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 التيار I_R2 عبر R₂.

V₁ = 18 VR₁ = 10 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 8 ΩR₄ = 4 Ω

I_R2 = A

2.المقاومات على التوالي والتوازيصعبة

أوجد التيار I_R2 عبر R₂.

V₁ = 18 VR₁ = 30 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 4 ΩR₄ = 5 ΩR₅ = 12 ΩR₆ = 30 Ω

I_R2 = A

3.تحليل العقدمتوسطة

مصدر الجهد Vₛ بين A و B طرفه + عند B، لذا يجعل V_B − V_A = Vₛ. استخدم تحليل العقد مع عقدة فائقة لإيجاد جهد العقدة V_A (مقيسًا بالنسبة إلى الأرضي).

I_s = 1,5 AV_s = 8 VR₁ = 2 ΩR₂ = 4 Ω

V_A = V

4.تحليل العقدصعبة

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

V₁ = 15 VI_s = 0,5 AV_s = 6 VR₁ = 4 ΩR₂ = 8 ΩR₃ = 3 Ω

I_x = A

5.ثيفنن ونورتنمتوسطة

أوجد جهد ثيفنن V_th المرئي من الطرفين a–b.

V₁ = 15 VR₁ = 6 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 4 Ω

V_th = V

6.ثيفنن ونورتنصعبة

أوجد تيار نورتن I_N: التيار الذي يسري من a إلى b إذا قُصر الطرفان.

V₁ = 10 VI_s = 0,5 AR₁ = 4 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 2 Ω

I_N = A

7.الحالات العابرة RC و RLمتوسطة

يشحن المصدر Vₛ المكثّف عبر R₁، و R₂ موصول على التوازي مع C. المكثّف غير مشحون عندما يُغلق المفتاح عند t = 0. أوجد جهد المكثّف v_C عند t = 10 ms.

V_s = 12 VR₁ = 4,7 kΩR₂ = 1 kΩC = 10 µFt = 10 ms

v_C = V

8.الحالات العابرة RC و RLصعبة

يبدأ مؤقّت بشحن مكثّف غير مشحون عبر مقاومة من مصدر 5 V عند t = 0. يجب أن يُطلق عندما يبلغ جهد المكثّف 2,5 V، بعد 250 ms بالضبط من البداية. مع C = 2,2 µF، أوجد المقاومة R المطلوبة.

V_s = 5 VV_th = 2,5 VT = 250 msC = 2,2 µF

R = kΩ

9.معاوقة التيار المتردد والطورياتمتوسطة

دائرة RLC على التوالي موصولة بمصدر 12 V (فعّال)، 200 Hz. أوجد زاوية الطور φ للمعاوقة بالدرجات (موجبة عندما يتأخّر التيار عن الجهد).

V = 12 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 22 µF

φ = °

10.معاوقة التيار المتردد والطورياتصعبة

مقاومة R₁ موصولة على التوالي مع توصيلة توازي من R₂ ومكثّف C، على مصدر 230 V (فعّال)، 200 Hz. أوجد التيار الفعّال I.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR₁ = 30 ΩR₂ = 100 ΩC = 4,7 µF

I = A

11.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرةمتوسطة

حِمل معاوقته Z = 12 + j9 Ω موصول بمصدر أحادي الطور 240 V (فعّال). أوجد القدرة غير الفعّالة Q التي يمتصها.

V = 240 VZ = 12 + j9 Ω

Q = var

12.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرةصعبة

يأخذ حِمل أحادي الطور 13 kW بمعامل قدرة 0,75 متأخّر من مصدر 230 V، 50 Hz. يُوصل مكثّف سعته 150 µF على التوازي مع الحِمل. أوجد تيار الخط الجديد I.

P = 13 kWpf₁ = 0,75V = 230 Vf = 50 HzC = 150 µF

I = A

13.القدرة ثلاثية الطورمتوسطة

حمل متوازن موصول Y ممانعته 12 + j16 Ω لكل طور موصول بمصدر ثلاثي الطور متوازن جهد خطه 208 V. أوجد القدرة الفعّالة الكلية P التي يمتصّها الحمل بالـ kW.

V_L = 208 VZ = 12 + j16 Ω لكل طور

P = kW

14.القدرة ثلاثية الطورصعبة

حمل ثلاثي الطور متوازن يأخذ 120 kW عند معامل قدرة 0,65 متأخر من مصدر 690 V (جهد خط) و 60 Hz. يجب أن ترفع مجموعة مكثّفات ثلاثية الطور موصولة على التوازي مع الحمل معامل القدرة الكلي إلى 0,98 متأخر. تبقى القدرة الفعّالة كما هي. المكثّفات موصولة دلتا (Δ). أوجد السعة C_ph لكل مكثّف بالـ µF.

P = 120 kWpf₁ = 0,65pf₂ = 0,98V_L = 690 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

15.المحوّلاتمتوسطة

محوّل مثالي نسبة لفّاته N₁:N₂ = 2:1، طُبّق على ملفه الابتدائي جهد 460 V. وُصلت مقاومة 10 Ω على طرفي الملف الثانوي. أوجد التيار الابتدائي I₁.

N₁:N₂ = 2:1V₁ = 460 VR_L = 10 Ω

I₁ = A

16.المحوّلاتصعبة

محوّل أحادي الطور 150 kVA مفقودات قلبه 900 W. عند الحمل المقنَّن ومعامل قدرة 0,95 متأخر تكون كفاءته 98,8%. أوجد مفقودات النحاس عند الحمل الكامل P_cu,fl بالواط.

S = 150 kVAP_core = 900 Wpf = 0,95η = 98,8%

P_cu,fl = W

3المحاليل

1.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: I_R2 = 1,038 A

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 = 8 + 4 = 12 Ω

R₂ ∥ 12 = 4·12/(4+12) = 3 Ω

R_eq = R₁ + 3 = 10 + 3 = 13 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 = 18/13 = 1,385 A

التيار عبر R₂

اطرح الهبوط على R₁ لتحصل على الجهد عند العقدة A، وهو الجهد على R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 18 − 1,385·10 = 4,154 V

I_R2 = V_A/R₂ = 4,154/4 = 1,038 A

الإجابة

I_R2 = 1,038 A

2.المقاومات على التوالي والتوازي

الإجابة: I_R2 = 0,1489 A

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

R₅ + R₆ = 12 + 30 = 42 Ω

R₄ ∥ 42 = 4,468 Ω

R₃ + 4,468 = 8,468 Ω

R₂ ∥ 8,468 = 5,949 Ω

R_eq = R₁ + 5,949 = 30 + 5,949 = 35,95 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 = 18/35,95 = 0,5007 A

التيار عبر R₂

اطرح الهبوط على R₁ لتحصل على الجهد عند العقدة A، وهو الجهد على R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 18 − 0,5007·30 = 2,979 V

I_R2 = V_A/R₂ = 2,979/20 = 0,1489 A

الإجابة

I_R2 = 0,1489 A

3.تحليل العقد

الإجابة: V_A = −0,6667 V

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.

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 + V_s = V_A + 8

V_A/R₁ + V_B/R₂ = I_s

الحل

V_A/2 + (V_A + 8)/4 = 1,5

V_A = (1,5 − 8/4)/(1/2 + 1/4) = −0,6667 V

V_B = −0,6667 + 8 = 7,333 V

الإجابة

V_A = −0,6667 V

4.تحليل العقد

الإجابة: I_x = 2,559 A

كوّن عقدة فائقة

V_B = V_A + 6

(V_A − V₁)/R₁ + V_A/R₂ + V_B/R₃ = I_s

الحل

(V_A − 15)/4 + V_A/8 + (V_A + 6)/3 = 0,5

V_A·(1/4 + 1/8 + 1/3) = 0,5 + 15/4 − 6/3 = 2,25

V_A = 2,25/0,7083 = 3,176 V

V_B = 9,176 V

التيار في مصدر الجهد

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

I_R1 = (15 − 3,176)/4 = 2,956 A

I_x = I_R1 − V_A/R₂ = 2,956 − 3,176/8 = 2,559 A

الإجابة

I_x = 2,559 A

النتيجة السالبة تعني أن التيار الفعلي يجري عكس السهم.

5.ثيفنن ونورتن

الإجابة: V_th = 6 V

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 = 6·4/(6+4) = 2,4 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2,4 + 4 = 6,4 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) = 15·4/(6+4) = 6 V

6.ثيفنن ونورتن

الإجابة: I_N = 2,031 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 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,158 + 2 = 5,158 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) = 7,895 + 0,5·3,158 = 9,474 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 9,474 + 0,5·2 = 10,47 V

مكافئ نورتن

مصدر نورتن هو الدائرة نفسها منظورًا إليها كمصدر تيار على التوازي مع R_th. تياره هو تيار القصر بين a–b.

I_N = V_th/R_th = 10,47/5,158 = 2,031 A

7.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: v_C = 1,479 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.

مكافئ ثيفينين كما يراه المكثّف

اقصر المصدر لإيجاد R_th؛ وافتح المكثّف لإيجاد الجهد الذي سيستقر عنده.

R_th = R₁ ∥ R₂ = 4,7·1/(4,7 + 1) = 0,8246 kΩ

v_C(∞) = 12·1/(4,7 + 1) = 2,105 V

الثابت الزمني

τ = R_th·C = 0,8246·10 = 8,246 ms

منحنى الشحن

v_C(t) = 2,105·(1 − e^−10/8,246) = 1,479 V

الإجابة

v_C = 1,479 V

8.الحالات العابرة RC و RL

الإجابة: R = 163,9 kΩ

الثابت الزمني المطلوب

2,5 = 5·(1 − e^−250/τ) → τ = 250/ln(5/(5 − 2,5))

τ = 250/0,6931 = 360,7 ms

المقاومة

kΩ مضروبة في µF تعطي ميلي ثانية.

R = τ/C = 360,7/2,2 = 163,9 kΩ

الإجابة

R = 163,9 kΩ

9.معاوقة التيار المتردد والطوريات

الإجابة: φ = −15,43 °

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

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s

X_L = ωL = 1257·0,02 = 25,13 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(1257·22·10⁻⁶) = 36,17 Ω

المعاوقة

على التوالي تُجمع المعاوقات كأعداد مركّبة: Z = R + j(X_L − X_C).

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(40² + (−11,04)²) = 41,5 Ω

زاوية الطور

φ = arctan((X_L − X_C)/R) = arctan(−11,04/40) = −15,43°

الإجابة

φ = −15,43°

10.معاوقة التيار المتردد والطوريات

الإجابة: I = 2,036 A

المفاعلة

X_C = 1/(2π·200·4,7·10⁻⁶) = 169,3 Ω

توصيلة التوازي

اضرب البسط والمقام في المرافق المركّب لفصل Z_p إلى جزأين حقيقي وتخيّلي.

Z_p = R₂·(−jX_C)/(R₂ − jX_C) = (R₂·X_C² − jR₂²·X_C)/(R₂² + X_C²)

Z_p = 74,14 − j43,79 Ω

المعاوقة الكلية

Z = 30 + 74,14 − j43,79 = 104,1 − j43,79 Ω

|Z| = √(104,1² + 43,79²) = 113 Ω

التيار

I = V/|Z| = 230/113 = 2,036 A

الإجابة

I = 2,036 A

11.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

الإجابة: Q = 2304 var

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.

التيار

|Z| = √(12² + 9²) = 15 Ω

I = V/|Z| = 240/15 = 16 A

القدرة غير الفعّالة

Q = I²·X = 16²·9 = 2304 var

الإجابة

Q = 2304 var

12.قدرة التيار المتردد ومعامل القدرة

الإجابة: I = 68,68 A

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

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

Q₁ = 13·tan(arccos 0,75) = 11,46 kvar

Q_C = V²·2πf·C = 230²·2π·50·150·10⁻⁶ = 2493 var = 2,493 kvar

Q₂ = 11,46 − 2,493 = 8,972 kvar

القدرة الظاهرية الجديدة

S₂ = √(13² + 8,972²) = 15,8 kVA

تيار الخط الجديد

I = S₂/V = 15796/230 = 68,68 A

الإجابة

I = 68,68 A

13.القدرة ثلاثية الطور

الإجابة: P = 1,298 kW

جهد الطور

V_ph = 208/√3 = 120,1 V

تيار الطور

|Z| = √(12² + 16²) = 20 Ω

I_ph = 120,1/20 = 6,004 A

القدرة الفعّالة الكلية

الجزء المقاومي فقط من كل ممانعة يمتصّ القدرة الفعّالة.

P = 3·I_ph²·R = 3·6,004²·12 = 1,298 kW

الإجابة

P = 1,298 kW

تحقّق: cos φ = R/|Z| = 0,6، و √3·V_L·I_L·cos φ يعطي القدرة نفسها.

14.القدرة ثلاثية الطور

الإجابة: C_ph = 215,3 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 0,98) = 120·0,2031 = 24,37 kvar

القدرة غير الفعّالة من المكثّفات

Q_C = Q₁ − Q₂ = 115,9 kvar

السعة لكل طور

في مجموعة Δ يوصل كل مكثّف بين خطين.

V = 690 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 38643/(377·690²) = 215,3 µF

الإجابة

C_ph = 215,3 µF

15.المحوّلات

الإجابة: I₁ = 11,5 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 = 460/2 = 230 V

I₂ = 230/10 = 23 A

التيار الابتدائي

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

I₁ = I₂/2 = 11,5 A

الإجابة

I₁ = 11,5 A

تحقّق: الحمل المرئي من الملف الابتدائي هو a²·R_L = 40 Ω، و 460/40 يعطي التيار نفسه.

16.المحوّلات

الإجابة: P_cu,fl = 830,8 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 = 150·0,95 = 142,5 kW

P_in = 142500/0,988 = 144231 W

المفقودات الكلية ومفقودات النحاس

P_loss = 144231 − 142500 = 1731 W

P_cu,fl = 1731 − 900 = 830,8 W

الإجابة

P_cu,fl = 830,8 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

التيار من المصدر

التيار عبر R₂

الإجابة

اجمع المقاومات بدءًا من الطرف البعيد

التيار من المصدر

التيار عبر R₂

الإجابة

كوّن عقدة فائقة

الحل

الإجابة

كوّن عقدة فائقة

الحل

التيار في مصدر الجهد

الإجابة

أوجد Rth مع إطفاء كل المصادر

أوجد Vth، جهد الدائرة المفتوحة

أوجد Rth مع إطفاء كل المصادر

أوجد Vth، جهد الدائرة المفتوحة

مكافئ نورتن

مكافئ ثيفينين كما يراه المكثّف

الثابت الزمني

منحنى الشحن

الإجابة

الثابت الزمني المطلوب

المقاومة

الإجابة

المفاعلات

المعاوقة

زاوية الطور

الإجابة

المفاعلة

توصيلة التوازي

المعاوقة الكلية

التيار

الإجابة

التيار

القدرة غير الفعّالة

الإجابة

القدرة غير الفعّالة قبل وبعد

القدرة الظاهرية الجديدة

تيار الخط الجديد

الإجابة

جهد الطور

تيار الطور

القدرة الفعّالة الكلية

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