Расчет цепи методом комплексных чисел

Запишем в комплексном виде сопротивление каждого элемента и всей цепи:

R = 4e^j0° = 4 Ом;

X_L =8e^+j90° = j8 Ом; X_C =5e^-j90° = -j5 Ом.

Z = R + j(X_L - X_C) = 4 + j(8 - 5) Ом.

На комплексной плоскости в масштабе: в 1 см – 2Ом, построим треугольник сопротивлений (рис. 94. а).

Рисунок 94 к задаче 1

Из треугольника определим величину полного сопротивления Z и угол фазового сдвига φ:

В показательной форме полное сопротивление всей цепи запишется в виде:

Z = Ze^+jφ = 5e^+j37°Ом.

Примем начальную фазу приложенного к цепи напряжения за нуль и определим по закону Ома ток в данной цепи

Í = Ú / Z = 120e^+j0° / 5e^+j37°

Следовательно, в данной цепи ток отстает по фазе от напряжения на угол φ. Зная величину тока I, определим мощности для отдельных элементов и всей цепи:

P = 2304Вт; Q_L=4608ВАр; Q_C=2880ВАр.

Треугольник мощностей в масштабе: в 1 см – 1000 Вт (ВАр); (ВА), построим (рис. 94. б) на основе выражения для полной мощности:

S² = P² + (Q_L - Q_C)².

Для построения векторных диаграмм по току и напряжениям примем начальную фазу тока равной нулю, т.к. ток I в данной схеме является одним и тем же для всех элементов в цепи:

Í = Ie^+j0° / 24e^+j0°.

Запишем выражения для напряжений в комплексной форме:

Ú₁ = R Í = 96e^+j0° В; Ú₂ = X_L Í = 192e^+j90°В;

Ú₃ = X_C Í = 120e^-j90° В; Ú = Z Í = 120e^+j37° .

Выберем масштабы для векторной диаграммы: в 1 см – 6 А; в 1 см – 50 B. Векторная диаграмма напряжений строится на основе второго закона Кирхгофа для данной цепи:

Ú = Ú₁ + Ú₂ + Ú₃.

Векторная диаграмма цепи показана на рис. 94 в. При последовательном соединении элементов построение диаграммы начинают с вектора тока Í, по отношению к которому ориентируются вектора напряжений на участках цепи: напряжение на активном сопротивлении Ú₁ совпадает с ним по направлению, напряжение на индуктивности Ú₂ опережает его на 90°, на емкости отстает на 90°. Полное напряжение Ú строится как их векторная сумма.