Rombas yra įtampa valdomas srovės šaltinis, kuris į mazgą B aukštyn stumia 0,25·VA srovę (A, kai VA – V). Mazgų potencialų metodu raskite mazgo potencialą VB (matuojamą nuo įžeminimo).
Raskite Nortono srovę IN: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.
V1 = 15 VIs = 0,5 AR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
7.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
Šaltinis Vₛ per R₁ krauna kondensatorių, o R₂ prijungtas lygiagrečiai su C. Kondensatorius neįkrautas, kai jungiklis užsidaro momentu t = 0. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 50 ms.
Vs = 30 VR1 = 6,8 kΩR2 = 1 kΩC = 100 µFt = 50 ms
vC = V
8.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Prieš pat jungiklio užsidarymą momentu t = 0 kondensatoriaus įtampa yra 4 V su pažymėtu poliškumu. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 30 ms.
Vs = 20 VR = 2,2 kΩC = 33 µFvC(0) = 4 Vt = 30 ms
vC = V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė, kurios C = 0,22 µF, turi rezonuoti esant 60 Hz. Raskite reikiamą induktyvumą L.
f0 = 60 HzC = 0,22 µF
L = mH
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuoseklios RLC grandinės R = 5 Ω, L = 200 mH ir C = 2,2 µF. Raskite jos kokybės faktorių Q rezonanso metu.
R = 5 ΩL = 200 mHC = 2,2 µF
Q =
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Vienfazis variklis iš 240 V tinklo ima 7 kW, kai galios koeficientas 0,6 (induktyvus). Raskite jo naudojamą reaktyviąją galią Q.
P = 7 kWpf = 0,6V = 240 V
Q = kvar
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
Vienfazė apkrova iš 400 V, 60 Hz tinklo ima 50 kW, kai galios koeficientas 0,75 (induktyvus). Lygiagrečiai prijungtas kondensatorius padidina galios koeficientą iki 0,92. Raskite reaktyviąją galią QC, kurią turi tiekti kondensatorius.
P = 50 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,92V = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
13.Trifazė galiaVidutinis
Trifazis asinchroninis variklis esant vardinei apkrovai tiekia 110 kW mechaninės galios. Esant šiai apkrovai jo naudingumo koeficientas 95%, o galios koeficientas 0,9 (induktyvus). Tinklo linijinė įtampa 690 V. Raskite linijinę srovę IL.
Pout = 110 kWη = 95%cos φ = 0,9VL = 690 V
IL = A
14.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 480 V (linijinė įtampa), 50 Hz tinklo ima 120 kW, kai galios koeficientas 0,75 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,92 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti trikampiu. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą Cph µF.
P = 120 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformatoriaiVidutinis
Vienfazis 75 kVA, 480/240 V transformatorius veikia vardine apkrova. Laikykite jį idealiu. Raskite srovę IHV aukštosios įtampos apvijoje.
S = 75 kVAV1 = 480 VV2 = 240 V
IHV = A
16.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 250 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 1500 W, o vario nuostoliai esant vardinei apkrovai – 6000 W. Esant kokiai apkrovai Sη,max kVA jo naudingumo koeficientas didžiausias?
S = 250 kVAPcore = 1500 WPcu,fl = 6000 W
Sη,max = kVA
3Tirpalai
1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 0,9643 A
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 = 3 + 15 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 15·18/(15+18) = 8,182 Ω
Req = R1 + 8,182 = 2 + 8,182 = 10,18 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 18/10,18 = 1,768 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 1,768·2 = 14,46 V
IR2 = VA/R2 = 14,46/15 = 0,9643 A
Atsakymas
IR2 = 0,9643 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 14,64 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 = 25 + 8 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 10,31 Ω
R3 + 10,31 = 22,31 Ω
R2 ∥ 22,31 = 2,644 Ω
Req = R1 + 2,644 = 12 + 2,644 = 14,64 Ω
Atsakymas
Req = 14,64 Ω
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: PIs = 178,6 W
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.
KSD mazge A
Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.
VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 24)/5 + (VA − VB)/5 = 0
0,4667·VA − 0,2·VB = 4,8
KSD mazge B
Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/12 + (VB − VA)/5 = 5
−0,2·VA + 0,2833·VB = 5
Išspręskite
Δ = (0,4667)(0,2833) − (−0,2)(−0,2) = 0,09222
VA = Δ1/Δ = 2,36/0,09222 = 25,59 V
VB = Δ2/Δ = 3,293/0,09222 = 35,71 V
Srovės šaltinio atiduodama galia
Šaltinis srovę Iₛ stumia aukštyn į mazgą B, nuo įžeminimo (0 V) iki VB. Šaltinis, kurio srovė išteka iš jo + gnybto, atiduoda galią P = V·I.
PIs = VB·Is = 35,71·5 = 178,6 W
Atsakymas
PIs = 178,6 W
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: VB = 9 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
0,2733·VA − 0,1667·VB = 0,96
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.
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 = 8·4/(8+4) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 3 = 5,667 Ω
6.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IN = 0,8448 A
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 = 15·4/(15+4) = 3,158 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,158 + 6 = 9,158 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) = 3,158 + 0,5·3,158 = 4,737 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 4,737 + 0,5·6 = 7,737 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.
IN = Vth/Rth = 7,737/9,158 = 0,8448 A
7.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 1,679 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.
Kondensatoriaus matomas Tevenino ekvivalentas
Šaltinį trumpai sujunkite, kad rastumėte Rth; kondensatorių atjunkite, kad rastumėte įtampą, iki kurios jis nusistovės.
Rth = R1 ∥ R2 = 6,8·1/(6,8 + 1) = 0,8718 kΩ
vC(∞) = 30·1/(6,8 + 1) = 3,846 V
Laiko konstanta
τ = Rth·C = 0,8718·100 = 87,18 ms
Įkrovimo kreivė
vC(t) = 3,846·(1 − e−50/87,18) = 1,679 V
Atsakymas
vC = 1,679 V
8.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 9,416 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 vertė, galutinė vertė, laiko konstanta
Kondensatoriaus įtampa negali pasikeisti šuoliu, todėl ji pradeda nuo sukauptos vertės ir artėja prie šaltinio įtampos.
vC(0) = 4 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 2,2 kΩ · 33 µF = 72,6 ms
vC(t) = 20 + (4 − 20)·e−t/τ
Įtampa duotuoju momentu
vC(30) = 20 + (−16)·e−30/72,6 = 9,416 V
Atsakymas
vC = 9,416 V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: L = 31983 mH
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|.
Rezonanso sąlyga
Rezonanso metu induktyvioji ir talpinė reaktyviosios varžos susiprastina: ωL = 1/(ωC).
ω₀ = 2π·60 = 377 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(377²·0,22·10⁻⁶) = 31983 mH
Atsakymas
L = 31983 mH
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: Q = 60,3
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·√(0,2·2,2·10⁻⁶)) = 239,9 Hz
Kokybės faktorius
Q palygina reaktyviąją varžą rezonanso metu su varža: Q = ω₀L/R.
Q = (1/R)·√(L/C) = (1/5)·√(0,2/(2,2·10⁻⁶)) = 60,3
Atsakymas
Q = 60,3
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: Q = 9,333 kvar
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.
Kampas
φ = arccos(0,6) = 53,13°, tan φ = 1,333
Reaktyvioji galia
Q = P·tan φ = 7·1,333 = 9,333 kvar
Atsakymas
Q = 9,333 kvar
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: QC = 22,8 kvar
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.
Reaktyvioji galia prieš ir po
Aktyvioji galia P nesikeičia; keičiasi tik iš tinklo imama reaktyvioji galia.
Q1 = P·tan φ1 = 50·tan(41,41°) = 44,1 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 50·tan(23,07°) = 21,3 kvar
QC = Q1 − Q2 = 22,8 kvar
Atsakymas
QC = 22,8 kvar
13.Trifazė galia
Atsakymas: IL = 107,7 A
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.
Naudojama elektrinė galia
Pin = Pout/η = 110/0,95 = 115,8 kW
Linijos srovė
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 115789/(√3·690·0,9) = 107,7 A
Atsakymas
IL = 107,7 A
14.Trifazė galia
Atsakymas: Cph = 252 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 = 120·tan(acos 0,75) = 120·0,8819 = 105,8 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,92) = 120·0,426 = 51,12 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 54,71 kvar
Vienos fazės talpa
Trikampiu sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp dviejų linijų.
V = 480 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 18237/(314,2·480²) = 252 µF
Atsakymas
Cph = 252 µF
15.Transformatoriai
Atsakymas: IHV = 156,3 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.
Vardinė srovė
Abi apvijos perneša tą pačią pilnutinę galią.
IHV = S/V = 75000/480 = 156,3 A
Atsakymas
IHV = 156,3 A
16.Transformatoriai
Atsakymas: Sη,max = 125 kVA
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.