Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSukar
Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.
V1 = 30 VIs = 1.5 AR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 Ω
IN = A
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari tenaga W yang tersimpan dalam induktor pada t = 1 ms, dalam mJ.
Vs = 5 VR = 47 ΩL = 10 mHt = 1 ms
W = mJ
8.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 8 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 1000 ms.
Vs = 15 VR = 10 kΩC = 68 µFvC(0) = 8 Vt = 1000 ms
vC = V
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC siri dengan C = 22 µF mesti bergema pada 50 Hz. Cari kearuhan L yang diperlukan.
f0 = 50 HzC = 22 µF
L = mH
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 100 V (rms), 200 Hz. Cari arus rms I.
V = 100 V (rms)f = 200 HzR = 20 ΩL = 20 mHC = 10 µF
I = A
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 8 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 400 V. Cari arus talian I.
P = 8 kWpf = 0.8V = 400 V
I = A
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Pengubah fasa tunggal 75 kVA membekalkan beban 41 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan. Berapa banyak kuasa nyata tambahan ΔP boleh ditambah sebagai beban perintang (faktor kuasa satu) sebelum pengubah mencapai kadaran kVA-nya?
Smax = 75 kVAP1 = 41 kWpf1 = 0.7
ΔP = kW
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 40 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 480 V. Faktor kuasanya 0.92 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 480 VIL = 40 Acos φ = 0.92
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 100 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 480 V (antara talian), 50 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 = 100 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.98VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 250 kVA, 7200/240 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus ILV dalam lilitan voltan rendah.
S = 250 kVAV1 = 7200 VV2 = 240 V
ILV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 150 kVA mempunyai kehilangan teras 600 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.8 ketinggalan kecekapannya ialah 98%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 150 kVAPcore = 600 Wpf = 0.8η = 98%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.8571 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 + 10 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω
Req = R1 + 7.5 = 10 + 7.5 = 17.5 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/17.5 = 1.714 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 1.714·10 = 12.86 V
IR2 = VA/R2 = 12.86/15 = 0.8571 A
Jawapan
IR2 = 0.8571 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.7304 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 = 12 + 20 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 15.48 Ω
R3 + 15.48 = 35.48 Ω
R2 ∥ 35.48 = 5.132 Ω
Req = R1 + 5.132 = 30 + 5.132 = 35.13 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/35.13 = 0.8539 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 0.8539·30 = 4.382 V
IR2 = VA/R2 = 4.382/6 = 0.7304 A
Jawapan
IR2 = 0.7304 A
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 13.93 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 = 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/15 + (VA − 15)/12 + (VA − VB)/15 = 0
0.2167·VA − 0.06667·VB = 1.25
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
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
VA diketahui, maka persamaan ini memberikan VB.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(16 − 12)/30 + 16/8 = (VB − 16)/2
2.133 = (VB − 16)/2 → VB = 20.27 V
HAK pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (20.27 − 16)/2 + 20.27/6 = 5.511 A
Jawapan
Is = 5.511 A
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 6.8 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 = 8·12/(8+12) = 4.8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.8 + 2 = 6.8 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: IN = 1.845 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 = 12·6/(12+6) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 25 = 29 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) = 10 + 1.5·4 = 16 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16 + 1.5·25 = 53.5 V
Setara Norton
Sumber Norton ialah litar yang sama dilihat sebagai sumber arus selari dengan R_th. Arusnya ialah arus litar pintas pada a–b.
IN = Vth/Rth = 53.5/29 = 1.845 A
7.Fana RC & RL
Jawapan: W = 0.05556 mJ
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 = 10 mH / 47 Ω = 0.2128 ms
i(∞) = Vs/R = 5/47 = 0.1064 A
Arus pada masa yang diberi
i(t) = 0.1064·(1 − e−1/0.2128) = 0.1054 A
Tenaga tersimpan
W = ½·L·i² = ½·10·0.1054² = 0.05556 mJ
Jawapan
W = 0.05556 mJ
8.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 13.39 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) = 8 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 68 µF = 680 ms
vC(t) = 15 + (8 − 15)·e−t/τ
Voltan pada masa yang diberi
vC(1000) = 15 + (−7)·e−1000/680 = 13.39 V
Jawapan
vC = 13.39 V
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: L = 460.6 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·50 = 314.2 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(314.2²·22·10⁻⁶) = 460.6 mH
Jawapan
L = 460.6 mH
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: I = 1.724 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·200 = 1257 rad/s
XL = ωL = 1257·0.02 = 25.13 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·10·10⁻⁶) = 79.58 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| = 100/58 = 1.724 A
Jawapan
I = 1.724 A
11.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: I = 25 A
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) = 8000/(400·0.8) = 25 A
Jawapan
I = 25 A
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: ΔP = 21.25 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 = 41·tan(arccos 0.7) = 41.83 kvar
Jumlah kuasa nyata terbesar
Pada kadaran penuh S = Smax, dan Q tidak berubah oleh beban perintang.
P = √(Smax² − Q1²) = √(75² − 41.83²) = 62.25 kW
Kuasa nyata tambahan
ΔP = 62.25 − 41 = 21.25 kW
Jawapan
ΔP = 21.25 kW
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 30.59 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 = √3·480·40 = 33.26 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 33.26·0.92 = 30.59 kW
Jawapan
P = 30.59 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: Cph = 251.9 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 = 100·tan(acos 0.8) = 100·0.75 = 75 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0.98) = 100·0.2031 = 20.31 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 54.69 kvar
Kapasitans setiap fasa
Dalam bank Δ setiap kapasitor disambung antara dua talian.
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 = 250000/240 = 1042 A
Jawapan
ILV = 1042 A
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 1849 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.