Sumber voltan Vₛ antara A dan B mempunyai terminal + pada B, maka ia menjadikan VB − VA = Vₛ. Gunakan analisis nod dengan supernod untuk mencari arus Ix melalui sumber voltan, dari A ke B seperti yang ditunjukkan oleh anak panah.
Is = 2.5 AVs = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 2 Ω
Ix = A
4.Analisis nodSukar
Berlian itu ialah sumber arus dikawal voltan yang menolak arus 0.25·VA (dalam A, dengan VA dalam V) ke atas masuk ke nod B. Gunakan analisis nod untuk mencari voltan nod VA (diukur daripada bumi).
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
6.Thévenin & NortonSukar
Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.
V1 = 5 VIs = 1.5 AR1 = 10 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
7.Fana RC & RLSederhana
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 voltan vR merentasi R pada t = 5 ms.
i(0) = 1.5 AR = 20 ΩL = 100 mHt = 5 ms
vR = V
8.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 12 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 14.1 V? Cari t.
Vs = 15 VR = 6.8 kΩC = 100 µFvC(0) = 12 V
t = ms
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 1000 Hz. Cari arus rms I.
V = 24 V (rms)f = 1000 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 4.7 µF
I = A
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC siri mempunyai R = 5 Ω, L = 10 mH dan C = 2.2 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.
R = 5 ΩL = 10 mHC = 2.2 µF
B = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 33 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 400 V. Cari arus talian I.
P = 33 kWpf = 0.7V = 400 V
I = A
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Sumber 50 V (rms), 50 Hz mempunyai impedans dalaman Zs = 8 + j5 Ω. Impedans beban ZL boleh dipilih dengan bebas. Cari kuasa nyata maksimum Pmax yang boleh dibekalkan kepada beban.
Vs = 50 V (rms)f = 50 HzZs = 8 + j5 Ω
Pmax = W
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu motor aruhan tiga fasa menghasilkan 45 kW kuasa keluaran mekanikal pada beban penuh. Pada beban ini kecekapannya 92% dan faktor kuasanya 0.85 ketinggalan. Bekalan mempunyai voltan antara talian 415 V. Cari arus talian IL.
Pout = 45 kWη = 92%cos φ = 0.85VL = 415 V
IL = A
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 300 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 0.95 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 300 kWpf1 = 0.78pf2 = 0.95VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 500 kVA, 11000/400 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus IHV dalam lilitan voltan tinggi.
S = 500 kVAV1 = 11000 VV2 = 400 V
IHV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 50 kVA mempunyai kehilangan teras 300 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.9 ketinggalan kecekapannya ialah 99%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 50 kVAPcore = 300 Wpf = 0.9η = 99%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 14.43 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.
R3 + R4 = 12 + 6 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 10·18/(10+18) = 6.429 Ω
Req = R1 + 6.429 = 8 + 6.429 = 14.43 Ω
Jawapan
Req = 14.43 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 18.05 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 = 12 + 3 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 5.217 Ω
R3 + 5.217 = 30.22 Ω
R2 ∥ 30.22 = 15.05 Ω
Req = R1 + 15.05 = 3 + 15.05 = 18.05 Ω
Jawapan
Req = 18.05 Ω
3.Analisis nod
Jawapan: Ix = 3.9 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.
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 + Vs = VA + 12
VA/R1 + VB/R2 = Is
Selesaikan
VA/3 + (VA + 12)/2 = 2.5
VA = (2.5 − 12/2)/(1/3 + 1/2) = −4.2 V
VB = −4.2 + 12 = 7.8 V
Arus melalui sumber voltan
Segala yang melalui sumber dari A ke B meninggalkan nod B melalui R₂.
Ix = VB/R2 = 7.8/2 = 3.9 A
Jawapan
Ix = 3.9 A
Hasil negatif bermaksud arus sebenar mengalir bertentangan dengan anak panah.
4.Analisis nod
Jawapan: VA = 12.31 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.
HAK pada nod A
Arus yang meninggalkan A melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke A oleh sumber.
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0.4833·VA − 0.06667·VB = 4
HAK pada nod B
Sumber bersandar menolak g·VA ke dalam nod B. Perlakukannya seperti sumber bebas, kemudian pindahkan sebutan VA ke sebelah kiri.
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 = 15·2/(15+2) = 1.765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.765 + 8 = 9.765 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) = 18·2/(15+2) = 2.118 V
6.Thévenin & Norton
Jawapan: IN = −1.287 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 = 10·8/(10+8) = 4.444 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.444 + 6 = 10.44 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) = 2.222 + (−1.5)·4.444 = −4.444 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −4.444 + (−1.5)·6 = −13.44 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 = −13.44/10.44 = −1.287 A
7.Fana RC & RL
Jawapan: vR = 11.04 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 = 100 mH / 20 Ω = 5 ms
Pereputan arus
i(t) = 1.5·e−5/5 = 0.5518 A
vR = R·i = 20·0.5518 = 11.04 V
Jawapan
vR = 11.04 V
8.Fana RC & RL
Jawapan: t = 818.7 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((12 − 15)/(14.1 − 15)) = 680·ln(3.333) = 818.7 ms
Jawapan
t = 818.7 ms
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: I = 0.04001 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·1000 = 6283 rad/s
XL = ωL = 6283·0.1 = 628.3 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(6283·4.7·10⁻⁶) = 33.86 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| = 24/599.8 = 0.04001 A
Jawapan
I = 0.04001 A
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: B = 79.58 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·√(0.01·2.2·10⁻⁶)) = 1073 Hz
Faktor kualiti
Q membandingkan reaktans pada resonans dengan rintangan: Q = ω₀L/R.
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) = 33000/(400·0.7) = 117.9 A
Jawapan
I = 117.9 A
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: Pmax = 78.13 W
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* = 8 − j5 Ω
Kuasa maksimum
I = Vs/(2Rs) = 50/16 = 3.125 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 50²/(4·8) = 78.13 W
Jawapan
Pmax = 78.13 W
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: IL = 80.06 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 = 45/0.92 = 48.91 kW
Arus talian
IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 48913/(√3·415·0.85) = 80.06 A
Jawapan
IL = 80.06 A
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 142.1 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 = 300·tan(acos 0.78) = 300·0.8023 = 240.7 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0.95) = 300·0.3287 = 98.61 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 142.1 kvar
Jawapan
QC = 142.1 kvar
15.Pengubah
Jawapan: IHV = 45.45 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 = 500000/11000 = 45.45 A
Jawapan
IHV = 45.45 A
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 154.5 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.