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 VB (diukur daripada bumi).
Is = 2 AVs = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 4 Ω
VB = V
4.Analisis nodSukar
Berlian itu ialah sumber arus dikawal voltan yang menolak arus 0.5·VA (dalam A, dengan VA dalam V) ke atas masuk ke nod B. Gunakan analisis nod untuk mencari voltan nod VB (diukur daripada bumi).
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 5 ms.
Vs = 5 VR = 47 ΩL = 100 mHt = 5 ms
vL = V
8.Fana RC & RLSukar
Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 15 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 11.25 V, tepat 1000 ms selepas permulaan. Dengan C = 100 µF, cari rintangan R yang diperlukan.
Vs = 15 VVth = 11.25 VT = 1000 msC = 100 µF
R = kΩ
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 50 Hz. Cari arus rms I.
V = 12 V (rms)f = 50 HzR = 10 ΩL = 20 mHC = 100 µF
I = A
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 100 Hz. Cari arus rms I.
V = 12 V (rms)f = 100 HzR = 80 ΩL = 20 mHC = 2.2 µF
I = A
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 24 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 400 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.
P = 24 kWpf = 0.65V = 400 V
Q = kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Pengubah fasa tunggal 200 kVA membekalkan beban 61 kW pada faktor kuasa 0.85 ketinggalan. Berapa banyak kuasa nyata tambahan ΔP boleh ditambah sebagai beban perintang (faktor kuasa satu) sebelum pengubah mencapai kadaran kVA-nya?
Smax = 200 kVAP1 = 61 kWpf1 = 0.85
ΔP = kW
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 120 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 690 V. Faktor kuasanya 0.9 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 690 VIL = 120 Acos φ = 0.9
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 120 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.98 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Δ. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.
P = 120 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.98VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 250 kVA, 11000/400 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus ILV dalam lilitan voltan rendah.
S = 250 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 0.9 ketinggalan kecekapannya ialah 98.5%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 150 kVAPcore = 450 Wpf = 0.9η = 98.5%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 13.79 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.
R3 + R4 = 6 + 15 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 8·21/(8+21) = 5.793 Ω
Req = R1 + 5.793 = 8 + 5.793 = 13.79 Ω
Jawapan
Req = 13.79 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.1953 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 = 30 + 20 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 11.54 Ω
R3 + 11.54 = 15.54 Ω
R2 ∥ 15.54 = 7.632 Ω
Req = R1 + 7.632 = 8 + 7.632 = 15.63 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 6/15.63 = 0.3838 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0.3838·8 = 2.929 V
IR2 = VA/R2 = 2.929/15 = 0.1953 A
Jawapan
IR2 = 0.1953 A
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 7.429 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 + 6
VA/R1 + VB/R2 = Is
Selesaikan
VA/10 + (VA + 6)/4 = 2
VA = (2 − 6/4)/(1/10 + 1/4) = 1.429 V
VB = 1.429 + 6 = 7.429 V
Jawapan
VB = 7.429 V
4.Analisis nod
Jawapan: VB = 18.95 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.
HAK pada nod A
Arus yang meninggalkan A melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke A oleh sumber.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
1.167·VA − 0.1667·VB = 9
HAK pada nod B
Sumber bersandar menolak g·VA ke dalam nod B. Perlakukannya seperti sumber bebas, kemudian pindahkan sebutan VA ke sebelah kiri.
(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.5·VA
−0.6667·VA + 0.3667·VB = 0
Selesaikan
Δ = (1.167)(0.3667) − (−0.1667)(−0.6667) = 0.3167
VA = Δ1/Δ = 3.3/0.3167 = 10.42 V
VB = Δ2/Δ = 6/0.3167 = 18.95 V
Jawapan
VB = 18.95 V
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 16.82 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 = 2·20/(2+20) = 1.818 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.818 + 15 = 16.82 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: IL = 0.8571 A
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 = 30·3/(30+3) = 2.727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.727 + 4 = 6.727 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) = 2.727 + 3·2.727 = 10.91 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 10.91 + 3·4 = 22.91 V
Sambungkan beban kepada setara Thévenin
Sumber Thévenin dan R_th secara bersiri berkelakuan sama seperti litar asal pada a–b, jadi beban melihat satu gelung bersiri yang ringkas.
IL = Vth/(Rth + RL) = 22.91/(6.727 + 20) = 0.8571 A
7.Fana RC & RL
Jawapan: vL = 0.4768 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 = 100 mH / 47 Ω = 2.128 ms
i(∞) = Vs/R = 5/47 = 0.1064 A
Voltan induktor
Pada t = 0 seluruh voltan bekalan muncul merentasi induktor; kemudian ia susut kepada sifar.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 5·e−5/2.128 = 0.4768 V
Jawapan
vL = 0.4768 V
8.Fana RC & RL
Jawapan: R = 7.213 kΩ
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.
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/(314.2·100·10⁻⁶) = 31.83 Ω
Impedans
Dalam sambungan bersiri impedans ditambah sebagai nombor kompleks: Z = R + j(XL − XC).
Arus yang sama mengalir melalui setiap unsur litar bersiri.
I = V/|Z| = 12/27.44 = 0.4374 A
Jawapan
I = 0.4374 A
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: I = 0.01677 A
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·100 = 628.3 rad/s
XL = ωL = 628.3·0.02 = 12.57 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(628.3·2.2·10⁻⁶) = 723.4 Ω
Impedans
Dalam sambungan bersiri impedans ditambah sebagai nombor kompleks: Z = R + j(XL − XC).
Arus yang sama mengalir melalui setiap unsur litar bersiri.
I = V/|Z| = 12/715.4 = 0.01677 A
Jawapan
I = 0.01677 A
11.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: Q = 28.06 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.
Sudut
φ = arccos(0.65) = 49.46°, tan φ = 1.169
Kuasa reaktif
Q = P·tan φ = 24·1.169 = 28.06 kvar
Jawapan
Q = 28.06 kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: ΔP = 135.4 kW
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 beban sedia ada
Q1 = 61·tan(arccos 0.85) = 37.8 kvar
Jumlah kuasa nyata terbesar
Pada kadaran penuh S = Smax, dan Q tidak berubah oleh beban perintang.
P = √(Smax² − Q1²) = √(200² − 37.8²) = 196.4 kW
Kuasa nyata tambahan
ΔP = 196.4 − 61 = 135.4 kW
Jawapan
ΔP = 135.4 kW
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 129.1 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 = √3·690·120 = 143.4 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 143.4·0.9 = 129.1 kW
Jawapan
P = 129.1 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: Cph = 541.9 µF
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 = 120·tan(acos 0.7) = 120·1.02 = 122.4 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.98) = 120·0.2031 = 24.37 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 98.06 kvar
Kapasitans setiap fasa
Dalam bank Δ setiap kapasitor disambung antara dua talian.
V = 400 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 32686/(377·400²) = 541.9 µF
Jawapan
Cph = 541.9 µF
15.Pengubah
Jawapan: ILV = 625 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 = 250000/400 = 625 A
Jawapan
ILV = 625 A
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 1606 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.