Tiga cabang disambungkan antara nod A dengan bumi, seperti yang ditunjukkan. Gunakan analisis nod untuk mencari arus I3 dalam cabang 3, yang mengalir ke atas masuk ke nod A mengikut arah anak panah.
Sumber arus dilaraskan sehingga voltan nod pada A ialah VA = 17.5 V. Gunakan analisis nod untuk mencari arus sumber Is (arah seperti yang ditunjukkan).
Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 18 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 5 ms.
Vs = 6 VR = 20 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
8.Fana RC & RLSukar
Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari voltan kapasitor vC pada t = 200 ms.
Vs = 12 VR1 = 4.7 kΩR2 = 2.2 kΩC = 33 µFt = 200 ms
vC = V
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 50 Hz. Cari sudut fasa φ impedans, dalam darjah (positif apabila arus ketinggalan daripada voltan).
V = 12 V (rms)f = 50 HzR = 60 ΩL = 20 mHC = 10 µF
φ = °
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC siri mempunyai R = 50 Ω, L = 2 mH dan C = 0.22 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.
R = 50 ΩL = 2 mHC = 0.22 µF
B = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 30 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 400 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.
P = 30 kWpf = 0.65V = 400 V
Q = kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Sumber 50 V (rms), 60 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 4 + j10 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Cari kuasa nyata maksimum Pmax yang boleh dibekalkan kepada beban.
Vs = 50 V (rms)f = 60 HzZs = 4 + j10 Ω
Pmax = W
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 120 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 415 V. Faktor kuasanya 0.7 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 415 VIL = 120 Acos φ = 0.7
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 100 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 690 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.95 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 100 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.95VL = 690 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 150 kVA, 11000/400 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus ILV dalam lilitan voltan rendah.
S = 150 kVAV1 = 11000 VV2 = 400 V
ILV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 150 kVA mempunyai kehilangan teras 450 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.8 ketinggalan kecekapannya ialah 96%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 150 kVAPcore = 450 Wpf = 0.8η = 96%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 0.2471 A
Perintang bersiri dan selari: dalam sambungan bersiri arus yang sama mengalir melalui setiap perintang dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam sambungan selari setiap perintang mempunyai voltan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Rangkaian tangga dipermudahkan sepasang demi sepasang sehingga tinggal satu rintangan setara.
Gabungkan perintang dari hujung yang jauh
Mulakan dari hujung yang paling jauh daripada sumber dan bergerak balik ke arahnya. Perintang yang membawa arus yang sama adalah bersiri; perintang merentasi dua nod yang sama adalah selari.
R3 + R4 = 5 + 10 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 6·15/(6+15) = 4.286 Ω
Req = R1 + 4.286 = 20 + 4.286 = 24.29 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 6/24.29 = 0.2471 A
Jawapan
IR1 = 0.2471 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 9.622 Ω
Perintang bersiri dan selari: dalam sambungan bersiri arus yang sama mengalir melalui setiap perintang dan R = R₁ + R₂ + …. Dalam sambungan selari setiap perintang mempunyai voltan yang sama dan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Rangkaian tangga dipermudahkan sepasang demi sepasang sehingga tinggal satu rintangan setara.
Gabungkan perintang dari hujung yang jauh
Mulakan dari hujung yang paling jauh daripada sumber dan bergerak balik ke arahnya. Perintang yang membawa arus yang sama adalah bersiri; perintang merentasi dua nod yang sama adalah selari.
R5 + R6 = 6 + 2 = 8 Ω
R4 ∥ 8 = 5.217 Ω
R3 + 5.217 = 10.22 Ω
R2 ∥ 10.22 = 7.622 Ω
Req = R1 + 7.622 = 2 + 7.622 = 9.622 Ω
Jawapan
Req = 9.622 Ω
3.Analisis nod
Jawapan: I3 = −1.528 A
Analisis nod: pilih nod rujukan, labelkan voltan nod yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff pada setiap nod yang tidak diketahui menggunakan hukum Ohm (I = ΔV/R), dan selesaikan persamaan yang terhasil.
HAK pada nod A
Ambil wayar bawah sebagai bumi. Setiap cabang membawa (VA − Vk)/Rk menjauhi A, dengan Vk ialah voltan sumbernya (sifar bagi perintang biasa). Arus yang meninggalkan A berjumlah sifar.
(VA − 15)/2 + (VA − 30)/3 + (VA − 10)/6 = 0
Selesaikan untuk VA
VA = (15/2 + 30/3 + 10/6) / (1/2 + 1/3 + 1/6) = 19.17/1 = 19.17 V
Arus cabang
Anak panah menghala ke atas melalui cabang, ke dalam nod A.
I3 = (10 − VA)/R3 = (10 − 19.17)/6 = −1.528 A
Jawapan
I3 = −1.528 A
Hasil negatif bermaksud arus sebenar mengalir bertentangan dengan anak panah.
4.Analisis nod
Jawapan: Is = 7 A
Analisis nod: pilih nod rujukan, labelkan voltan nod yang tidak diketahui, tulis hukum arus Kirchhoff pada setiap nod yang tidak diketahui menggunakan hukum Ohm (I = ΔV/R), dan selesaikan persamaan yang terhasil.
HAK pada nod A
VA diketahui, maka persamaan ini memberikan VB.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(17.5 − 15)/5 + 17.5/20 = (VB − 17.5)/20
1.375 = (VB − 17.5)/20 → VB = 45 V
HAK pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (45 − 17.5)/20 + 45/8 = 7 A
Jawapan
Is = 7 A
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 12.18 Ω
Teorem Thévenin: mana-mana rangkaian linear dua terminal berkelakuan seperti satu sumber voltan Vth secara bersiri dengan rintangan Rth. Teorem Norton memberikan rangkaian yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth selari dengan Rth.
Cari Rth dengan semua sumber dimatikan
Gantikan sumber voltan dengan litar pintas dan sumber arus dengan litar buka, kemudian lihat ke dalam litar dari a–b.
R1 ∥ R2 = 3·8/(3+8) = 2.182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.182 + 10 = 12.18 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 112.3 V
Teorem Thévenin: mana-mana rangkaian linear dua terminal berkelakuan seperti satu sumber voltan Vth secara bersiri dengan rintangan Rth. Teorem Norton memberikan rangkaian yang sama sebagai sumber arus IN = Vth/Rth selari dengan Rth.
Cari Rth dengan semua sumber dimatikan
Gantikan sumber voltan dengan litar pintas dan sumber arus dengan litar buka, kemudian lihat ke dalam litar dari a–b.
R1 ∥ R2 = 10·20/(10+20) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 15 = 21.67 Ω
Cari Vth, voltan litar buka
Dengan a–b terbuka, satu-satunya laluan untuk Iₛ ialah melalui R₃ ke nod A. Cari V_A dengan superposisi V₁ dan Iₛ, kemudian tambah susutan merentasi R₃.
VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 4 + 5·6.667 = 37.33 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 37.33 + 5·15 = 112.3 V
7.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.1896 A
Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.
Pemalar masa dan arus akhir
Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.
Fana peringkat pertama: dalam litar dengan satu kapasitor atau satu induktor, setiap voltan dan arus bergerak secara eksponen daripada nilai awalnya kepada nilai akhirnya: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, dengan τ = RC atau τ = L/R. Selepas kira-kira 5τ litar telah mantap.
Voltan awal kapasitor
Dalam keadaan mantap kapasitor ialah litar terbuka, maka R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan. Voltan kapasitor tidak boleh melompat apabila suis dibuka.
vC(0) = 12·2.2/(4.7 + 2.2) = 3.826 V
Pemalar masa selepas suis dibuka
τ = R2·C = 2.2·33 = 72.6 ms
Nyahcas
vC(t) = 3.826·e−200/72.6 = 0.2434 V
Jawapan
vC = 0.2434 V
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: φ = −79.12 °
Litar AU dengan fasor: perintang, induktor dan kapasitor mempunyai impedans R, jωL dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam sambungan bersiri, impedans ditambah seperti rintangan, tetapi sebagai nombor kompleks. Arus dan voltan rms mengikut hukum Ohm dengan |Z|.
Reaktans
ω = 2πf = 2π·50 = 314.2 rad/s
XL = ωL = 314.2·0.02 = 6.283 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314.2·10·10⁻⁶) = 318.3 Ω
Impedans
Dalam sambungan bersiri impedans ditambah sebagai nombor kompleks: Z = R + j(XL − XC).
Litar AU dengan fasor: perintang, induktor dan kapasitor mempunyai impedans R, jωL dan 1/(jωC), dengan ω = 2πf. Dalam sambungan bersiri, impedans ditambah seperti rintangan, tetapi sebagai nombor kompleks. Arus dan voltan rms mengikut hukum Ohm dengan |Z|.
Frekuensi salunan
f0 = 1/(2π·√(0.002·0.22·10⁻⁶)) = 7587 Hz
Faktor kualiti
Q membandingkan reaktans pada resonans dengan rintangan: Q = ω₀L/R.
Kuasa AU: kuasa ketara S = V·I (VA) terpecah kepada kuasa nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan kuasa reaktif Q = S·sin φ (var), yang bergerak ulang-alik antara sumber dan beban. Faktor kuasa ialah cos φ. Kapasitor secara selari membekalkan kuasa reaktif secara setempat, jadi arus talian menurun untuk kuasa nyata yang sama.
Sudut
φ = arccos(0.65) = 49.46°, tan φ = 1.169
Kuasa reaktif
Q = P·tan φ = 30·1.169 = 35.07 kvar
Jawapan
Q = 35.07 kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: Pmax = 156.3 W
Kuasa AU: kuasa ketara S = V·I (VA) terpecah kepada kuasa nyata P = S·cos φ (W), yang melakukan kerja berguna, dan kuasa reaktif Q = S·sin φ (var), yang bergerak ulang-alik antara sumber dan beban. Faktor kuasa ialah cos φ. Kapasitor secara selari membekalkan kuasa reaktif secara setempat, jadi arus talian menurun untuk kuasa nyata yang sama.
Padanan konjugat
Reaktans beban membatalkan reaktans sumber, dan rintangan beban sama dengan rintangan sumber.
ZL = Zs* = 4 − j10 Ω
Kuasa maksimum
I = Vs/(2Rs) = 50/8 = 6.25 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 50²/(4·4) = 156.3 W
Jawapan
Pmax = 156.3 W
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 60.38 kW
Sistem tiga fasa seimbang: dalam sambungan Y (bintang) voltan antara talian ialah √3 kali voltan fasa, VL = √3·Vph, dan arus talian sama dengan arus fasa. Dalam sambungan Δ (delta) voltan antara talian sama dengan voltan fasa dan arus talian ialah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Jumlah kuasa ialah tiga kali kuasa satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.
Kuasa ketara
S = √3·VL·IL = √3·415·120 = 86.26 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 86.26·0.7 = 60.38 kW
Jawapan
P = 60.38 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 42.13 kvar
Sistem tiga fasa seimbang: dalam sambungan Y (bintang) voltan antara talian ialah √3 kali voltan fasa, VL = √3·Vph, dan arus talian sama dengan arus fasa. Dalam sambungan Δ (delta) voltan antara talian sama dengan voltan fasa dan arus talian ialah √3 kali arus fasa, IL = √3·Iph. Jumlah kuasa ialah tiga kali kuasa satu fasa: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Pembetulan faktor kuasa: kapasitor membekalkan kuasa reaktif secara setempat, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Setiap satu daripada tiga kapasitor membekalkan QC/3 = V²·ω·C, dengan V ialah voltan merentasi kapasitor itu: VL dalam bank Δ, VL/√3 dalam bank Y.
Kuasa reaktif sebelum dan selepas
Kuasa nyata tidak berubah, jadi setiap faktor kuasa menentukan kuasa reaktif: Q = P·tan φ.
Q1 = 100·tan(acos 0.8) = 100·0.75 = 75 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0.95) = 100·0.3287 = 32.87 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 42.13 kvar
Jawapan
QC = 42.13 kvar
15.Pengubah
Jawapan: ILV = 375 A
Pengubah unggul: voltan berada dalam nisbah belitan dan arus dalam nisbah songsang: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a dan I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, jadi kuasa masuk sama dengan kuasa keluar, V₁·I₁ = V₂·I₂. Impedans beban Z pada sekunder kelihatan seperti a²·Z dari primer.
Arus terlonggok
Kedua-dua lilitan membawa kuasa ketara yang sama.
ILV = S/V = 150000/400 = 375 A
Jawapan
ILV = 375 A
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 4550 W
Kehilangan pengubah: kehilangan teras (histeresis dan arus pusar) bergantung pada voltan dan sama pada sebarang beban. Kehilangan kuprum dalam lilitan mengikut kuasa dua arus, jadi pada pecahan x beban terkadar ia ialah x²·Pcu,fl. Kecekapan η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), dengan Pout = x·S·pf. Kecekapan paling tinggi pada beban di mana kehilangan kuprum sama dengan kehilangan teras.