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.
V1 = 15 VR1 = 15 ΩV2 = 18 VR2 = 6 ΩR3 = 20 Ω
I3 = A
4.Mazgų potencialų metodasSunkus
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.
Raskite Nortono srovę IN: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.
V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 Ω
IN = A
6.Teveninas ir NortonasSunkus
Raskite Nortono srovę IN: srovę, tekančią iš a į b, kai gnybtai sujungti trumpai.
V1 = 18 VIs = 3 AR1 = 25 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
7.RC ir RL pereinamieji procesaiVidutinis
Kol jungiklis neužsidarė momentu t = 0, rite srovė neteka. Po kiek laiko nuo jungiklio užsidarymo srovė pasiekia 90% galutinės vertės? Raskite t.
Vs = 20 VR = 22 ΩL = 220 mH
t = ms
8.RC ir RL pereinamieji procesaiSunkus
Jungiklis ilgai buvo uždarytas, todėl grandinė yra nusistovėjusiame režime. Momentu t = 0 jungiklis atsidaro. Raskite srovę i2 per R2 momentu t = 250 ms.
Vs = 20 VR1 = 4,7 kΩR2 = 10 kΩC = 68 µFt = 250 ms
i2 = mA
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiVidutinis
Nuosekli RLC grandinė, kurios L = 1 mH, turi rezonuoti esant 1000 Hz. Raskite reikiamą talpą C.
f0 = 1000 HzL = 1 mH
C = µF
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriaiSunkus
Nuosekli RLC grandinė prijungta prie 10 V (efektinė), 500 Hz maitinimo. Raskite efektinę įtampą VC ant kondensatoriaus.
V = 10 V (rms)f = 500 HzR = 60 ΩL = 100 mHC = 2,2 µF
VC = V
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasVidutinis
Vienfazis variklis iš 240 V tinklo ima 37 kW, kai galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Raskite jo naudojamą reaktyviąją galią Q.
P = 37 kWpf = 0,7V = 240 V
Q = kvar
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientasSunkus
Vienfazė apkrova iš 400 V, 50 Hz tinklo ima 26 kW, kai galios koeficientas 0,6 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungiamas 150 µF kondensatorius. Raskite naują linijos srovę I.
P = 26 kWpf1 = 0,6V = 400 Vf = 50 HzC = 150 µF
I = A
13.Trifazė galiaVidutinis
Simetrinė trikampiu sujungta apkrova, kurios fazės impedansas 24 + j7 Ω, prijungta prie simetrinio trifazio tinklo, kurio linijinė įtampa 208 V. Raskite bendrą apkrovos naudojamą aktyviąją galią P kW.
VL = 208 VZ = 24 + j7 Ω vienai fazei
P = kW
14.Trifazė galiaSunkus
Simetrinė trifazė apkrova iš 480 V (linijinė įtampa), 60 Hz tinklo ima 120 kW, kai galios koeficientas 0,7 (induktyvus). Lygiagrečiai apkrovai prijungta trifazė kondensatorių baterija turi padidinti bendrą galios koeficientą iki 0,9 (induktyvus). Aktyvioji galia nekinta. Kondensatoriai sujungti trikampiu. Raskite kiekvieno kondensatoriaus talpą Cph µF.
P = 120 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,9VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.TransformatoriaiVidutinis
Stiprintuvas, kurio išėjimo varža 125 Ω, per idealų transformatorių maitina 5 Ω garsiakalbį. Kad būtų perduodama didžiausia galia, iš stiprintuvo pusės garsiakalbis turi atrodyti kaip 125 Ω. Raskite transformacijos koeficientą a = N₁/N₂.
Rs = 125 ΩRL = 5 Ω
a =
16.TransformatoriaiSunkus
Vienfazio 50 kVA transformatoriaus šerdies nuostoliai yra 250 W, o vario nuostoliai esant vardinei apkrovai – 500 W. Jis tiekia 25% vardinės galios kVA, kai galios koeficientas 0,95 (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 = 20 + 15 = 35 Ω
R2 ∥ 35 = 4·35/(4+35) = 3,59 Ω
Req = R1 + 3,59 = 12 + 3,59 = 15,59 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 30/15,59 = 1,924 A
Atsakymas
IR1 = 1,924 A
2.Nuoseklūs ir lygiagretūs rezistoriai
Atsakymas: IR2 = 1,19 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 = 4 + 15 = 19 Ω
R4 ∥ 19 = 7,355 Ω
R3 + 7,355 = 15,35 Ω
R2 ∥ 15,35 = 5,26 Ω
Req = R1 + 5,26 = 8 + 5,26 = 13,26 Ω
Šaltinio srovė
Šaltinis mato tik Req, todėl Omo dėsnis duoda jo tiekiamą srovę. Ši srovė teka per R₁.
IR1 = V1/Req = 24/13,26 = 1,81 A
Srovė per R₂
Atimkite įtampos kritimą ant R₁ ir gausite mazgo A įtampą, kuri yra įtampa ant R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1,81·8 = 9,52 V
IR2 = VA/R2 = 9,52/8 = 1,19 A
Atsakymas
IR2 = 1,19 A
3.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: I3 = −0,7059 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)/15 + (VA − 18)/6 + VA/20 = 0
Raskite VA
VA = (15/15 + 18/6 + 0/20) / (1/15 + 1/6 + 1/20) = 4/0,2833 = 14,12 V
Šakos srovė
Rodyklė šakoje nukreipta aukštyn, į mazgą A.
I3 = (0 − VA)/R3 = (0 − 14,12)/20 = −0,7059 A
Atsakymas
I3 = −0,7059 A
Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.
4.Mazgų potencialų metodas
Atsakymas: Ix = −0,5818 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 + 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is
Išspręskite
(VA − 24)/10 + VA/6 + (VA + 8)/10 = 2,5
VA·(1/10 + 1/6 + 1/10) = 2,5 + 24/10 − 8/10 = 4,1
VA = 4,1/0,3667 = 11,18 V
VB = 19,18 V
Srovė per įtampos šaltinį
Kirchhofo srovių dėsnis vien mazgui A: per R₁ atitekanti srovė išteka per R₂ ir per įtampos šaltinį.
IR1 = (24 − 11,18)/10 = 1,282 A
Ix = IR1 − VA/R2 = 1,282 − 11,18/6 = −0,5818 A
Atsakymas
Ix = −0,5818 A
Neigiamas rezultatas reiškia, kad tikroji srovė teka prieš rodyklę.
5.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IN = 0,6383 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 = 4·3/(4+3) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 5 = 6,714 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) = 10·3/(4+3) = 4,286 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 = 4,286/6,714 = 0,6383 A
6.Teveninas ir Nortonas
Atsakymas: IN = −2,609 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 = 25·10/(25+10) = 7,143 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7,143 + 6 = 13,14 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) = 5,143 + (−3)·7,143 = −16,29 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −16,29 + (−3)·6 = −34,29 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 = −34,29/13,14 = −2,609 A
7.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: t = 23,03 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.
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 / 22 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 20/22 = 0,9091 A
Išreiškite laiką
0,9 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,9)
t = −10·ln(0,1) = 23,03 ms
Atsakymas
t = 23,03 ms
8.RC ir RL pereinamieji procesai
Atsakymas: i2 = 0,942 mA
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) = 20·10/(4,7 + 10) = 13,61 V
Laiko konstanta atsidarius jungikliui
τ = R2·C = 10·68 = 680 ms
Išsikrovimas
vC(t) = 13,61·e−250/680 = 9,42 V
i2 = vC/R2 = 9,42/10 = 0,942 mA
Atsakymas
i2 = 0,942 mA
9.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: C = 25,33 µF
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·1000 = 6283 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(6283²·0,001) = 25,33 µF
Atsakymas
C = 25,33 µF
10.Kintamosios srovės pilnutinė varža ir fazoriai
Atsakymas: VC = 8,048 V
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·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0,1 = 314,2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·2,2·10⁻⁶) = 144,7 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| = 10/179,8 = 0,05562 A
Įtampa ant kondensatoriaus
VC = I·XC = 0,05562·144,7 = 8,048 V
Atsakymas
VC = 8,048 V
11.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: Q = 37,75 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(0,7) = 45,57°, tan φ = 1,02
Reaktyvioji galia
Q = P·tan φ = 37·1,02 = 37,75 kvar
Atsakymas
Q = 37,75 kvar
12.Kintamosios srovės galia ir galios koeficientas
Atsakymas: I = 93,94 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 = 26·tan(arccos 0,6) = 34,67 kvar
QC = V²·2πf·C = 400²·2π·50·150·10⁻⁶ = 7540 var = 7,54 kvar
Q2 = 34,67 − 7,54 = 27,13 kvar
Nauja pilnutinė galia
S2 = √(26² + 27,13²) = 37,57 kVA
Nauja linijos srovė
I = S2/V = 37575/400 = 93,94 A
Atsakymas
I = 93,94 A
13.Trifazė galia
Atsakymas: P = 4,984 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 = VL = 208 V
Fazinė srovė
|Z| = √(24² + 7²) = 25 Ω
Iph = 208/25 = 8,32 A
Bendra aktyvioji galia
Aktyviąją galią naudoja tik aktyvioji kiekvieno impedanso dalis.
P = 3·Iph²·R = 3·8,32²·24 = 4,984 kW
Atsakymas
P = 4,984 kW
Patikrinimas: cos φ = R/|Z| = 0,96, o √3·VL·IL·cos φ duoda tą pačią galią.
14.Trifazė galia
Atsakymas: Cph = 246,8 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 = 120·tan(acos 0,7) = 120·1,02 = 122,4 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,9) = 120·0,4843 = 58,12 kvar
Kondensatorių tiekiama reaktyvioji galia
QC = Q1 − Q2 = 64,31 kvar
Vienos fazės talpa
Trikampiu sujungtoje baterijoje kiekvienas kondensatorius prijungtas tarp dviejų linijų.
V = 480 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 21435/(377·480²) = 246,8 µF
Atsakymas
Cph = 246,8 µF
15.Transformatoriai
Atsakymas: a = 5
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.
Suderinkite perskaičiuotą apkrovą
a²·5 = 125
a = √(125/5) = √25 = 5
Atsakymas
a = 5
16.Transformatoriai
Atsakymas: Ploss = 281,3 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 = 0,0625·500 = 31,25 W
Bendri nuostoliai
Šerdies nuostoliai vienodi esant bet kokiai apkrovai.
Ploss = 250 + 31,25 = 281,3 W
Atsakymas
Ploss = 281,3 W
Naudingumo koeficientas esant šiai apkrovai η = 97,69%.