Tarp mazgo A ir įžeminimo prijungtos trys šakos, kaip pavaizduota. Mazgų potencialų metodu raskite srovę I2 šakoje 2, tekančią aukštyn į mazgą A rodyklės kryptimi.
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 = 100 ms.
Vs = 12 VR1 = 6,8 kΩR2 = 2,2 kΩC = 47 µFt = 100 ms
vC = 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 = 300 ms.
Vs = 15 VR = 3,3 kΩC = 47 µFvC(0) = 5 Vt = 300 ms
vC = V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 100 V (efektinė), 60 Hz maitinimo. Raskite efektinę srovę I.
V = 100 V (rms)f = 60 HzR = 80 ΩL = 150 mHC = 2,2 µF
I = A
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuoseklios RLC grandinės R = 2 Ω, L = 5 mH ir C = 2,2 µF. Raskite jos kokybės faktorių Q rezonanso metu.
R = 2 ΩL = 5 mHC = 2,2 µF
Q =
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Induktyvioji apkrova iš 240 V (efektinė) vienfazio tinklo ima 17 A ir 3060 W. Modeliuokite ją kaip varžą R, nuosekliai sujungtą su reaktyviąja varža X. Raskite R.
V = 240 VI = 17 AP = 3060 W
R = Ω
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
230 V (efektinė), 60 Hz šaltinio vidinė pilnutinė varža Zs = 25 + j3 Ω. Apkrovos pilnutinę varžą ZL galima pasirinkti laisvai. Didžiausios galios apkrova sudaroma iš rezistoriaus, nuosekliai sujungto su kondensatoriumi. Raskite talpą C.
Vs = 230 V (rms)f = 60 HzZs = 25 + j3 Ω
C = µF
13.Trifazė galiaVidutinis
Trifazis asinchroninis variklis esant vardinei apkrovai tiekia 15 kW mechaninės galios. Esant šiai apkrovai jo naudingumo koeficientas 92%, o galios koeficientas 0,82 (induktyvus). Tinklo linijinė įtampa 415 V. Raskite linijinę srovę IL.
Pout = 15 kWη = 92%cos φ = 0,82VL = 415 V
IL = A
14.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 690 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 250 kW, kai galios koeficientas 0,75 (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 = 250 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,9VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.TransformatoriaiVidutinis
Idealaus transformatoriaus, kurio transformacijos koeficientas N₁:N₂ = 10:1, pirminei apvijai prijungta 2400 V įtampa. Prie antrinės apvijos prijungtas 12 Ω rezistorius. Raskite pirminę srovę I1.
N1:N2 = 10:1V1 = 2400 VRL = 12 Ω
I1 = A
16.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 100 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 400 W. Esant vardinei apkrovai ir galios koeficientui 0,9 (induktyvus), jo naudingumo koeficientas 97,5%. Raskite vario nuostolius Pcu,fl vatais esant vardinei apkrovai.
S = 100 kVAPcore = 400 Wpf = 0,9η = 97,5%
Pcu,fl = W
3Tirpalai
1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR1 = 1,826 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 = 12 + 6 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 10·18/(10+18) = 6,429 Ω
Req = R1 + 6,429 = 10 + 6,429 = 16,43 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 30/16,43 = 1,826 A
Atsakymas
IR1 = 1,826 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 0,7374 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 = 6 + 25 = 31 Ω
R4 ∥ 31 = 7,561 Ω
R3 + 7,561 = 10,56 Ω
R2 ∥ 10,56 = 2,336 Ω
Req = R1 + 2,336 = 4 + 2,336 = 6,336 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 6/6,336 = 0,9469 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0,9469·4 = 2,212 V
IR2 = VA/R2 = 2,212/3 = 0,7374 A
Atsakymas
IR2 = 0,7374 A
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: I2 = −3,047 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 − 15)/12 + (VA − (−15))/8 + (VA − 30)/8 = 0
Raskite VA
VA = (15/12 + (−15)/8 + 30/8) / (1/12 + 1/8 + 1/8) = 3,125/0,3333 = 9,375 V
Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: VB = −0,4821 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.
Nustatykite mazgus
Įžeminimas – apatinis laidas. Žinomi mazgų potencialai gaunami tiesiai iš šaltinių (V1 = 15 V, V2 = −15 V). Nežinomieji: VA, VB.
KSD mazge A
Srovės, ištekančios iš A per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į A.
VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/20 + (VA − 15)/3 + (VA − VB)/20 = 0
0,4333·VA − 0,05·VB = 5
KSD mazge B
Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.
VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/2 + (VB − VA)/20 + (VB − (−15))/3 = 4
−0,05·VA + 0,8833·VB = −1
Išspręskite
Δ = (0,4333)(0,8833) − (−0,05)(−0,05) = 0,3803
VA = Δ1/Δ = 4,367/0,3803 = 11,48 V
VB = Δ2/Δ = −0,1833/0,3803 = −0,4821 V
Atsakymas
VB = −0,4821 V
5.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: Vth = 1,5 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 = 12·4/(12+4) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 5 = 8 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) = 6·4/(12+4) = 1,5 V
6.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IL = 0,6111 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 = 10·6/(10+6) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 2 = 5,75 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) = 6,75 + 0,5·3,75 = 8,625 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 8,625 + 0,5·2 = 9,625 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) = 9,625/(5,75 + 10) = 0,6111 A
7.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 2,118 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 = 6,8·2,2/(6,8 + 2,2) = 1,662 kΩ
vC(∞) = 12·2,2/(6,8 + 2,2) = 2,933 V
Laiko konstanta
τ = Rth·C = 1,662·47 = 78,12 ms
Įkrovimo kreivė
vC(t) = 2,933·(1 − e−100/78,12) = 2,118 V
Atsakymas
vC = 2,118 V
8.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 13,55 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 = 15 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 47 µF = 155,1 ms
vC(t) = 15 + (5 − 15)·e−t/τ
Įtampa duotuoju momentu
vC(300) = 15 + (−10)·e−300/155,1 = 13,55 V
Atsakymas
vC = 13,55 V
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: I = 0,08681 A
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·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,15 = 56,55 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·2,2·10⁻⁶) = 1206 Ω
Pilnutinė varža
Nuosekliai pilnutinės varžos sudedamos kaip kompleksiniai skaičiai: Z = R + j(XL − XC).
Visais nuoseklios grandinės elementais teka ta pati srovė.
I = V/|Z| = 100/1152 = 0,08681 A
Atsakymas
I = 0,08681 A
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: Q = 23,84
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·√(0,005·2,2·10⁻⁶)) = 1517 Hz
Kokybės faktorius
Q palygina reaktyviąją varžą rezonanso metu su varža: Q = ω₀L/R.
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: R = 10,59 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 = 3060/17² = 10,59 Ω
Atsakymas
R = 10,59 Ω
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: C = 884,2 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* = 25 − j3 Ω
Talpa
XC = 3 Ω → C = 1/(2π·60·3) = 884,2 µF
Atsakymas
C = 884,2 µF
13.Trifazė galia
Atsakymas: IL = 27,66 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 = 15/0,92 = 16,3 kW
Linijos srovė
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 16304/(√3·415·0,82) = 27,66 A
Atsakymas
IL = 27,66 A
14.Trifazė galia
Atsakymas: Cph = 553,8 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 = 250·tan(acos 0,75) = 250·0,8819 = 220,5 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0,9) = 250·0,4843 = 121,1 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 99,4 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 = 2400/10 = 240 V
I2 = 240/12 = 20 A
Pirminė srovė
Idealus transformatorius neturi nuostolių: V₁·I₁ = V₂·I₂.
I1 = I2/10 = 2 A
Atsakymas
I1 = 2 A
Patikrinimas: iš pirminės pusės matoma apkrova yra a²·RL = 1200 Ω, o 2400/1200 duoda tą pačią srovę.
16.Transformatoriai
Atsakymas: Pcu,fl = 1908 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.