Расчет цепей гармонического тока методом комплексных изображений. Комплексные сопротивления

Линениные электрические цепи и их своиства

Электрической цепью называется совокупность элементов, образующих пути для прохождения электрического тока. Электрическая цепь состоит из активных и пассивных элементов.

Активными элементами считаются источники электрической энергии (источники напряжения и тока), к пассивным элементам относятся резисторы, катушки индуктивности, электрические конденсаторы.Электрические цепи с постоянными параметрами - это такие такие цепи, в которых сопротивления резисторов R, индуктивность катушек L и емкость конденсаторов С являются постоянными, не зависящими от действующи в цепи токов и напряжений. Такие элементы называютсялинейными.

Если сопротивление резистора R не зависит от тока, то линейная зависимость между падением напряжения и током выражается законом Омаur = R х i_r, а вольт-амперная характеристика резистора (представляет собой прямую линию (рис. 1,а).

Если индуктивность катушки не зависит от величины (протекающего в ней тока, то потокосцепление самоиндукции катушки ψ прямо пропорционально этому току ψ= L х i_l (рис. 1,б).

Наконец, если емкость конденсатора С не зависит от приложенного к обкладкам напряжения uc то заряд q, накопленный на пластинах, и напряжение u_c связаны между собой линейной зависимостью графически показанной на рис. 1,в.

Характеристики линейных элементов электрической цепи: а - вольт-амперная характеристика резистора, б - зависимость потокосцепления от тока в катушке, в - зависимость заряда конденсатора от напряжения на нем.

Линейность сопротивления, индуктивности и емкости носит условный характер, так как в действительности все реальные элементыэлектрической цепи являются нелинейными. Так, при прохождении тока через резистор последний нагревается и его сопротивление изменяется.

Чрезмерное увеличение тока в катушке с ферромагнитным сердечником может несколько изменит ее индуктивность. В той или иной степени изменяется емкость конденсаторов с различными диэлектриками в зависимости от приложенного напряжения.

Однако в нормальном рабочем режиме элементов эти изменения обычно столь незначительны, что при расчетах могут не приниматься во внимание и такие элементы электрической цепи считаются линейными

Расчет цепей гармонического тока методом комплексных изображений. Комплексные сопротивления

Понятия комплексных токов и напряжений , , комплексных сопротивлений и проводимостей Z и Y лежат в основе комплексного метода расчета цепей синусоидального тока.

Для расчета цепи необходимо перейти от заданных характеристик действующих в цепи источников ЭДС и тока, используя формулы прямого преобразования (7.1), к их комплексным изображениям: ; ( , — действующие ЭДС и токи, _e, _J — их начальные фазы). При наличии единственного источника его начальную фазу можно принять равной нулю, тогда его комплексное изображение будет вещественным. Далее вводятся комплексные сопротивления (или проводимости) элементов цепи: Z_R = R; Z_L = jL; Z_C = 1/jC или Y_R = 1/R;Y_L = 1/jL; Y_C = jC. Эти величины выражают связи комплексных токов и напряжений на элементах цепи: ( ). Сами комплексные токи и напряжения подчиняются законам Кирхгофа: ; . Поэтому далее комплексные величины рассчитываются на основе уравнений Кирхгофа либо вытекающих из них узловых или контурных уравнений. При этом матрицы узловых проводимостей Y_у или контурных сопротивлений Z_к, формируемые из комплексных проводимостей или сопротивлений элементов цепи, имеют комплексные элементы

К комплексным величинам и можно применять принципы наложения и взаимности. Комплексные сопротивления Z и проводимости Y подчиняются правилам суммирования и преобразования при последовательном и параллельном соединениях, тождественным правилам преобразованиям сопротивлений R и проводимостей G резистивных элементов.

Таким образом, комплексный метод позволяет распространить на расчет цепей синусоидального тока все известные способы и методы расчета резистивных цепей.

Значения комплексных токов и напряжений определяют действующие значения как модуль соответствующей комплексной величины (или его амплитуду, если при анализе используются комплексные амплитуды). Начальная фаза равна аргументу соответствующей комплексной величины. Таким образом, для перехода от комплексных изображений и к представлению искомых величин во временной области i(t) и u(t) используются формулы обратного преобразования

3. Последовательный колебательный контур. Резонанс напряжений.
Резонанс напряжений в цепях переменного тока это такой процесс, при котором на отдельных элементах цепи возникает напряжение больше чем питающее. Такой процесс возникает в цепях, состоящих из последовательно соединённых емкости и индуктивности. В так называемом последовательном колебательном контуре.Для наступления резонанса в цепи переменного тока необходимо чтобы выполнялись условия. Во-первых, реактивное сопротивление индуктивности должно быть равно реактивному сопротивления емкости. При этом активное сопротивление такого контура должно быть минимальным.Во вторых собственная частота последовательного колебательного контура состоящего из индуктивности и емкости должна совпадать с частотой питающего напряжения. Тогда в цепи наступает резонанс напряжений. Энергия, накопленная в магнитном поле, полностью переходит в энергию электрического поля в конденсаторе и наоборот.При изменении частоты питающего напряжения или параметров контура резонанс исчезает. То есть падение напряжения на емкости и индуктивности будет равно току, умноженному на их реактивные сопротивления.
В случае резонанса напряжение на емкости или индуктивности будет в Q раз больше чем напряжение источника. Таким образом, чем выше добротность контура, тем выше будет увеличение напряжения.
Увеличение напряжения происходит из-за того что в контуре постепенно накапливается энергия. Напряжение источника возбуждает колебания в контуре. Амплитуда, которых будет, увеличивается пока потери в колебательном контуре не станут равны энергии отдаваемой источником.

Поиск по сайту: