Sumber voltan Vₛ antara A dan B mempunyai terminal + pada B, maka ia menjadikan VB − VA = Vₛ. Gunakan analisis nod dengan supernod untuk mencari voltan nod VA (diukur daripada bumi).
Is = 2 AVs = 4 VR1 = 12 ΩR2 = 5 Ω
VA = V
4.Analisis nodSukar
Gunakan analisis nod untuk mencari arus IR4 melalui R4 mengikut arah anak panah.
Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 9 VIs = 4 AR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 30 ms.
Vs = 9 VR = 15 ΩL = 220 mHt = 30 ms
vL = V
8.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 6 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 15 ms.
Vs = 20 VR = 2.2 kΩC = 22 µFvC(0) = 6 Vt = 15 ms
vC = V
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 230 V (rms), 200 Hz. Cari faktor kuasa cos φ litar itu.
V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 150 mHC = 10 µF
cos φ =
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 100 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.
V = 12 V (rms)f = 100 HzR = 10 ΩL = 100 mHC = 47 µF
f0 = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Beban induktif mengambil 7.5 A dan 1260 W daripada bekalan fasa tunggal 240 V (rms). Modelkan ia sebagai rintangan R secara siri dengan reaktans X. Cari X.
V = 240 VI = 7.5 AP = 1260 W
X = Ω
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Satu beban fasa tunggal mengambil 40 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 400 V, 50 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.92. Cari kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh kapasitor.
P = 40 kWpf1 = 0.6pf2 = 0.92V = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 10 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 208 V. Faktor kuasanya 0.95 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 208 VIL = 10 Acos φ = 0.95
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 150 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 480 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 150 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.92VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu penguat dengan rintangan keluaran 64 Ω memacu pembesar suara 16 Ω melalui pengubah unggul. Untuk pemindahan kuasa maksimum, pembesar suara mesti kelihatan seperti 64 Ω dari penguat. Cari nisbah belitan a = N₁/N₂.
Rs = 64 ΩRL = 16 Ω
a =
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 100 kVA mempunyai kehilangan teras 600 W dan kehilangan kuprum 2400 W pada beban terkadar. Ia membekalkan 25% daripada kVA terkadarnya pada faktor kuasa 0.9 ketinggalan. Cari jumlah kehilangan Ploss dalam watt pada beban ini.
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 = 4 + 8 = 12 Ω
R2 ∥ 12 = 15·12/(15+12) = 6.667 Ω
Req = R1 + 6.667 = 5 + 6.667 = 11.67 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/11.67 = 2.571 A
Jawapan
IR1 = 2.571 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 0.4286 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.
R5 + R6 = 10 + 6 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 5.333 Ω
R3 + 5.333 = 13.33 Ω
R2 ∥ 13.33 = 8 Ω
Req = R1 + 8 = 6 + 8 = 14 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 6/14 = 0.4286 A
Jawapan
IR1 = 0.4286 A
3.Analisis nod
Jawapan: VA = 4.235 V
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.
Bentuk supernod
Sumber voltan antara A dan B membawa arus yang tidak diketahui, maka HAK tidak boleh ditulis pada A atau B secara berasingan. Kepung A, B dan sumber dalam satu supernod: arus yang memasukinya sama dengan arus yang meninggalkannya.
VB = VA + Vs = VA + 4
VA/R1 + VB/R2 = Is
Selesaikan
VA/12 + (VA + 4)/5 = 2
VA = (2 − 4/5)/(1/12 + 1/5) = 4.235 V
VB = 4.235 + 4 = 8.235 V
Jawapan
VA = 4.235 V
4.Analisis nod
Jawapan: IR4 = 0.1903 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.
Sediakan nod
Bumi ialah wayar bawah. Voltan nod yang diketahui datang terus daripada sumber (V1 = 18 V, V2 = 5 V). Yang tidak diketahui: VA, VB.
KCL pada nod A
Arus yang meninggalkan A melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke A oleh sumber.
VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/25 + (VA − 18)/3 + (VA − VB)/6 = 0
0.54·VA − 0.1667·VB = 6
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/2 + (VB − VA)/6 + (VB − 5)/5 = 2
−0.1667·VA + 0.8667·VB = 3
Selesaikan
Δ = (0.54)(0.8667) − (−0.1667)(−0.1667) = 0.4402
VA = Δ1/Δ = 5.7/0.4402 = 12.95 V
VB = Δ2/Δ = 2.62/0.4402 = 5.952 V
Jawapan
IR4 = (VB − V2)/R4 = (5.952 − 5)/5 = 0.1903 A
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 13.71 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 = 3·4/(3+4) = 1.714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.714 + 12 = 13.71 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 124 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 = 15·8/(15+8) = 5.217 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.217 + 25 = 30.22 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) = 3.13 + 4·5.217 = 24 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 24 + 4·25 = 124 V
7.Fana RC & RL
Jawapan: vL = 1.164 V
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.
τ = L/R = 220 mH / 15 Ω = 14.67 ms
i(∞) = Vs/R = 9/15 = 0.6 A
Voltan induktor
Pada t = 0 seluruh voltan bekalan muncul merentasi induktor; kemudian ia susut kepada sifar.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 9·e−30/14.67 = 1.164 V
Jawapan
vL = 1.164 V
8.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 9.731 V
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.
Nilai awal, nilai akhir, pemalar masa
Voltan kapasitor tidak boleh melompat, jadi ia bermula pada nilai yang tersimpan dan menuju ke voltan sumber.
vC(0) = 6 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 2.2 kΩ · 22 µF = 48.4 ms
vC(t) = 20 + (6 − 20)·e−t/τ
Voltan pada masa yang diberi
vC(15) = 20 + (−14)·e−15/48.4 = 9.731 V
Jawapan
vC = 9.731 V
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: cos φ = 0.1806
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
XL = 188.5 Ω, XC = 79.58 Ω
Impedans
|Z| = √(20² + (108.9)²) = 110.7 Ω
Faktor kuasa
cos φ = R/|Z| = 20/110.7 = 0.1806
Litar itu induktif, maka faktor kuasanya ketinggalan.
Jawapan
cos φ = 0.1806
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: f0 = 73.41 Hz
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|.
Salunan
Pada salunan, reaktans induktif dan kapasitif saling membatalkan: ωL = 1/(ωC). Frekuensi bekalan tidak penting.
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.
Rintangan daripada kuasa nyata
R = P/I² = 1260/7.5² = 22.4 Ω
Reaktans daripada impedans
|Z| = V/I = 240/7.5 = 32 Ω
X = √(|Z|² − R²) = √(32² − 22.4²) = 22.85 Ω
Jawapan
X = 22.85 Ω
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: QC = 36.29 kvar
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.
Kuasa reaktif sebelum dan selepas
Kuasa nyata P tidak berubah; hanya kuasa reaktif yang diambil daripada bekalan berubah.
Q1 = P·tan φ1 = 40·tan(53.13°) = 53.33 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 40·tan(23.07°) = 17.04 kvar
QC = Q1 − Q2 = 36.29 kvar
Jawapan
QC = 36.29 kvar
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 3.423 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 = √3·208·10 = 3.603 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 3.603·0.95 = 3.423 kW
Jawapan
P = 3.423 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 89.13 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 = 150·tan(acos 0.7) = 150·1.02 = 153 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0.92) = 150·0.426 = 63.9 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 89.13 kvar
Jawapan
QC = 89.13 kvar
15.Pengubah
Jawapan: a = 2
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.
Padankan beban terrujuk
a²·16 = 64
a = √(64/16) = √4 = 2
Jawapan
a = 2
16.Pengubah
Jawapan: Ploss = 750 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.