Анализ линейных электрических цепей при несинусоидальном напряжении источника питания
4.5 Анализ линейных электрических цепей при несинусоидальном напряжении источника питания.
Известно, что к линейным электрическим цепям применим метод наложения. В соответствии с этим запись периодического несинусоидального напряжения источника энергии рядом Фурье дает возможность представить его несколькими последовательно соединенными и одновременно действующими источниками ЭДС или напряжений и осуществлять анализ электрического состояний цепей на основе метода наложения.
Например, рассмотрим электрическую цепь (рис. 4.5 а), в которой к источнику с несинусоидальной ЭДС подключены последовательно резистивный, индуктивный и емкостной элементы.
С учетом вышесказанного, в рассматриваемой электрической цепи ЭДС e(t) может быть представлена тремя ЭДС (рис. 4.5.б).
Графики Eo(t), а также e1(t) и e2(t) изображены на рис. 4.6. В соответствии с методом наложения данная электрическая цепь рассчитывается как цепь, в которой действуют три независимые ЭДС. При этом определение тока и напряжений от ЭДС Ео осуществляется, как при расчете цепей постоянного тока, а от ЭДС e1(t) и e2(t) — как при расчете цепей синусоидального тока.
При расчете цепи от ЭДС e2(t) и ЭДС более высших гармоник необходимо производить пересчет значений Xl и Xc, так как они зависят от частоты
XLk= kωL; XCk= 1/kωC
В анализируемой электрической цепи постоянная составляющая ЭДС не вызывает установившегося тока, так как сопротивление емкостного элемента при постоянном токе равно бесконечности.
Рекомендуемые материалы
Определяем ток и напряжение в электрической цепи с ЭДС e1(t) и e2(t).
Для первой гармоники
,
где ;
В общем случае , тогда ,
а для первой гармоники ;
Для второй гармоники ;
Где ;
;
;
Напряжение Ur, резистивного элемента совпадает по фазе с током цепи и в общем случае:
, а так как , то т.е. ,
где
Аналогично могут быть определены значения uL и uC :
;
.
Определение гармонических составляющих токов i1 и i2, а также напряжений Ur, UL и UC можно также осуществить с использованием комплексных чисел.
Пример 4.3. Несинусоидальная ЭДС - е(t) линейной электрической цепи рис. 4.6.а, изменяется по закону е(t)= 200 + 180sin(ωt - 30˚) + 120sin3ωt. Параметры цепи: r = 6 Ом, XL=ωL= 2 Ом, XС= 1/ωC=18 Ом. Определить мгновенное, действующее значение тока в цепи и действующее значение напряжения на участке цепи ab.
Решение. По отношению к постоянной составляющей ЭДС Е0 = 200В сопротивление конденсатора равно бесконечности, т.е. XC= 1/ωC = 1/ 0∙C= ∞. Следовательно, постоянная составляющая тока Ia= 0,
Расчет первой гармоники:
полное сопротивление цепи
угол сдвига фаз между ЭДС e1 и током
20΄
так как , то
20΄
амплитуда и действующее значение первой гармоники тока
мгновенное значение тока
действующее значение напряжения на участке ab
Расчет третьей гармоники:
полное сопротивление цепи
т. е. для данной гармоники наблюдается резонанс напряжений, а, следовательно, угол сдвига фаз между ЭДС е3 и током:
амплитуда и действующее значение тока
мгновенное значение тока
действующее значение напряжения на участке ab
Расчет общего тока:
Вам также может быть полезна лекция "Управление интернационализацией бизнеса".
мгновенное значение тока в цепи
действующие значения тока в цепи и напряжения на участке аb
В ряде случаев при проведении практических расчетов периодические несинусоидальные ЭДС и напряжения представляют эквивалентными синусоидами. Подобная замена осуществляется так, чтобы действующее значение эквивалентной синусоиды ЭДС или напряжения равнялось действующему значению несинусоидальной величины.