Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 30 ΩR3 = 12 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 99% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 20 VR = 15 ΩL = 47 mH
t = ms
8.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 2 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 4.8 V? Cari t.
Vs = 9 VR = 10 kΩC = 100 µFvC(0) = 2 V
t = ms
9.Impedans AU & fasorSederhana
Satu perintang dan satu induktor disambung selari merentasi bekalan 230 V (rms), 200 Hz. Cari arus rms I.
V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 30 ΩL = 20 mH
I = A
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 50 V (rms), 100 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.
V = 50 V (rms)f = 100 HzR = 15 ΩL = 250 mHC = 22 µF
f0 = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu beban dengan impedans Z = 12 + j9 Ω disambung pada bekalan fasa tunggal 120 V (rms). Cari kuasa nyata P yang diserapnya.
V = 120 VZ = 12 + j9 Ω
P = W
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Pengubah fasa tunggal 150 kVA membekalkan beban 67 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan. Berapa banyak kuasa nyata tambahan ΔP boleh ditambah sebagai beban perintang (faktor kuasa satu) sebelum pengubah mencapai kadaran kVA-nya?
Smax = 150 kVAP1 = 67 kWpf1 = 0.6
ΔP = kW
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 30 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 400 V. Faktor kuasanya 0.92 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 400 VIL = 30 Acos φ = 0.92
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 120 kW pada faktor kuasa 0.78 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.9 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 120 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.9VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu perintang 50 Ω disambung merentasi lilitan sekunder pengubah unggul dengan nisbah belitan N₁:N₂ = 3:1. Cari rintangan R1′ yang dilihat dari lilitan primer.
N1:N2 = 3:1RL = 50 Ω
R1′ = Ω
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 250 kVA mempunyai kehilangan teras 1000 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.95 ketinggalan kecekapannya ialah 98%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 250 kVAPcore = 1000 Wpf = 0.95η = 98%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 2.014 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 + 20 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 4·25/(4+25) = 3.448 Ω
Req = R1 + 3.448 = 4 + 3.448 = 7.448 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 15/7.448 = 2.014 A
Jawapan
IR1 = 2.014 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 28.54 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 = 8 + 5 = 13 Ω
R4 ∥ 13 = 9.07 Ω
R3 + 9.07 = 12.07 Ω
R2 ∥ 12.07 = 3.535 Ω
Req = R1 + 3.535 = 25 + 3.535 = 28.54 Ω
Jawapan
Req = 28.54 Ω
3.Analisis nod
Jawapan: PIs = 42.15 W
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.
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/3 + (VA − 9)/12 + (VA − VB)/4 = 0
0.6667·VA − 0.25·VB = 0.75
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/4 + (VB − VA)/4 = 4
−0.25·VA + 0.5·VB = 4
Selesaikan
Δ = (0.6667)(0.5) − (−0.25)(−0.25) = 0.2708
VA = Δ1/Δ = 1.375/0.2708 = 5.077 V
VB = Δ2/Δ = 2.854/0.2708 = 10.54 V
Kuasa yang dibekalkan oleh sumber arus
Sumber itu menolak Iₛ ke atas masuk ke nod B, dari bumi (0 V) ke VB. Sumber yang arusnya keluar dari hujung + nya membekalkan P = V·I.
PIs = VB·Is = 10.54·4 = 42.15 W
Jawapan
PIs = 42.15 W
4.Analisis nod
Jawapan: IR1 = 2.486 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, V2 = 10 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/4 + (VA − 15)/2 + (VA − VB)/12 = 0
0.8333·VA − 0.08333·VB = 7.5
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 = 12·15/(12+15) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 2 = 8.667 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = −51.18 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 = 4·30/(4+30) = 3.529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.529 + 12 = 15.53 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) = 26.47 + (−5)·3.529 = 8.824 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 8.824 + (−5)·12 = −51.18 V
7.Fana RC & RL
Jawapan: t = 14.43 ms
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 = 47 mH / 15 Ω = 3.133 ms
i(∞) = Vs/R = 20/15 = 1.333 A
Selesaikan untuk masa
0.99 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.99)
t = −3.133·ln(0.01) = 14.43 ms
Jawapan
t = 14.43 ms
8.Fana RC & RL
Jawapan: t = 510.8 ms
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.
t = τ·ln((2 − 9)/(4.8 − 9)) = 1000·ln(1.667) = 510.8 ms
Jawapan
t = 510.8 ms
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: I = 11.94 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
XL = ωL = 2π·200·0.02 = 25.13 Ω
Arus cabang
Kedua-dua cabang disambung terus merentasi bekalan, maka setiap satu melihat voltan penuh V.
IR = V/R = 230/30 = 7.667 A
IX = V/XL = 230/25.13 = 9.151 A
Jumlah arus
Arus perintang sefasa dengan V dan arus reaktif berbeza fasa 90°, maka ia ditambah seperti sisi segi tiga bersudut tegak.
I = √(IR² + IX²) = √(7.667² + 9.151²) = 11.94 A
Jawapan
I = 11.94 A
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
|Z| = √(12² + 9²) = 15 Ω
I = V/|Z| = 120/15 = 8 A
Kuasa nyata
P = I²·R = 8²·12 = 768 W
Jawapan
P = 768 W
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: ΔP = 53.5 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 = 67·tan(arccos 0.6) = 89.33 kvar
Jumlah kuasa nyata terbesar
Pada kadaran penuh S = Smax, dan Q tidak berubah oleh beban perintang.
P = √(Smax² − Q1²) = √(150² − 89.33²) = 120.5 kW
Kuasa nyata tambahan
ΔP = 120.5 − 67 = 53.5 kW
Jawapan
ΔP = 53.5 kW
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 19.12 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 = √3·400·30 = 20.78 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 20.78·0.92 = 19.12 kW
Jawapan
P = 19.12 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 38.16 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 0.78) = 120·0.8023 = 96.27 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.9) = 120·0.4843 = 58.12 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 38.16 kvar
Jawapan
QC = 38.16 kvar
15.Pengubah
Jawapan: R1′ = 450 Ω
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.
Rintangan terrujuk
Voltan naik sebanyak a dan arus turun sebanyak a, jadi nisbah V/I naik sebanyak a².
R1′ = a²·RL = 3²·50 = 450 Ω
Jawapan
R1′ = 450 Ω
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 3847 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.