Tiga cabang disambungkan antara nod A dengan bumi, seperti yang ditunjukkan. Gunakan analisis nod untuk mencari arus I2 dalam cabang 2, yang mengalir ke atas masuk ke nod A mengikut arah anak panah.
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Berapa lama selepas suis ditutup arus mencapai 80% daripada nilai akhirnya? Cari t.
Vs = 5 VR = 50 ΩL = 100 mH
t = ms
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 = 40 ms.
Vs = 5 VR = 3.3 kΩC = 10 µFvC(0) = 8 Vt = 40 ms
vC = V
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC siri dengan L = 50 mH mesti bergema pada 1000 Hz. Cari kemuatan C yang diperlukan.
f0 = 1000 HzL = 50 mH
C = µF
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 50 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.
V = 24 V (rms)f = 50 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 4.7 µF
f0 = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Beban induktif mengambil 5 A dan 720 W daripada bekalan fasa tunggal 240 V (rms). Modelkan ia sebagai rintangan R secara siri dengan reaktans X. Cari R.
V = 240 VI = 5 AP = 720 W
R = Ω
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Satu beban fasa tunggal mengambil 45 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 240 V, 50 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.98. Cari kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh kapasitor.
P = 45 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.98V = 240 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 12 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 415 V. Faktor kuasanya 0.92 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 415 VIL = 12 Acos φ = 0.92
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 120 kW pada faktor kuasa 0.75 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.9 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 120 kWpf1 = 0.75pf2 = 0.9VL = 400 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu perintang 75 Ω disambung merentasi lilitan sekunder pengubah unggul dengan nisbah belitan N₁:N₂ = 10:1. Cari rintangan R1′ yang dilihat dari lilitan primer.
N1:N2 = 10:1RL = 75 Ω
R1′ = Ω
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 200 kVA mempunyai kehilangan teras 800 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.9 ketinggalan kecekapannya ialah 97%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 200 kVAPcore = 800 Wpf = 0.9η = 97%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 7.857 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 = 6 + 20 = 26 Ω
R2 ∥ 26 = 2·26/(2+26) = 1.857 Ω
Req = R1 + 1.857 = 6 + 1.857 = 7.857 Ω
Jawapan
Req = 7.857 Ω
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.701 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 + 10 = 22 Ω
R4 ∥ 22 = 4.714 Ω
R3 + 4.714 = 10.71 Ω
R2 ∥ 10.71 = 4.58 Ω
Req = R1 + 4.58 = 6 + 4.58 = 10.58 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 18/10.58 = 1.701 A
Jawapan
IR1 = 1.701 A
3.Analisis nod
Jawapan: I2 = 1.185 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
Ambil wayar bawah sebagai bumi. Setiap cabang membawa (VA − Vk)/Rk menjauhi A, dengan Vk ialah voltan sumbernya (sifar bagi perintang biasa). Arus yang meninggalkan A berjumlah sifar.
(VA − (−15))/8 + (VA − 10)/4 + (VA − 12)/5 = 0
Selesaikan untuk VA
VA = ((−15)/8 + 10/4 + 12/5) / (1/8 + 1/4 + 1/5) = 3.025/0.575 = 5.261 V
Arus cabang
Anak panah menghala ke atas melalui cabang, ke dalam nod A.
I2 = (10 − VA)/R2 = (10 − 5.261)/4 = 1.185 A
Jawapan
I2 = 1.185 A
Hasil negatif bermaksud arus sebenar mengalir bertentangan dengan anak panah.
4.Analisis nod
Jawapan: IR2 = −0.6266 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.
Sediakan nod
Bumi ialah wayar bawah. Voltan nod yang diketahui datang terus daripada sumber (V1 = 5 V, V2 = −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/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/8 + (VA − 5)/6 + (VA − VB)/2 = 0
0.7917·VA − 0.5·VB = 0.8333
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
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 = 8·4/(8+4) = 2.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.667 + 4 = 6.667 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: IL = 2.132 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 = 4·20/(4+20) = 3.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.333 + 30 = 33.33 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) = 30 + 2·3.333 = 36.67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 36.67 + 2·30 = 96.67 V
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) = 96.67/(33.33 + 12) = 2.132 A
7.Fana RC & RL
Jawapan: t = 3.219 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 / 50 Ω = 2 ms
i(∞) = Vs/R = 5/50 = 0.1 A
Selesaikan untuk masa
0.8 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.8)
t = −2·ln(0.2) = 3.219 ms
Jawapan
t = 3.219 ms
8.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 5.893 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 = 5 V
τ = R·C = 3.3 kΩ · 10 µF = 33 ms
vC(t) = 5 + (8 − 5)·e−t/τ
Voltan pada masa yang diberi
vC(40) = 5 + (3)·e−40/33 = 5.893 V
Jawapan
vC = 5.893 V
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: C = 0.5066 µF
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·1000 = 6283 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(6283²·0.05) = 0.5066 µF
Jawapan
C = 0.5066 µF
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: f0 = 189.6 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|.
Salunan
Pada salunan, reaktans induktif dan kapasitif saling membatalkan: ωL = 1/(ωC). Frekuensi bekalan tidak penting.
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.
Rintangan daripada kuasa nyata
R = P/I² = 720/5² = 28.8 Ω
Jawapan
R = 28.8 Ω
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: QC = 24.61 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 = 45·tan(36.87°) = 33.75 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 45·tan(11.48°) = 9.138 kvar
QC = Q1 − Q2 = 24.61 kvar
Jawapan
QC = 24.61 kvar
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 7.936 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 = √3·415·12 = 8.626 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 8.626·0.92 = 7.936 kW
Jawapan
P = 7.936 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 47.71 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 = 120·tan(acos 0.75) = 120·0.8819 = 105.8 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0.9) = 120·0.4843 = 58.12 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 47.71 kvar
Jawapan
QC = 47.71 kvar
15.Pengubah
Jawapan: R1′ = 7500 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 = 10²·75 = 7500 Ω
Jawapan
R1′ = 7500 Ω
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 4767 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.