Asas Kejuruteraan Elektrik: pek ulang kaji kilat

Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 16 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.

Soalan baharuKembali ke kursus

Dalam tetingkap cetak, pilih “Simpan sebagai PDF” untuk menyimpan salinan pada peranti anda.

1Formula dan kaedah

Perintang bersiri & selari

Perintang bersiri
Req = R1 + R2 + …
Perintang selari
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Dua secara selari
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Hukum Ohm
V = I·R
Kuasa
P = V·I = I²R = V²/R

Kaedah

  1. Mulakan di hujung rangkaian yang paling jauh daripada terminal.
  2. Gabungkan perintang secara bersiri dengan menambahnya, dan perintang secara selari dengan 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Lukis semula litar selepas setiap langkah.
  4. Ulang sehingga tinggal satu perintang antara terminal.

Analisis nod

Hukum arus Kirchhoff
ΣIin = ΣIout
Arus cabang
I = (Va − Vb)/R
Nod rujukan
Vground = 0

Kaedah

  1. Pilih nod rujukan (bumi) dan labelkan voltan nod yang lain.
  2. Tulis hukum arus Kirchhoff pada setiap nod yang tidak diketahui: arus yang meninggalkan melalui setiap cabang sama dengan arus yang masuk.
  3. Ungkapkan setiap arus cabang sebagai (Va − Vb)/R.
  4. Selesaikan sistem persamaan, kemudian cari sebarang arus yang anda perlukan.

Thévenin & Norton

Voltan Thévenin
Vth = Vopen circuit
Rintangan Thévenin
Rth: semua sumber dimatikan, dilihat dari a–b
Arus Norton
IN = Vth/Rth
Arus beban
IL = Vth/(Rth + RL)
Pemindahan kuasa maksimum
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Kaedah

  1. Keluarkan beban dan tandakan dua terminal a dan b.
  2. Cari voltan litar buka antara a dan b: inilah Vth.
  3. Matikan semua sumber bebas dan cari rintangan yang dilihat dari a–b: inilah Rth.
  4. Pasang semula beban pada litar setara: Vth bersiri dengan Rth.
  5. Untuk setara Norton, tukarkan: IN = Vth/Rth, dengan RN = Rth secara selari.

Fana RC & RL

Pemalar masa
τ = RC | τ = L/R
Sambutan
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Kapasitor pada AT
litar buka; vC tidak boleh melompat
Induktor pada AT
litar pintas; iL tidak boleh melompat
Mantap
t ≈ 5τ

Kaedah

  1. Cari nilai awal sejurus selepas pensuisan: voltan kapasitor dan arus induktor tidak boleh melompat.
  2. Cari nilai akhir lama selepas pensuisan: kapasitor bertindak sebagai litar buka, induktor sebagai litar pintas.
  3. Cari pemalar masa: τ = RC atau τ = L/R, menggunakan rintangan yang dilihat oleh kapasitor atau induktor.
  4. Gunakan x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Impedans AU & fasor

Impedans
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Frekuensi sudut
ω = 2πf
Magnitud dan sudut
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Hukum Ohm fasor
V = I·Z

Kaedah

  1. Tukar frekuensi: ω = 2πf.
  2. Cari setiap reaktans: XL = ωL dan XC = 1/(ωC).
  3. Tambah impedans seperti perintang, dengan Z = R + jX.
  4. Cari magnitud |Z| = √(R² + X²) dan sudut φ = atan(X/R), kemudian gunakan hukum Ohm dengan fasor.

Kuasa AU & faktor kuasa

Kuasa nyata
P = V·I·cos φ
Kuasa reaktif
Q = V·I·sin φ
Kuasa ketara
S = V·I = √(P² + Q²)
Faktor kuasa
pf = cos φ = P/S
Kapasitor pembetulan
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Kuasa tiga fasa

Sambungan Y
VL = √3·Vph, IL = Iph
Sambungan Δ
VL = Vph, IL = √3·Iph
Jumlah kuasa nyata
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Kuasa ketara dan reaktif
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Kapasitor pembetulan
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Voltan merentasi setiap kapasitor
Δ: VL Y: VL/√3
Masukan motor
Pin = Pout/η

Pengubah

Nisbah belitan
a = N1/N2 = V1/V2
Nisbah arus
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Arus terlonggok
I = S/V
Impedans terrujuk
Z1′ = a²·ZL
Kehilangan kuprum pada beban separa
Pcu = x²·Pcu,fl
Kecekapan
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Kecekapan maksimum
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Soalan latihan

1.Perintang bersiri & selariSederhana
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​10 ΩB

Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 Ω
Req = Ω
2.Perintang bersiri & selariSukar
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​5 VR2​6 ΩAR4​20 ΩBR6​3 Ω

Cari rintangan setara Req yang dilihat oleh sumber V1.

V1 = 5 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 ΩR5 = 10 ΩR6 = 3 Ω
Req = Ω
3.Analisis nodSederhana
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

Gunakan analisis nod untuk mencari voltan nod VA (diukur daripada bumi).

V1 = 15 VIs = 2 AR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 ΩR4 = 8 Ω
VA = V
4.Analisis nodSukar
R1​ = 20 Ω−+Vs​ = 8 V+−V1​24 VR2​6 ΩAR3​6 ΩBIs​6 A

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).

V1 = 24 VIs = 6 AVs = 8 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
VA = V
5.Thévenin & NortonSederhana
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩARL​4 ΩIL​B

Satu beban RL = 4 Ω disambungkan merentasi a–b. Gantikan bahagian litar yang lain dengan setara Thévenin dan cari arus beban IL.

V1 = 9 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 ΩRL = 4 Ω
IL = A
6.Thévenin & NortonSukar
R1​ = 30 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAIs​0.5 ABab

Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.

V1 = 6 VIs = 0.5 AR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
R = 10 Ωt = 0L22 mHi(t)

Induktor membawa arus mantap 1.5 A. Pada t = 0 suis menutup gelung melalui R dan sumber dialihkan, maka arus induktor mereput melalui R. Cari arus i pada t = 5 ms.

i(0) = 1.5 AR = 10 ΩL = 22 mHt = 5 ms
i = A
8.Fana RC & RLSukar
+−Vs​6 VR1​ = 33 ΩR2​ = 33 Ωtertutup pada t = 0L47 mHi(t)

Suis merentasi R2 telah dibuka untuk masa yang lama, maka arus induktor mantap. Pada t = 0 suis ditutup dan memintaskan R2. Cari arus induktor i pada t = 1 ms.

Vs = 6 VR1 = 33 ΩR2 = 33 ΩL = 47 mHt = 1 ms
i = A
9.Impedans AU & fasorSederhana
12 V100 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 10 µF

Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 12 V (rms), 100 Hz. Cari sudut fasa φ impedans, dalam darjah (positif apabila arus ketinggalan daripada voltan).

V = 12 V (rms)f = 100 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 10 µF
φ = °
10.Impedans AU & fasorSukar
VfR = 50 ΩL = 200 mHC = 10 µF

Litar RLC siri mempunyai R = 50 Ω, L = 200 mH dan C = 10 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.

R = 50 ΩL = 200 mHC = 10 µF
B = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
P = 1 kWQ = ?Sφ

Satu motor fasa tunggal mengambil 1 kW pada faktor kuasa 0.6 ketinggalan daripada bekalan 230 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.

P = 1 kWpf = 0.6V = 230 V
Q = kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
12 V50 HzRs​ = 4 ΩXs​ = j40 ΩZL​ = ?

Sumber 12 V (rms), 50 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 4 + j40 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Beban untuk kuasa maksimum dibina daripada perintang secara siri dengan kapasitor. Cari kemuatan C.

Vs = 12 V (rms)f = 50 HzZs = 4 + j40 Ω
C = µF
13.Kuasa tiga fasaSederhana
ABCVL​ = 480 VNZ = 12 + j16 Ωsetiap fasa

Satu beban bersambung Y yang seimbang dengan impedans 12 + j16 Ω setiap fasa disambung kepada bekalan tiga fasa seimbang dengan voltan antara talian 480 V. Cari jumlah kuasa nyata P yang diserap oleh beban dalam kW.

VL = 480 VZ = 12 + j16 Ω setiap fasa
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​

Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 120 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 50 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Y. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.

P = 120 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.92VL = 400 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.PengubahSederhana
16 Ω41

Satu perintang 16 Ω disambung merentasi lilitan sekunder pengubah unggul dengan nisbah belitan N₁:N₂ = 4:1. Cari rintangan R1′ yang dilihat dari lilitan primer.

N1:N2 = 4:1RL = 16 Ω
R1′ = Ω
16.PengubahSukar
75 kVA

Satu pengubah fasa tunggal 75 kVA mempunyai kehilangan teras 225 W dan kehilangan kuprum 562.5 W pada beban terkadar. Pada beban Sη,max berapakah, dalam kVA, kecekapannya paling tinggi?

S = 75 kVAPcore = 225 WPcu,fl = 562.5 W
Sη,max = kVA

3Larutan

1.Perintang bersiri & selari

Jawapan: Req = 18.06 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.

R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​10 ΩB

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 = 15 + 10 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 8·25/(8+25) = 6.061 Ω
Req = R1 + 6.061 = 12 + 6.061 = 18.06 Ω

Jawapan

Req = 18.06 Ω
2.Perintang bersiri & selari

Jawapan: Req = 9.867 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.

R1​ = 6 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​5 VR2​6 ΩAR4​20 ΩBR6​3 Ω

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 + 3 = 13 Ω
R4 ∥ 13 = 7.879 Ω
R3 + 7.879 = 10.88 Ω
R2 ∥ 10.88 = 3.867 Ω
Req = R1 + 3.867 = 6 + 3.867 = 9.867 Ω

Jawapan

Req = 9.867 Ω
3.Analisis nod

Jawapan: VA = 3.644 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.

R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

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/2 + (VA − 15)/10 + (VA − VB)/10 = 0
0.7·VA − 0.1·VB = 1.5

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/8 + (VB − VA)/10 = 2
−0.1·VA + 0.225·VB = 2

Selesaikan

Δ = (0.7)(0.225) − (−0.1)(−0.1) = 0.1475
VA = Δ1/Δ = 0.5375/0.1475 = 3.644 V
VB = Δ2/Δ = 1.55/0.1475 = 10.51 V

Jawapan

VA = 3.644 V
4.Analisis nod

Jawapan: VA = 15.3 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 + 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Selesaikan

(VA − 24)/20 + VA/6 + (VA + 8)/6 = 6
VA·(1/20 + 1/6 + 1/6) = 6 + 24/20 − 8/6 = 5.867
VA = 5.867/0.3833 = 15.3 V
VB = 23.3 V

Jawapan

VA = 15.3 V
5.Thévenin & Norton

Jawapan: IL = 0.1765 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.

R1​ = 15 ΩR3​ = 2 ΩPINTASR2​3 ΩAabRth​

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 = 15·3/(15+3) = 2.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.5 + 2 = 4.5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAab+−Vth​

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) = 9·3/(15+3) = 1.5 V
Rth​ = 4.5 Ω+−Vth​1.5 VRL​4 ΩIL​

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) = 1.5/(4.5 + 4) = 0.1765 A
6.Thévenin & Norton

Jawapan: Vth = −3.059 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.

R1​ = 30 ΩR3​ = 4 ΩPINTASR2​4 ΩABUKABabRth​

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 = 30·4/(30+4) = 3.529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.529 + 4 = 7.529 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAIs​0.5 ABab+−Vth​

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) = 0.7059 + (−0.5)·3.529 = −1.059 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −1.059 + (−0.5)·4 = −3.059 V
7.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.1545 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

τ = L/R = 22 mH / 10 Ω = 2.2 ms

Pereputan arus

i(t) = 1.5·e−5/2.2 = 0.1545 A

Jawapan

i = 0.1545 A
8.Fana RC & RL

Jawapan: i = 0.1368 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 kedua-dua perintang berada dalam gelung; selepas itu suis yang tertutup memintaskan R₂.

i(0) = 6/(33 + 33) = 0.09091 A
i(∞) = 6/33 = 0.1818 A
τ = L/R = 47/33 = 1.424 ms
i(t) = 0.1818 + (0.09091 − 0.1818)·e−t/τ

Arus pada masa yang diberi

i(1) = 0.1818 + (−0.09091)·e−1/1.424 = 0.1368 A

Jawapan

i = 0.1368 A
9.Impedans AU & fasor

Jawapan: φ = −74.74 °

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/(628.3·10·10⁻⁶) = 159.2 Ω

Impedans

Dalam sambungan bersiri impedans ditambah sebagai nombor kompleks: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(40² + (−146.6)²) = 151.9 Ω

Sudut fasa

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(−146.6/40) = −74.74°

Jawapan

φ = −74.74°
10.Impedans AU & fasor

Jawapan: B = 39.79 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|.

Frekuensi salunan

f0 = 1/(2π·√(0.2·10·10⁻⁶)) = 112.5 Hz

Faktor kualiti

Q membandingkan reaktans pada resonans dengan rintangan: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/50)·√(0.2/(10·10⁻⁶)) = 2.828

Lebar jalur

B = f0/Q = 112.5/2.828 = 39.79 Hz

Jawapan

B = 39.79 Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: Q = 1.333 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(0.6) = 53.13°, tan φ = 1.333

Kuasa reaktif

Q = P·tan φ = 1·1.333 = 1.333 kvar

Jawapan

Q = 1.333 kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasa

Jawapan: C = 79.58 µF

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 − j40 Ω

Kapasitans

XC = 40 Ω → C = 1/(2π·50·40) = 79.58 µF

Jawapan

C = 79.58 µF
13.Kuasa tiga fasa

Jawapan: P = 6.912 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.

Voltan fasa

Vph = 480/√3 = 277.1 V

Arus fasa

|Z| = √(12² + 16²) = 20 Ω
Iph = 277.1/20 = 13.86 A

Jumlah kuasa nyata

Hanya bahagian rintangan setiap impedans yang menyerap kuasa nyata.

P = 3·Iph²·R = 3·13.86²·12 = 6.912 kW

Jawapan

P = 6.912 kW

Semak: cos φ = R/|Z| = 0.6, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan kuasa yang sama.

14.Kuasa tiga fasa

Jawapan: Cph = 1774 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 0.65) = 120·1.169 = 140.3 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.92) = 120·0.426 = 51.12 kvar

Kuasa reaktif daripada kapasitor

QC = Q1 − Q2 = 89.18 kvar

Kapasitans setiap fasa

Dalam bank Y setiap kapasitor disambung antara talian dan titik bintang.

V = 400/√3 = 230.9 V, ω = 2π·50 = 314.2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 29725/(314.2·230.9²) = 1774 µF

Jawapan

Cph = 1774 µF
15.Pengubah

Jawapan: R1′ = 256 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 = 4²·16 = 256 Ω

Jawapan

R1′ = 256 Ω
16.Pengubah

Jawapan: Sη,max = 47.43 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.

Kehilangan kuprum sama dengan kehilangan teras

x²·562.5 = 225 → x = √(225/562.5) = 0.6325

Beban pada kecekapan maksimum

Sη,max = x·S = 0.6325·75 = 47.43 kVA

Jawapan

Sη,max = 47.43 kVA

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals