Tarp mazgo A ir įžeminimo prijungtos trys šakos, kaip pavaizduota. Mazgų potencialų metodu raskite srovę I3 šakoje 3, tekančią aukštyn į mazgą A rodyklės kryptimi.
Rombas yra įtampa valdomas srovės šaltinis, kuris į mazgą B aukštyn stumia 0,2·VA srovę (A, kai VA – V). Mazgų potencialų metodu raskite mazgo potencialą VB (matuojamą nuo įžeminimo).
Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite įtampą vL ant ritės momentu t = 5 ms.
Vs = 20 VR = 68 ΩL = 150 mHt = 5 ms
vL = V
8.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Jungiklis ilgai buvo uždarytas, todėl grandinė yra nusistovėjusiame režime. Momentu t = 0 jungiklis atsidaro. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 500 ms.
Vs = 6 VR1 = 1 kΩR2 = 6,8 kΩC = 220 µFt = 500 ms
vC = V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 230 V (efektinė), 200 Hz maitinimo. Raskite grandinės galios koeficientą cos φ.
V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 50 ΩL = 200 mHC = 10 µF
cos φ =
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuoseklios RLC grandinės R = 20 Ω, L = 10 mH ir C = 0,022 µF. Raskite jos praleidžiamųjų dažnių juostos plotį B (juostos tarp pusinės galios dažnių plotį) Hz.
R = 20 ΩL = 10 mHC = 0,022 µF
B = Hz
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Induktyvioji apkrova iš 120 V (efektinė) vienfazio tinklo ima 15,5 A ir 1581 W. Modeliuokite ją kaip varžą R, nuosekliai sujungtą su reaktyviąja varža X. Raskite R.
V = 120 VI = 15,5 AP = 1581 W
R = Ω
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
120 V (efektinė), 60 Hz šaltinio vidinė pilnutinė varža Zs = 5 + j40 Ω. Apkrovos pilnutinę varžą ZL galima pasirinkti laisvai. Didžiausios galios apkrova sudaroma iš rezistoriaus, nuosekliai sujungto su kondensatoriumi. Raskite talpą C.
Vs = 120 V (rms)f = 60 HzZs = 5 + j40 Ω
C = µF
13.Trifazė galiaVidutinis
Simetrinė trifazė apkrova ima 50 A linijinę srovę iš tinklo, kurio linijinė įtampa 208 V. Galios koeficientas 0,9 (induktyvus). Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.
VL = 208 VIL = 50 Acos φ = 0,9
P = kW
14.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 400 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 300 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,98 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti trikampiu. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą Cph µF.
P = 300 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,98VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.TransformatoriaiVidutinis
Idealaus transformatoriaus, kurio transformacijos koeficientas N₁:N₂ = 4:1, pirminei apvijai prijungta 920 V įtampa. Prie antrinės apvijos prijungtas 6 Ω rezistorius. Raskite pirminę srovę I1.
N1:N2 = 4:1V1 = 920 VRL = 6 Ω
I1 = A
16.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 150 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 1200 W, o vario nuostoliai esant vardinei apkrovai – 1800 W. Jis tiekia 25% vardinės galios kVA, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Raskite bendrus nuostolius Ploss vatais esant šiai apkrovai.
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.
Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo
Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.
R3 + R4 = 8 + 20 = 28 Ω
R2 ∥ 28 = 2·28/(2+28) = 1,867 Ω
Req = R1 + 1,867 = 6 + 1,867 = 7,867 Ω
Atsakymas
Req = 7,867 Ω
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 26,27 Ω
Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai: nuosekliai per kiekvieną rezistorių teka ta pati srovė ir R = R₁ + R₂ + …. Lygiagrečiai ant kiekvieno rezistoriaus ta pati įtampa ir 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Kopėčių tinklas supaprastinamas po vieną porą, kol lieka viena ekvivalentinė varža.
Junkite rezistorius nuo tolimiausio galo
Pradėkite nuo galo, esančio toliausiai nuo šaltinio, ir eikite link jo. Rezistoriai, kuriais teka ta pati srovė, sujungti nuosekliai; rezistoriai tarp tų pačių dviejų mazgų – lygiagrečiai.
R5 + R6 = 10 + 25 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 2,763 Ω
R3 + 2,763 = 10,76 Ω
R2 ∥ 10,76 = 6,267 Ω
Req = R1 + 6,267 = 20 + 6,267 = 26,27 Ω
Atsakymas
Req = 26,27 Ω
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: I3 = 0,7565 A
Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.
Kirchhofo srovių dėsnis mazge A
Apatinį laidą laikykite įžeminimu. Kiekviena šaka nuo A nuneša srovę (VA − Vk)/Rk, kur Vk – jos šaltinio įtampa (paprastam rezistoriui nulis). Iš A išeinančių srovių suma lygi nuliui.
(VA − 12)/5 + (VA − 18)/12 + (VA − 24)/10 = 0
Raskite VA
VA = (12/5 + 18/12 + 24/10) / (1/5 + 1/12 + 1/10) = 6,3/0,3833 = 16,43 V
Šakos srovė
Rodyklė šakoje nukreipta aukštyn, į mazgą A.
I3 = (24 − VA)/R3 = (24 − 16,43)/10 = 0,7565 A
Atsakymas
I3 = 0,7565 A
Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: VB = 36,92 V
Mazgų potencialų metodas: pasirinkite atskaitos mazgą, pažymėkite nežinomus mazgų potencialus, kiekvienam nežinomam mazgui užrašykite Kirchhofo srovių dėsnį naudodami Omo dėsnį (I = ΔV/R) ir išspręskite gautas lygtis.
Kirchhofo srovių dėsnis mazge A
Iš A per rezistorius ištekančios srovės lygios šaltinių į A įtekinamai srovei.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,215·VA − 0,04·VB = 1,5
Kirchhofo srovių dėsnis mazge B
Priklausomasis šaltinis į mazgą B stumia g·VA. Traktuokite jį kaip nepriklausomą šaltinį, tada narį su VA perkelkite į kairę pusę.
(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,2·VA
−0,24·VA + 0,09·VB = 0
Išspręskite
Δ = (0,215)(0,09) − (−0,04)(−0,24) = 0,00975
VA = Δ1/Δ = 0,135/0,00975 = 13,85 V
VB = Δ2/Δ = 0,36/0,00975 = 36,92 V
Atsakymas
VB = 36,92 V
5.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: Rth = 9 Ω
Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.
Raskite Rth, išjungę visus šaltinius
Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.
R1 ∥ R2 = 12·6/(12+6) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 5 = 9 Ω
6.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: PL = 0,3998 W
Tevenino teorema: bet kuris tiesinis dvipolis tinklas elgiasi kaip vienas įtampos šaltinis Vth, nuosekliai sujungtas su varža Rth. Nortono teorema tą patį tinklą pateikia kaip srovės šaltinį IN = Vth/Rth, lygiagretų su Rth.
Raskite Rth, išjungę visus šaltinius
Įtampos šaltinius pakeiskite trumpaisiais jungimais, srovės šaltinius – atvira grandine, tada žiūrėkite į grandinę iš a–b.
R1 ∥ R2 = 12·3/(12+3) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 12 = 14,4 Ω
Raskite Vth – 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.
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 2,4 + (−0,5)·2,4 = 1,2 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 1,2 + (−0,5)·12 = −4,8 V
Prijunkite apkrovą prie Tevenino ekvivalento
Tevenino šaltinis ir nuoseklus R_th gnybtuose a–b elgiasi lygiai kaip pradinė grandinė, todėl apkrova mato paprastą nuoseklų kontūrą.
IL = Vth/(Rth + RL) = −4,8/(14,4 + 15) = −0,1633 A
PL = IL²·RL = −0,1633²·15 = 0,3998 W
7.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vL = 2,073 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 / 68 Ω = 2,206 ms
i(∞) = Vs/R = 20/68 = 0,2941 A
Ritės įtampa
Momentu t = 0 visa maitinimo įtampa yra ant ritės; vėliau ji slopsta iki nulio.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−5/2,206 = 2,073 V
Atsakymas
vL = 2,073 V
8.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 3,745 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.
Pradinė kondensatoriaus įtampa
Nusistovėjusiame režime kondensatorius yra atvira grandinė, todėl R₁ ir R₂ sudaro įtampos daliklį. Atsidarius jungikliui, kondensatoriaus įtampa negali pasikeisti šuoliu.
vC(0) = 6·6,8/(1 + 6,8) = 5,231 V
Laiko konstanta atsidarius jungikliui
τ = R2·C = 6,8·220 = 1496 ms
Išsikrovimas
vC(t) = 5,231·e−500/1496 = 3,745 V
Atsakymas
vC = 3,745 V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: cos φ = 0,2795
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
XL = 251,3 Ω, XC = 79,58 Ω
Pilnutinė varža
|Z| = √(50² + (171,7)²) = 178,9 Ω
Galios koeficientas
cos φ = R/|Z| = 50/178,9 = 0,2795
Grandinė induktyvioji, todėl galios koeficientas induktyvus (srovė atsilieka).
Atsakymas
cos φ = 0,2795
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: B = 318,3 Hz
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|.
Rezonansinis dažnis
f0 = 1/(2π·√(0,01·0,022·10⁻⁶)) = 10730 Hz
Kokybės faktorius
Q palygina reaktyviąją varžą rezonanso metu su varža: Q = ω₀L/R.
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: R = 6,581 Ω
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.
Varža iš aktyviosios galios
R = P/I² = 1581/15,5² = 6,581 Ω
Atsakymas
R = 6,581 Ω
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: C = 66,31 µF
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.
Jungtinis suderinimas
Apkrovos reaktyvioji varža panaikina šaltinio reaktyviąją varžą, o apkrovos varža lygi šaltinio varžai.
ZL = Zs* = 5 − j40 Ω
Talpa
XC = 40 Ω → C = 1/(2π·60·40) = 66,31 µF
Atsakymas
C = 66,31 µF
13.Trifazė galia
Atsakymas: P = 16,21 kW
Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, VL = √3·Vph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, IL = √3·Iph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.
Pilnutinė galia
S = √3·VL·IL = √3·208·50 = 18,01 kVA
Aktyvioji galia
P = S·cos φ = 18,01·0,9 = 16,21 kW
Atsakymas
P = 16,21 kW
14.Trifazė galia
Atsakymas: Cph = 906,8 µF
Simetrinės trifazės sistemos: jungiant žvaigžde (Y) linijinė įtampa √3 karto didesnė už fazinę, VL = √3·Vph, o linijinė srovė lygi fazinei. Jungiant trikampiu (Δ) linijinė įtampa lygi fazinei, o linijinė srovė √3 karto didesnė už fazinę, IL = √3·Iph. Bendra galia tris kartus didesnė už vienos fazės galią: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Galios koeficiento gerinimas: kondensatoriai reaktyviąją galią tiekia vietoje, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Kiekvienas iš trijų kondensatorių tiekia QC/3 = V²·ω·C, kur V – įtampa ant to kondensatoriaus: trikampiu sujungtoje baterijoje VL, žvaigžde sujungtoje – VL/√3.
Reaktyvioji galia prieš ir po
Aktyvioji galia nekinta, todėl kiekvienas galios koeficientas nulemia reaktyviąją galią: Q = P·tan φ.
Q1 = 300·tan(acos 0,8) = 300·0,75 = 225 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,98) = 300·0,2031 = 60,92 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 164,1 kvar
Vienos fazės talpa
Trikampiu sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp dviejų linijų.
V = 400 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 54694/(377·400²) = 906,8 µF
Atsakymas
Cph = 906,8 µF
15.Transformatoriai
Atsakymas: I1 = 9,583 A
Idealus transformatorius: įtampų santykis lygus vijų skaičių santykiui, o srovių – atvirkštiniam santykiui: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a ir I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, todėl įėjimo galia lygi išėjimo galiai, V₁·I₁ = V₂·I₂. Antrinėje pusėje esantis apkrovos impedansas Z iš pirminės pusės atrodo kaip a²·Z.
Antrinė įtampa ir srovė
V2 = 920/4 = 230 V
I2 = 230/6 = 38,33 A
Pirminė srovė
Idealus transformatorius neturi nuostolių: V₁·I₁ = V₂·I₂.
I1 = I2/4 = 9,583 A
Atsakymas
I1 = 9,583 A
Patikrinimas: iš pirminės pusės matoma apkrova yra a²·RL = 96 Ω, o 920/96 duoda tą pačią srovę.
16.Transformatoriai
Atsakymas: Ploss = 1313 W
Transformatoriaus nuostoliai: šerdies nuostoliai (histerezės ir sūkurinių srovių) priklauso nuo įtampos ir esant bet kokiai apkrovai yra vienodi. Vario nuostoliai apvijose proporcingi srovės kvadratui, todėl esant apkrovos daliai x nuo vardinės jie lygūs x²·Pcu,fl. Naudingumo koeficientas η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), kur Pout = x·S·pf. Naudingumo koeficientas didžiausias esant tokiai apkrovai, kai vario nuostoliai lygūs šerdies nuostoliams.
Vario nuostoliai esant šiai apkrovai
Pcu = x²·Pcu,fl = 0,0625·1800 = 112,5 W
Bendri nuostoliai
Šerdies nuostoliai vienodi esant bet kokiai apkrovai.
Ploss = 1200 + 112,5 = 1313 W
Atsakymas
Ploss = 1313 W
Naudingumo koeficientas esant šiai apkrovai η = 95,81%.