Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
6.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor membawa arus mantap 0.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Cari voltan vR merentasi R pada t = 5 ms.
i(0) = 0.5 AR = 15 ΩL = 220 mHt = 5 ms
vR = V
8.Fana RC & RLSukar
Suis merentasi R2 telah ditutup untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari arus induktor i pada t = 10 ms.
Vs = 12 VR1 = 22 ΩR2 = 5 ΩL = 150 mHt = 10 ms
i = A
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC siri dengan C = 22 µF mesti bergema pada 5000 Hz. Cari kearuhan L yang diperlukan.
f0 = 5000 HzC = 22 µF
L = mH
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 10 V (rms), 50 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.
V = 10 V (rms)f = 50 HzR = 25 ΩL = 250 mHC = 22 µF
f0 = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 36 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 240 V. Cari arus talian I.
P = 36 kWpf = 0.6V = 240 V
I = A
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Satu beban fasa tunggal mengambil 14 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 240 V, 50 Hz. Kapasitor 220 µF disambung selari dengan beban itu. Cari faktor kuasa baharu cos φ yang dilihat oleh bekalan.
P = 14 kWpf1 = 0.6V = 240 Vf = 50 HzC = 220 µF
cos φ =
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 50 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 = 50 Acos φ = 0.7
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 120 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 0.9 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 120 kWpf1 = 0.7pf2 = 0.9VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 10 kVA, 4160/480 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus IHV dalam lilitan voltan tinggi.
S = 10 kVAV1 = 4160 VV2 = 480 V
IHV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 200 kVA mempunyai kehilangan teras 600 W dan kehilangan kuprum 1800 W pada beban terkadar. Pada beban Sη,max berapakah, dalam kVA, kecekapannya paling tinggi?
S = 200 kVAPcore = 600 WPcu,fl = 1800 W
Sη,max = kVA
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.7959 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 + 8 = 13 Ω
R2 ∥ 13 = 20·13/(20+13) = 7.879 Ω
Req = R1 + 7.879 = 4 + 7.879 = 11.88 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 24/11.88 = 2.02 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 2.02·4 = 15.92 V
IR2 = VA/R2 = 15.92/20 = 0.7959 A
Jawapan
IR2 = 0.7959 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 13.57 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 = 5 + 10 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 3.158 Ω
R3 + 3.158 = 33.16 Ω
R2 ∥ 33.16 = 3.569 Ω
Req = R1 + 3.569 = 10 + 3.569 = 13.57 Ω
Jawapan
Req = 13.57 Ω
3.Analisis nod
Jawapan: IR3 = 0.7579 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 = 15 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/10 + (VA − 15)/3 + (VA − VB)/2 = 0
0.9333·VA − 0.5·VB = 5
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/3 + (VB − VA)/2 = 2
−0.5·VA + 0.8333·VB = 2
Selesaikan
Δ = (0.9333)(0.8333) − (−0.5)(−0.5) = 0.5278
VA = Δ1/Δ = 5.167/0.5278 = 9.789 V
VB = Δ2/Δ = 4.367/0.5278 = 8.274 V
Jawapan
IR3 = (VA − VB)/R3 = (9.789 − 8.274)/2 = 0.7579 A
4.Analisis nod
Jawapan: VB = 17.57 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.
Sediakan nod
Bumi ialah wayar bawah. Voltan nod yang diketahui datang terus daripada sumber (V1 = 30 V, V2 = 18 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/2 + (VA − 30)/12 + (VA − VB)/3 = 0
0.9167·VA − 0.3333·VB = 2.5
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
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 = 2·8/(2+8) = 1.6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.6 + 15 = 16.6 Ω
Cari Vth, voltan litar buka
Dengan a–b terbuka, tiada arus mengalir melalui R₃, jadi tiada susutan merentasinya dan V_b = V_A. R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan.
Vth = V1·R2/(R1+R2) = 6·8/(2+8) = 4.8 V
6.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 102.5 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 = 3·15/(3+15) = 2.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.5 + 12 = 14.5 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) = 30 + 5·2.5 = 42.5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 42.5 + 5·12 = 102.5 V
7.Fana RC & RL
Jawapan: vR = 5.333 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
τ = L/R = 220 mH / 15 Ω = 14.67 ms
Pereputan arus
i(t) = 0.5·e−5/14.67 = 0.3556 A
vR = R·i = 15·0.3556 = 5.333 V
Jawapan
vR = 5.333 V
8.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.4611 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.
Nilai awal, nilai akhir, pemalar masa
Sebelum t = 0 suis yang tertutup memintaskan R₂; selepas itu R₁ dan R₂ kedua-duanya berada dalam gelung.
i(0) = 12/22 = 0.5455 A
i(∞) = 12/(22 + 5) = 0.4444 A
τ = L/R = 150/27 = 5.556 ms
i(t) = 0.4444 + (0.5455 − 0.4444)·e−t/τ
Arus pada masa yang diberi
i(10) = 0.4444 + (0.101)·e−10/5.556 = 0.4611 A
Jawapan
i = 0.4611 A
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: L = 0.04606 mH
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|.
Syarat resonans
Pada resonans reaktans induktif dan kapasitif saling membatalkan: ωL = 1/(ωC).
ω₀ = 2π·5000 = 31416 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(31416²·22·10⁻⁶) = 0.04606 mH
Jawapan
L = 0.04606 mH
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: f0 = 67.86 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.
Arus talian
Hanya bahagian nyata kuasa yang melakukan kerja, jadi bahagikan dengan faktor kuasa.
I = P/(V·cos φ) = 36000/(240·0.6) = 250 A
Jawapan
I = 250 A
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: cos φ = 0.69
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 = 14·tan(arccos 0.6) = 18.67 kvar
QC = V²·2πf·C = 240²·2π·50·220·10⁻⁶ = 3981 var = 3.981 kvar
Q2 = 18.67 − 3.981 = 14.69 kvar
Kuasa ketara baharu
S2 = √(14² + 14.69²) = 20.29 kVA
Faktor kuasa baharu
cos φ = P/S2 = 14/20.29 = 0.69
Jawapan
cos φ = 0.69
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 25.16 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 = √3·415·50 = 35.94 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 35.94·0.7 = 25.16 kW
Jawapan
P = 25.16 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 64.31 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 = 120·tan(acos 0.7) = 120·1.02 = 122.4 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.9) = 120·0.4843 = 58.12 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 64.31 kvar
Jawapan
QC = 64.31 kvar
15.Pengubah
Jawapan: IHV = 2.404 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.
IHV = S/V = 10000/4160 = 2.404 A
Jawapan
IHV = 2.404 A
16.Pengubah
Jawapan: Sη,max = 115.5 kVA
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.