Цепь переменного тока с параллельно соединенными приемниками энергии
treugoma.ru › Учебник › Однофазные цепи переменного синусоидального тока ›
Цепь переменного тока с параллельно соединенными приемниками энергии

Рассмотрим цепь с двумя параллельными ветвями, в каждую из которых включен приемник энергии, обладающий активным и индуктивным сопротивлениями, - два двигателя, соответственно R1 и L1 и R2 и L2 (рисунок 1, а). Требуется найти общий ток I, потребляемый цепью, который представляет собой геометрическую сумму токов в ветвях I1 и I2.
В этой схеме напряжение U источника общее для обеих ветвей цепи, Поэтому векторную диаграмму начинаем строить с вектора напряжения
. Затем угол
, который можно определить по значению

а сторону отставания (по часовой стрелке от вектора
), откладываем вектор тока
. Аналогично под углом
к
откладываем вектор
. Вектор общего тока
определяем как геометрическую сумму векторов
и
. Проектируя векторы тока на горизонтальную ось (с ней совмещен вектор напряжения
), находим векторы активных токов
и
в ветвях с R1 и R2 и общий активный ток
. На вертикальной оси получим соответственно реактивные токи ветвей
и
и общий реактивный ток ![]()
Из построенной диаграммы можно вывести следующие соотношения. Общий активный ток
![]()
(1)
Общий реактивный ток
(2)
Полный ток
(3)
Активная мощность, потребляемая всей схемой,
(4)
Этот метод расчета при большом расчете параллельных ветвей очень неудобен. Поэтому в подобных случаях пользуются методом проводимостей. Рассмотрим этот метод применительно к схеме на рисунке 1 (а).
Токи в первой и второй ветвях схемы могут быть определены как
и
(5)
где
и
- полные сопротивления параллельных ветвей.
Величины, обратные полным сопротивлениям, то есть
и
, называют полными проводимостями и обозначают Y1 и Y2:
и
или
и
.
Заменяя в формуле (5) величину Z величиной
, получим :
и
(6)
Активные составляющие этих токов
(7)
и
![]()
где
и
- активные проводимости первой и второй ветвей.
Реактивные составляющие токов в первой и второй ветвях схемы
и ![]()
где
и
- реактивные проводимости первой и второй ветвей.
Общие токи в ветвях
(8)
![]()
Сопоставляя формулы (8) и (7), можно заменить:
и
(9)
то есть активная, реактивная и полная проводимости связаны между собой как стороны прямоугольного треугольника. Действительно, треугольник проводимостей (рисунок 1, в) можно получить из треугольника токов
,
и
(рисунок 1, б), если каждую из его сторон разделить на общее напряжение U.
Продолжая расчет токов в схеме, показанной на рисунке 1 (а), получим активную и реактивную составляющую общего тока:
![]()
![]()
где
и
- соответственно активная и реактивная проводимости всей цепи.
Общий ток может быть найден как
(10)
где
- полная проводимость всей цепи.
Активную Р, реактивную Q и полную S мощности всей цепи можно определить как
![]()
(11)
![]()

Рассмотрим теперь случай параллельного соединения двух ветвей (рисунок 2, а), в одну из которых включены активное сопротивление и индуктивность, а в другую – активное сопротивление и емкость.
Векторную диаграмму следует начинать строить с векторам напряжения
. Затем определить следует
и
, причем
будет отстающим (в цепь включена индуктивность), а
- опережающим (в цепь включена емкость):
;
По значениям
и
определяют углы
и
, затем под этим углами к напряжению откладывают соответствующие им векторы токов
и
. Векторы общего тока в цепи
равен геометрической сумме векторов токов
и
.
Как видно, из векторной диаграммы, общий ток
![]()
где
- реактивный ток в общей ветви.
Выделив на общей диаграмме (рисунок 2, б) треугольник токов
,
и
и поделив их на общее для них напряжение U, получим треугольник проводимостей
,
,
(рисунок 2,в), в котором
-реактивная проводимость ветвей с индуктивностью;
- реактивная проводимость с емкостью.
Из этого треугольника следует, что
![]()
то есть полная проводимость равна корню квадратному из суммы квадратов результирующих активных и реактивных проводимостей. Общий ток в неразветвленном участке
(11)
Угол сдвига тока
относительно напряжения может быть найден из треугольника проводимостей по значению тангенса:
![]()
Рассмотрим случай, когда
,
и угол
. Практически этого можно достигнуть, если первым двум ветвям дополнительно подключить конденсатор
(рисунок 2, а) такой емкости, чтобы сила емкостного тока в новой ветви
.Тогда реактивный, индуктивный индуктипроцессвный и реактивный емкостной токи полностью скомпенсируют друг друга. В общей ветви, как видно из векторной диаграммы, будет протекать только ток
,
то есть лишь активный ток.
Из формулы (11) общий ток
![]()
Явление, которое возникает в подобном случае, носит название резонанса токов. При резонансе токов оказываются равными реактивные индукционная QL и емкостная QC мощности, так как
и ![]()

Из рисунков 3 и 4 видно, что в отрезке времени, когда мгновенное напряжение возрастает от нуля до максимального как положительного, так и отрицательного значений, мгновенная мощность в цепи с индуктивностью (рисунок 3, полупериоды II и IV)имеет отрицательное значение , а в цепи с емкостью (рисунок 4, полупериоды I и III) – положительное значение, то есть цепь с индуктивностью в этот момент отдает энергию в сеть, а цепь с индуктивностью потребляет энергию, поскольку конденсаторы заряжаются.
Таким образом, при резонансе токов наблюдается колебательный процесс перехода энергии магнитного поля индуктивности в энергию электрического поля конденсатора и обратно, а энергия от источника расходуется только в сопротивлениях R1 и R2.

Явление компенсации реактивного тока используют для улучшения (компенсации) коэффициента мощности
в электроустановках.
