Представление синусоидальных ЭДС, напряжений и токов комплексными числами
Комплексный метод при различных операциях с электрическими величинами позволяет учитывать как их абсолютные значения – модули, так и их фазы – аргументы. Метод основан на представлении векторов токов, напряжений и др. в комплексной плоскости и записи их комплексными числами. Комплексная плоскость представляет собой прямоугольную систему координат, где ось абсцисс является вещественной или действительной и обозначается +1. Ось ординат – мнимая ось, обозначается +j, где . По вещественной оси откладывают действительную часть комплексного числа x, по мнимой – мнимую – jy(рис. 3.5). Комплексное число обозначают точкой.
Рис.3.5
где:
- модуль числа;
- формула Эйлера;
е – основание натурального логарифма
Комплексное число имеет три формы записи: показательную, тригонометрическую и алгебраическую (3.5).
За положительное направление вращения вектора на комплексной плоскости принимают направление вращения против часовой стрелки относительно действительной оси.
Пусть нам задано ЭДС, напряжение и ток в синусоидальной форме.
Перейдём к комплексной форме:
Аналогично для действующих значений этих величин:
На практике символический (комплексный) метод расчёта цепей синусоидального тока получил широкое распространение. Метод называется символическим потому, что токи и напряжения заменяются их комплексными изображениями или символами.
Его сущность состоит в том, что при синусоидальном токе можно перейти от дифференциальных уравнений мгновенных значений электрических величин к алгебраическим уравнениям составленных относительно комплексов тока и ЭДС. При этом, в любом уравнении составленном по закону Кирхгофа мгновенное значение тока i заменяют комплексной амплитудой ток , мгновенное значение напряжения u соответствующим комплексом .
Законы Кирхгофа формулируются:
1. Сумма комплексных токов в узле электрической цепи равна нулю:
2. Сумма комплексных ЭДС в контуре равна сумме комплексных падений напряжений в этом контуре:
Как показано выше мгновенное значение напряжения на активном сопротивлении R заменяется комплексом , по фазе совпадающим с током . Мгновенное значение напряжения на индуктивности - заменяется комплексом , опережающим ток на 900. Умножение на j и свидетельствует о том, что вектор напряжения на индуктивности опережает вектор тока на 900.
Мгновенное значение напряжения на ёмкости заменяется комплексом , отстающим от тока на 900, что подтверждается наличием вектора -j.
Мгновенное значение ЭДС е - комплексом .
Тогда для схемы на рисунке 3.6 получим уравнение II закона Кирхгофа.
Рис.3.6
Для мгновенных значений
В комплексной форме:
(3.6)
Выразим :
(3.7)
Дата добавления: 2021-01-26; просмотров: 384;