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.

Цепь, содержащая резистор и индуктивную катушку

Реальная катушка в цепи переменного тока представляет сочетание активной и индуктивной составляющих сопротивления. Схема замещения индуктивной катушки представлена на рис 2.9 а. Пусть по катушке протекает ток .

а) б) в)

Рис. 2.9

В соответствии со вторым законом Кирхгофа для мгновенных значений

, (2.18)

где – напряжение на активном сопротивлении;  – напряжение на индуктивном сопротивлении.

 Для действующих значений уравнение (2.18) можно записать

. (2.19)

 Построим векторную диаграмму в соответствии с (2.19) в такой последовательности. Изобразим вектор тока  (основной вектор) на координатной плоскости – (рис. 2.9 б). Затем строим вектор напряжения  на активной составляющей сопротивления . Он совпадает по фазе с током. Вектор напряжения  опережает вектор тока на 90°. Сумма двух векторов дает вектор напряжения источника, который опережает вектор тока на угол . Из векторной диаграммы следует

отсюда 

, . (2.20)

где z – полное сопротивление цепи R, L.

 Треугольник ОАВ (рис. 2.9 б) назовем треугольником напряжений. Составляющая напряжения, находящаяся в фазе с током, называется активной составляющей напряжения

. (2.21)

 Составляющая напряжения, перпендикулярная вектору тока, называется реактивной составляющей напряжения

. (2.22)

 Если стороны треугольника напряжений (рис. 2.9 б) разделить на действующее значение тока, то получим треугольник сопротивлений (рис. 2.9 в). Из треугольника сопротивлений получают соотношения для угла сдвига фаз, а также связь между параметрами цепи

 ;(2.23)

 Цепь имеет индуктивный характер, если 0<<. Крайние значения
 = 0 и  =  соответствуют чисто активной и чисто индуктивному характеру нагрузки.