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 = 24 VR₁ = 2 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 15 ΩR₄ = 8 Ω

R_eq = Ω

2.المقاومات على التوالي والتوازيصعبة

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

V₁ = 24 VR₁ = 8 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 3 ΩR₅ = 20 ΩR₆ = 15 Ω

I_R1 = A

3.تحليل العقدمتوسطة

استخدم تحليل العقد لإيجاد التيار I_R3 المارّ في R₃ باتجاه السهم.

V₁ = 12 VI_s = 1 AR₁ = 15 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 3 ΩR₄ = 2 Ω

I_R3 = A

4.تحليل العقدصعبة

مصدر الجهد Vₛ بين A و B طرفه + عند A، لذا يجعل V_A − V_B = Vₛ. استخدم تحليل العقد مع عقدة فائقة لإيجاد التيار I_x في مصدر الجهد، من A إلى B كما يوضّح السهم.

V₁ = 5 VI_s = 1,5 AV_s = 10 VR₁ = 30 ΩR₂ = 25 ΩR₃ = 25 Ω

I_x = A

5.ثيفنن ونورتنمتوسطة

وُصل حِمل R_L = 4 Ω بين a–b. استبدل بقية الدائرة بمكافئ ثيفنن وأوجد تيار الحِمل I_L.

V₁ = 24 VR₁ = 15 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 20 ΩR_L = 4 Ω

I_L = A

6.ثيفنن ونورتنصعبة

وُصل حِمل R_L = 4 Ω بين a–b. استخدم مكافئ ثيفنن لإيجاد القدرة P_L المسلَّمة إلى الحِمل.

V₁ = 12 VI_s = 1,5 AR₁ = 8 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 25 ΩR_L = 4 Ω

P_L = W

7.الحالات العابرة RC و RLمتوسطة

لا يمرّ تيار في الملف قبل أن يُغلق المفتاح عند t = 0. أوجد الجهد v_L على الملف عند t = 1 ms.

V_s = 6 VR = 50 ΩL = 10 mHt = 1 ms

v_L = V

8.الحالات العابرة RC و RLصعبة

المفتاح الموصول على طرفي R₂ مغلق منذ وقت طويل، لذا تيار الملف مستقر. عند t = 0 يُفتح المفتاح. بعد كم من t = 0 يبلغ تيار الملف 0,949 A؟ أوجد t.

V_s = 24 VR₁ = 22 ΩR₂ = 5 ΩL = 47 mH

t = ms

9.معاوقة التيار المتردد والطورياتمتوسطة

دائرة RLC على التوالي موصولة بمصدر 100 V (فعّال)، 60 Hz. أوجد القدرة الفعلية P المسحوبة من المصدر.

V = 100 V (rms)f = 60 HzR = 100 ΩL = 20 mHC = 4,7 µF

P = W

10.معاوقة التيار المتردد والطورياتصعبة

دائرة RLC على التوالي موصولة بمصدر 100 V (فعّال)، 200 Hz. أوجد تردّد الرنين f₀ للدائرة.

V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 100 mHC = 47 µF

f₀ = Hz

11.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرةمتوسطة

حِملان موصولان على التوازي بمصدر أحادي الطور 230 V: حِمل 4 kW بمعامل قدرة 0,8 متأخّر وحِمل 23 kW بمعامل قدرة 0,85 متأخّر. أوجد التيار الكلي I المسحوب من المصدر.

V = 230 VP₁ = 4 kW, pf₁ = 0,8 متأخرP₂ = 23 kW, pf₂ = 0,85 متأخر

I = A

12.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرةصعبة

يستهلك حِمل أحادي الطور 30 kW بمعامل قدرة 0,75 متأخّر من مصدر 240 V، 60 Hz. يرفع مكثّف موصول على التوازي معامل القدرة إلى 0,92. أوجد تيار الخط الجديد I_new.

P = 30 kWpf₁ = 0,75pf₂ = 0,92V = 240 Vf = 60 Hz

I_new = A

13.القدرة ثلاثية الطورمتوسطة

محرّك حثّي ثلاثي الطور يعطي قدرة خرج ميكانيكية مقدارها 7,5 kW عند الحمل الكامل. عند هذا الحمل تكون كفاءته 93% ومعامل قدرته 0,84 متأخرًا. جهد خط المصدر 690 V. أوجد تيار الخط I_L.

P_out = 7,5 kWη = 93%cos φ = 0,84V_L = 690 V

I_L = A

14.القدرة ثلاثية الطورصعبة

حمل ثلاثي الطور متوازن يأخذ 120 kW عند معامل قدرة 0,65 متأخر من مصدر 480 V (جهد خط) و 50 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 = 0,65pf₂ = 0,9V_L = 480 Vf = 50 Hz

C_ph = µF

15.المحوّلاتمتوسطة

محوّل مثالي نسبة لفّاته N₁:N₂ = 5:1، طُبّق على ملفه الابتدائي جهد 600 V. وُصلت مقاومة 6 Ω على طرفي الملف الثانوي. أوجد التيار الابتدائي I₁.

N₁:N₂ = 5:1V₁ = 600 VR_L = 6 Ω

I₁ = A

16.المحوّلاتصعبة

محوّل أحادي الطور 150 kVA مفقودات قلبه 450 W. عند الحمل المقنَّن ومعامل قدرة 0,9 متأخر تكون كفاءته 99%. أوجد مفقودات النحاس عند الحمل الكامل P_cu,fl بالواط.

S = 150 kVAP_core = 450 Wpf = 0,9η = 99%

P_cu,fl = W

3المحاليل

1.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: R_eq = 9,886 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 = 15 + 8 = 23 Ω

R₂ ∥ 23 = 12·23/(12+23) = 7,886 Ω

R_eq = R₁ + 7,886 = 2 + 7,886 = 9,886 Ω

الإجابة

R_eq = 9,886 Ω

2.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: I_R1 = 2,248 A

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

R₅ + R₆ = 20 + 15 = 35 Ω

R₄ ∥ 35 = 2,763 Ω

R₃ + 2,763 = 5,763 Ω

R₂ ∥ 5,763 = 2,677 Ω

R_eq = R₁ + 2,677 = 8 + 2,677 = 10,68 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 = 24/10,68 = 2,248 A

الإجابة

I_R1 = 2,248 A

3.تحليل العقد

الإجابة: I_R3 = 0,3579 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.

حدّد العقد

الأرضي هو السلك السفلي. جهود العقد المعروفة تأتي مباشرة من المصادر (V₁ = 12 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/R₂ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₃ = 0

V_A/20 + (V_A − 12)/15 + (V_A − V_B)/3 = 0

0,45·V_A − 0,3333·V_B = 0,8

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة B

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

V_B/R₄ + (V_B − V_A)/R₃ = I_s

V_B/2 + (V_B − V_A)/3 = 1

−0,3333·V_A + 0,8333·V_B = 1

الحل

Δ = (0,45)(0,8333) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,2639

V_A = Δ₁/Δ = 1/0,2639 = 3,789 V

V_B = Δ₂/Δ = 0,7167/0,2639 = 2,716 V

الإجابة

I_R3 = (V_A − V_B)/R₃ = (3,789 − 2,716)/3 = 0,3579 A

4.تحليل العقد

الإجابة: I_x = −1,171 A

كوّن عقدة فائقة

مصدر الجهد بين A و B يحمل تيارًا مجهولًا، لذا لا يمكن كتابة قانون كيرشوف للتيار عند A أو B منفصلتين. احصر A و B والمصدر في عقدة فائقة واحدة: التيار الداخل إليها يساوي التيار الخارج منها.

V_B = V_A − 10

(V_A − V₁)/R₁ + V_A/R₂ + V_B/R₃ = I_s

الحل

(V_A − 5)/30 + V_A/25 + (V_A − 10)/25 = 1,5

V_A·(1/30 + 1/25 + 1/25) = 1,5 + 5/30 + 10/25 = 2,067

V_A = 2,067/0,1133 = 18,24 V

V_B = 8,235 V

التيار في مصدر الجهد

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A وحدها: التيار القادم عبر R₁ يخرج عبر R₂ وعبر مصدر الجهد.

I_R1 = (5 − 18,24)/30 = −0,4412 A

I_x = I_R1 − V_A/R₂ = −0,4412 − 18,24/25 = −1,171 A

الإجابة

I_x = −1,171 A

النتيجة السالبة تعني أن التيار الفعلي يجري عكس السهم.

5.ثيفنن ونورتن

الإجابة: I_L = 0,1096 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 = 15·2/(15+2) = 1,765 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 1,765 + 20 = 21,76 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) = 24·2/(15+2) = 2,824 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) = 2,824/(21,76 + 4) = 0,1096 A

6.ثيفنن ونورتن

الإجابة: P_L = 5,165 W

أوجد R_th مع إطفاء كل المصادر

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

R₁ ∥ R₂ = 8·8/(8+8) = 4 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 4 + 25 = 29 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) = 6 + (−1,5)·4 = 0 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 0 + (−1,5)·25 = −37,5 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) = −37,5/(29 + 4) = −1,136 A

P_L = I_L²·R_L = −1,136²·4 = 5,165 W

7.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: v_L = 0,04043 V

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 = 10 mH / 50 Ω = 0,2 ms

i(∞) = V_s/R = 6/50 = 0,12 A

جهد الملف

عند t = 0 يظهر كامل جهد المصدر على الملف؛ ثم يضمحل إلى الصفر.

v_L(t) = V_s·e^−t/τ = 6·e^−1/0,2 = 0,04043 V

الإجابة

v_L = 0,04043 V

8.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: t = 2,11 ms

القيمة الابتدائية، القيمة النهائية، الثابت الزمني

قبل t = 0 يتجاوز المفتاح المغلق R₂؛ وبعدها يكون R₁ و R₂ كلاهما في الحلقة.

i(0) = 24/22 = 1,091 A

i(∞) = 24/(22 + 5) = 0,8889 A

τ = L/R = 47/27 = 1,741 ms

i(t) = 0,8889 + (1,091 − 0,8889)·e^−t/τ

حلّ لإيجاد الزمن

e^−t/τ = (0,949 − 0,8889)/(1,091 − 0,8889) = 0,2976

t = 1,741·ln(3,361) = 2,11 ms

الإجابة

t = 2,11 ms

9.معاوقة التيار المتردد والطوريات

الإجابة: P = 3,124 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 = 7,54 Ω, X_C = 564,4 Ω

المعاوقة

|Z| = √(100² + (−556,8)²) = 565,7 Ω

القدرة الفعلية

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

I = 100/565,7 = 0,1768 A

P = I²·R = 0,1768²·100 = 3,124 W

الإجابة

P = 3,124 W

10.معاوقة التيار المتردد والطوريات

الإجابة: f₀ = 73,41 Hz

الرنين

عند الرنين تُلغي المفاعلتان الحثية والسعوية بعضهما: ωL = 1/(ωC). تردّد المصدر لا يهم.

f₀ = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,1·47·10⁻⁶)) = 73,41 Hz

الإجابة

f₀ = 73,41 Hz

11.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

الإجابة: I = 139,3 A

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.

القدرة غير الفعّالة لكل حِمل

الحِمل المتأخّر يأخذ قدرة غير فعّالة (Q > 0)؛ والحِمل المتقدّم يزوّدها (Q < 0).

Q₁ = 4·tan(arccos 0,8) = 3 kvar

Q₂ = 23·tan(arccos 0,85) = 14,25 kvar

المجاميع

P = 4 + 23 = 27 kW

Q = 3 + 14,25 = 17,25 kvar

S = √(27² + 17,25²) = 32,04 kVA

التيار الكلي

I = S/V = 32042/230 = 139,3 A

الإجابة

I = 139,3 A

12.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

الإجابة: I_new = 135,9 A

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

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

Q₁ = P·tan φ₁ = 30·tan(41,41°) = 26,46 kvar

Q₂ = P·tan φ₂ = 30·tan(23,07°) = 12,78 kvar

Q_C = Q₁ − Q₂ = 13,68 kvar

تيار الخط الجديد

I_new = P/(V·cos φ₂) = 30000/(240·0,92) = 135,9 A

الإجابة

I_new = 135,9 A

13.القدرة ثلاثية الطور

الإجابة: I_L = 8,033 A

القدرة الكهربائية الداخلة

P_in = P_out/η = 7,5/0,93 = 8,065 kW

تيار الخط

I_L = P_in/(√3·V_L·cos φ) = 8065/(√3·690·0,84) = 8,033 A

الإجابة

I_L = 8,033 A

14.القدرة ثلاثية الطور

الإجابة: C_ph = 378,4 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 0,65) = 120·1,169 = 140,3 kvar

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

القدرة غير الفعّالة من المكثّفات

Q_C = Q₁ − Q₂ = 82,18 kvar

السعة لكل طور

في مجموعة Δ يوصل كل مكثّف بين خطين.

V = 480 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 27392/(314,2·480²) = 378,4 µF

الإجابة

C_ph = 378,4 µF

15.المحوّلات

الإجابة: I₁ = 4 A

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.

الجهد والتيار الثانويان

V₂ = 600/5 = 120 V

I₂ = 120/6 = 20 A

التيار الابتدائي

المحوّل المثالي بلا مفقودات: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I₁ = I₂/5 = 4 A

الإجابة

I₁ = 4 A

تحقّق: الحمل المرئي من الملف الابتدائي هو a²·R_L = 150 Ω، و 600/150 يعطي التيار نفسه.

16.المحوّلات

الإجابة: P_cu,fl = 913,6 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.

قدرتا الخرج والدخل

P_out = 150·0,9 = 135 kW

P_in = 135000/0,99 = 136364 W

المفقودات الكلية ومفقودات النحاس

P_loss = 136364 − 135000 = 1364 W

P_cu,fl = 1364 − 450 = 913,6 W

الإجابة

P_cu,fl = 913,6 W

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

حدّد العقد

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة A

قانون كيرشوف للتيار عند العقدة B

الحل

الإجابة

كوّن عقدة فائقة

الحل

التيار في مصدر الجهد

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

جهد الملف

الإجابة

القيمة الابتدائية، القيمة النهائية، الثابت الزمني

حلّ لإيجاد الزمن

الإجابة

المفاعلات

المعاوقة

القدرة الفعلية

الإجابة

الرنين

الإجابة

القدرة غير الفعّالة لكل حِمل

المجاميع

التيار الكلي

الإجابة

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

تيار الخط الجديد

الإجابة

القدرة الكهربائية الداخلة

تيار الخط

الإجابة

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

القدرة غير الفعّالة من المكثّفات

السعة لكل طور

الإجابة

الجهد والتيار الثانويان

التيار الابتدائي

الإجابة

قدرتا الخرج والدخل

المفقودات الكلية ومفقودات النحاس

الإجابة

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