Elektros grandinių teorija 2: kintamosios srovės grandinės: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 16 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniai Atgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Kompleksiniai skaičiai

Algebrinė forma: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Modulis ir argumentas: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Polinė ir rodiklinė forma: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
Dalyba: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Sandauga ir dalmuo: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
Muavras: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n-tojo laipsnio šaknys: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Kvadratinė lygtis, kai p² < 4q: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Metodas

Nuspręskite, kokia forma tinka veiksmui: algebrinė a + jb sudėčiai ir atimčiai, polinė r∠θ daugybai, dalybai, laipsniams ir šaknims.
Dauginkite išskleisdami su j² = −1; dalykite padaugindami skaitiklį ir vardiklį iš vardiklio jungtinio.
Konvertuokite pagal r = √(a² + b²) ir θ iš taško (a, b) brėžinio (patikrinkite ketvirtį), o atgal – pagal a = r cos θ, b = r sin θ.
Laipsniams naudokite Muavro formulę, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; zⁿ = R∠φ išvardykite visas n šaknų R^1/n∠((φ + 360°k)/n).

Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Pilnutinės varžos: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Kampinis dažnis: ω = 2πf
Modulis ir kampas: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Omo dėsnis fazoriams: V = I·Z

Metodas

Perskaičiuokite dažnį: ω = 2πf.
Raskite kiekvieną reaktansą: X_L = ωL ir X_C = 1/(ωC).
Impedansus sudėkite kaip rezistorius, kai Z = R + jX.
Raskite modulį |Z| = √(R² + X²) ir kampą φ = atan(X/R), tada taikykite Omo dėsnį fazoriams.

Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Aktyvioji galia: P = V·I·cos φ
Reaktyvioji galia: Q = V·I·sin φ
Pilnutinė galia: S = V·I = √(P² + Q²)
Galios koeficientas: pf = cos φ = P/S
Kompensacinis kondensatorius: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

LC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotis

Savasis dažnis: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = 1/(2π√(LC))
Energija: W = ½CV₀² = ½Cv² + ½Li²
Didžiausia srovė: I_max = V₀√(C/L)
Kokybės faktorius: Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
Nuoseklusis RLC: Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
Lygiagretusis RLC: Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Juostos plotis: BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, f₀ = √(f₁f₂)
Pusinės galios dažniai: f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Virpesių kontūras su ritės varža r: R_D = L/(C·r) = Q²·r
Amplitudės slopimas: e^−Rt/(2L)

Metodas

Pirmiausia raskite rezonansinį dažnį: ω₀ = 1/√(LC) ir f₀ = ω₀/(2π).
Nuspręskite, ar grandinė nuosekliojo, ar lygiagrečiojo jungimo: nuosekliojo Q = (1/R)√(L/C), lygiagrečiojo Q = R√(C/L).
Juostos plotį skaičiuokite BW = f₀/Q arba trumpesnėmis formulėmis R/(2πL) (nuoseklusis) ir 1/(2πRC) (lygiagretusis).
Energijos uždaviniuose naudokite tai, kad idealioje LC grandinėje visa energija ½CV₀² išlieka pastovi ir kas ketvirtį periodo persikelia tarp C ir L.

Trifazė galia

Žvaigždės (Y) jungimas: V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Trikampio (Δ) jungimas: V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Bendra aktyvioji galia: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Pilnutinė ir reaktyvioji galia: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Kompensavimo kondensatoriai: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Įtampa ant kiekvieno kondensatoriaus: Δ: V_L Y: V_L/√3
Variklio naudojama galia: P_in = P_out/η

RC ir RL pereinamieji procesai

Laiko konstanta: τ = RC | τ = L/R
Atsakas: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Kondensatorius esant nuolatinei srovei: atvira grandinė; v_C negali kisti šuoliu
Ritė esant nuolatinei srovei: trumpasis jungimas; i_L negali kisti šuoliu
Nusistovėjęs režimas: t ≈ 5τ

Metodas

Raskite pradinę vertę iškart po perjungimo: kondensatoriaus įtampa ir ritės srovė negali kisti šuoliu.
Raskite galutinę vertę praėjus ilgam laikui po perjungimo: kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, ritė – kaip trumpasis jungimas.
Raskite laiko konstantą: τ = RC arba τ = L/R, naudodami varžą, kurią „mato“ kondensatorius ar ritė.
Naudokite x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Teveninas ir Nortonas

Tevenino įtampa: V_th = V_{open circuit}
Tevenino varža: R_th: visi šaltiniai išjungti, žiūrint iš a–b
Nortono srovė: I_N = V_th/R_th
Apkrovos srovė: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Didžiausios galios perdavimas: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Metodas

Atjunkite apkrovą ir pažymėkite abu gnybtus a ir b.
Raskite tuščiosios veikos įtampą tarp a ir b: tai V_th.
Išjunkite visus nepriklausomus šaltinius ir raskite varžą, matomą iš a–b: tai R_th.
Grąžinkite apkrovą į ekvivalentinę grandinę: V_th nuosekliai su R_th.
Nortono ekvivalentui perskaičiuokite: I_N = V_th/R_th, o R_N = R_th lygiagrečiai.

2Uždaviniai

1.Kompleksiniai skaičiaiVidutinis

Užrašykite z = −2 − j2 rodikline forma r·e^jθ. Nurodykite θ radianais, tarp −π ir π.

z = −2 − j2

θ = rad

2.Kompleksiniai skaičiaiSunkus

Viena lygties z³ + 9z² + 40z + 32 = 0 šaknis yra z₁ = −4 + j4. Koeficientai realieji. Raskite realiąją šaknį r.

z₁ = −4 + j4

r =

3.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis

Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 50 V (efektinė), 50 Hz maitinimo. Raskite pilnutinės varžos fazės kampą φ laipsniais (teigiamas, kai srovė atsilieka nuo įtampos).

V = 50 V (rms)f = 50 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 10 µF

φ = °

4.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus

Nuosekli RLC grandinė maitinama 24 V (efektinė) šaltiniu, kurio dažnis nustatytas lygus grandinės rezonansiniam dažniui. Raskite efektinę įtampą V_L ant ritės.

V = 24 V (rms)R = 10 ΩL = 100 mHC = 10 µF

V_L = V

5.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis

Dvi apkrovos lygiagrečiai prijungtos prie 400 V vienfazio tinklo: 8 kW apkrova, kurios galios koeficientas 0,65 (induktyvus), ir 23 kW šildytuvas (galios koeficientas lygus vienetui). Raskite bendrą tinklo matomą galios koeficientą cos φ.

V = 400 VP₁ = 8 kW, pf₁ = 0,65 induktyvusP₂ = 23 kW, pf₂ = 1

cos φ =

6.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus

Vienfazė apkrova iš 240 V, 60 Hz tinklo ima 30 kW, kai galios koeficientas 0,75 (induktyvus). Lygiagrečiai prijungtas kondensatorius padidina galios koeficientą iki 0,92. Raskite naują linijos srovę I_new.

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

I_new = A

7.LC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotisVidutinis

470 pF kondensatorius, įkrautas iki 5 V, virpa su idealia 220 µH induktyvumo ritė. Raskite energiją W_L, sukauptą induktyvumo ritėje tuo momentu, kai kondensatoriaus įtampa yra 3,75 V, vienetais nJ.

C = 470 pFV₀ = 5 Vv_C = 3,75 V

W_L = nJ

8.LC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotisSunkus

Nuosekliojo RLC grandinė (R = 10 Ω, L = 4,7 mH, C = 10 nF) rezonanso metu maitinama 200 mA srovės amplitude. Raskite per vieną ciklą R išsiskiriančią energiją E_cycle vienetais µJ.

R = 10 ΩL = 4,7 mHC = 10 nFI_m = 200 mA

E_cycle = µJ

9.Trifazė galiaVidutinis

Simetrinė trifazė apkrova ima 80 A linijinę srovę iš tinklo, kurio linijinė įtampa 690 V. Galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.

V_L = 690 VI_L = 80 Acos φ = 0,7

P = kW

10.Trifazė galiaSunkus

Simetrinė trifazė apkrova iš 480 V (linijinė įtampa), 50 Hz tinklo ima 100 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,9 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti žvaigžde. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą C_ph µF.

P = 100 kWpf₁ = 0,8pf₂ = 0,9V_L = 480 Vf = 50 Hz

C_ph = µF

11.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis

Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite įtampą v_L ant ritės momentu t = 5 ms.

V_s = 24 VR = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms

v_L = V

12.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus

Laikmatis momentu t = 0 pradeda krauti neįkrautą kondensatorių per rezistorių iš 15 V šaltinio. Jis turi suveikti, kai kondensatoriaus įtampa pasiekia 12 V, lygiai po 500 ms nuo pradžios. Kai R = 1 kΩ, raskite reikiamą talpą C.

V_s = 15 VV_th = 12 VT = 500 msR = 1 kΩ

C = µF

13.Teveninas ir NortonasVidutinis

Raskite Nortono srovę I_N: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.

V₁ = 30 VR₁ = 20 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 20 Ω

I_N = A

14.Teveninas ir NortonasSunkus

Raskite Nortono srovę I_N: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.

V₁ = 5 VI_s = 2 AR₁ = 12 ΩR₂ = 4 ΩR₃ = 3 Ω

I_N = A

15.Bode grafikai ir atsargosVidutinis

Parodytas RC žemųjų dažnių filtras turi R = 4,7 kΩ, C = 47 nF. Taikoma sinusinė įvestis 360 Hz. Raskite v_out fazės poslinkį φ v_in atžvilgiu laipsniais.

R = 4,7 kΩC = 47 nFf = 360 Hz

φ = °

16.Bode grafikai ir atsargosSunkus

Vienetinio grįžtamojo ryšio kilpos atvirosios kilpos perdavimo funkcija yra L(s) = 124/(s(s + 3)(s + 10)). Raskite stiprinimo atsargą GM dB.

L(s) = 124/(s(s + 3)(s + 10))

GM = dB

3Tirpalai

1.Kompleksiniai skaičiai

Atsakymas: θ = −2,356 rad

Polinė forma: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ, kur r = |z| ir θ = arg z. Atgal į algebrinę formą: a = r cos θ, b = r sin θ. Argumentui reikia ketvirčio: θ = atan(b/a) tik kai a > 0; kai a < 0, pridėkite arba atimkite 180°. Polinėje formoje daugyba paprasta: modulius sudauginkite ir argumentus sudėkite; dalydami modulius padalykite, o argumentus atimkite.

Modulis

r = √(4 + 4) = 2,828

Argumentas radianais

θ = −135° = −135·π/180 = −2,356 rad

Rodiklinė forma

z = 2,828·e^−j2,356

Atsakymas

θ = −2,356 rad

2.Kompleksiniai skaičiai

Atsakymas: r = −1

Muavro formulė ir šaknys: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. Lygtis zⁿ = R∠φ turi lygiai n šaknų, visų modulis R^1/n, o argumentai (φ + 360°·k)/n, kai k = 0, 1, …, n − 1: jos tolygiai išsidėsčiusios apskritime, 360°/n atstumu viena nuo kitos. Kvadratinė lygtis z² + pz + q = 0, kai p² < 4q, turi kompleksines šaknis z = −p/2 ± j√(q − p²/4); daugianaris su realiais koeficientais kompleksines šaknis visada turi jungtinėmis poromis a ± jb.

Jungtinė pora

z₂ = −4 − j4

(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·(−4)·z + ((−4)² + 4²) = z² + 8z + 32

Išskirkite kvadratinį dauginamąjį

z³ + 9z² + 40z + 32 = (z² + 8z + 32)(z + 1)

Realioji šaknis

r = −1

Atsakymas

r = −1

Patikrinkite pagal šaknų sumą: z₁ + z₂ + r = −8 + (−1) = −9 = −(9).

3.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: φ = −84,34 °

Kintamosios srovės grandinės ir fazoriai: rezistorių, ričių ir kondensatorių pilnutinės varžos yra R, jωL ir 1/(jωC), kur ω = 2πf. Nuosekliai pilnutinės varžos sumuojamos kaip varžos, tik kompleksiniais skaičiais. Efektinės srovė ir įtampa tenkina Omo dėsnį su |Z|.

Reaktyviosios varžos

ω = 2πf = 2π·50 = 314,2 rad/s

X_L = ωL = 314,2·0,05 = 15,71 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(314,2·10·10⁻⁶) = 318,3 Ω

Pilnutinė varža

Nuosekliai pilnutinės varžos sudedamos kaip kompleksiniai skaičiai: Z = R + j(X_L − X_C).

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(30² + (−302,6)²) = 304,1 Ω

Fazės kampas

φ = arctan((X_L − X_C)/R) = arctan(−302,6/30) = −84,34°

Atsakymas

φ = −84,34°

4.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Atsakymas: V_L = 240 V

Rezonansas

Rezonanso metu reaktyviosios varžos susiprastina, todėl pilnutinė varža lygi tik R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,1·10·10⁻⁶) = 1000 rad/s

I = V/R = 24/10 = 2,4 A

Įtampa ant ritės

X_L = ω₀L = 1000·0,1 = 100 Ω

V_L = I·X_L = 2,4·100 = 240 V

Atsakymas

V_L = 240 V

Tai Q = 10 kartų didesnė už maitinimo įtampą.

5.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: cos φ = 0,9574

Kintamosios srovės galia: pilnutinė galia S = V·I (VA) skyla į aktyviąją galią P = S·cos φ (W), atliekančią naudingą darbą, ir reaktyviąją galią Q = S·sin φ (var), kuri svyruoja tarp šaltinio ir apkrovos. Galios koeficientas yra cos φ. Lygiagretus kondensatorius reaktyviąją galią tiekia vietoje, todėl esant tai pačiai aktyviajai galiai linijos srovė sumažėja.

Kiekvienos apkrovos reaktyvioji galia

Induktyvioji apkrova reaktyviąją galią ima (Q > 0); talpinė ją tiekia (Q < 0).

Q₁ = 8·tan(arccos 0,65) = 9,353 kvar

Q₂ = 0 = 0 kvar

Sumos

P = 8 + 23 = 31 kW

Q = 9,353 + 0 = 9,353 kvar

S = √(31² + 9,353²) = 32,38 kVA

Bendras galios koeficientas

cos φ = P/S = 31/32,38 = 0,9574 induktyvus

Atsakymas

cos φ = 0,9574

6.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

Atsakymas: I_new = 135,9 A

Reaktyvioji galia prieš ir po

Aktyvioji galia P nesikeičia; keičiasi tik iš tinklo imama reaktyvioji galia.

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

Nauja linijos srovė

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

Atsakymas

I_new = 135,9 A

7.LC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotis

Atsakymas: W_L = 2,57 nJ

LC rezonansas: įkrautas kondensatorius, prijungtas prie induktyvumo ritės, varo srovę, kuri jį įkrauna priešinga kryptimi: energija svyruoja tarp C elektrinio lauko (½Cv²) ir L magnetinio lauko (½Li²) savuoju dažniu f₀ = 1/(2π√(LC)). Be varžos visa energija ½CV₀² išlieka pastovi, todėl didžiausia srovė yra I_max = V₀√(C/L). Vienas periodas yra T = 1/f₀; energija iš C į L pereina per ketvirtį jo.

Visa energija

½·4,7 × 10⁻¹⁰·5² = 5,875 × 10⁻⁹ J

Kondensatoriuje likusi energija

½·4,7 × 10⁻¹⁰·3,75² = 3,305 × 10⁻⁹ J

Energija induktyvumo ritėje

W_L = 2,57 × 10⁻⁹ J = 2,57 nJ

Atsakymas

W_L = 2,57 nJ

8.LC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotis

Atsakymas: E_cycle = 8,615 µJ

Kokybės faktorius ir juostos plotis: rezonansinėje grandinėje Q = 2π·(sukaupta energija)/(per ciklą prarasta energija). Nuosekliajam RLC Q = ω₀L/R = (1/R)√(L/C); lygiagrečiajam RLC Q = R/(ω₀L) = R√(C/L). Juostos plotis tarp pusinės galios dažnių f₁ ir f₂ (kuriuos esant galia yra perpus mažesnė, o srovė ar įtampa – 1/√2 didžiausios vertės) yra BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, t. y. R/(2πL) nuosekliajame ir 1/(2πRC) lygiagrečiajame jungime. Rezonansinis dažnis yra geometrinis vidurkis f₀ = √(f₁f₂), o f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Nuostoliai taip pat slopina virpesius: nuosekliajame RLC amplitudė mažėja kaip e^−Rt/(2L).

Sukaupta energija

W = ½·0,0047·0,2² = 9,4 × 10⁻⁵ J

Kokybės faktorius

Q = (1/10)·√(0,0047/1 × 10⁻⁸) = 68,56

Per ciklą prarasta energija

E_cycle = 2π·W/Q = 2π·9,4 × 10⁻⁵/68,56 = 8,615 × 10⁻⁶ J = 8,615 µJ

patikra: ½·0,2²·10/23215 = 8,615 × 10⁻⁶ J

Atsakymas

E_cycle = 8,615 µJ

9.Trifazė galia

Atsakymas: P = 66,93 kW

Pilnutinė galia

S = √3·V_L·I_L = √3·690·80 = 95,61 kVA

Aktyvioji galia

P = S·cos φ = 95,61·0,7 = 66,93 kW

Atsakymas

P = 66,93 kW

10.Trifazė galia

Atsakymas: C_ph = 367 µF

Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, V_L = √3·V_ph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, I_L = √3·I_ph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Galios koeficiento gerinimas: kondensatoriai reaktyviąją galią tiekia vietoje, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Kiekvienas iš trijų kondensatorių tiekia Q_C/3 = V²·ω·C, kur V – įtampa ant to kondensatoriaus: trikampiu sujungtoje baterijoje V_L, žvaigžde sujungtoje – V_L/√3.

Reaktyvioji galia prieš ir po

Aktyvioji galia nekinta, todėl kiekvienas galios koeficientas nulemia reaktyviąją galią: Q = P·tan φ.

Q₁ = 100·tan(acos 0,8) = 100·0,75 = 75 kvar

Q₂ = 100·tan(acos 0,9) = 100·0,4843 = 48,43 kvar

Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia

Q_C = Q₁ − Q₂ = 26,57 kvar

Vienos fazės talpa

Žvaigžde sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp linijos ir žvaigždės taško.

V = 480/√3 = 277,1 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 8856/(314,2·277,1²) = 367 µF

Atsakymas

C_ph = 367 µF

11.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: v_L = 5,01 V

Pirmos eilės pereinamieji procesai: grandinėje su vienu kondensatoriumi arba viena rite kiekviena įtampa ir srovė eksponentiškai kinta nuo pradinės iki galutinės vertės: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, kur τ = RC arba τ = L/R. Po maždaug 5τ grandinė nusistovi.

Laiko konstanta ir galutinė srovė

Ilgai po jungiklio užsidarymo ritė elgiasi kaip trumpasis jungimas, todėl galutinę srovę lemia tik R.

τ = L/R = 150 mH / 47 Ω = 3,191 ms

i(∞) = V_s/R = 24/47 = 0,5106 A

Ritės įtampa

Momentu t = 0 visa maitinimo įtampa yra ant ritės; vėliau ji slopsta iki nulio.

v_L(t) = V_s·e^−t/τ = 24·e^−5/3,191 = 5,01 V

Atsakymas

v_L = 5,01 V

12.RC ir RL pereinamieji procesai

Atsakymas: C = 310,7 µF

Reikiama laiko konstanta

12 = 15·(1 − e^−500/τ) → τ = 500/ln(15/(15 − 12))

τ = 500/1,609 = 310,7 ms

Talpa

kΩ kart µF duoda milisekundes.

C = τ/R = 310,7/1 = 310,7 µF

Atsakymas

C = 310,7 µF

13.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: I_N = 0,375 A

Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis V_th, nuosekliai sujungtas su varža R_th. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį I_N = V_th/R_th, lygiagretų su R_th.

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R₁ ∥ R₂ = 20·10/(20+10) = 6,667 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 6,667 + 20 = 26,67 Ω

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, per R₃ srovė neteka, todėl ant jo nėra įtampos kritimo ir V_b = V_A. R₁ ir R₂ sudaro įtampos daliklį.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 30·10/(20+10) = 10 V

Nortono ekvivalentas

Nortono šaltinis – ta pati grandinė, matoma kaip srovės šaltinis lygiagrečiai su R_th. Jo srovė yra trumpojo jungimo srovė tarp a–b.

I_N = V_th/R_th = 10/26,67 = 0,375 A

14.Teveninas ir Nortonas

Atsakymas: I_N = 2,208 A

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.

R₁ ∥ R₂ = 12·4/(12+4) = 3 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3 + 3 = 6 Ω

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą

Kai a–b atviri, vienintelis kelias Iₛ yra per R₃ į mazgą A. Raskite V_A superpozicija iš V₁ ir Iₛ, tada pridėkite įtampos kritimą ant R₃.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 1,25 + 2·3 = 7,25 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 7,25 + 2·3 = 13,25 V

Nortono ekvivalentas

Nortono šaltinis – ta pati grandinė, matoma kaip srovės šaltinis lygiagrečiai su R_th. Jo srovė yra trumpojo jungimo srovė tarp a–b.

I_N = V_th/R_th = 13,25/6 = 2,208 A

15.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: φ = −26,55 °

Dažninė charakteristika: perdavimo funkcijoje įrašykite s = jω. Modulis decibelais yra 20·log₁₀|H(jω)|, o fazė yra skaitiklio dauginamųjų kampų suma minus vardiklio dauginamųjų kampų suma. Pirmos eilės RC ar RL filtras turi lūžio (−3 dB) dažnį ω_c = 1/(RC) arba R/L, o f_c = ω_c/(2π); žemųjų dažnių filtras duoda |H| = 1/√(1 + (ω/ω_c)²) ir φ = −atan(ω/ω_c). Asimptotiniame (tiesių atkarpų) Bode grafike kiekvienas polius sulenkia modulį žemyn 20 dB/dekadai ties savo lūžio dažniu, kiekvienas nulis sulenkia jį aukštyn 20 dB/dekadai, o integratorius 1/s visais dažniais duoda −20 dB/dekadai. Stiprinimo kirtimo dažnis ω_c: |L(jω)| = 1 (0 dB); fazės atsarga PM = 180° + ∠L(jω_c). Fazės kirtimo dažnis ω₁₈₀: ∠L(jω) = −180°; stiprinimo atsarga GM = −20·log₁₀|L(jω₁₈₀)| dB. Uždaroji kilpa stabili, kai abi atsargos teigiamos.

Lūžio dažnis

ω_c = 1/(RC) = 1/(4700·4,7 × 10⁻⁸) = 4527 rad/s

f_c = 720,5 Hz → f/f_c = 360/720,5 = 0,4997

Fazė

φ = − atan(0,4997) = −26,55°

Atsakymas

φ = −26,55°

16.Bode grafikai ir atsargos

Atsakymas: GM = 9,953 dB

Fazės kirtimas

(ω/3)·(ω/10) = 1 → ω₁₈₀ = √(3·10) = 5,477 rad/s

Modulis ties fazės kirtimu

|L(jω₁₈₀)| = K/(ω·√(ω² + 9)·√(ω² + 100)) = K/(3·10·(3 + 10)) = K/390

Stiprinimo atsarga

GM = 20·log₁₀(390/124) = 9,953 dB

Atsakymas

GM = 9,953 dB

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2

Elektros grandinių teorija 2: kintamosios srovės grandinės: pasiruošimo paketas

1Formulės ir metodai

Kompleksiniai skaičiai

Metodas

Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai

Metodas

Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas

LC rezonansas, kokybės faktorius ir juostos plotis

Metodas

Trifazė galia

RC ir RL pereinamieji procesai

Metodas

Teveninas ir Nortonas

Metodas

2Uždaviniai

3Tirpalai

Modulis

Argumentas radianais

Rodiklinė forma

Atsakymas

Jungtinė pora

Išskirkite kvadratinį dauginamąjį

Realioji šaknis

Atsakymas

Reaktyviosios varžos

Pilnutinė varža

Fazės kampas

Atsakymas

Rezonansas

Įtampa ant ritės

Atsakymas

Kiekvienos apkrovos reaktyvioji galia

Sumos

Bendras galios koeficientas

Atsakymas

Reaktyvioji galia prieš ir po

Nauja linijos srovė

Atsakymas

Visa energija

Kondensatoriuje likusi energija

Energija induktyvumo ritėje

Atsakymas

Sukaupta energija

Kokybės faktorius

Per ciklą prarasta energija

Atsakymas

Pilnutinė galia

Aktyvioji galia

Atsakymas

Reaktyvioji galia prieš ir po

Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia

Vienos fazės talpa

Atsakymas

Laiko konstanta ir galutinė srovė

Ritės įtampa

Atsakymas

Reikiama laiko konstanta

Talpa

Atsakymas

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Nortono ekvivalentas

Raskite Rth, išjungę visus šaltinius

Raskite Vth – tuščiosios veikos įtampą

Nortono ekvivalentas

Lūžio dažnis

Fazė

Atsakymas

Fazės kirtimas

Modulis ties fazės kirtimu

Stiprinimo atsarga

Atsakymas

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą

Raskite R_th, išjungę visus šaltinius

Raskite V_th – tuščiosios veikos įtampą