أساسيات الهندسة الكهربائية: حزمة المراجعة المكثفة

أوراق القوانين، وأهم خطوات الحل لكل موضوع، و16 مسألة تدريبية، مع الحلول الكاملة في الخلف.

مسائل جديدة العودة إلى المقرّر

في نافذة الطباعة اختر «حفظ بصيغة PDF» لحفظ نسخة على جهازك.

1القوانين وطرق الحل

المقاومات على التوالي والتوازي

مقاومات على التوالي: R_eq = R₁ + R₂ + …
مقاومات على التوازي: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + …
مقاومتان على التوازي: R_eq = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
قانون أوم: V = I·R
القدرة: P = V·I = I²R = V²/R

الطريقة

ابدأ من طرف الشبكة الأبعد عن الطرفين.
اجمع المقاومات المتوالية بجمعها، والمقاومات المتوازية بـ 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
أعد رسم الدائرة بعد كل خطوة.
كرّر حتى تبقى مقاومة واحدة بين الطرفين.

تحليل العقد

قانون كيرشوف للتيار: ΣI_in = ΣI_out
تيار الفرع: I = (V_a − V_b)/R
العقدة المرجعية: V_ground = 0

الطريقة

اختر عقدة مرجعية (الأرضي) وسمِّ جهود العقد الأخرى.
اكتب قانون كيرشوف للتيار عند كل عقدة مجهولة: التيارات الخارجة عبر الفروع تساوي التيارات الداخلة.
عبّر عن كل تيار فرع بالصيغة (V_a − V_b)/R.
حلّ نظام المعادلات، ثم أوجد أي تيار تحتاجه.

ثيفنن ونورتن

جهد ثيفنن: V_th = V_{open circuit}
مقاومة ثيفنن: R_th: كل المصادر مُطفأة، منظورًا إليها من a–b
تيار نورتن: I_N = V_th/R_th
تيار الحِمل: I_L = V_th/(R_th + R_L)
أقصى نقل للقدرة: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

الطريقة

أزل الحِمل وعلّم الطرفين a و b.
أوجد جهد الدائرة المفتوحة بين a و b: هذا هو V_th.
أطفئ كل المصادر المستقلة وأوجد المقاومة المرئية من a–b: هذه هي R_th.
أعد الحِمل إلى الدائرة المكافئة: V_th على التوالي مع R_th.
لمكافئ نورتن، حوّل: I_N = V_th/R_th، مع R_N = R_th على التوازي.

الحالات العابرة RC و RL

الثابت الزمني: τ = RC | τ = L/R
الاستجابة: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
المكثّف في التيار المستمر: دائرة مفتوحة؛ لا يمكن أن يقفز v_C
الملف في التيار المستمر: قصر؛ لا يمكن أن يقفز i_L
الحالة المستقرة: t ≈ 5τ

الطريقة

أوجد القيمة الابتدائية مباشرة بعد التبديل: جهد المكثّف وتيار الملف لا يقفزان.
أوجد القيمة النهائية بعد التبديل بزمن طويل: يتصرّف المكثّف كدائرة مفتوحة، والملف كقصر.
أوجد الثابت الزمني: τ = RC أو τ = L/R، باستخدام المقاومة التي يراها المكثّف أو الملف.
استخدم x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

معاوقة التيار المتردد والطوريات

المعاوقات: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
التردد الزاوي: ω = 2πf
المقدار والزاوية: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
قانون أوم بالطوريات: V = I·Z

الطريقة

حوّل التردد: ω = 2πf.
أوجد كل ممانعة مفاعلة: X_L = ωL و X_C = 1/(ωC).
اجمع الممانعات كما تجمع المقاومات، مع Z = R + jX.
أوجد المقدار |Z| = √(R² + X²) والزاوية φ = atan(X/R)، ثم استخدم قانون أوم بالطوريات.

قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

القدرة الفعلية: P = V·I·cos φ
القدرة غير الفعّالة: Q = V·I·sin φ
القدرة الظاهرية: S = V·I = √(P² + Q²)
معامل القدرة: pf = cos φ = P/S
مكثّف التصحيح: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

القدرة ثلاثية الطور

توصيل نجمة (Y): V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
توصيل دلتا (Δ): V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
القدرة الفعّالة الكلية: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
القدرة الظاهرية والقدرة غير الفعّالة: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
مكثّفات التصحيح: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
الجهد على كل مكثّف: Δ: V_L Y: V_L/√3
قدرة دخل المحرّك: P_in = P_out/η

المحوّلات

نسبة اللفّات: a = N₁/N₂ = V₁/V₂
نسبة التيارات: I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a
التيار المقنَّن: I = S/V
الممانعة المحوَّلة: Z₁′ = a²·Z_L
مفقودات النحاس عند حمل جزئي: P_cu = x²·P_cu,fl
الكفاءة: η = x·S·pf/(x·S·pf + P_core + x²·P_cu,fl)
أقصى كفاءة: x = √(P_core/P_cu,fl)

2مسائل تدريبية

1.المقاومات على التوالي والتوازيمتوسطة

أوجد المقاومة المكافئة R_eq التي يراها المصدر V₁.

V₁ = 30 VR₁ = 3 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 10 ΩR₄ = 20 Ω

R_eq = Ω

2.المقاومات على التوالي والتوازيصعبة

أوجد التيار I_R1 الذي يورّده المصدر، والذي يمرّ عبر R₁.

V₁ = 36 VR₁ = 15 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 4 ΩR₄ = 4 ΩR₅ = 12 ΩR₆ = 5 Ω

I_R1 = A

3.تحليل العقدمتوسطة

ثلاثة فروع موصولة بين العقدة A والأرضي، كما هو موضّح. استخدم تحليل العقد لإيجاد التيار I₃ في الفرع 3، الجاري إلى الأعلى نحو العقدة A باتجاه السهم.

V₁ = 24 VR₁ = 2 ΩV₂ = 18 VR₂ = 12 ΩR₃ = 4 Ω

I₃ = A

4.تحليل العقدصعبة

استخدم تحليل العقد لإيجاد جهد العقدة V_B (مقيسًا بالنسبة إلى الأرضي).

V₁ = 36 VI_s = 1,5 AV₂ = 15 VR₁ = 25 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 2 ΩR₅ = 8 Ω

V_B = V

5.ثيفنن ونورتنمتوسطة

وُصل حِمل R_L = 6 Ω بين a–b. استبدل بقية الدائرة بمكافئ ثيفنن وأوجد تيار الحِمل I_L.

V₁ = 12 VR₁ = 15 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 4 ΩR_L = 6 Ω

I_L = A

6.ثيفنن ونورتنصعبة

وُصل حِمل R_L = 20 Ω بين a–b. استبدل بقية الدائرة بمكافئ ثيفنن وأوجد تيار الحِمل I_L.

V₁ = 30 VI_s = 2 AR₁ = 20 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 25 ΩR_L = 20 Ω

I_L = A

7.الحالات العابرة RC و RLمتوسطة

لا يمرّ تيار في الملف قبل أن يُغلق المفتاح عند t = 0. أوجد الطاقة W المخزّنة في الملف عند t = 1 ms، بوحدة mJ.

V_s = 5 VR = 50 ΩL = 22 mHt = 1 ms

W = mJ

8.الحالات العابرة RC و RLصعبة

قبل إغلاق المفتاح عند t = 0 مباشرة، يكون جهد المكثّف 6 V بالقطبية الموضّحة. أوجد جهد المكثّف v_C عند t = 500 ms.

V_s = 24 VR = 4,7 kΩC = 220 µFv_C(0) = 6 Vt = 500 ms

v_C = V

9.معاوقة التيار المتردد والطورياتمتوسطة

دائرة RLC على التوالي موصولة بمصدر 100 V (فعّال)، 200 Hz. أوجد القدرة الفعلية P المسحوبة من المصدر.

V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 50 mHC = 4,7 µF

P = W

10.معاوقة التيار المتردد والطورياتصعبة

دائرة RLC على التوالي يغذّيها مصدر 5 V (فعّال) ضُبط تردّده على تردّد رنين الدائرة. أوجد الجهد الفعّال V_L على الملف.

V = 5 V (rms)R = 20 ΩL = 20 mHC = 0,1 µF

V_L = V

11.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرةمتوسطة

يستهلك محرّك أحادي الطور 21 kW بمعامل قدرة 0,7 متأخّر من مصدر 400 V. أوجد القدرة غير الفعّالة Q التي يسحبها.

P = 21 kWpf = 0,7V = 400 V

Q = kvar

12.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرةصعبة

يأخذ حِمل أحادي الطور 22 kW بمعامل قدرة 0,6 متأخّر من مصدر 230 V، 60 Hz. يُوصل مكثّف سعته 330 µF على التوازي مع الحِمل. أوجد تيار الخط الجديد I.

P = 22 kWpf₁ = 0,6V = 230 Vf = 60 HzC = 330 µF

I = A

13.القدرة ثلاثية الطورمتوسطة

محرّك حثّي ثلاثي الطور يعطي قدرة خرج ميكانيكية مقدارها 15 kW عند الحمل الكامل. عند هذا الحمل تكون كفاءته 88% ومعامل قدرته 0,88 متأخرًا. جهد خط المصدر 690 V. أوجد تيار الخط I_L.

P_out = 15 kWη = 88%cos φ = 0,88V_L = 690 V

I_L = A

14.القدرة ثلاثية الطورصعبة

حمل ثلاثي الطور متوازن يأخذ 120 kW عند معامل قدرة 0,7 متأخر من مصدر 400 V (جهد خط) و 60 Hz. يجب أن ترفع مجموعة مكثّفات ثلاثية الطور موصولة على التوازي مع الحمل معامل القدرة الكلي إلى 0,9 متأخر. تبقى القدرة الفعّالة كما هي. المكثّفات موصولة دلتا (Δ). أوجد السعة C_ph لكل مكثّف بالـ µF.

P = 120 kWpf₁ = 0,7pf₂ = 0,9V_L = 400 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

15.المحوّلاتمتوسطة

مكبّر مقاومة خرجه 1000 Ω يغذّي مكبّر صوت 10 Ω عبر محوّل مثالي. لأقصى نقل للقدرة يجب أن يبدو مكبّر الصوت 1000 Ω من جهة المكبّر. أوجد نسبة اللفّات a = N₁/N₂.

R_s = 1000 ΩR_L = 10 Ω

a =

16.المحوّلاتصعبة

محوّل أحادي الطور 50 kVA مفقودات قلبه 250 W ومفقودات نحاسه 500 W عند الحمل المقنَّن. يغذّي 50% من قدرته المقنَّنة بالـ kVA عند معامل قدرة 0,85 متأخر. أوجد المفقودات الكلية P_loss بالواط عند هذا الحمل.

S = 50 kVAP_core = 250 WP_cu,fl = 500 Wx = 0,5pf = 0,85

P_loss = W

3المحاليل

1.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: R_eq = 6,529 Ω

المقاومات على التوالي والتوازي: على التوالي يمرّ التيار نفسه في كل مقاومة و R = R₁ + R₂ + …. وعلى التوازي يكون الجهد نفسه على كل مقاومة و 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. تُبسَّط شبكة السلّم زوجًا بعد زوج حتى تبقى مقاومة مكافئة واحدة.

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

ابدأ من الطرف الأبعد عن المصدر وتقدّم نحوه. المقاومات التي يمرّ بها التيار نفسه على التوالي؛ والمقاومات بين العقدتين نفسيهما على التوازي.

R₃ + R₄ = 10 + 20 = 30 Ω

R₂ ∥ 30 = 4·30/(4+30) = 3,529 Ω

R_eq = R₁ + 3,529 = 3 + 3,529 = 6,529 Ω

الإجابة

R_eq = 6,529 Ω

2.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: I_R1 = 2,005 A

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

R₅ + R₆ = 12 + 5 = 17 Ω

R₄ ∥ 17 = 3,238 Ω

R₃ + 3,238 = 7,238 Ω

R₂ ∥ 7,238 = 2,957 Ω

R_eq = R₁ + 2,957 = 15 + 2,957 = 17,96 Ω

التيار من المصدر

لا يرى المصدر إلا R_eq، فيعطي قانون أوم التيار الذي يورّده. وهذا التيار يمرّ عبر R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 36/17,96 = 2,005 A

الإجابة

I_R1 = 2,005 A

3.تحليل العقد

الإجابة: I₃ = −4,05 A

تحليل العقد: اختر عقدة مرجعية، وسمِّ جهود العقد المجهولة، واكتب قانون كيرشوف للتيار عند كل عقدة مجهولة باستخدام قانون أوم (I = ΔV/R)، ثم حلّ المعادلات الناتجة.

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A

اعتبر السلك السفلي هو الأرضي. كل فرع يحمل (V_A − V_k)/R_k خارجًا من A، حيث V_k جهد مصدره (صفر للمقاومة وحدها). مجموع التيارات الخارجة من A يساوي صفرًا.

(V_A − 24)/2 + (V_A − 18)/12 + V_A/4 = 0

حلّ لإيجاد V_A

V_A = (24/2 + 18/12 + 0/4) / (1/2 + 1/12 + 1/4) = 13,5/0,8333 = 16,2 V

تيار الفرع

يشير السهم إلى الأعلى عبر الفرع، داخلًا إلى العقدة A.

I₃ = (0 − V_A)/R₃ = (0 − 16,2)/4 = −4,05 A

الإجابة

I₃ = −4,05 A

النتيجة السالبة تعني أن التيار الفعلي يجري عكس السهم.

4.تحليل العقد

الإجابة: V_B = −8,483 V

حدّد العقد

الأرضي هو السلك السفلي. جهود العقد المعروفة تأتي مباشرة من المصادر (V₁ = 36 V, V₂ = −15 V). المجاهيل: V_A, V_B.

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A

التيارات الخارجة من A عبر المقاومات تساوي التيار الذي تدفعه المصادر إلى A.

V_A/R₃ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₂ = 0

V_A/3 + (V_A − 36)/25 + (V_A − V_B)/15 = 0

0,44·V_A − 0,06667·V_B = 1,44

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة B

التيارات الخارجة من B عبر المقاومات تساوي التيار الذي تدفعه المصادر إلى B.

V_B/R₅ + (V_B − V_A)/R₂ + (V_B − V₂)/R₄ = I_s

V_B/8 + (V_B − V_A)/15 + (V_B − (−15))/2 = 1,5

−0,06667·V_A + 0,6917·V_B = −6

الحل

Δ = (0,44)(0,6917) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,2999

V_A = Δ₁/Δ = 0,596/0,2999 = 1,987 V

V_B = Δ₂/Δ = −2,544/0,2999 = −8,483 V

الإجابة

V_B = −8,483 V

5.ثيفنن ونورتن

الإجابة: I_L = 0,2182 A

نظرية ثيفنن: أي شبكة خطية ذات طرفين تتصرّف كمصدر جهد واحد V_th على التوالي مع مقاومة R_th. ونظرية نورتن تعطي الشبكة نفسها كمصدر تيار I_N = V_th/R_th على التوازي مع R_th.

أوجد R_th مع إطفاء كل المصادر

استبدل مصادر الجهد بقصر ومصادر التيار بدوائر مفتوحة، ثم انظر إلى الدائرة من a–b.

R₁ ∥ R₂ = 15·5/(15+5) = 3,75 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,75 + 4 = 7,75 Ω

أوجد V_th، جهد الدائرة المفتوحة

عندما يكون a–b مفتوحًا لا يمرّ تيار في R₃، فلا هبوط عليه و V_b = V_A. يشكّل R₁ و R₂ مقسّم جهد.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 12·5/(15+5) = 3 V

صِل الحِمل بمكافئ ثيفنن

يتصرّف مصدر ثيفنن و R_th على التوالي عند a–b تمامًا كالدائرة الأصلية، فيرى الحِمل حلقة توالٍ بسيطة.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 3/(7,75 + 6) = 0,2182 A

6.ثيفنن ونورتن

الإجابة: I_L = 1,452 A

أوجد R_th مع إطفاء كل المصادر

استبدل مصادر الجهد بقصر ومصادر التيار بدوائر مفتوحة، ثم انظر إلى الدائرة من a–b.

R₁ ∥ R₂ = 20·12/(20+12) = 7,5 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 7,5 + 25 = 32,5 Ω

أوجد V_th، جهد الدائرة المفتوحة

عندما يكون a–b مفتوحًا، المسار الوحيد لـ Iₛ هو عبر R₃ إلى العقدة A. أوجد V_A بتراكب V₁ و Iₛ، ثم أضف الهبوط على R₃.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 11,25 + 2·7,5 = 26,25 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 26,25 + 2·25 = 76,25 V

صِل الحِمل بمكافئ ثيفنن

يتصرّف مصدر ثيفنن و R_th على التوالي عند a–b تمامًا كالدائرة الأصلية، فيرى الحِمل حلقة توالٍ بسيطة.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 76,25/(32,5 + 20) = 1,452 A

7.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: W = 0,0885 mJ

الحالات العابرة من الرتبة الأولى: في دائرة فيها مكثّف واحد أو ملف واحد، يتغيّر كل جهد وتيار أُسّيًا من قيمته الابتدائية إلى قيمته النهائية: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ، حيث τ = RC أو τ = L/R. بعد نحو 5τ تستقر الدائرة.

الثابت الزمني والتيار النهائي

بعد إغلاق المفتاح بوقت طويل يتصرّف الملف كقصر، لذا يحدّد R وحده التيار النهائي.

τ = L/R = 22 mH / 50 Ω = 0,44 ms

i(∞) = V_s/R = 5/50 = 0,1 A

التيار في اللحظة المعطاة

i(t) = 0,1·(1 − e^−1/0,44) = 0,0897 A

الطاقة المخزّنة

W = ½·L·i² = ½·22·0,0897² = 0,0885 mJ

الإجابة

W = 0,0885 mJ

8.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: v_C = 12,9 V

القيمة الابتدائية، القيمة النهائية، الثابت الزمني

لا يمكن لجهد المكثّف أن يقفز، لذا يبدأ من قيمته المخزّنة ويتّجه نحو جهد المصدر.

v_C(0) = 6 V, v_C(∞) = V_s = 24 V

τ = R·C = 4,7 kΩ · 220 µF = 1034 ms

v_C(t) = 24 + (6 − 24)·e^−t/τ

الجهد في اللحظة المعطاة

v_C(500) = 24 + (−18)·e^−500/1034 = 12,9 V

الإجابة

v_C = 12,9 V

9.معاوقة التيار المتردد والطوريات

الإجابة: P = 30,92 W

دوائر التيار المتردد بالطوريات: للمقاومات والملفات والمكثّفات معاوقات R و jωL و 1/(jωC)، مع ω = 2πf. على التوالي تُجمع المعاوقات كالمقاومات، لكن كأعداد مركّبة. ويتبع التيار والجهد الفعّالان قانون أوم مع |Z|.

المفاعلات

X_L = 62,83 Ω, X_C = 169,3 Ω

المعاوقة

|Z| = √(40² + (−106,5)²) = 113,7 Ω

القدرة الفعلية

الملفات والمكثّفات تخزّن الطاقة وتعيدها فقط؛ والمقاومة تمتص القدرة الفعلية كلها.

I = 100/113,7 = 0,8791 A

P = I²·R = 0,8791²·40 = 30,92 W

الإجابة

P = 30,92 W

10.معاوقة التيار المتردد والطوريات

الإجابة: V_L = 111,8 V

الرنين

عند الرنين تُلغى المفاعلتان، لذا المعاوقة هي R فقط.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,02·0,1·10⁻⁶) = 22361 rad/s

I = V/R = 5/20 = 0,25 A

الجهد على الملف

X_L = ω₀L = 22361·0,02 = 447,2 Ω

V_L = I·X_L = 0,25·447,2 = 111,8 V

الإجابة

V_L = 111,8 V

هذا Q = 22,36 مرة جهد المصدر.

11.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

الإجابة: Q = 21,42 kvar

قدرة التيار المتردد: القدرة الظاهرية S = V·I (VA) تنقسم إلى قدرة فعلية P = S·cos φ (W) تؤدّي شغلًا مفيدًا، وقدرة غير فعّالة Q = S·sin φ (var) تتردّد بين المصدر والحِمل. معامل القدرة هو cos φ. المكثّف الموصول على التوازي يزوّد القدرة غير الفعّالة محليًا، فينخفض تيار الخط للقدرة الفعلية نفسها.

الزاوية

φ = arccos(0,7) = 45,57°, tan φ = 1,02

القدرة غير الفعّالة

Q = P·tan φ = 21·1,02 = 21,42 kvar

الإجابة

Q = 21,42 kvar

12.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

الإجابة: I = 137,6 A

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

لا تتغيّر القدرة الفعلية P؛ تتغيّر فقط القدرة غير الفعّالة المسحوبة من الشبكة.

Q₁ = 22·tan(arccos 0,6) = 29,33 kvar

Q_C = V²·2πf·C = 230²·2π·60·330·10⁻⁶ = 6581 var = 6,581 kvar

Q₂ = 29,33 − 6,581 = 22,75 kvar

القدرة الظاهرية الجديدة

S₂ = √(22² + 22,75²) = 31,65 kVA

تيار الخط الجديد

I = S₂/V = 31649/230 = 137,6 A

الإجابة

I = 137,6 A

13.القدرة ثلاثية الطور

الإجابة: I_L = 16,21 A

القدرة الكهربائية الداخلة

P_in = P_out/η = 15/0,88 = 17,05 kW

تيار الخط

I_L = P_in/(√3·V_L·cos φ) = 17045/(√3·690·0,88) = 16,21 A

الإجابة

I_L = 16,21 A

14.القدرة ثلاثية الطور

الإجابة: C_ph = 355,4 µF

النظم ثلاثية الطور المتوازنة: في توصيل Y (النجمة) يكون جهد الخط √3 ضعف جهد الطور، V_L = √3·V_ph، ويساوي تيار الخط تيار الطور. وفي توصيل Δ (الدلتا) يساوي جهد الخط جهد الطور، ويكون تيار الخط √3 ضعف تيار الطور، I_L = √3·I_ph. القدرة الكلية ثلاثة أضعاف قدرة الطور الواحد: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. تحسين معامل القدرة: تقدّم المكثّفات القدرة غير الفعّالة محليًا، Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). يقدّم كل مكثّف من المكثّفات الثلاثة Q_C/3 = V²·ω·C، حيث V الجهد على ذلك المكثّف: V_L في مجموعة Δ، و V_L/√3 في مجموعة Y.

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

القدرة الفعّالة لا تتغيّر، لذا يحدّد كل معامل قدرة القدرة غير الفعّالة: Q = P·tan φ.

Q₁ = 120·tan(acos 0,7) = 120·1,02 = 122,4 kvar

Q₂ = 120·tan(acos 0,9) = 120·0,4843 = 58,12 kvar

القدرة غير الفعّالة من المكثّفات

Q_C = Q₁ − Q₂ = 64,31 kvar

السعة لكل طور

في مجموعة Δ يوصل كل مكثّف بين خطين.

V = 400 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 21435/(377·400²) = 355,4 µF

الإجابة

C_ph = 355,4 µF

15.المحوّلات

الإجابة: a = 10

المحوّل المثالي: نسبة الجهود تساوي نسبة اللفّات، ونسبة التيارات عكسها: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a و I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a، لذا القدرة الداخلة تساوي القدرة الخارجة، V₁·I₁ = V₂·I₂. ممانعة الحمل Z على الملف الثانوي تبدو a²·Z من جهة الملف الابتدائي.

مواءمة الحمل المحوَّل

a²·10 = 1000

a = √(1000/10) = √100 = 10

الإجابة

a = 10

16.المحوّلات

الإجابة: P_loss = 375 W

مفقودات المحوّل: مفقودات القلب (التخلّف المغناطيسي والتيارات الدوّامية) تعتمد على الجهد وهي نفسها عند أي حمل. مفقودات النحاس في الملفات تتناسب مع مربع التيار، لذا عند جزء x من الحمل المقنَّن تكون x²·P_cu,fl. الكفاءة η = P_out/(P_out + P_core + P_cu)، حيث P_out = x·S·pf. تكون الكفاءة في أعلاها عند الحمل الذي تتساوى فيه مفقودات النحاس مع مفقودات القلب.

مفقودات النحاس عند هذا الحمل

P_cu = x²·P_cu,fl = 0,25·500 = 125 W

المفقودات الكلية

مفقودات القلب هي نفسها عند أي حمل.

P_loss = 250 + 125 = 375 W

الإجابة

P_loss = 375 W

الكفاءة عند هذا الحمل η = 98,27%.

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals

أساسيات الهندسة الكهربائية: حزمة المراجعة المكثفة

1القوانين وطرق الحل

المقاومات على التوالي والتوازي

الطريقة

تحليل العقد

الطريقة

ثيفنن ونورتن

الطريقة

الحالات العابرة RC و RL

الطريقة

معاوقة التيار المتردد والطوريات

الطريقة

قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

القدرة ثلاثية الطور

المحوّلات

2مسائل تدريبية

3المحاليل

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

الإجابة

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

التيار من المصدر

الإجابة

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A

حلّ لإيجاد VA

تيار الفرع

الإجابة

حدّد العقد

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة B

الحل

الإجابة

أوجد Rth مع إطفاء كل المصادر

أوجد Vth، جهد الدائرة المفتوحة

صِل الحِمل بمكافئ ثيفنن

أوجد Rth مع إطفاء كل المصادر

أوجد Vth، جهد الدائرة المفتوحة

صِل الحِمل بمكافئ ثيفنن

الثابت الزمني والتيار النهائي

التيار في اللحظة المعطاة

الطاقة المخزّنة

الإجابة

القيمة الابتدائية، القيمة النهائية، الثابت الزمني

الجهد في اللحظة المعطاة

الإجابة

المفاعلات

المعاوقة

القدرة الفعلية

الإجابة

الرنين

الجهد على الملف

الإجابة

الزاوية

القدرة غير الفعّالة

الإجابة

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

القدرة الظاهرية الجديدة

تيار الخط الجديد

الإجابة

القدرة الكهربائية الداخلة

تيار الخط

الإجابة

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

القدرة غير الفعّالة من المكثّفات

السعة لكل طور

الإجابة

مواءمة الحمل المحوَّل

الإجابة

مفقودات النحاس عند هذا الحمل

المفقودات الكلية

الإجابة

حلّ لإيجاد V_A

أوجد R_th مع إطفاء كل المصادر

أوجد V_th، جهد الدائرة المفتوحة

أوجد R_th مع إطفاء كل المصادر

أوجد V_th، جهد الدائرة المفتوحة