Taikykite mazgų potencialų metodą ir raskite mazgo potencialą VA (matuojamą nuo įžeminimo).
V1 = 6 VIs = 4 AR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 Ω
VA = V
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
Rombas yra įtampa valdomas srovės šaltinis, kuris į mazgą B aukštyn stumia 0,1·VA srovę (A, kai VA – V). Mazgų potencialų metodu raskite mazgo potencialą VA (matuojamą nuo įžeminimo).
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 = 200 ms.
Vs = 9 VR1 = 2,2 kΩR2 = 6,8 kΩC = 68 µFt = 200 ms
vC = V
8.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Prieš pat jungiklio užsidarymą momentu t = 0 kondensatoriaus įtampa yra 2 V su pažymėtu poliškumu. Per kiek laiko vC pasieks 4 V? Raskite t.
Vs = 6 VR = 3,3 kΩC = 10 µFvC(0) = 2 V
t = ms
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 230 V (efektinė), 50 Hz maitinimo. Raskite iš tinklo imamą aktyviąją galią P.
V = 230 V (rms)f = 50 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 47 µF
P = W
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 100 V (efektinė), 1000 Hz maitinimo. Raskite grandinės rezonansinį dažnį f0.
V = 100 V (rms)f = 1000 HzR = 20 ΩL = 50 mHC = 10 µF
f0 = Hz
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Vienfazis variklis iš 230 V tinklo ima 14 kW, kai galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Raskite linijos srovę I.
P = 14 kWpf = 0,7V = 230 V
I = A
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
10 V (efektinė), 50 Hz šaltinio vidinė pilnutinė varža Zs = 10 + j10 Ω. Apkrovos pilnutinę varžą ZL galima pasirinkti laisvai. Raskite didžiausią aktyviąją galią Pmax, kurią galima perduoti apkrovai.
Vs = 10 V (rms)f = 50 HzZs = 10 + j10 Ω
Pmax = W
13.Trifazė galiaVidutinis
Simetrinė žvaigžde sujungta apkrova, kurios fazės impedansas 12 + j5 Ω, prijungta prie simetrinio trifazio tinklo, kurio linijinė įtampa 400 V. Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.
VL = 400 VZ = 12 + j5 Ω vienai fazei
P = kW
14.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 400 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 60 kW, kai galios koeficientas 0,8 (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 = 60 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.TransformatoriaiVidutinis
Vienfazis 15 kVA, 10000/400 V transformatorius veikia vardine apkrova. Laikykite jį idealiu. Raskite srovę IHV aukštosios įtampos apvijoje.
S = 15 kVAV1 = 10000 VV2 = 400 V
IHV = A
16.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 500 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 2000 W. Esant vardinei apkrovai ir galios koeficientui 0,95 (induktyvus), jo naudingumo koeficientas 97,5%. Raskite vario nuostolius Pcu,fl vatais esant vardinei apkrovai.
S = 500 kVAPcore = 2000 Wpf = 0,95η = 97,5%
Pcu,fl = W
3Tirpalai
1.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR1 = 1,264 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 + 5 = 17 Ω
R2 ∥ 17 = 5·17/(5+17) = 3,864 Ω
Req = R1 + 3,864 = 8 + 3,864 = 11,86 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 15/11,86 = 1,264 A
Atsakymas
IR1 = 1,264 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 0,4707 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 = 25 + 10 = 35 Ω
R4 ∥ 35 = 4,375 Ω
R3 + 4,375 = 9,375 Ω
R2 ∥ 9,375 = 4,317 Ω
Req = R1 + 4,317 = 6 + 4,317 = 10,32 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 9/10,32 = 0,8724 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,8724·6 = 3,766 V
IR2 = VA/R2 = 3,766/8 = 0,4707 A
Atsakymas
IR2 = 0,4707 A
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: VA = 4,438 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 = 6 V). Nežinomieji: VA, VB.
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/4 + (VA − 6)/2 + (VA − VB)/20 = 0
0,8·VA − 0,05·VB = 3
KSD mazge B
Srovės, ištekančios iš B per rezistorius, lygios srovei, kurią šaltiniai įleidžia į B.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/3 + (VB − VA)/20 = 4
−0,05·VA + 0,3833·VB = 4
Išspręskite
Δ = (0,8)(0,3833) − (−0,05)(−0,05) = 0,3042
VA = Δ1/Δ = 1,35/0,3042 = 4,438 V
VB = Δ2/Δ = 3,35/0,3042 = 11,01 V
Atsakymas
VA = 4,438 V
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: VA = 0,7742 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
0,4083·VA − 0,25·VB = 0,2
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 = 0,1·VA
−0,35·VA + 0,5833·VB = 0
Išspręskite
Δ = (0,4083)(0,5833) − (−0,25)(−0,35) = 0,1507
VA = Δ1/Δ = 0,1167/0,1507 = 0,7742 V
VB = Δ2/Δ = 0,07/0,1507 = 0,4645 V
Atsakymas
VA = 0,7742 V
5.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IN = 0,2308 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 = 12·2/(12+2) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 2 = 3,714 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) = 6·2/(12+2) = 0,8571 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 = 0,8571/3,714 = 0,2308 A
6.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IL = 0,4273 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 = 25·3/(25+3) = 2,679 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,679 + 10 = 12,68 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) = 1,286 + 1·2,679 = 3,964 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3,964 + 1·10 = 13,96 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) = 13,96/(12,68 + 20) = 0,4273 A
7.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: vC = 5,641 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 = 2,2·6,8/(2,2 + 6,8) = 1,662 kΩ
vC(∞) = 9·6,8/(2,2 + 6,8) = 6,8 V
Laiko konstanta
τ = Rth·C = 1,662·68 = 113 ms
Įkrovimo kreivė
vC(t) = 6,8·(1 − e−200/113) = 5,641 V
Atsakymas
vC = 5,641 V
8.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: t = 22,87 ms
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.
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 = 6,283 Ω, XC = 67,73 Ω
Pilnutinė varža
|Z| = √(40² + (−61,44)²) = 73,32 Ω
Aktyvioji galia
Ritės ir kondensatoriai energiją tik kaupia ir grąžina; visą aktyviąją galią sunaudoja rezistorius.
I = 230/73,32 = 3,137 A
P = I²·R = 3,137²·40 = 393,7 W
Atsakymas
P = 393,7 W
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: f0 = 225,1 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: I = 86,96 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.
Linijos srovė
Darbą atlieka tik aktyvioji galios dalis, todėl dalykite iš galios koeficiento.
I = P/(V·cos φ) = 14000/(230·0,7) = 86,96 A
Atsakymas
I = 86,96 A
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: Pmax = 2,5 W
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* = 10 − j10 Ω
Didžiausia galia
I = Vs/(2Rs) = 10/20 = 0,5 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 10²/(4·10) = 2,5 W
Atsakymas
Pmax = 2,5 W
13.Trifazė galia
Atsakymas: P = 11,36 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 = 400/√3 = 230,9 V
Fazinė srovė
|Z| = √(12² + 5²) = 13 Ω
Iph = 230,9/13 = 17,76 A
Bendra aktyvioji galia
Aktyviąją galią naudoja tik aktyvioji kiekvieno impedanso dalis.
P = 3·Iph²·R = 3·17,76²·12 = 11,36 kW
Atsakymas
P = 11,36 kW
Patikrinimas: cos φ = R/|Z| = 0,9231, o √3·VL·IL·cos φ duoda tą pačią galią.
14.Trifazė galia
Atsakymas: Cph = 107,4 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 = 60·tan(acos 0,8) = 60·0,75 = 45 kvar
Q2 = 60·tan(acos 0,92) = 60·0,426 = 25,56 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 19,44 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) = 6480/(377·400²) = 107,4 µF
Atsakymas
Cph = 107,4 µF
15.Transformatoriai
Atsakymas: IHV = 1,5 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 = 15000/10000 = 1,5 A
Atsakymas
IHV = 1,5 A
16.Transformatoriai
Atsakymas: Pcu,fl = 10179 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.