электротехнике такая цепь часто называется последовательной RL-цепью.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Напряжение, приложенное к цепи равно

Треугольник сопротивлений rl цепи

По второму Кирхгофа, для рассматриваемой цепи можно записать выражение

Треугольник сопротивлений rl цепи

Напряжение на резисторе и катушке равно

Треугольник сопротивлений rl цепи

Тогда напряжение, приложенное к цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Подставив ток в выражение для напряжения, получим

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Из выше приведенной формулы первое слагаемое это напряжение на резисторе, то есть

Треугольник сопротивлений rl цепи

Из этого можно сделать вывод, что ток и напряжение в резисторе совпадают по фазе.

Напряжение на катушке

Треугольник сопротивлений rl цепи

Напряжение на катушке опережает ток на угол π/2.

Реактивное сопротивление катушки равно

Треугольник сопротивлений rl цепи

Сопротивление катушки зависит от частоты. При постоянном токе, частота равна нулю, а значит и сопротивление тоже.

Сдвиг фаз RL-цепи можно определить по формуле

Треугольник сопротивлений rl цепи

Полное сопротивление RL-цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Амплитудное значение тока

Треугольник сопротивлений rl цепи

К цепи, состоящей из последовательно соединенных катушки и резистора приложено синусоидальное напряжение. Ток в цепи равен 1,2 А. Сопротивление резистора 10 Ом, индуктивность катушки 26 мГн. Найдите напряжение U, UR, UL, сдвиг фаз φ. Постройте векторную диаграмму.

Найдем напряжение на каждом из элементов, зная ток в цепи и их сопротивление

Треугольник сопротивлений rl цепи

Найдем сдвиг фаз между током и напряжением в цепи. В нашем случае реактивное сопротивление x состоит только из индуктивного сопротивления xL

Треугольник сопротивлений rl цепи

Построим векторную диаграмму напряжений для нашей цепи. Подробнее об этом в статье Построение векторных диаграмм.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Напряжение в цепи найдем из треугольника напряжений

Видео:R, L, C в цепи переменного тока/Треугольник сопротивлений/Сдвиг по фазеСкачать

R, L, C в цепи переменного тока/Треугольник сопротивлений/Сдвиг по фазе

Анализ линейных электрических цепей (стр. 3 )

Треугольник сопротивлений rl цепиИз за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3

Треугольник сопротивлений rl цепи

Сравнение реактивного (1.22) и комплексного (1.31) сопротивлений индуктивности показывает, что на комплексной плоскости реактивное (индуктивное) сопротивление катушки откладывают на положительной вертикальной полуоси (рис. 1.32, б), потому что эта величина мнимая и положительная.

Запишем выражения комплексных амплитуд тока и напряжения для цепи, содержащей емкость. Из (1.16) и (1.26) следует, что:

Треугольник сопротивлений rl цепи,

где UmC и Im, а также ju и ji связаны соотношениями (1.27). Векторы напряжения на емкости и тока в ней сдвинуты друг относительно друга на –90°, при этом ток опережает напряжение (рис. 1.31, в).

Комплексное сопротивление емкости найдем как:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Здесь учтено, что Треугольник сопротивлений rl цепи.

Очевидно, что реактивное сопротивление емкости является мнимым отрицательным числом, на комплексной плоскости оно откладывается на отрицательной вертикальной полуоси (рис. 1.32, в).

Мы уже знаем, что любое комплексное число, записанное в алгебраической форме Треугольник сопротивлений rl цепи, имеет вещественную а и мнимую jb составляющие, а число, записанное в показательной форме Треугольник сопротивлений rl цепи– модуль A и аргумент j.

Анализ выражений (1показывает, что комплексное сопротивление резистора является вещественным и не содержит мнимой составляющей, его аргумент равен нулю; комплексное сопротивление индуктивности, наоборот, является мнимым, его аргумент равен +90°; комплексное сопротивление емкости также мнимое, но аргумент его равен –90°.

Треугольник сопротивлений rl цепи
На рис. 1.33, а и 1.34, а показаны последовательные RL и RC цепи. Комплексное сопротивление последовательной RL цепи в алгебраической форме содержит сумму положительного вещественного резистивного сопротивления R и положительного мнимого индуктивного сопротивления jXL (рис. 1.33, б):

Треугольник сопротивлений rl цепи

где Треугольник сопротивлений rl цепи.

В показательной форме это сопротивление запишется в виде:

Треугольник сопротивлений rl цепи,

где модуль ZRL называется полным сопротивлением последовательной RL цепи, а аргумент jZуглом этого сопротивления. Полное сопротивление ZRL и аргумент jZ подсчитываются, как это следует из рис. 1.33, б, по формулам

Треугольник сопротивлений rl цепи

Пример 1.11. Определим комплексное сопротивление цепи, изображенной на рис. 1.33, а, на частоте 50 Гц для R = 10 Ом и L = 100 мГн.

Рассчитаем значение индуктивного сопротивления цепи, используя (1.31),

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексное сопротивление RL-цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

В показательной форме комплексное сопротивление RL-цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексное сопротивление последовательной RC цепи в алгебраической форме состоит из положительного вещественного резистивного сопротивления R и отрицательного мнимого емкостного Треугольник сопротивлений rl цепи(рис. 1.34, б):

Треугольник сопротивлений rl цепи

где Треугольник сопротивлений rl цепи

В показательной форме это комплексное число выглядит как

Треугольник сопротивлений rl цепи,

где Треугольник сопротивлений rl цепи– полное сопротив­ление последовательной RC цепи;

Треугольник сопротивлений rl цепи– угол этого сопротивления.

Комплексное сопротивление ZRC изображено на рис. 1.34, б в виде вектора на комплексной плоскости. Там же показаны его проекции на вещественную и мнимую оси.

Треугольник сопротивлений rl цепи
Прямоугольный треугольник, составленный из резистивного, реактивного и полного сопротивлений (рис. 1.35), называется треугольником сопротивлений.

Треугольник сопротивлений rl цепи
Пример 1.12. Определим комплексное сопротивление цепи, изображенной на рис. 1.34, а, на частоте 5 кГц для R = 100 Ом, С = 318 нФ.

Рассчитаем значение емкостного сопротивления цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексное сопротивление RC-цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Вектор комплексного сопротивления RC-цепи изображен на рис. 1.36.

Запишем комплексное сопротивление последовательной RLC цепи (рис. 1.37, а). Оно будет содержать положительное вещественное резистивное сопротивление R и мнимое сопротивление Треугольник сопротивлений rl цепи, знак которого будет зависеть от соотношения индуктивного XL и емкостного XC сопротивлений, следовательно:

Треугольник сопротивлений rl цепи,

где Треугольник сопротивлений rl цепи.

Треугольник сопротивлений rl цепи
Напомним, что значения XL и XC зависят от частоты и от соответствующих элементов L и С, поэтому может случиться так, что на определенной частоте и при определенных значениях L и С значение XL будет больше значения XC, как это показано на рис. 1.37, б, или наоборот, значение XC будет больше, чем XL (рис. 1.37, в).

Из треугольника сопротивлений легко вычислить резистивное и реактивное сопротивления, зная полное сопротивление и его угол:

Треугольник сопротивлений rl цепи.

Случай, когда реактивное сопротивление Х = 0, т. е. XL = XC, является особым. Когда это имеет место, то говорят, что в последовательной RLC цепи возникает резонанс напряжений. Частота, на которой индуктивное и емкостное сопротивления оказываются равными, называется частотой резонанса напряжений. Комплексное сопротивление всей RLC цепи равно при этом резистивному сопротивлению R. В дальнейшем явление резонанса напряжений будет рассмотрено более детально.

Пример 1.13. Определим резистивное и реактивное сопротивления последовательной RLC цепи, комплексное сопротивление которой Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Сопротивление X = XLXC положительное, т. е. XL > XC, треугольник сопротивлений такой цепи изображен на рис. 1.38.

При параллельном соединении элементов удобнее иметь дело не с сопротивлениями, а с проводимостями – резистивной G = 1/R, реактивными Треугольник сопротивлений rl цепии Треугольник сопротивлений rl цепи, полной Y = 1/Z и комплексной Y = 1/Z. Если при последовательном соединении элементов складываТреугольник сопротивлений rl цепи
лись их комплексные сопротивления, то при параллельном соединении складываются их проводимости.

Для параллельной RLC цепи (рис. 1.39, а) ее комплексная проводимость запишется в виде:

Треугольник сопротивлений rl цепи,

где G = 1/R – резистивная проводимость;

Треугольник сопротивлений rl цепи– емкостная проводимость;

Треугольник сопротивлений rl цепи– индуктивная проводимость;

Треугольник сопротивлений rl цепи– реактивная проводимость;

Треугольник сопротивлений rl цепи– полная проводимость;

Треугольник сопротивлений rl цепи– угол проводимости.

Резистивную и реактивную проводимости можно найти из треугольника проводимостей (рис. 1.39, б):

Треугольник сопротивлений rl цепи.

Случай, когда реактивная проводимость В равна нулю, т. е. когда Треугольник сопротивлений rl цепитакже представляет особый интерес. В этот момент в параллельной RLC цепи наступает резонанс токов. Поэтому частота, на которой происходит совпадение реактивных проводимостей ветвей получила название частоты резонанса токов. Комплексная проводимость всей цепи при резонансе становится равной резистивной проводимости G. Более подробно явление резонанса токов будет рассмотрено позднее.

Пример 1.14. Определить комплексное сопротивление параллельной RLC цепи (рис. 1.39, а) на частоте f = 1 кГц для R = 100 Ом, L = 10 мГн, С = 10 мкФ.

Элементы цепи соединены параллельно, поэтому рассчитаем вначале комплексную проводимость YRLC, используя выражение (1.36).

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексная проводимость цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексное сопротивление цепи обратно пропорционально комплексной проводимости, поэтому

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепиИз данного раздела мы узнали, что:

1.3. Расчет реакций цепи в символической
форме

Расчет реакций в цепи с одним источником. Используется следующий порядок расчета:

1. Цепь, содержащую источник гармонических колебаний, преобразуют, заменяя ее элементы их комплексными сопротивлениями, а мгновенные значения эдс, токов и напряжений записывая в комплексной (символической) форме.

2. Рассчитывают комплексные значения токов в ветвях и напряжений на сопротивлениях, используя закон Ома и законы Кирхгофа.

3. Определяют соответствующие мгновенные значения токов и напряжений в цепи.

Пример 1.15. Определим мгновенные значения тока и напряжений на элементах цепи, содержащей источник гармонического напряжения Треугольник сопротивлений rl цепиВ, сопротивление R = 300 Ом, индуктивность L = 0,6 Гн и емкость С = = 0,625 мкФ (рис. 1.40).

В соответствии с порядком расчета реакции в цепи с одним источником заменяем элементы цепи их комплексными сопротивлениями.

Анализируя выражение для мгновенного значения напряжения u(t), определяем, что круговая частота w = 2000 рад/с, т. е. частота колебаний f = w/(2p) = = 318,3 Гц. Сопротивление R = 300 Ом остается неизменным. Индуктивность L = 0,6 Гн заменяется сопротивлением

Треугольник сопротивлений rl цепи

Емкость С = 0,625 мкФ заменяется сопротивлением

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Гармоническое напряжение Треугольник сопротивлений rl цепипред­ставим в показательной форме записи в виде

Треугольник сопротивлений rl цепи

В результате получаем схему, изображенную на рис. 1.41.

Для определения тока и напряжений в этой схеме рассчитаем вначале комплексное сопротивление цепи Z относительно зажимов источника. Все сопротивления включены последовательно, поэтому

Треугольник сопротивлений rl цепи

Отметим, что индуктивное и емкостное сопротивления цепи частично компенсировали друг друга и что реактивное сопротивление цепи меньше по величине, чем сопротивление любого из реактивных элементов.

Фактически возможно полностью исключить наличие реактивного сопротивления в цепи, изменив частоту генератора напряжения до выполнения условия |ZL| = |ZC|.

В рассматриваемом примере сопротивление цепи имеет индуктивный характер, поскольку реактивная составляющая комплексного сопротивления цепи имеет знак «плюс».

Комплексный ток Im в цепи определим, используя закон Ома для комплексного напряжения Um­­ источника и комплексного сопротивления Z. Имеем:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Преобразуя комплексное сопротивление Z в показательную форму для упрощения деления комплексных чисел, получаем

Треугольник сопротивлений rl цепи

Амплитудное значение тока равно 0,02 А, а начальная фаза равна –53°.

Напряжения на сопротивлениях цепи определяем, умножая ток Im на соответствующие сопротивления.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Ток Im имеет начальную фазу (–53°), напряжение UmR имеет такую же начальную фазу, т. е. векторы Im и UmR направлены по одной прямой на векторной диаграмме, изображенной на рис. 1.42.

Напряжение на индуктивности опережает ток на 90°, таким образом, UmL опережает вектор на горизонтальной оси рис. 1.42 на 37°.

Напряжение на емкости отстает от тока на 90°, а от горизонтальной оси на 143°.

Отметим также, что сдвиг фаз между UmL и U составляет 180°.

В соответствии с законом напряжений Кирхгофа

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Последние два слагаемых представляют собой сум­му напряжений на индуктивности и емкости, и этот суммарный вектор может быть направлен либо по UmL, либо по U в зависимости от того, какое из этих напряжений больше по величине. В нашем случае он имеет направление UmL.

Вектор UmR может быть добавлен к сумме UmL + U и результатом является вектор Um, как показано на рис. 1.42.

Мгновенные значения тока и напряжений на элементах цепи можно записать в виде

Треугольник сопротивлений rl цепи

Векторная диаграмма часто бывает полезна при объяснении и интерпретации результатов расчета.

Пример 1.16. Найдем токи и напряжения в цепи, изображенной на рис. 1.43, если заданы значения R1 = 2 Ом, R2 = 2 Ом, ХL = 4 Ом, ХС = 2 Ом, Треугольник сопротивлений rl цепи.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Во-первых, определим комплексное сопротивление Zаб параллельного соединения резистора R2 и емкостного сопротивления ХС:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Сопротивление Zаб можно представить в виде Zаб = = Rаб – jXаб.

Получаем эквивалентную схему, изображенную на рис. 1.44.

Эквивалентное комплексное сопротивление цепи определяется как

Треугольник сопротивлений rl цепи

Ток (рис. 1.45) определяется по закону Ома:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Токи Im1 и Im2 определяем по формулам разброса:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Следует отметить, что согласно закону токов Кирхгофа, Im1 + Im2 = Im. Векторная диаграмма токов приведена на рис. 1.46.

Определим напряжения на элементах цепи (рис. 1.43):

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Согласно закону напряжений Кирхгофа (рис. 1.47)

Треугольник сопротивлений rl цепи

Расчет реакций в цепи с несколькими источниками. Все методы расчета цепей в режиме постоянного тока применимы и к расчету цепей при гармоническом воздействии. Методы наложения, узловых напряжений, контурных токов, эквивалентного генератора используются для определения реакций в цепи с несколькими источниками гармонических колебаний.

Расчет выполняется для символической формы записи токов, напряжений и сопротивлений цепи.

Пример 1.17. Методом наложения определим токи в ветвях цепи, изображенной на рис. 1.48, если заданы значения R1 = 2 Ом, ХL = 4 Ом, ХС = 2 Ом, Треугольник сопротивлений rl цепиТреугольник сопротивлений rl цепи

Выберем направления токов в ветвях цепи (рис. 1.48). Поскольку в схеме два источника, то истинные направления токов неизвестны, поэтому выбираем их произвольно.

Метод наложения основан на принципе суперпозиции, согласно которому реакция линейной цепи на сумму воздействий равна алгебраической сумме реакций от каждого воздействия в отдельности.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Частичные схемы, в каждой из которых оставлен только один источник, а другой заменен его внутренним сопротивлением, изображены на рис. 1.49, а и 1.49, б.

Рассчитаем токи в первой частичной схеме (рис. 1.49, а). Внутреннее сопротивление источника тока равно бесконечности, поэтому Треугольник сопротивлений rl цепи. По закону Ома

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Рассмотрим вторую частичную схему (рис. 1.49, б). Ток Треугольник сопротивлений rl цепиравен току источника тока, т. е.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Токи Треугольник сопротивлений rl цепии Треугольник сопротивлений rl цепирассчитываем, используя формулу разброса,

Треугольник сопротивлений rl цепи

Токи в ветвях исходной схемы

Треугольник сопротивлений rl цепи

Пример 1.18. Методом узловых напряжений определим токи в ветвях цепи, изображенной на рис. 1.48.

Заземляем узел 2. Потенциал этого узла равен нулю, Vm2 = 0.

Для узла 1 составляем уравнение состояния:

Треугольник сопротивлений rl цепи

В этом уравнении Y11 – это собственная проводимость 1 узла, т. е. сумма проводимостей всех ветвей, подсоединенных к узлу 1:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Y12 – взаимная проводимость узлов 1 и 2, совпадающая в рассматриваемом примере с величиной Y11;

Треугольник сопротивлений rl цепи

Из уравнения состояния находим потенциал первого узла

Треугольник сопротивлений rl цепи

Токи в ветвях находим по закону Ома:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Значения токов в ветвях цепи рис. 1.48 те же самые, что и при расчете методом наложения.

Пример 1.19. Методом контурных токов определим токи в ветвях цепи, изображенной на рис. 1.48.

Выберем направления обхода контуров в цепи (рис. 1.50).

Треугольник сопротивлений rl цепи

Для определения контурного тока Треугольник сопротивлений rl цеписоставляем урав­нение состояния:

Треугольник сопротивлений rl цепи

В этом уравнении Z11 – собственное сопротивление 1 контура, равное сумме сопротивлений всех ветвей, образующих этот контур:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Z12 – взаимное сопротивление 1 и 2 контуров:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Из уравнения состояния находим контурный ток Imк1:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Зная контурные токи, находим токи ветвей,

Треугольник сопротивлений rl цепи

Значения токов совпадают с теми, которые были получены при расчете цепи методами наложения и узловых напряжений.

Пример 1.20. Методом эквивалентного генератора определим ток Im1 в цепи, изображенной на рис. 1.48.

Разомкнем ветвь с емкостью и для определения напряжения холостого хода Umхх составим уравнение по второму закону Кирхгофа

Треугольник сопротивлений rl цепи

В режиме холостого хода ток Imхх = –Imг, поэтому

Треугольник сопротивлений rl цепи

Сопротивление эквивалентного генератора Zэг равно

Треугольник сопротивлений rl цепи

Ток Im1 найдем по формуле

Треугольник сопротивлений rl цепи

Получаем то же самое значение Im1, что и при применении других методов расчета.

Из данного раздела мы узнали, что

Треугольник сопротивлений rl цепи

1.4. Комплексный коэффициент передачи

Рассмотрим электрическую цепь, изображенную на рис. 1.51.

Треугольник сопротивлений rl цепи
Нас может интересовать любая реакция цепи (напряжение или ток в любом элементе или ветви цепи) на любое из приложенных воздействий. В этом случае цепь удобно представить четырехполюсником, на входе которого включен источник с заданным воздействием, а на выходе – интересующий нас элемент, например, как это сделано на рис. 1.52.

Символическое изображение напряжений и токов на входе и выходе четырехполюсника, показано на рис. 1.53.

Важнейшей характеристикой линейной электрической цепи является комплексный коэффициент передачи Н. Он определяется отношением комплексной амплитуды реакции к комплексной амплитуде воздействия.

В зависимости от того, что считается реакцией и воздействием, различают следующие виды коэффициентов передачи.

1. Комплексный коэффициент передачи по напряжению

Треугольник сопротивлений rl цепи

2. Комплексный коэффициент передачи по току

Треугольник сопротивлений rl цепи

3. Комплексное передаточное сопротивление

Треугольник сопротивлений rl цепи

4. Комплексная передаточная проводимость

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексное число H может быть представлено в показательной форме

Треугольник сопротивлений rl цепи

где Н – модуль передаточной функции, а j – ее аргумент.

Действительно, рассмотрим передаточную функцию

Треугольник сопротивлений rl цепи.

Модуль передаточной функции

Треугольник сопротивлений rl цепи

представляет собой отношение амплитуды гармонической реакции цепи к амплитуде гармонического воздействия, т. е. показывает во сколько раз амплитуда гармонического колебания на входе цепи изменилась при прохождении колебания через цепь. Поэтому величину Hu называют коэффициентом передачи по напряжению.

Аргумент передаточной функции

Треугольник сопротивлений rl цепи

показывает изменение начальной фазы входного колебания после передачи этого колебания по цепи и называется фазовым сдвигом.

Знание комплексного коэффициента передачи цепи позволяет вычислить реакцию цепи на гармоническое воздействие. Амплитуда реакции равна

Треугольник сопротивлений rl цепи

а начальная ее фаза

Треугольник сопротивлений rl цепи

Другими словами, чтобы найти амплитуду гармонического колебания на выходе цепи, нужно амплитуду входного гармонического колебания умножить на коэффициент передачи по напряжению, а чтобы найти начальную фазу выходного гармонического колебания, нужно к начальной фазе входного гармонического колебания добавить фазовый сдвиг, вносимый цепью.

В символической форме записи комплексная амплитуда гармонического колебания на выходе цепи определяется из соотношения:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Аналогичным образом вычисляют коэффициент передачи по току

Треугольник сопротивлений rl цепи

и сдвиг фаз колебания тока

Треугольник сопротивлений rl цепи

полное передаточное сопротивление цепи

Треугольник сопротивлений rl цепи

и фазовый угол этого сопротивления

Треугольник сопротивлений rl цепи

а также полную передаточную проводимость

Треугольник сопротивлений rl цепи

и ее фазовый угол

Треугольник сопротивлений rl цепи

В общем виде можно записать

Треугольник сопротивлений rl цепи

Очевидно, что в схеме рис. 1.51 в качестве реакции может выступать напряжение или ток в любом элементе или любой ветви цепи, а в качестве воздействия использоваться не только напряжения или токи источников, но и любые напряжения или токи элементов (ветвей) цепи.

Пример 1.21. Найдем комплексный коэффициент передачи по напряжению цепи, приведенной в Примере 1.15, если реакцией цепи является напряжение на емкости uC(t).

При решении Примера 1.15 воздействие было записано в символической форме

Треугольник сопротивлений rl цепи

Напряжение на емкости, т. е. реакция цепи, также было определено:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексный коэффициент передачи

Треугольник сопротивлений rl цепи

Коэффициент передачи по напряжению

Треугольник сопротивлений rl цепи

показывает, что при прохождении по цепи амплитуда воздействия уменьшилась в 10 раз.

Треугольник сопротивлений rl цепи

показывает, что напряжение на емкости отстает от входного колебания на 143°.

Пример 1.22. Найдем комплексный коэффициент передачи по току цепи, изображенной на рис. 1.54, если Imг = 5ej90°, А, R2 = 10 Ом, L = 30 мГн, f = 50 Гц, реакцией цепи является ток в индуктивности.

Треугольник сопротивлений rl цепи

Для расчета комплексного коэффициента передачи по току

Треугольник сопротивлений rl цепи

необходимо определить ток в индуктивности. Используя формулу разброса, получаем:

Треугольник сопротивлений rl цепи

Комплексный коэффициент передачи по току

Треугольник сопротивлений rl цепи

Очевидно, что комплексный коэффициент передачи цепи определяется значениями элементов цепи R2, L и частоты f.

Пример 1.23. Найдем напряжение на индуктивности uL(t) в цепи, приведенной в Примере 1.22, если комплексное передаточное сопротивление HZ = 6,86ej46,8° Ом.

Амплитуда напряжения на индуктивности

Треугольник сопротивлений rl цепи

Начальная фаза напряжения на индуктивности

Треугольник сопротивлений rl цепи

Мгновенное значение напряжения

Треугольник сопротивлений rl цепи

Треугольник сопротивлений rl цепиИз данного раздела мы узнали, что

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Какие колебания называются гармоническими?

2. Какие параметры характеризуют гармоническое колебание?

3. Как определяется величина и знак начальной фазы гармонического колебания по его графику?

4. Как связаны частота и период гармонического колебания?

5. Записать выражение для мгновенного значения тока, график которого изображен на рис. 1.5, б, если период колебания Т = 2 с. Определить значение тока в момент времени t1 = T/8.

6. Построить в одной системе координат графики напряжений u1(t) = Треугольник сопротивлений rl цепи, u2(t) = Треугольник сопротивлений rl цепи.

7. Какая связь между векторным и временным представлением гармонических колебаний?

8. Построить векторы гармонических колебаний, приведенных в п. 6.

9. Построить в одной системе координат графики гармонических колебаний, которым соответствуют векторы Треугольник сопротивлений rl цепии Треугольник сопротивлений rl цепиТреугольник сопротивлений rl цепи, вращающиеся с одинаковой частотой. Определить сдвиг фаз этих колебаний.

10. Какая связь между параметрами комплексного и временного представления гармонических колебаний?

11. Сформулировать закон Ома для резистивной, индуктивной и емкостной цепей.

12. Какой сдвиг фаз между напряжением и током в резисторе (емкости, индуктивности)?

13. Как рассчитывается комплексное сопротивление последовательного соединения R, L, C элементов?

14. Как рассчитывается комплексная проводимость параллельного соединения R, L, C элементов?

15. Треугольник сопротивлений rl цепиОпределить комплексное сопротивление цепи, изображенной на рис. 1.55, если

R1 = 20 Ом, R2 = 40 Ом,

Построить треугольник сопротивления цепи.

16. Какие методы используются для расчета цепей с источниками гармонических колебаний?

17. Рассчитать токи в ветвях цепи, изображенной на рис. 1.55, если на вход подается напряжение Треугольник сопротивлений rl цепи, В. Построить векторную диаграмму токов.

18. Треугольник сопротивлений rl цепиРассчитать ток Im2 в цепи, изображенной на рис. 1.56, методом наложения и методом эквивалентного генератора, если заданы сопротивления R = 10 Ом, ХL = 30 Ом, ХС = 20 Ом и Um = 10ej0° В, Imг = ej270° А.

19. Что такое комплексный коэффициент передачи? Какие виды комплексных коэффициентов передачи известны?

20. Определить коэффициенты передачи в цепи Примера 1.16, если реакцией является Im2.

* Следует различать резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы как физические элементы электрической цепи и резистивные, индуктивные и емкостные элементы как идеализированные элементы, обладающие свойствами необратимого рассеяния энергии или свойствами накопления энергии магнитного и электрического полей. В инженерной практике резистивный, индуктивный и емкостной элементы часто называют просто сопротивлением, индуктивностью и емкостью, отождествляя по существу элемент с его параметром. В дальнейшем для простоты, где это не приведет к недоразумению, мы также будем пользоваться этой терминологией.

🔍 Видео

Задача на расчет эквивалентного сопротивления цепиСкачать

Задача на расчет эквивалентного сопротивления цепи

Построение векторных диаграмм/Треугольник токов, напряжений и мощностей/Коэффициент мощностиСкачать

Построение векторных диаграмм/Треугольник токов, напряжений и мощностей/Коэффициент мощности

Векторная диаграмма для трехфазной цепи │ТРЕУГОЛЬНИКСкачать

Векторная диаграмма для трехфазной цепи │ТРЕУГОЛЬНИК

Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник. Преобразование мостовой схемыСкачать

Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник. Преобразование мостовой схемы

Последовательное соединение RLC элементов в цепи синусоидального токаСкачать

Последовательное соединение RLC элементов в цепи синусоидального тока

ОТЦ 2021. Лекция 11. Комплексное сопротивление простых RC и RL цепей.Скачать

ОТЦ 2021. Лекция 11. Комплексное сопротивление простых RC и RL цепей.

КАК РАБОТАЕТ RL - ЦЕПЬСкачать

КАК РАБОТАЕТ RL - ЦЕПЬ

Построение векторной диаграммы. Цепь RLCСкачать

Построение векторной диаграммы. Цепь RLC

Трехфазные электрические цепи │Теория ч. 1Скачать

Трехфазные электрические цепи │Теория ч. 1

RL ЦЕПЬ │Теория и задача │Переменный токСкачать

RL ЦЕПЬ │Теория и задача │Переменный ток

Параллельное соединение RLC элементов │Переменный токСкачать

Параллельное соединение RLC элементов │Переменный ток

Трехфазные цепи - ТРЕУГОЛЬНИК. Расчет трехфазной цепи, соединенной треугольникомСкачать

Трехфазные цепи - ТРЕУГОЛЬНИК. Расчет трехфазной цепи, соединенной треугольником

Цепи переменного тока. Комплексные значения сопротивлений, токов и напряжений в цепи. Задача 1Скачать

Цепи переменного тока. Комплексные значения сопротивлений, токов и напряжений в цепи. Задача 1

Соединение трехфазных цепей звездой и треугольникомСкачать

Соединение трехфазных цепей звездой и треугольником

Активное и реактивное сопротивление в цепи переменного тока. 11 класс.Скачать

Активное и реактивное сопротивление в цепи переменного тока. 11 класс.

Что такое РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ | САМОЕ ПОНЯТНОЕ объяснениеСкачать

Что такое РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ | САМОЕ ПОНЯТНОЕ объяснение

RL-ЦЕПЬ. Решение задачи 5.39Скачать

RL-ЦЕПЬ. Решение задачи 5.39
Поделиться или сохранить к себе: