Уравнение мгновенного значения тока i t

Решение типовых задач. Синусоидальные токи, напряжения

Синусоидальные токи, напряжения. Параметры идеальных элементов электрических цепей синусоидального тока

Общие сведения. Электромагнитный процесс в электрической цепи считается периодическим, если мгновенные значения напряжений и токов повторяются через равные промежутки времени Т. Время Т называется периодом. Напряжения u(t) = u(t+T) и токи i(t)=i(t+T) ветвей электрической цепи являются периодическими функциями времени.

Величина, обратная периоду (число периодов в единицу времени), называется частотой: f = 1/T. Частота имеет размерность 1/c, а единицей измерения частоты служит Герц (Гц).

Широкое применение в электротехнике нашли синусоидальные напряжения и токи:

Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i t

В этих выражениях:

ω = 2π/T = 2πf – угловая частота (скорость изменения аргумента),

ωt + ψu, ωt + ψi – фазы, соответственно напряжения и тока.

Графики изменения u(t), i(t) удобно представлять не в функции времени t, а в функции угловой величины ωt , пропорциональной t (рис. 1.1).

Уравнение мгновенного значения тока i t

Величина φ = (ωt + ψu) – (ωt + ψi) = ψu, — ψi называется углом сдвига фаз. На рис. 1.1 ψu > 0, ψi > 0, φ = ψuψi > 0, т.е. напряжение опережает ток. Аналогично можно ввести понятие углов сдвига фаз между двумя напряжениями или токами.

Количество тепла, рассеиваемого на сопротивление R при протекании по нему тока, электромагнитная сила взаимодействия двух проводников с равными токами, пропорциональны квадрату тока. Поэтому о величине тока судят по действующему значению за период. Действующее значение периодического тока i(t) определяется по выражению

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Для квадратов левой и правой частей этого равенства, после умножения их на RT, будем иметь:

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Из этого равенства следует, что действующее значение периодического тока равно по величине такому постоянному току I, который на неизменном сопротивлении R за время T выделяет тоже количество тепла, что и ток i(t).

При синусоидальном токе i(t) = Im sin ωt интеграл

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Следовательно, действующее значение синусоидального тока равно

Уравнение мгновенного значения тока i t

Действующее значение синусоидальных напряжений u(t), э.д.с. e(t) определяются аналогично:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Для измерения действующих значений используются приборы электромагнитной, электродинамической, тепловой и др. систем.

Среднее значение синусоидального тока определяется как среднее за половину периода. Поэтому,

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Средние значения синусоидальных напряжений u(t), э.д.с. e(t) определяются аналогично:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Отношение амплитудного значения к действующему называется коэффициентом амплитуды ka, а отношение действующего значения к среднему – коэффициентом формы kф. Для синусоидальных величин, например, тока i(t), эти коэффициенты равны:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Для синусоидальных токов i(t) = Im sin(ωt + ψi) уравнения идеальных элементов R, L, C при принятых на рис. 1.2. положительных направлениях имеют вид

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i tУравнение мгновенного значения тока i t
Уравнение мгновенного значения тока i t Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i tУравнение мгновенного значения тока i t
Уравнение мгновенного значения тока i t Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i tУравнение мгновенного значения тока i t

На активном сопротивлении R мгновенные значения напряжения и тока совпадают по фазе. Угол сдвига фаз φ = 0.

На индуктивности L мгновенное значение тока отстает от мгновенного значения напряжения на угол Уравнение мгновенного значения тока i t. Угол сдвига фаз Уравнение мгновенного значения тока i t.

На емкости C мгновенное значение напряжения отстает от мгновенного значения тока на угол Уравнение мгновенного значения тока i t. Угол сдвига фаз Уравнение мгновенного значения тока i t.

Величины ωL и 1/ωC имеют размерность [Ом] и называются реактивным сопротивлением индуктивности или индуктивным сопротивлением XL:

Уравнение мгновенного значения тока i t

и реактивным сопротивлением емкости или емкостным сопротивлением XС:

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Величины 1/ωL и ωC имеют размерность [Ом -1 ] и называются реактивной проводимостью индуктивности или индуктивной проводимостью BL:

Уравнение мгновенного значения тока i t

и реактивной проводимостью емкости или емкостной проводимостью BС:

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Связь между действующими значениями напряжения и тока на идеальных элементах R, L, C устанавливают уравнения:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Для синусоидального напряжения u = Um sin ωt начальная фаза тока на входе пассивного двухполюсника (рис. 1.3.) равна

Проекция напряжения на линию тока

Уравнение мгновенного значения тока i t

называется активной составляющей напряжения.

Проекция напряжения на линию, перпендикулярную току,

Уравнение мгновенного значения тока i t

называется реактивной составляющей напряжения.

Проекция тока на линию напряжения

Уравнение мгновенного значения тока i t

называется активной составляющей тока.

Проекция тока на линию, перпендикулярную напряжению,

Уравнение мгновенного значения тока i t

называется реактивной составляющей тока.

Имеют место очевидные соотношения:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

В цепи синусоидального тока для пассивного двухполюсника по определению вводятся следующие величины:

1. Полное сопротивление Z:

Уравнение мгновенного значения тока i t,

2. Эквивалентные активное Rэк и реактивное Xэк сопротивления:

Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i t,

3. Полная проводимость Y:

Уравнение мгновенного значения тока i t,

4. Эквивалентные активная Gэк и реактивная Bэк проводимости:

Уравнение мгновенного значения тока i t Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i t.

Из треугольников сопротивлений и проводимостей (рис. 1.4) следует:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t,

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t,

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Эквивалентные параметры являются измеряемыми величинами, поэтому могут быть определены из физического эксперимента (рис. 1.5).

Уравнение мгновенного значения тока i t

Электрическая цепь по схеме рис. 1.5 должна содержать амперметр А и вольтметр U для измерения действующих значений напряжения и тока, фазометр φ для измерения угла сдвига фаз между мгновенными значениями напряжения и тока на входе пассивного двухполюсника П.

Угол сдвига фаз пассивного двухполюсника Уравнение мгновенного значения тока i t.

Физическая величина, численно равная среднему значению от произведения мгновенных значений напряжения u(t) и тока i(t), называется активной мощностью Р.По определению имеем:

Уравнение мгновенного значения тока i tРасчетные величины

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t

называются полной мощностью S и реактивной мощностью Q в цепи синусоидального тока. Имеет место равенство

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Коэффициент мощности kм в цепи синусоидального тока определяется выражением:

Уравнение мгновенного значения тока i t Уравнение мгновенного значения тока i t.

Единицей измерения активной мощности является Ватт [Вт]. Для измерения активной мощности служит ваттметр. Ваттметр включается по схеме рис. 1.6.

Единица измерения полной мощности [ВА], реактивной – [ВАр].

Для вычисления мощностей удобно использовать следующие выражения:

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Решение типовых задач. Для измерения мгновенных значений напряжений u(t) и токов i(t) служит осциллограф. Поскольку сопротивление входа этого прибора очень большое, непосредственно для измерения тока осциллограф использовать нельзя. Измеряют не ток, а пропорциональное току напряжение на шунте Rш (рис. 1.7, а).

Уравнение мгновенного значения тока i t

Задача 1.1. К источнику синусоидального напряжения частотой f = 50 Гц подключена катушка индуктивности (рис. 1.7, а). Активное сопротивление провода, из которого изготовлена катушка, R = 10 Ом, индуктивность L = 1,6 мГн. Осциллограмма напряжения uш(t) представлена на рис. 1.7, б. Сопротивление шунта Rш = 0,1 Ом. Масштаб по вертикальной оси осциллограммы mu = 0,02 В/дел (0,02 вольта на деление).

Рассчитать действующие значения напряжения uRL, составляющих uR и uL этого напряжения. Построить графики мгновенных значений напряжений uRL, составляющих uR и uL.

Решение. По осциллограмме рис. 1.7, б двойная амплитуда напряжения на шунте 2А = 10 дел. Находим амплитудное значение Im тока i:

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Реактивное сопротивление Х индуктивности L на частоте

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Мгновенные значения составляющих напряжения на сопротивление R катушки индуктивности и индуктивности L соответственно равны (ψi = 0):

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i tМгновенное значение напряжения на активном сопротивлении в фазе с током, на индуктивности – опережает на угол Уравнение мгновенного значения тока i t.

Действующие значения напряжений:

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Векторные диаграммы напряжений и тока приведены на рис. 1.8.

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t(т.к. ψi = 0),

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Задача 1.2. К цепи со схемой рис.1.10 приложено синусоидальное напряжение u = 141 sin 314t B.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Найти мгновенные и действующие значения тока и напряжения на всех участках цепи, если R = 30 Ом,

Решение. Назначаем положительные направления тока и напряжений как на рис. 1.10. Определяем реактивное сопротивление ХС емкости C на частоте ω = 314с -1 :

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Полное сопротивление цепи:

Уравнение мгновенного значения тока i t.

– тока i: Уравнение мгновенного значения тока i t;

– напряжения на резисторе R: Уравнение мгновенного значения тока i t;

– напряжения на емкости С: Уравнение мгновенного значения тока i t.

Угол сдвига фаз между напряжением u и током i:

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Начальная фаза тока i определяется из соотношения Уравнение мгновенного значения тока i t. Откуда,

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Мгновенные значения тока и напряжений на участках цепи:

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Задача 1.3. Для пассивного двухполюсника (рис. 1.5) экспериментально определены:

Найти полное и эквивалентные активное и реактивное сопротивления двухполюсника.

Решение. Имеем по определению:

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t;

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Задача 1.4 По цепи по схеме рис. 1.10 действующие значения тока i на частотах

Определить параметры цепи R и C, если на этих частотах напряжение на входе U = 100 В.

Решение. По определению на частотах f1 и f2 имеем:

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

Непосредственно по схеме цепи рис. 1.10 находим:

Уравнение мгновенного значения тока i tУравнение мгновенного значения тока i t

Значения параметров R и С найдем из решения системы уравнений

Уравнение мгновенного значения тока i t

Программа расчета в пакете MathCAD.

U:=100 f1:=500 f2:=1000 I1:=1 I2:=1.8←Присвоение переменным заданных условием задачи величин.
Уравнение мгновенного значения тока i t←Расчет полных сопротивлений на частотах f1 и f2.
Уравнение мгновенного значения тока i t←Расчет угловой частоты.
Уравнение мгновенного значения тока i t←Задание приближенных значений параметров R и C цепи.
Giver
Уравнение мгновенного значения тока i tУравнение мгновенного значения тока i t←Решение системы нелинейных уравнений. Для набора «=» нажмите [Ctrl]=.
Уравнение мгновенного значения тока i t←Присвоение вектору RC найденных значений параметров R и C цепи.
Уравнение мгновенного значения тока i tУравнение мгновенного значения тока i t

Значения параметров цепи: Уравнение мгновенного значения тока i t.

Задача 1.5. Вычислить действующее значение тока и активную мощность на входе пассивного двухполюсника с эквивалентными активной проводимостью

G = 0,011 Ом -1 и реактивной проводимостью B = 0,016 Ом -1 . Напряжение на входе двухполюсника U = 30 В.

Решение. Полная проводимость

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Действующее значение тока

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Задача 1.6. Действующее значение синусоидального тока ветви с резистором R равно 0, 1 А (рис. 1.11). Найти действующие значения напряжения u, и токов iL и i, если R = 430 Ом; XL = 600 Ом. Чему равна активная, реактивная и полная мощности этого двухполюсника?

Уравнение мгновенного значения тока i t

Решение. Положительные направления напряжения и токов указаны на рис. 1.11.

Действующее значение тока IR = 0,1 А.

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Действующее значение тока I можно вычислить, определив полную проводимость Y цепи. По виду схемы имеем

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t, Уравнение мгновенного значения тока i t.

Выполняется соотношение Уравнение мгновенного значения тока i t.

Задача 1.7. Действующее значение синусоидального напряжения на емкости С в цепи со схемой рис. 1.10 UС = 24 В. Найти действующее значение напряжения u и тока i, если XC = 12 Ом; R = 16 Ом.

Решение. Определяем действующее значение тока i

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Полное сопротивление цепи

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Определяем действующее значение напряжения u

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Задача 1.8. Для определения эквивалентных параметров пассивного двухполюсника в цепи синусоидального тока были сделаны измерения действующих значений напряжения, тока и активной мощности (рис. 1.12).

Уравнение мгновенного значения тока i t

Для определения характера реактивного сопротивления (проводимости) параллельно двухполюснику была включена емкость С (ВС ? Вэк). При этом показания амперметра уменьшились. Рассчитать эквивалентные сопротивления и проводимости двухполюсника.

Решение.

Действующее значение: I = 0,5 A, U = 100 B. Активная мощность, потребляемая двухполюсником, P = 30 Вт. Полное сопротивление двухполюсника

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Эквивалентное активное сопротивление

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Эквивалентное реактивное сопротивление

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i tХарактер реактивного сопротивления индуктивный (Хэк = ХL, φ > 0). После включения параллельно двухполюснику емкости С, ток I’ ? I. Этому случаю соответствует векторная диаграмма рис. 1.13 а. Емкостному характеру соответствует векторная диаграмма рис. 1.13 б.

Полная проводимость двухполюсника

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Эквивалентная активная проводимость

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Эквивалентная реактивная проводимость

Уравнение мгновенного значения тока i t.

Следует обратить внимание, что треугольники сопротивлений и проводимостей для одного и того же двухполюсника подобны (рис. 1.4). Поэтому,

Уравнение мгновенного значения тока i tи Уравнение мгновенного значения тока i t.

Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t.

1.3. Задачи и вопросы для самоконтроля

1. Какими параметрами описываются синусоидальные токи в электрических цепях?

2. Как связаны между собой круговая частота ω и период Т синусоидального тока?

3. Что такое действующее значение переменного тока?

4. Запишите формулы для вычисления индуктивного и емкостного сопротивлений.

5. Объясните, как определить напряжение на участке цепи, если заданы Уравнение мгновенного значения тока i tи r и x.

6. Нарисуйте треугольник сопротивлений и треугольник проводимостей с необходимыми обозначениями.

7. Запишите формулы для вычисления активной и реактивной мощностей.

8. Напряжение на индуктивности L = 0,1 Гн в цепи синусоидального тока изменяется по закону Уравнение мгновенного значения тока i t. Найти мгновенное значение тока и индуктивности.

9. Ток в емкости С = 0,1 мкФ равен Уравнение мгновенного значения тока i t. Найти мгновенное значение напряжения на емкости.

10. На участке цепи с последовательно включенными активным сопротивлением R = 160 Ом и емкостью С = 26,54 мкФ мгновенное значение синусоидального тока Уравнение мгновенного значения тока i t. Найти мгновенные значения напряжений на емкости и на всем участке цепи. Чему равны действующие значения этих величин?

Дата добавления: 2016-01-29 ; просмотров: 101991 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Амплитуда, размах, действующее значение. Виды значений переменного тока. Ликбез.Скачать

Амплитуда, размах, действующее значение. Виды значений переменного тока. Ликбез.

Переменный электрический ток

Уравнение мгновенного значения тока i tПеременный ток (AC — Alternating Current) — электрический ток, меняющий свою величину и направление с течением времени.

Часто в технической литературе переменным называют ток, который меняет только величину, но не меняет направление, например, пульсирующий ток.
Необходимо помнить при расчётах, что переменный ток в этом случае является лишь составляющей частью общего тока.
Такой вариант можно представить как переменный ток AC с постоянной составляющей DC. Либо как постоянный ток с переменной составляющей, в зависимости от того, какая составляющая наиболее важна в контексте.

DC — Direct Current — постоянный ток, не меняющий своей величины и направления.

В реальности постоянный ток не может сохранять свою величину постоянной, поэтому существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины, либо в качестве составляющей (DC) для периодически меняющегося электрического тока любой формы. Тогда величина DC будет равна среднему значению тока за период, и будет являться нулевой линией для переменной составляющей AC.

При синусоидальной форме тока, например в электросети, постоянная составляющая DC равна нулю.

Постоянный ток с переменной составляющей в виде пульсаций показан синей линией на верхнем графике рисунка.
Запись AC+DC в данном случае не является математической суммой, а лишь указывает на две составляющие тока. Суммируются мощности.
Величина тока будет равна квадратному корню из суммы квадратов двух величин — значения постоянной составляющей DC и среднеквадратичного значения переменной составляющей AC.

Термины AC и DC применимы как для тока, так и для напряжения.

Видео:Урок 358. Активное сопротивление в цепи переменного тока. Действующее значение тока и напряженияСкачать

Урок 358. Активное сопротивление в цепи переменного тока. Действующее значение тока и напряжения

Параметры переменного тока и напряжения

Уравнение мгновенного значения тока i tВеличина переменного тока, как и напряжения, постоянно меняется во времени. Количественными показателями для измерений и расчётов применяются их следующие параметры:

Период T — время, в течении которого происходит один полный цикл изменения тока в оба направления относительно нуля или среднего значения.

Частота f — величина, обратная периоду, равная количеству периодов за одну секунду.
Один период в секунду это один герц (1 Hz). Частота f = 1 /T

Уравнение мгновенного значения тока i tЦиклическая частота ω — угловая частота, равная количеству периодов за секунд.

Обычно используется при расчётах тока и напряжения синусоидальной формы. Тогда в пределах периода можно не рассматривать частоту и время, а исчисления производить в радианах или градусах. T = 2π = 360°

Начальная фаза ψ — величина угла от нуля (ωt = 0) до начала периода. Измеряется в радианах или градусах. Показана на рисунке для синего графика синусоидального тока.

Начальная фаза может быть положительной или отрицательной величиной, соответственно справа или слева от нуля на графике.

Мгновенное значение — величина напряжения или тока измеренная относительно нуля в любой выбранный момент времени t.

Последовательность всех мгновенных значений в любом интервале времени можно рассмотреть как функцию изменения тока или напряжения во времени.
Например, синусоидальный ток или напряжение можно выразить функцией:

i = I ampsin(ωt); u = U ampsin(ωt)

С учётом начальной фазы:

i = I ampsin(ωt + ψ); u = U ampsin(ωt + ψ)

Здесь I amp и U amp — амплитудные значения тока и напряжения.

Амплитудное значение — максимальное по модулю мгновенное значение за период.

Может быть положительным и отрицательным в зависимости от положения относительно нуля.
Часто вместо амплитудного значения применяется термин амплитуда тока (напряжения) — максимальное отклонение от нулевого значения.

Среднее значение (avg) — определяется как среднеарифметическое всех мгновенных значений за период T.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Среднее значение является постоянной составляющей DC напряжения и тока.
Для синусоидального тока (напряжения) среднее значение равно нулю.

Средневыпрямленное значение — среднеарифметическое модулей всех мгновенных значений за период.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Для синусоидального тока или напряжения средневыпрямленное значение равно среднеарифметическому за положительный полупериод.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Среднеквадратичное значение (rms) — определяется как квадратный корень из среднеарифметического квадратов всех мгновенных значений за период.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Для синусоидального тока и напряжения амплитудой I amp (U amp) среднеквадратичное значение определится из расчёта:

Уравнение мгновенного значения тока i t

Среднеквадратичное — это действующее, эффективное значение, наиболее удобное для практических измерений и расчётов. Является объективным количественным показателем для любой формы тока.
В активной нагрузке переменный ток совершает такую же работу за время периода, что и равный по величине его среднеквадратичному значению постоянный ток.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Видео:Амплитуда, период, частота и мгновенное значение переменного токаСкачать

Амплитуда, период, частота и мгновенное значение переменного тока

Коэффициент амплитуды и коэффициент формы

Для удобства расчётов, связанных с измерением действующих значений при искажённых формах тока, используются коэффициенты, которыми связаны между собой амплитудное, среднеквадратичное и средневыпрямленное значения.

Коэффициент амплитуды — отношение амплитудного значения к среднеквадратичному. Уравнение мгновенного значения тока i t
Для синусоидального тока и напряжения коэффициент амплитуды KA = √2 ≈ 1.414
Для тока и напряжения треугольной или пилообразной формы коэффициент амплитуды KA = √3 ≈ 1.732
Для переменного тока и напряжения прямоугольной формы коэффициент амплитуды KA = 1

Коэффициент формы — отношение среднеквадратичного значения к средневыпрямленному. Уравнение мгновенного значения тока i t
Для переменного синусоидального тока или напряжения коэффициент формы KФ Уравнение мгновенного значения тока i t≈ 1.111
Для тока и напряжения треугольной или пилообразной формы KФ Уравнение мгновенного значения тока i t≈ 1.155
Для переменного тока и напряжения прямоугольной формы KФ = 1

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

Видео:Действующее значение переменного токаСкачать

Действующее значение переменного тока

Раздел 4. Однофазные электрические цепи синусоидального тока

Уравнение мгновенного значения тока i t

Раздел 4. ОДНОФАЗНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА

Определить угловую частоту вращения ΩР, ротора генератора переменного тока при частоте питающего напряжения f = 50 Гц и угловую частоту ω ЭДС, если ротор вращается с частотой n1 = 1000 об/мин.

1. Число пар полюсов генератора: Уравнение мгновенного значения тока i t= 3

2. Угловая частота вращения ротора: Уравнение мгновенного значения тока i t

3. Угловая частота переменного тока: Уравнение мгновенного значения тока i t

или Уравнение мгновенного значения тока i t

Ответ: ΩР= 104,5 с-1; ω=314 с-1

Определить среднее значение синусоидального тока Iср по мгновенному его значению i=31,4sin(ωt+π/2)

Среднее значение синусоидального тока: Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Для синусоидального напряжения и тока (рис. 4.4) запи­сать выражения для мгновенных их значений. Определить период Т и время t0, соответствующее начальной фазе тока Yi, а также мгновенные значения напряжений u1 и u2 для моментов времени t1 = 0,00167 с и t2 = 0,005 с, если частота тока f = 50 Гц.

Решение

1. Мгновенные значения напряжения и тока име­ют вид:

где Um, lm — амплитудные значения напряжения и тока.

2. Начальная фаза тока (в радианах):

Уравнение мгновенного значения тока i t

3. Период переменного напряжения и тока:

4. Время начала отсчета, т. е. время, соответствующее начальной фазе тока:

Уравнение мгновенного значения тока i t

5. Мгновенное значение напряжения в момент времени t1:

α1 = ωt1= 2πft1 = 2π×50×0,00167= π×0,167= π× Уравнение мгновенного значения тока i t= 30°;

6. Мгновенное значение напряжения в момент времени t2:

α1 = ωt1= 2πft1 = 2π×50×0,005= 0,5π = π× Уравнение мгновенного значения тока i t= 90°;

Ответ: T = 0,02 с; Уравнение мгновенного значения тока i t= Уравнение мгновенного значения тока i tи= 50 В; и2= 100 В

Определить максимальное Ет и действующее Е значе­ния ЭДС, наводимой в прямоугольной катушке с числом витков w = 200, вращающейся в однородном магнитном поле с постоян­ной частотой вращения п = 1500 об/мин. Размеры витка ка­тушки 3×3 (площадь витка SB = 3×3 = 9 см2). Индукция маг­нитного поля В= 0,8 Тл.

Построить кривые изменения магнитного потока и ЭДС во времени е, Ф(t), а также векторную диаграмму цепи.

1. Частота индуцированной в катушке ЭДС:

2. Максимальное значение магнитно­го потока:

3. Амплитуд­ное значение ЭДС, наводимой в катушке, находят исходя из мгновенного ее значения:

Уравнение мгновенного значения тока i t

4. Действующее значение ЭДС катушки :

Е = Ет/Уравнение мгновенного значения тока i t = 22.5/Уравнение мгновенного значения тока i t = 16 В.

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t5. Изменение потока и ЭДС во времени и векторная диаграмма приведены на, рис. 4.4, а, б.

Переменный электрический ток задан уравнением

Определить период, частоту этого тока и мгновенные значения его при t0 = 0; t1=0,152 с. Построить график тока.

1. Уравнение синусоидального тока в общем случае имеет вид:

Сопоставляя это уравнение с заданным частным уравнением тока, устанавли­ваем, что амплитуда Im = 100 А, угловая частота w = 628 рад/с, начальная фаза

2. Период Уравнение мгновенного значения тока i t

3. Частота f =Уравнение мгновенного значения тока i t

4. Мгновенные значения тока найдем, подставив в уравнение тока заданные значения времени:

при t0 = 0: i0 = 100sin(wt0 — 60°)= 100sin(628×0 — 60°)= 100sin(-60°)= -86,5 А;

при t1 = 0,152 с: (значение ωt преобразуем в градусы, умножив наУравнение мгновенного значения тока i t)

i1 = 100 sin(628×0,152 Уравнение мгновенного значения тока i t— 60° = 100 sin (15,2× 360°-60°),

Значения синусоидальной величины через 360° повторяются, поэтому мгновен­ное значение тока при угле ωt1= 15,2×360° будет таким же, как и при угле 0,2×360° = 72°;

5. Для построения графика i(ωt) нужно определить ряд значений тока, соответ­ствующих различным моментам времени (табл. 4.1 и рис. 4.8).

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i tT

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

Рис. 4.5. Построение графика i(ωt) к задаче 4.5.

Ответ: Уравнение мгновенного значения тока i t; f = Уравнение мгновенного значения тока i t; i0 = -86,5 А; i1= 20,8 A.

Синусоидальный ток имеет амплитуду Im = 10 А, угловую частоту ω = 314 рад/с и начальную фазу Y = 30°.

По этим данным составить уравнение тока, начертbть график тока it), соот­ветствующий этому уравнению, и определить по графику и расчетом:

б) мгновенное значение тока при ωt = 0, ωt = 30°, ωt = 60°.

1. Составим уравнение мгновенного значения

2. Рассчитаем полный период тока

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

3. Определим мгновенные значения тока:

i1= 10sin(0 + 30°) = 10sin(30°) = 10×0,5 = 5 A

i2 = 10sin(30° + 30°) = 10sin(60°) = 10×0,865 = 8,65 A

i3= 10sin(60° + 30°) = 10sin(90°) = 10×1 = 10 A

Ответ: Уравнение мгновенного значения тока i t; i1= 5 A; i2 = 8,65 A ; i3= 10 A

Уравнение мгновенного значения тока i tНа рис. 4.7 изображены графики двух э. д.с. Написать уравнения кривых и определить угол сдвига фаз между ними. Определить из графиков мгновен­ные значения э. д.с. для момента времени t1 = 0,007 с и сравнить с результатами, полученными из уравнений.

Рис. 4.7. К задаче 4.7.

1. Составим уравнение мгновенного значения e1 и e2:

2. Вычислим угловую скорость:

Уравнение мгновенного значения тока i t=314 рад/c

3. Из графика e1 опережает e2 на ¼ периода, т. е.:

4. Рассчитаем e1 и e2 для момента времени t1 = 0,007 с:

e1= 40sin(ωtα) = 40sin(314×0,007 — π/2) = 40sin(0,628) = 40×0,59 = 23,5 В

5. Определим по графику значения e1 и e2 для момента времени t1 = 0,007 с:

Вывод: Значения ЭДС рассчитанные по формулам приблизительно равны значениям определенным по графику функций.

Э. д.с. электромашинного генератора выражается уравнением:

Определить число пар полюсов этого генератора, если известна скорость вращения ротора n = 75 об/мин.

На какой угол в пространстве поворачивается ротор генератора за ¼ периода?

Период э. д.с., наводимой в обмотке генератора, имеющего одну пару полюсов, равен времени одного полного оборота ротора. Угловая скорость вращения ротора может быть определена отношением полного угла, со­ответствующего одному обороту ротора, к периоду:

Однако генератор может иметь не одну пару, а p пар полюсов. Полный цикл изменения э. д.с. в этом случае совершается при движении проводника мимо одной пары полюсов (как за полный оборот ротора в генераторе с р = 1), по­этому при одинаковой скорости вращения ротора период э. д.с. будет в р раз короче а частота в р раз больше.

Уменьшение периода и соответствующее увеличение частоты при данном числе пар полюсов можно получить, увеличивая скорость вращения ротора.

Частота синусоидальной э. д.с. при р = 1 равна числу оборотов ротора в се­кунду, а при р > 1

f =Уравнение мгновенного значения тока i t; Уравнение мгновенного значения тока i t

где п частота вращения ротора, об/мин.

Из уравнения э. д.с. известна угловая частота ω = 314 рад/с;

Уравнение мгновенного значения тока i t

При частоте вращения ротора n = 75 об/мин

Уравнение мгновенного значения тока i t

При р= 1 за ¼ периода ротор повернется на ¼ окружности, т. е. в угловой мере на 90°. При р = 40 угол поворота ротора за ¼ периода будет в 40 раз меньше:

Уравнение мгновенного значения тока i t

Написать уравнение э. д.с. генератора по следующим данным: за время, равное половине периода, ротор поворачивается в пространстве на угол φ0 = 45° при частоте вращения n = 750 об/мин.

Э. д.с. е переходит через нуль к отрицательному значению в момент времени t=8,34×10-3с от начала отсчета, а при t = 0 она равна 7000 В.

1. Определим число пар полюсов:

следовательно, за Т угол поворота Y = 90°.

Отсюда число пар полюсов

2. Вычислим частоту тока

f = Уравнение мгновенного значения тока i t= 50 Гц

3. Рассчитаем угловую частоту

4. Вычислим период

T = Уравнение мгновенного значения тока i t

5. Найдем начальную фазу Э. Д.С.

а) Э. Д.С. е переходит через нуль к отрицательному значению в момент времени t=8,34×10-3с от начала отсчета, т. е. время начальной фазы: .

б) Угол начальной фазы определим через отношение T/ tY

Y = Уравнение мгновенного значения тока i t60°

6. Найдем значение Э. Д.С.

7. Запишем общее уравнение

Определить амплитудные Um и действующие U значения синусоидального напряжения, если его среднее значение Ucp = 198 В. Ответ округлить до целого.

1. Из формулы среднего значения найдем максимальное значение напряжения:

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

2. Вычислим действующее значение:

Уравнение мгновенного значения тока i t

Определить амплитудное Um значение напряжения в электрической цепи синусоидального тока, частоту f, период Т переменного тока и начальный фазовый угол Yu, если мгновенное напряжение в сети и = 310sin(628 + π/3) В.

1. Из формулы мгновенного значения напряжения найдем:

2. Из формулы угловой частоты вычислим частоту тока f:

Уравнение мгновенного значения тока i t

3. Вычислим период

T = Уравнение мгновенного значения тока i t

4. Начальный фазовый угол напряжения:

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i tЗадача 4.12.

Определить коэффициенты амплитуды Kа и формы Кф
периодического напряжения u(t), линейная диаграмма изменения
мгновенного значения во времени которого приведена на

1. Для синусоиды Ка:

Уравнение мгновенного значения тока i t

Уравнение мгновенного значения тока i t

В сеть переменного тока при напряжении U = 120 В и частоте f = 50 Гц включена катушка с индуктивностью L = 0,009 Г (RK = 0). Определить реактивную мощность Q ка­тушки и энергию WLm, запасаемую в магнитном поле катушки, записать выражения для мгновенных значений напряжения и, тока i, ЭДС самоиндукции eL за период, если начальная фаза напряжения Yu= π/2. Построить векторную и временную диаграммы.

Уравнение мгновенного значения тока i tРешение

1. Индуктивное сопротивление катушки:

2. Действующее значение тока:

3.Реактивная мощность цепи:

Q= UI = 120-40 = 4800 ВАр = 4,8 кВАр

4. Максимальная энер­гия, запасаемая в магнитном поле катушки:

Уравнение мгновенного значения тока i tWLm = LIm2/2

Im = IУравнение мгновенного значения тока i t= 40×141= 56,4 A

WLm = 0,009×56,42 = 14 Дж

5. Амплитудное значение напряжения и тока:

Um =UУравнение мгновенного значения тока i t= 120×1,41 =169 В

6. Амплитудные значения:

ЭДС самоиндукции катушки:

Уравнение мгновенного значения тока i teL = uL = 169,2sin(314 t — π/2) В;

7. Построим векторную диаграмму для действующих значений:

— по оси абсцисс отложим вектор тока;

— вектор напряжения опережает ток на π/2;

— вектор ЭДС самоиндукции находится в противофазе напряжению и отстает от тока на π/2.

К сети переменного тока при напряжении U = 220 В и частоте f = 50 Гц подключен конденсатор с емкостью С = 20 мкФ.

Определить его реактивное сопротивление Хс, ток I, реактивную мощность Qc, максимальную энергию WCm, запасаемую в электрическом поле конденсатора.

Построить векторную диаграмму для данной цепи.

1. Реактивное сопротивление конденсатора:

Уравнение мгновенного значения тока i t

2. Ток в цепи конденсатора:

3. Реактивная мощность цепи:

Qc= UI= 220×1,37 = 302 ВАр.

4. Максимальная энергия, запасаемая в электрическом поле конденсатора:

Уравнение мгновенного значения тока i tWCm = CU/2 = 20×10-6×2202/2 = 484×10-3 Дж.

7. Построим векторную диаграмму для действующих значений:

— по оси абсцисс отложим вектор тока;

— вектор напряжения отстает от вектора тока на π/2;

📹 Видео

Расчет цепей переменного синусоидального тока | Метод комплексных амплитуд | Часть 3Скачать

Расчет цепей переменного синусоидального тока | Метод комплексных амплитуд | Часть 3

лекция 407 действующее значение напряженияСкачать

лекция 407 действующее значение напряжения

В чём разница между НАПРЯЖЕНИЕМ и ТОКОМСкачать

В чём разница между НАПРЯЖЕНИЕМ и ТОКОМ

Урок 25. Что такое Переменный ТОК | Практические примерыСкачать

Урок 25. Что такое Переменный ТОК | Практические примеры

Электричество за 2 минуты! Напряжение, сила, мощность, постоянный и переменный ток. ПРОСТО О СЛОЖНОМСкачать

Электричество за 2 минуты! Напряжение, сила, мощность, постоянный и переменный ток. ПРОСТО О СЛОЖНОМ

Измерение действующих значений тока и напряженияСкачать

Измерение действующих значений тока и напряжения

Переменный ток, действующее значение силы тока и напряженияСкачать

Переменный ток, действующее значение силы тока и напряжения

Метод узловых потенциалов. Самое простое и понятное объяснение этого методаСкачать

Метод узловых потенциалов. Самое простое и понятное объяснение этого метода

Синусоидальный однофазный переменный токСкачать

Синусоидальный однофазный переменный ток

Лекция по электротехнике 3.1 - Получение синусоидальной ЭДССкачать

Лекция по электротехнике 3.1 - Получение синусоидальной ЭДС

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

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

Параметры (характеристики)переменного токаСкачать

Параметры (характеристики)переменного тока

Переменный ток .Действующие значения силы тока и напряженияСкачать

Переменный ток .Действующие значения силы тока и напряжения

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК │ Основные понятия и определения │Мощность. Теория ч.1Скачать

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК │ Основные понятия и определения │Мощность. Теория ч.1

Теоретические основы электротехники 30. Символический расчёт схем синусоидального тока.Скачать

Теоретические основы электротехники 30. Символический расчёт схем синусоидального тока.

Лекция по электротехнике 3.3 - Резистивный элементСкачать

Лекция по электротехнике 3.3 - Резистивный элемент
Поделиться или сохранить к себе: