Файл: Демирчян, Нейман, Коровкин, Чечурин. Теоретические основы электротехники.т.1.2003.pdf
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Дисциплина: Не указана
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Çàäàäèìñÿ ïîëîæèòåëüíûìè íàïðàâëåíèÿìè êîíòóðíûõ òîêîâ
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1
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2
è
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3
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èìååì âûðàæåíèÿ ñîáñòâåííûõ ñîïðîòèâëåíèé êîíòóðîâ:
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5
6
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1
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j M
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3
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, òàê êàê êîíòóðíûé òîê
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L
4
îò òî÷êè, èíäóöèðóåò ÝÄÑ âçàèìíîé èíäóêöèè â êàòóøêå
L
5
,
òàêæå íàïðàâëåííóþ îò òî÷êè è, ñëåäîâàòåëüíî, ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ îáõîäà êîí-
òóðà
3
. Òîò æå òîê
&
I
3
, ïðîõîäÿ ïî êàòóøêå
L
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ê òî÷êå, èíäóöèðóåò ÝÄÑ âçàèì-
íîé èíäóêöèè â êàòóøêå
L
4
, íàïðàâëåííóþ ê òî÷êå êàòóøêè
L
4
, à ñëåäîâàòåëüíî,
îïÿòü ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ îáõîäà êîíòóðà. Ïî ýòîé ïðè÷èíå íàïðÿæåíèÿ
j L I
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4 3
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5 3
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, óðàâíîâåøèâàþùèå ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè, ïðîòèâîïîëîæíû ïî çíàêó íà-
ïðÿæåíèþ –2
45 3
j M I
w
&
, óðàâíîâåøèâàþùåìó ÝÄÑ âçàèìíîé èíäóêöèè, ÷òî ó÷è-
òûâàåòñÿ çíàêàìè ÷ëåíîâ
j
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L
4
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j
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45
â âûðàæåíèè äëÿ
Z
33
.
Òî÷íî òàê æå ðàññóæäàÿ, íàéäåì, ÷òî ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè è âçàèìíîé èíäóê-
öèè îò òîêà
&
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3
â êàòóøêàõ
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5
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L
3
ïðîòèâîïîëîæíû ïî íàïðàâëåíèþ, è ïîýòîìó
÷ëåí 2
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M
53
èìååò çíàê «ìèíóñ»; ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè è âçàèìíîé èíäóêöèè îò
òîêà
&
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3
â êàòóøêàõ
L
3
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L
4
ñîâïàäàþò ïî íàïðàâëåíèþ, è ïîýòîìó ÷ëåí 2
j
w
M
43
èìååò çíàê «ïëþñ».
Îáùèå ñîïðîòèâëåíèÿ êîíòóðîâ âûðàæàþòñÿ ñëåäóþùèì îáðàçîì:
Z
Z
r
j C
j M
Z
Z
r
j L
j M
j
12
21
6
6
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23
32
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5
45
1
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+
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= - -
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w
w
w
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w
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j M
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-
+
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âõîäèò â âûðàæåíèå
Z
12
ñî çíàêîì «ïëþñ», òàê êàê ÝÄÑ âçàèìíîé
èíäóêöèè â êàòóøêå
L
4
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L
5
, íà-
ïðàâëåíà îò òî÷êè íà êàòóøêå
L
4
, à ñëåäîâàòåëüíî, è ñîãëàñíî ñ íàïðàâëåíèåì îá-
õîäà êîíòóðà
1.
Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå ñòàâèì çíàê «ïëþñ» ïåðåä ÷ëåíàìè
j
w
M
45
è
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35
â âûðàæåíèè
Z
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Z
31
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j
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M
43
òàêæå èìååò çíàê «ïëþñ»,
íî ÷ëåí
j
w
M
45
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çíàê «ìèíóñ», òàê êàê òîê
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íàïðàâëåí ê òî÷êå,
à ñëåäîâàòåëüíî, ê òî÷êå íà êàòóøêå
L
4
, ò. å. ïðîòèâ íàïðàâëåíèÿ îáõîäà êîíòó-
ðà
1
, íàïðàâëåíà è ÝÄÑ âçàèìíîé èíäóêöèè.
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Ïðèâåäåííàÿ âûøå ìåòîäèêà ðàñ÷åòà öåïåé ïðè íàëè÷èè âçàèìíîé èíäóêòèâ-
íîñòè ïîêàçûâàåò, ÷òî ÝÄÑ âçàèìíîé èíäóêöèè ìîæíî ó÷åñòü â âèäå äîïîëíè-
Ãëàâà 5. Ðàñ÷åò öåïåé ïðè ñèíóñîèäàëüíîì è ïîñòîÿííîì òîêàõ
273

òåëüíîãî ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â
k
-é âåòâè îò òîêà â
m
-é âåòâè. Ïàäåíèÿ íàïðÿ-
æåíèÿ â âåòâÿõ ñâÿçûâàþòñÿ ñ òîêàìè çàêîíîì Îìà â ìàòðè÷íîé ôîðìå:
U
=
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.
Ïðè îòñóòñòâèè ÝÄÑ âçàèìíîé èíäóêöèè ìàòðèöà
Z
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èìååì
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m m
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íû ó÷åñòü äîïîëíèòåëüíûå ïàäåíèÿ íàïðÿæåíèÿ â
k
-é âåòâè â âèäå
j M I
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km m
km m
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è â
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-é âåòâè â âèäå
j
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mk k
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.
Ïðè ýòîì
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U
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k k
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U
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Z I
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m m
mk k
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+
.
Äîïîëíèòåëüíûå ÷ëåíû íàïèñàíû ñî çíàêîì «ïëþñ», òàê êàê òîêè
&
I
k
è
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I
m
â âåò-
âÿõ
k
è
m
íàïðàâëåíû îò òî÷åê. Ýòè äîïîëíèòåëüíûå ÷ëåíû ìîæíî ó÷åñòü â ìàò-
ðèöå
Z
, åñëè ýëåìåíòû íà ïåðåñå÷åíèè
k
-é ñòðîêè ñ
m
-ì ñòîëáöîì è
ò
-é ñòðîêè ñ
k
-ì ñòîëáöîì ïðèíÿòü ðàâíûìè
Z
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M
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.
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k
è
m
áóäåò
èìåòü âèä
Íàëè÷èå èíäóêòèâíûõ ñâÿçåé, ñëåäîâàòåëüíî, ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ìàòðè-
öà
Z
ïåðåñòàåò áûòü äèàãîíàëüíîé. Îäíàêî îíà îñòàåòñÿ ñèììåòðè÷íîé, òàê êàê
M
km
=
M
mk
è ïîýòîìó
Z
km
=
j
w
M
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=
j
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M
mk
=
Z
mk
. Èíäóêòèâíûå ñâÿçè íèêàê íå
îòðàæàþòñÿ â ãðàôå ñõåìû, ïîýòîìó ìàòðèöû
A
,
C
,
D
ñîñòàâëÿþòñÿ îáû÷íûì
îáðàçîì.
Åñëè ïðîèçâåñòè ìàòðè÷íóþ îïåðàöèþ îáðàùåíèÿ ìàòðèöû ñîïðîòèâëåíèé
Z
,
ìîæíî ïîëó÷èòü ìàòðèöó ïðîâîäèìîñòåé
Y
, ãäå òàêæå ó÷èòûâàþòñÿ èíäóêòèâ-
íûå ñâÿçè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå âñå ìåòîäû ðàñ÷åòà, à èìåííî ìåòîä êîíòóðíûõ òî-
êîâ, ìåòîä óçëîâûõ íàïðÿæåíèé è ìåòîä ñå÷åíèé â ìàòðè÷íîé ôîðìå, ìîãóò áûòü
â ðàâíîé ìåðå ïðèìåíåíû äëÿ ðàñ÷åòà öåïåé ñ âçàèìíîé èíäóêöèåé.
Äëÿ öåïè (ñì. ðèñ. 5.25) ìàòðèöû
Z
è
Y
=
Z
–1
ïðè íàëè÷èè âçàèìíîé èíäóê-
öèè ìåæäó âåòâÿìè
Ç
è
4
,
5
è
3
,
5
è
4
è ïðè óñëîâèè íàïðàâëåíèÿ òîêîâ â âåòâÿõ
3, 4
è
5
îò òî÷åê áóäóò èìåòü âèä
274
×àñòü 2. Òåîðèÿ ëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé

1
2
3
4
5
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1
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1
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=
j
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M
35
;
4
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4
Z
45
Z
45
=
Z
54
=
j
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M
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5
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53
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1
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Z
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k
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=
3
Y
3
Y
34
Y
35
;
Y
km
=
(–1)
k
+
m
Z
53
Z
54
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5
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Y
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Y
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Z
3
Z
34
Z
35
5
Y
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Y
54
Y
5
Z
43
Z
4
Z
45
6
Y
6
Z
53
Z
54
Z
5
ãäå
Y
1
=
1/
Z
1
;
Y
2
=
1/
Z
2
; . . .;
Y
6
=
1/
Z
6.
5.19. Òðàíñôîðìàòîðû ñ ëèíåéíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè.
Èäåàëüíûé òðàíñôîðìàòîð
Îäíèì èç âàæíåéøèõ ýëåìåíòîâ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé, â êîòîðîì ñïåöèàëüíî
èñïîëüçóþòñÿ ñâîéñòâà ìàãíèòíî-ñâÿçàííûõ êîíòóðîâ, ÿâëÿåòñÿ ñòàòè÷åñêîå
óñòðîéñòâî äëÿ ïðåîáðàçîâàíèÿ çíà÷åíèé òîêà è íàïðÿæåíèÿ, íàçûâàåìîå
ò ð à í ñ ô î ð ì à ò î ð î ì.  ïðîñòåéøåì ñëó÷àå òðàíñôîðìàòîð ñîñòîèò èç äâóõ
ýëåêòðè÷åñêè íå ñîåäèíåííûõ è íåïîäâèæíûõ äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà êàòóøåê,
íàçûâàåìûõ îáìîòêàìè òðàíñôîðìàòîðà, ñâÿçàííûõ ìåæäó ñîáîé ïîòîêîì âçà-
èìíîé èíäóêöèè. Åñëè îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà íàìîòàíû íà ôåððîìàãíèòíûé
ñåðäå÷íèê, òî ñâîéñòâà òàêîãî òðàíñôîðìàòîðà áóäóò íåëèíåéíûìè. Ïðîöåññû â
òðàíñôîðìàòîðàõ ñ ôåððîìàãíèòíûìè ñåðäå÷íèêàìè áóäóò ðàññìîòðåíû â ò. III.
Çäåñü áóäåì ïðåäïîëàãàòü, ÷òî ôåððîìàãíèòíûå ñåðäå÷íèêè îòñóòñòâóþò. Óñëîâ-
íî íàçîâåì òàêîé òðàíñôîðìàòîð ëèíåéíûì, òàê êàê ïðîöåññû â íåì îïèñûâàþò-
ñÿ ëèíåéíûìè óðàâíåíèÿìè, ò. å. îí îáëàäàåò ëèíåéíûìè õàðàêòåðèñòèêàìè.
Ãëàâà 5. Ðàñ÷åò öåïåé ïðè ñèíóñîèäàëüíîì è ïîñòîÿííîì òîêàõ
275

Ïóñòü ê çàæèìàì îäíîé îáìîòêè òðàíñôîðìàòîðà, êî-
òîðóþ íàçîâåì ïåðâè÷íîé, ïðèëîæåíà ÝÄÑ
e
1
, à ê çàæè-
ìàì äðóãîé îáìîòêè — âòîðè÷íîé — ïðèñîåäèíåí ïðè-
åìíèê (ðèñ. 5.26). Êàê è ïðåæäå, áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî
êîýôôèöèåíò âçàèìíîé èíäóêöèè
M
çàäàí ïî âåëè÷èíå
è çíàêó äëÿ ïðèâåäåííîé íà ðèñ. 5.26 ñèñòåìû òî÷åê.
Îáîçíà÷èì àêòèâíûå ñîïðîòèâëåíèÿ îáìîòîê
r
1
è
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2
, à èõ èíäóêòèâíîñòè
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u
1
ñèíóñîèäàëüíî, òî ïðè óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå ñèíó-
ñîèäàëüíûìè ôóíêöèÿìè âðåìåíè áóäóò òàêæå
i
1
,
i
2
è
u
2
, è óðàâíåíèÿ òðàíñôîð-
ìàòîðà ìîæíî çàïèñàòü â êîìïëåêñíîé ôîðìå:
&
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, òî,
ðåøàÿ ýòó ñèñòåìó, ìîæíî íàéòè òîêè
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1
,
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2
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2
. Ìîæíî òàêæå ïî
çàäàííûì çíà÷åíèÿì
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2
è ïàðàìåòðàì òðàíñôîðìàòîðà íàéòè
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jx
ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîìïëåêñíîå âõîäíîå (ýêâèâàëåíò-
íîå) ñîïðîòèâëåíèå âñåé öåïè, ñîñòîÿùåé èç òðàíñôîðìàòîðà è ïðèåìíèêà. Èç
åãî âûðàæåíèÿ ñëåäóåò, ÷òî ïðè
Z
ïð
¹ ¥
ýêâèâàëåíòíîå àêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå
r
áîëüøå
r
1
. Óâåëè÷åíèå ýêâèâàëåíòíîãî àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ñâÿçàíî ñ òåì
îáñòîÿòåëüñòâîì, ÷òî íåîáðàòèìûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè âî âòîðè÷íîì êîí-
òóðå ïðîèñõîäÿò çà ñ÷åò ýíåðãèè, ïåðåäàâàåìîé îò ïåðâîãî êîíòóðà, ãäå èìååòñÿ
èñòî÷íèê ýíåðãèè, âî âòîðîé êîíòóð, ãäå íåò òàêîãî èñòî÷íèêà. Ïîñêîëüêó äëÿ
çàäàííîãî çíà÷åíèÿ òîêà àêòèâíàÿ ìîùíîñòü, îïðåäåëÿþùàÿ íåîáðàòèìûå ïðå-
îáðàçîâàíèÿ ýíåðãèè, ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà àêòèâíîìó ñîïðîòèâëåíèþ, òî
ïîãëîùåíèå ýíåðãèè âî âòîðîì êîíòóðå ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ýêâèâàëåíòíîãî
àêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ âñåé öåïè.
276
×àñòü 2. Òåîðèÿ ëèíåéíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé
Ðèñ. 5.26

Ýêâèâàëåíòíîå ðåàêòèâíîå ñîïðîòèâëåíèå
x
ìîæåò áûòü áîëüøå
x
1
, åñëè
x
II
< 0,
è ìåíüøå
x
1
, åñëè
x
II
> 0. ÝÄÑ âçàèìíîé èíäóêöèè âî âòîðè÷íîì êîíòóðå îòñòàåò
ïî ôàçå îò ïîòîêà âçàèìíîé èíäóêöèè, à ñëåäîâàòåëüíî, ïðè
M
> 0 è îò òîêà
&
I
1
íà óãîë
p
/2. Ïðè èíäóêòèâíîì õàðàêòåðå öåïè âòîðîãî êîíòóðà (
x
II
> 0) òîê
&
I
2
â ïðåäåëüíîì ñëó÷àå áóäåò îòñòàâàòü îò ýòîé ÝÄÑ íà óãîë
p
/2 è, ñëåäîâàòåëüíî,
îêàæåòñÿ â ïðîòèâîôàçå ñ òîêîì
&
I
1
. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ìàãíèòíûé ïîòîê, îáóñëîâ-
ëåííûé òîêîì
&
I
2
, íàïðàâëåí ïðîòèâ ìàãíèòíîãî ïîòîêà, îáóñëîâëåííîãî òîêîì
&
I
1
,
÷òî ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ ìàãíèòíîãî ïîòîêà â ïåðâîì êîíòóðå, è ýòî ýêâèâà-
ëåíòíî óìåíüøåíèþ ðåàêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ ïåðâîãî êîíòóðà.
Äðóãàÿ êàðòèíà íàáëþäàåòñÿ, åñëè
x
II
< 0. Ïðè ýòîì òîê âî âòîðè÷íîé îáìîòêå
èìååò åìêîñòíûé õàðàêòåð è â ïðåäåëüíîì ñëó÷àå ìîæåò îïåðåæàòü ÝÄÑ âçàèì-
íîé èíäóêöèè íà óãîë
p
/2, ò. å. ñîâïàäàòü ïî ôàçå ñ òîêîì
&
I
1
. Ïðè ýòîì ìàãíèòíûå
ïîòîêè ñàìîèíäóêöèè è âçàèìíîé èíäóêöèè áóäóò òàêæå ñîâïàäàþùèìè, ÷òî
ðàâíîñèëüíî óâåëè÷åíèþ ýêâèâàëåíòíîãî ðåàêòèâíîãî ñîïðîòèâëåíèÿ.
Ïîëàãàÿ
r r
r x x
x
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=
+
1
1
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D
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èìååì
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D
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x
x
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+
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w
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2
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2
II
2 II
II
2
II
2
II
;
,
ïðè÷åì
D
r
è
D
x
íàçûâàþò, ñîîòâåòñòâåííî, â í î ñ è ì û ì è à ê ò è â í û ì è ð å -
à ê ò è â í û ì ñ î ï ð î ò è â ë å í è ÿ ì è.
Ïðåäñòàâèì óðàâíåíèÿ òðàíñôîðìàòîðà â âèäå
&
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(
)
&
(
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&
(
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j M I
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1 1
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2 2
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+
=
+
-
w
w
w
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(
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&
)
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j M I
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2
1
2
2
+
+
+
w
ïð
Ñõåìà öåïè, äëÿ êîòîðîé äàííàÿ ñèñòåìà óðàâ-
íåíèé ñïðàâåäëèâà, ïîêàçàíà íà ðèñ. 5.27. Ïîñêîëü-
êó â ýòîé öåïè òîêè
&
I
1
,
&
I
2
è íàïðÿæåíèÿ
&
U
1
,
&
U
2
ðàâ-
íû òàêîâûì â òðàíñôîðìàòîðå, ýòà ñõåìà ÿâëÿåòñÿ
ýêâèâàëåíòíîé ñõåìîé òðàíñôîðìàòîðà. Åñëè
M
ëåæèò ìåæäó
L
2
è
L
1
, òî èëè
L
1
–
M
, èëè
L
2
–
M
áó-
äåò îòðèöàòåëüíî. Ýòî îáñòîÿòåëüñòâî ïðåäñòàâëÿ-
åò èíòåðåñ, òàê êàê ïðè íåêîòîðûõ çàäà÷àõ, ñâÿçàííûõ ñ ñèíòåçîì ýëåêòðè÷åñêèõ
öåïåé, âîçíèêàåò íåîáõîäèìîñòü ðåàëèçàöèè îòðèöàòåëüíîé èíäóêòèâíîñòè â
ñî÷åòàíèè ñ ïîëîæèòåëüíûìè èíäóêòèâíîñòÿìè, ñîåäèíåííûìè, êàê ïîêàçàíî
íà ñõåìå (ðèñ. 5.27).
Ìåòîä çàìåíû äåéñòâèòåëüíîé ýëåêòðè÷åñêîé öåïè, â êîòîðîé îòäåëüíûå
êîíòóðû ñâÿçàíû äðóã ñ äðóãîì ÷åðåç âçàèìíóþ èíäóêòèâíîñòü, ýêâèâàëåíòíîé
åé ýëåêòðè÷åñêîé öåïüþ, â êîòîðîé âñå êîíòóðû ýëåêòðè÷åñêè ñâÿçàíû äðóã
ñ äðóãîì, à âçàèìíàÿ èíäóêòèâíîñòü ìåæäó êîíòóðàìè ó÷òåíà â ïàðàìåòðàõ îò-
äåëüíûõ öåïåé (íàïðèìåð, ðèñ. 5.27), íàõîäèò ïðèìåíåíèå â ïðàêòèêå ðàñ÷åòà
öåïåé.
Ãëàâà 5. Ðàñ÷åò öåïåé ïðè ñèíóñîèäàëüíîì è ïîñòîÿííîì òîêàõ
277
Ðèñ. 5.27