Математика лекции задачи Лекции по электротехнике Теория машин и механизмов Машиностроительное черчение Современные интерьеры архитектура дизайн История искусства Информатика Физика решение задач >

Линейные цепи постоянного тока Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока Переходные процессы в электрических сетях Расчет неразветвленных магнитных цепей Асинхронная машина Однофазный асинхронный двигатель


Лекции по электротехнике Электрические и магнитные цепи

Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей Вращающееся магнитное поле, создаваемое расположенными на статоре обмотками с током, взаимодействует с токами ротора, приводя его во вращение. Наибольшее распространение в настоящее время получил асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором ввиду своей простоты и надежности. В пазах ротора такой машины размещены токонесущие медные или алюминиевые стержни.

Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока

  Широкое распространение на практике получил метод расчета цепей синусоидального тока, который принято называть комплексным. Сущность метода состоит в том, что синусоидальные токи, напряжения и ЭДС изображаются комплексными числами, а геометрические операции над векторами заменяются алгебраическими операциями над комплексными числами. Этот метод позволяет рассчитывать цепи синусоидального тока алгебраически аналогично цепям постоянного тока.

Векторное представление синусоидальных величин

Вращающийся вектор, который изображает синусоидальную функцию, можно поместить на комплексную плоскость, в систему перпендикулярных осей:   – действительных чисел,  – мнимых чисел. Положительные направления осей на комплексной плоскости обозначаются индексами: +1 – ось действительных чисел; + – ось мнимых чисел, где = – мнимая единица (рис. 2.17).

  а) б) в)

Рис. 2.17

 Известно, что координаты точки на комплексной плоскости определяются радиусом–вектором этой точки, т.е. вектором, начало которого совпадает с началом координат, а конец находится в точке, соответствующей заданному комплексному числу (рис. 2.17 а).

 Показательная форма записи

где  – модуль; – аргумент или фаза, отсчитываемая от оси +1 против часовой стрелки.

 Применив формулу Эйлера, можно получить тригонометрическую и соответственно алгебраическую форму записи комплексного числа:

,

где .

 Очевидно

.

 Заменим в уравнении для показательной формы записи  на , а на . Получим комплекс тока

,  (2.39)

который является символическим (комплексным) изображением функции  и называется комплекс мгновенного значения тока.

 Комплексы обозначаются теми же буквами, что и их действительные оригиналы, только с чертой внизу. Модуль комплекса мгновенного значения   равен амплитуде синусоидального тока , а его переменный аргумент () является аргументом изображаемой синусоиды (рис. 2.17 б). Из формулы (2.39) можно записать комплекс тока в тригонометрической форме

,

а также получить изображение функции (оригинала)

,  (2.40)

т.е. мгновенное значение тока равно мнимой части комплекса мгновенного значения тока. Ток (2.39) можно представить в виде

,

где  является другим символом, называемым комплексом амплитудного значения. Это аналитическое представление неподвижного вектора, длина которого равна амплитуде тока, а угол между направлениями вектора и осью «+1» на комплексной плоскости равен начальной фазе   (рис. 2.17 в). Комплексом действующего значения называют изображение

  Пример 2.2. Записать комплексы действующих значений напряжения и тока, если их мгновенные значения представлены уравнениями

, А.

 Решение. Действующее значение напряжения =200 В, начальная фаза  = –120°. В соответствии с определением комплекс действующего значения напряжения

  В.

 Аналогично для тока  = 14,1 А, начальная фаза тока  = –60°, а комплекс тока

  А.

 Пример 2.3. Для комплекса действующего значения напряжения

  B

записать мгновенное значение.

 Решение. От алгебраической формы переходим к показательной

  B,

где  В; .

Комплекс находится во второй четверти комплексной плоскости.

 Мгновенное значение напряжения

, B.

 В заключение рассматриваемого вопроса рекомендуем усвоить следующие очевидные равенства

;  и т.д.

;

.

  Отметим, что умножение на оператор  означает поворот вектора на 90° против часовой стрелки, а умножение на  означает поворот вектора на 90° по часовой стрелке.

Анализ цепей синусоидального тока с помощью векторных диаграмм Совокупность векторов, изображающих синусоидальные ЭДС, напряжения и токи одной частоты и построенных на плоскости с соблюдением их ориентации друг относительно друга, называют векторной диаграммой. Векторные диаграммы широко применяются при анализе режимов работы цепей синусоидального тока, что делает расчет цепи наглядным.

Неразветвленная цепь синусоидального тока Рассмотрим цепь из трех последовательных токоприемников : первые два имеют активно-индуктивный характер, третий является последовательным соединением резистора и конденсатора. Проведем анализ цепи по векторной диаграмме

Пример. Определить действующее значение входного тока по известным токам в параллельных ветвях (риc. 2.15 а) = 3 A; = 1 A; = 5 A. Решение находим по первому закону Кирхгофа

Комплекс полного сопротивления и комплекс полной проводимости. Законы Кирхгофа в комплексной форме

Принципиальное отличие синхронного двигателя от асинхронного заключается в исполнении ротора. Последний у синхронного двигателя представляет собой магнит, выполненный (при относительно небольших мощностях) на базе постоянного магнита или на основе электромагнита. Поскольку разноименные полюсы магнитов притягиваются, то вращающееся магнитное поле статора, которое можно интерпретировать как вращающийся магнит, увлекает за собой магнитный ротор, причем их скорости равны.
В электроэнергетике используют в основном переменный ток