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 VB (diukur daripada bumi).
Is = 3 AVs = 3 VR1 = 12 ΩR2 = 5 Ω
VB = V
4.Analisis nodSukar
Sumber voltan Vₛ antara A dan B mempunyai terminal + pada A, maka ia menjadikan VA − VB = Vₛ. Gunakan analisis nod dengan supernod untuk mencari voltan nod VB (diukur daripada bumi).
V1 = 6 VIs = 4 AVs = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 Ω
VB = V
5.Thévenin & NortonSederhana
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
6.Thévenin & NortonSukar
Cari arus Norton IN: arus yang mengalir dari a ke b jika terminal dilitar pintaskan.
V1 = 6 VIs = 1 AR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 Ω
IN = A
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 90% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 12 VR = 20 ΩL = 100 mH
t = ms
8.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 6 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Berapa lama masa yang diambil untuk vC mencapai 5.3 V? Cari t.
Vs = 5 VR = 1 kΩC = 10 µFvC(0) = 6 V
t = ms
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC siri dengan C = 10 µF mesti bergema pada 200 Hz. Cari kearuhan L yang diperlukan.
f0 = 200 HzC = 10 µF
L = mH
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC siri mempunyai R = 50 Ω, L = 100 mH dan C = 0.1 µF. Cari lebar jalurnya B (lebar jalur antara frekuensi separuh kuasa), dalam Hz.
R = 50 ΩL = 100 mHC = 0.1 µF
B = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 18 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 240 V. Cari kuasa reaktif Q yang diambilnya.
P = 18 kWpf = 0.75V = 240 V
Q = kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Satu beban fasa tunggal mengambil 40 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 400 V, 50 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.98. Cari kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh kapasitor.
P = 40 kWpf1 = 0.65pf2 = 0.98V = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 120 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 480 V. Faktor kuasanya 0.75 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 480 VIL = 120 Acos φ = 0.75
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 150 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 690 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. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 150 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.98VL = 690 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 250 kVA, 6600/230 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus ILV dalam lilitan voltan rendah.
S = 250 kVAV1 = 6600 VV2 = 230 V
ILV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 250 kVA mempunyai kehilangan teras 1500 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.9 ketinggalan kecekapannya ialah 99%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 250 kVAPcore = 1500 Wpf = 0.9η = 99%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 22.25 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 = 4 + 5 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 3·9/(3+9) = 2.25 Ω
Req = R1 + 2.25 = 20 + 2.25 = 22.25 Ω
Jawapan
Req = 22.25 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.582 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 = 30 + 30 = 60 Ω
R4 ∥ 60 = 20 Ω
R3 + 20 = 26 Ω
R2 ∥ 26 = 2.69 Ω
Req = R1 + 2.69 = 3 + 2.69 = 5.69 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 9/5.69 = 1.582 A
Jawapan
IR1 = 1.582 A
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 11.47 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 + Vs = VA + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is
Selesaikan
VA/12 + (VA + 3)/5 = 3
VA = (3 − 3/5)/(1/12 + 1/5) = 8.471 V
VB = 8.471 + 3 = 11.47 V
Jawapan
VB = 11.47 V
4.Analisis nod
Jawapan: VB = 6.667 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 − 6
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is
Selesaikan
(VA − 6)/12 + VA/6 + (VA − 6)/5 = 4
VA·(1/12 + 1/6 + 1/5) = 4 + 6/12 + 6/5 = 5.7
VA = 5.7/0.45 = 12.67 V
VB = 6.667 V
Jawapan
VB = 6.667 V
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 3 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 = 15·5/(15+5) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 20 = 23.75 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) = 12·5/(15+5) = 3 V
6.Thévenin & Norton
Jawapan: IN = 1.086 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 = 10·5/(10+5) = 3.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.333 + 20 = 23.33 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 + 1·3.333 = 5.333 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5.333 + 1·20 = 25.33 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 = 25.33/23.33 = 1.086 A
7.Fana RC & RL
Jawapan: t = 11.51 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 = 100 mH / 20 Ω = 5 ms
i(∞) = Vs/R = 12/20 = 0.6 A
Selesaikan untuk masa
0.9 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.9)
t = −5·ln(0.1) = 11.51 ms
Jawapan
t = 11.51 ms
8.Fana RC & RL
Jawapan: t = 12.04 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((6 − 5)/(5.3 − 5)) = 10·ln(3.333) = 12.04 ms
Jawapan
t = 12.04 ms
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: L = 63.33 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·200 = 1257 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(1257²·10·10⁻⁶) = 63.33 mH
Jawapan
L = 63.33 mH
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·√(0.1·0.1·10⁻⁶)) = 1592 Hz
Faktor kualiti
Q membandingkan reaktans pada resonans dengan rintangan: Q = ω₀L/R.
Q = (1/R)·√(L/C) = (1/50)·√(0.1/(0.1·10⁻⁶)) = 20
Lebar jalur
B = f0/Q = 1592/20 = 79.58 Hz
Jawapan
B = 79.58 Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: Q = 15.87 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(0.75) = 41.41°, tan φ = 0.8819
Kuasa reaktif
Q = P·tan φ = 18·0.8819 = 15.87 kvar
Jawapan
Q = 15.87 kvar
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: QC = 38.64 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.
Kuasa reaktif sebelum dan selepas
Kuasa nyata P tidak berubah; hanya kuasa reaktif yang diambil daripada bekalan berubah.
Q1 = P·tan φ1 = 40·tan(49.46°) = 46.77 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 40·tan(11.48°) = 8.122 kvar
QC = Q1 − Q2 = 38.64 kvar
Jawapan
QC = 38.64 kvar
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 74.82 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 = √3·480·120 = 99.77 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 99.77·0.75 = 74.82 kW
Jawapan
P = 74.82 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 101.8 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 = 150·tan(acos 0.75) = 150·0.8819 = 132.3 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0.98) = 150·0.2031 = 30.46 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 101.8 kvar
Jawapan
QC = 101.8 kvar
15.Pengubah
Jawapan: ILV = 1087 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.
ILV = S/V = 250000/230 = 1087 A
Jawapan
ILV = 1087 A
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 772.7 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.