BL2.ru

Расчёт цепи переменного тока онлайн (комплексный метод)

Задайте ветви с R, L, C и источниками синусоидальной ЭДС — калькулятор найдёт комплексные токи и напряжения, проверит баланс мощностей S = P + jQ и построит векторную диаграмму. Ниже — резонансная частота, добротность и резонансная кривая RLC-контура.

Каждая ветвь — последовательно R, L, C и ЭДС E с начальной фазой ψ (действующие значения). Источник тока J — отдельной ветвью. Пустые поля = 0; C = 0 — конденсатора нет. Направление «из → в» — положительное направление тока.
№ИзВR, Ом L, мГн C, мкФE, В ψE, ° J, А ψJ, °
1
2
3
Рассчитать

Резонанс в RLC-контуре

f₀ = 159,2 Гц
  • ω₀ = 1 / √(LC) = 1000 рад/с
  • ρ = √(L/C) = 100 Ом
  • Q = ρ / R = 10; Δf = f₀ / Q = 15,92 Гц

Комплексный (символический) метод

Синусоидальные величины изображают комплексными числами: ток i = I√2·sin(ωt + ψ) → I = I·e^{jψ}. Тогда сопротивления элементов: резистор Z = R, катушка Z = jωL = jX_L, конденсатор Z = −j/(ωC) = −jX_C. Ветвь с последовательными R, L, C: Z = R + j(ωL − 1/(ωC)).

Законы Ома и Кирхгофа, методы контурных токов и узловых потенциалов записываются так же, как для постоянного тока, только с комплексными числами. Ответ даётся в алгебраической форме a + jb и в показательной |I|∠ψ (действующее значение и начальная фаза).

Мощность и баланс

Комплексная мощность источника S = E·I* = P + jQ (I* — сопряжённый ток), потребителей — Σ|I|²·Z = Σ|I|²R + jΣ|I|²X. Активная мощность P измеряется в ваттах, реактивная Q — в вар, полная |S| — в вольт-амперах. Баланс выполняется для обеих частей.

Векторная диаграмма

Комплексные токи и напряжения — векторы на плоскости: длина — действующее значение, угол — фаза. По диаграмме видно, опережает ли ток напряжение (ёмкостный характер) или отстаёт (индуктивный).

Резонанс

В последовательном контуре при ωL = 1/(ωC) реактивное сопротивление равно нулю: ток максимален и совпадает по фазе с напряжением (резонанс напряжений). Резонансная частота f₀ = 1/(2π√(LC)), волновое сопротивление ρ = √(L/C), добротность Q = ρ/R — во столько раз напряжение на L и C больше входного. В параллельном контуре при резонансе (резонанс токов) входное сопротивление максимально, Q = R/ρ.

Частые вопросы

Как рассчитать цепь переменного тока комплексным методом?
Заменить элементы комплексными сопротивлениями (R, jωL, −j/(ωC)), источники — комплексными ЭДС, и решить цепь как постоянного тока — законами Кирхгофа, контурными токами или узловыми потенциалами. Калькулятор делает это автоматически.
Как перевести комплексное число из алгебраической формы в показательную?
Модуль |I| = √(a² + b²), фаза ψ = arctg(b/a) с учётом четверти. Калькулятор показывает обе формы для каждого тока.
Как найти резонансную частоту?
f₀ = 1 / (2π√(LC)). Введите L и C в блоке «Резонанс» — получите f₀, волновое сопротивление, добротность и полосу пропускания.
Почему мощность источника — комплексное число?
Действительная часть S = E·I* — активная мощность (тепло в резисторах), мнимая — реактивная (обмен энергией с катушками и конденсаторами).
Какие единицы вводить для L и C?
Индуктивность — в миллигенри (мГн), ёмкость — в микрофарадах (мкФ), ЭДС и токи — действующие значения в вольтах и амперах, фаза — в градусах.