Cari rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 30 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
Sumber Vₛ mengecas kapasitor melalui R₁, dan R₂ disambung selari dengan C. Kapasitor tidak bercas apabila suis ditutup pada t = 0. Cari pemalar masa τ litar selepas suis ditutup.
Vs = 9 VR1 = 3.3 kΩR2 = 2.2 kΩC = 10 µF
τ = ms
8.Fana RC & RLSukar
Sebuah pemasa mula mengecas kapasitor tidak bercas melalui perintang daripada bekalan 5 V pada t = 0. Ia mesti mencetuskan apabila voltan kapasitor mencapai 4.5 V, tepat 100 ms selepas permulaan. Dengan C = 1 µF, cari rintangan R yang diperlukan.
Vs = 5 VVth = 4.5 VT = 100 msC = 1 µF
R = kΩ
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 230 V (rms), 200 Hz. Cari sudut fasa φ impedans, dalam darjah (positif apabila arus ketinggalan daripada voltan).
V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 10 ΩL = 250 mHC = 2.2 µF
φ = °
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 beban dengan impedans Z = 12 + j9 Ω disambung pada bekalan fasa tunggal 240 V (rms). Cari kuasa reaktif Q yang diserapnya.
V = 240 VZ = 12 + j9 Ω
Q = var
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Satu beban fasa tunggal mengambil 9 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 230 V, 50 Hz. Kapasitor 100 µF disambung selari dengan beban itu. Cari faktor kuasa baharu cos φ yang dilihat oleh bekalan.
P = 9 kWpf1 = 0.65V = 230 Vf = 50 HzC = 100 µF
cos φ =
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu motor aruhan tiga fasa menghasilkan 90 kW kuasa keluaran mekanikal pada beban penuh. Pada beban ini kecekapannya 90% dan faktor kuasanya 0.88 ketinggalan. Bekalan mempunyai voltan antara talian 690 V. Cari arus talian IL.
Pout = 90 kWη = 90%cos φ = 0.88VL = 690 V
IL = A
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 250 kW pada faktor kuasa 0.78 ketinggalan daripada bekalan 480 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.98 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Kapasitor disambung secara Δ. Cari kapasitans Cph setiap kapasitor dalam µF.
P = 250 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.98VL = 480 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 25 kVA, 6600/230 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus IHV dalam lilitan voltan tinggi.
S = 25 kVAV1 = 6600 VV2 = 230 V
IHV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 200 kVA mempunyai kehilangan teras 800 W dan kehilangan kuprum 3200 W pada beban terkadar. Ia membekalkan 25% daripada kVA terkadarnya pada faktor kuasa 0.9 ketinggalan. Cari jumlah kehilangan Ploss dalam watt pada beban ini.
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 = 15 + 10 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 10·25/(10+25) = 7.143 Ω
Req = R1 + 7.143 = 8 + 7.143 = 15.14 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 15/15.14 = 0.9906 A
Jawapan
IR1 = 0.9906 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 3.021 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 = 2 + 30 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 7.619 Ω
R3 + 7.619 = 27.62 Ω
R2 ∥ 27.62 = 4.929 Ω
Req = R1 + 4.929 = 5 + 4.929 = 9.929 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 30/9.929 = 3.021 A
Jawapan
IR1 = 3.021 A
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 8.036 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 = 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/12 + (VA − 18)/4 + (VA − VB)/6 = 0
0.5·VA − 0.1667·VB = 4.5
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/5 + (VB − VA)/6 = 1
−0.1667·VA + 0.3667·VB = 1
Selesaikan
Δ = (0.5)(0.3667) − (−0.1667)(−0.1667) = 0.1556
VA = Δ1/Δ = 1.817/0.1556 = 11.68 V
VB = Δ2/Δ = 1.25/0.1556 = 8.036 V
Jawapan
VB = 8.036 V
4.Analisis nod
Jawapan: Is = 9.68 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.
HAK pada nod A
VA diketahui, maka persamaan ini memberikan VB.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(11 − 24)/10 + 11/2 = (VB − 11)/30
4.2 = (VB − 11)/30 → VB = 137 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 = (137 − 11)/30 + 137/25 = 9.68 A
Jawapan
Is = 9.68 A
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 7.429 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 = 8·6/(8+6) = 3.429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.429 + 4 = 7.429 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 114 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 = 15·30/(15+30) = 10 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 10 + 8 = 18 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) = 24 + 5·10 = 74 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 74 + 5·8 = 114 V
7.Fana RC & RL
Jawapan: τ = 13.2 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.
Setara Thévenin yang dilihat kapasitor
Pintaskan sumber untuk mencari Rth; buka kapasitor untuk mencari voltan yang akan dicapainya.
Rth = R1 ∥ R2 = 3.3·2.2/(3.3 + 2.2) = 1.32 kΩ
vC(∞) = 9·2.2/(3.3 + 2.2) = 3.6 V
Pemalar masa
τ = Rth·C = 1.32·10 = 13.2 ms
Jawapan
τ = 13.2 ms
8.Fana RC & RL
Jawapan: R = 43.43 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.
Pemalar masa yang diperlukan
4.5 = 5·(1 − e−100/τ) → τ = 100/ln(5/(5 − 4.5))
τ = 100/2.303 = 43.43 ms
Rintangan
kΩ darab µF memberikan milisaat.
R = τ/C = 43.43/1 = 43.43 kΩ
Jawapan
R = 43.43 kΩ
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: φ = −78.13 °
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 = 1257·0.25 = 314.2 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(1257·2.2·10⁻⁶) = 361.7 Ω
Impedans
Dalam sambungan bersiri impedans ditambah sebagai nombor kompleks: Z = R + j(XL − XC).
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: Q = 2304 var
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| = 240/15 = 16 A
Kuasa reaktif
Q = I²·X = 16²·9 = 2304 var
Jawapan
Q = 2304 var
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: cos φ = 0.7126
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 = 9·tan(arccos 0.65) = 10.52 kvar
QC = V²·2πf·C = 230²·2π·50·100·10⁻⁶ = 1662 var = 1.662 kvar
Q2 = 10.52 − 1.662 = 8.86 kvar
Kuasa ketara baharu
S2 = √(9² + 8.86²) = 12.63 kVA
Faktor kuasa baharu
cos φ = P/S2 = 9/12.63 = 0.7126
Jawapan
cos φ = 0.7126
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: IL = 95.08 A
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 masukan elektrik
Pin = Pout/η = 90/0.9 = 100 kW
Arus talian
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 100000/(√3·690·0.88) = 95.08 A
Jawapan
IL = 95.08 A
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: Cph = 574.9 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 = 250·tan(acos 0.78) = 250·0.8023 = 200.6 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0.98) = 250·0.2031 = 50.76 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 149.8 kvar
Kapasitans setiap fasa
Dalam bank Δ setiap kapasitor disambung antara dua talian.
V = 480 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 49935/(377·480²) = 574.9 µF
Jawapan
Cph = 574.9 µF
15.Pengubah
Jawapan: IHV = 3.788 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 = 25000/6600 = 3.788 A
Jawapan
IHV = 3.788 A
16.Pengubah
Jawapan: Ploss = 1000 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.