Įtampos šaltinio Vₛ tarp A ir B + gnybtas yra ties B, todėl VB − VA = Vₛ. Mazgų potencialų metodu su supermazgu raskite srovę Ix per įtampos šaltinį, nuo A į B, kaip rodo rodyklė.
Is = 4 AVs = 3 VR1 = 6 ΩR2 = 2 Ω
Ix = A
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
Srovės šaltinis reguliuojamas tol, kol mazgo A įtampa tampa VA = 5,5 V. Mazgų potencialų metodu raskite šaltinio srovę Is (kryptis kaip pavaizduota).
Raskite Tevenino įtampą Vth, matomą iš gnybtų a–b.
V1 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
6.Teveninas ir NortonasSunkus
Raskite Tevenino įtampą Vth, matomą iš gnybtų a–b.
V1 = 30 VIs = 0,5 AR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
7.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Raskite įtampą vL ant ritės momentu t = 5 ms.
Vs = 24 VR = 68 ΩL = 220 mHt = 5 ms
vL = V
8.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Prieš pat jungiklio užsidarymą momentu t = 0 kondensatoriaus įtampa yra 5 V su pažymėtu poliškumu. Raskite kondensatoriaus įtampą vC momentu t = 150 ms.
Vs = 9 VR = 4,7 kΩC = 68 µFvC(0) = 5 Vt = 150 ms
vC = V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė, kurios C = 22 µF, turi rezonuoti esant 60 Hz. Raskite reikiamą induktyvumą L.
f0 = 60 HzC = 22 µF
L = mH
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 230 V (efektinė), 100 Hz maitinimo. Raskite grandinės rezonansinį dažnį f0.
V = 230 V (rms)f = 100 HzR = 25 ΩL = 250 mHC = 4,7 µF
f0 = Hz
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Vienfazis variklis iš 230 V tinklo ima 34 kW, kai galios koeficientas 0,8 (induktyvus). Raskite jo naudojamą reaktyviąją galią Q.
P = 34 kWpf = 0,8V = 230 V
Q = kvar
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
Vienfazė apkrova iš 240 V, 60 Hz tinklo ima 14 kW, kai galios koeficientas 0,65 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungiamas 100 µF kondensatorius. Raskite naują linijos srovę I.
P = 14 kWpf1 = 0,65V = 240 Vf = 60 HzC = 100 µF
I = A
13.Trifazė galiaVidutinis
Simetrinė žvaigžde sujungta apkrova, kurios fazės impedansas 20 + j15 Ω, prijungta prie simetrinio trifazio tinklo, kurio linijinė įtampa 480 V. Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.
VL = 480 VZ = 20 + j15 Ω vienai fazei
P = kW
14.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 415 V (linijinė įtampa), 50 Hz tinklo ima 150 kW, kai galios koeficientas 0,72 (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 Cph µF.
P = 150 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,9VL = 415 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.TransformatoriaiVidutinis
Idealaus transformatoriaus, kurio transformacijos koeficientas N₁:N₂ = 4:1, pirminei apvijai prijungta 960 V įtampa. Prie antrinės apvijos prijungtas 8 Ω rezistorius. Raskite pirminę srovę I1.
N1:N2 = 4:1V1 = 960 VRL = 8 Ω
I1 = A
16.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 500 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 4000 W. Esant vardinei apkrovai ir galios koeficientui 0,8 (induktyvus), jo naudingumo koeficientas 96%. Raskite vario nuostolius Pcu,fl vatais esant vardinei apkrovai.
S = 500 kVAPcore = 4000 Wpf = 0,8η = 96%
Pcu,fl = W
3Tirpalai
1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: Req = 21,8 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.
R3 + R4 = 8 + 10 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 2·18/(2+18) = 1,8 Ω
Req = R1 + 1,8 = 20 + 1,8 = 21,8 Ω
Atsakymas
Req = 21,8 Ω
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR1 = 0,2025 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.
R5 + R6 = 12 + 5 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 2,55 Ω
R3 + 2,55 = 7,55 Ω
R2 ∥ 7,55 = 4,634 Ω
Req = R1 + 4,634 = 25 + 4,634 = 29,63 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 6/29,63 = 0,2025 A
Atsakymas
IR1 = 0,2025 A
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: Ix = 3,375 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.
Sudarykite supermazgą
Per įtampos šaltinį tarp A ir B teka nežinoma srovė, todėl Kirchhofo srovių dėsnio negalima užrašyti atskirai mazgams A ar B. A, B ir šaltinį apgaubkite vienu supermazgu: į jį įtekanti srovė lygi ištekančiai.
VB = VA + Vs = VA + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is
Išspręskite
VA/6 + (VA + 3)/2 = 4
VA = (4 − 3/2)/(1/6 + 1/2) = 3,75 V
VB = 3,75 + 3 = 6,75 V
Srovė per įtampos šaltinį
Viskas, kas per šaltinį pateka iš A į B, iš mazgo B išteka per R₂.
Ix = VB/R2 = 6,75/2 = 3,375 A
Atsakymas
Ix = 3,375 A
Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: Is = 1,205 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
VA žinoma, todėl ši lygtis duoda VB.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(5,5 − 6)/4 + 5,5/30 = (VB − 5,5)/4
0,05833 = (VB − 5,5)/4 → VB = 5,733 V
Kirchhofo srovių dėsnis mazge B
Iš B per rezistorius ištekančios srovės lygios šaltinių į B įtekinamai srovei.
Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (5,733 − 5,5)/4 + 5,733/5 = 1,205 A
Atsakymas
Is = 1,205 A
5.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: Vth = 12,86 V
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 = 8·20/(8+20) = 5,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,714 + 5 = 10,71 Ω
Raskite Vth – 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.
Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·20/(8+20) = 12,86 V
6.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: Vth = 21,36 V
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 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 5 = 8,429 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) = 17,14 + 0,5·3,429 = 18,86 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 18,86 + 0,5·5 = 21,36 V
7.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vL = 5,117 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 = 220 mH / 68 Ω = 3,235 ms
i(∞) = Vs/R = 24/68 = 0,3529 A
Ritės įtampa
Momentu t = 0 visa maitinimo įtampa yra ant ritės; vėliau ji slopsta iki nulio.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 24·e−5/3,235 = 5,117 V
Atsakymas
vL = 5,117 V
8.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 6,498 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) = 5 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 68 µF = 319,6 ms
vC(t) = 9 + (5 − 9)·e−t/τ
Įtampa duotuoju momentu
vC(150) = 9 + (−4)·e−150/319,6 = 6,498 V
Atsakymas
vC = 6,498 V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: L = 319,8 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/(377²·22·10⁻⁶) = 319,8 mH
Atsakymas
L = 319,8 mH
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: f0 = 146,8 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|.
Rezonansas
Rezonanso metu induktyvioji ir talpinė reaktyviosios varžos susiprastina: ωL = 1/(ωC). Maitinimo dažnis nesvarbus.
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: Q = 25,5 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(0,8) = 36,87°, tan φ = 0,75
Reaktyvioji galia
Q = P·tan φ = 34·0,75 = 25,5 kvar
Atsakymas
Q = 25,5 kvar
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: I = 83,08 A
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 = 14·tan(arccos 0,65) = 16,37 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·60·100·10⁻⁶ = 2171 var = 2,171 kvar
Q2 = 16,37 − 2,171 = 14,2 kvar
Nauja pilnutinė galia
S2 = √(14² + 14,2²) = 19,94 kVA
Nauja linijos srovė
I = S2/V = 19938/240 = 83,08 A
Atsakymas
I = 83,08 A
13.Trifazė galia
Atsakymas: P = 7,373 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.
Fazinė įtampa
Vph = 480/√3 = 277,1 V
Fazinė srovė
|Z| = √(20² + 15²) = 25 Ω
Iph = 277,1/25 = 11,09 A
Bendra aktyvioji galia
Aktyviąją galią naudoja tik aktyvioji kiekvieno impedanso dalis.
P = 3·Iph²·R = 3·11,09²·20 = 7,373 kW
Atsakymas
P = 7,373 kW
Patikrinimas: cos φ = R/|Z| = 0,8, o √3·VL·IL·cos φ duoda tą pačią galią.
14.Trifazė galia
Atsakymas: Cph = 1329 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 = 150·tan(acos 0,72) = 150·0,9639 = 144,6 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0,9) = 150·0,4843 = 72,65 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 71,93 kvar
Vienos fazės talpa
Žvaigžde sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp linijos ir žvaigždės taško.
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 = 960/4 = 240 V
I2 = 240/8 = 30 A
Pirminė srovė
Idealus transformatorius neturi nuostolių: V₁·I₁ = V₂·I₂.
I1 = I2/4 = 7,5 A
Atsakymas
I1 = 7,5 A
Patikrinimas: iš pirminės pusės matoma apkrova yra a²·RL = 128 Ω, o 960/128 duoda tą pačią srovę.
16.Transformatoriai
Atsakymas: Pcu,fl = 12667 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.