Tiga cabang disambungkan antara nod A dengan bumi, seperti yang ditunjukkan. Gunakan analisis nod untuk mencari arus I1 dalam cabang 1, yang mengalir ke atas masuk ke nod A mengikut arah anak panah.
Berlian itu ialah sumber arus dikawal voltan yang menolak arus 0.2·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 rintangan Thévenin Rth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
6.Thévenin & NortonSukar
Cari voltan Thévenin Vth yang dilihat dari terminal a–b.
V1 = 15 VIs = 2.5 AR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 30 Ω
Vth = V
7.Fana RC & RLSederhana
Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari arus i pada t = 5 ms.
Vs = 12 VR = 33 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
8.Fana RC & RLSukar
Suis telah ditutup untuk masa yang lama, maka litar berada dalam keadaan mantap. Pada t = 0 suis dibuka. Cari voltan kapasitor vC pada t = 150 ms.
Vs = 20 VR1 = 10 kΩR2 = 10 kΩC = 10 µFt = 150 ms
vC = V
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 120 V (rms), 100 Hz. Cari arus rms I.
V = 120 V (rms)f = 100 HzR = 30 ΩL = 50 mHC = 10 µF
I = A
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 200 Hz. Cari frekuensi salunan f0 litar itu.
V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 100 mHC = 2.2 µF
f0 = Hz
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Satu motor fasa tunggal mengambil 18 kW pada faktor kuasa 0.65 ketinggalan daripada bekalan 400 V. Cari arus talian I.
P = 18 kWpf = 0.65V = 400 V
I = A
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Satu beban fasa tunggal mengambil 10 kW pada faktor kuasa 0.8 ketinggalan daripada bekalan 230 V, 50 Hz. Kapasitor yang disambung secara selari meningkatkan faktor kuasa kepada 0.92. Cari kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh kapasitor.
P = 10 kWpf1 = 0.8pf2 = 0.92V = 230 Vf = 50 Hz
QC = kvar
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban bersambung Δ yang seimbang dengan impedans 12 + j5 Ω setiap fasa disambung kepada bekalan tiga fasa seimbang dengan voltan antara talian 208 V. Cari jumlah kuasa nyata P yang diserap oleh beban dalam kW.
VL = 208 VZ = 12 + j5 Ω setiap fasa
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 80 kW pada faktor kuasa 0.72 ketinggalan daripada bekalan 480 V (antara talian), 60 Hz. Satu bank kapasitor tiga fasa secara selari dengan beban mesti menaikkan faktor kuasa keseluruhan kepada 0.92 ketinggalan. Kuasa nyata kekal sama. Cari jumlah kuasa reaktif QC yang mesti dibekalkan oleh bank kapasitor, dalam kvar.
P = 80 kWpf1 = 0.72pf2 = 0.92VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 10 kVA, 2400/240 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus IHV dalam lilitan voltan tinggi.
S = 10 kVAV1 = 2400 VV2 = 240 V
IHV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 75 kVA mempunyai kehilangan teras 450 W dan kehilangan kuprum 1125 W pada beban terkadar. Pada beban Sη,max berapakah, dalam kVA, kecekapannya paling tinggi?
S = 75 kVAPcore = 450 WPcu,fl = 1125 W
Sη,max = kVA
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 0.6774 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 = 15 + 20 = 35 Ω
R2 ∥ 35 = 15·35/(15+35) = 10.5 Ω
Req = R1 + 10.5 = 5 + 10.5 = 15.5 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 15/15.5 = 0.9677 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 15 − 0.9677·5 = 10.16 V
IR2 = VA/R2 = 10.16/15 = 0.6774 A
Jawapan
IR2 = 0.6774 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR2 = 3.264 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 = 3 + 30 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 7.674 Ω
R3 + 7.674 = 11.67 Ω
R2 ∥ 11.67 = 1.707 Ω
Req = R1 + 1.707 = 3 + 1.707 = 4.707 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 18/4.707 = 3.824 A
Arus melalui R₂
Tolak susutan merentasi R₁ untuk mendapatkan voltan pada nod A, iaitu voltan merentasi R₂.
VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 3.824·3 = 6.529 V
IR2 = VA/R2 = 6.529/2 = 3.264 A
Jawapan
IR2 = 3.264 A
3.Analisis nod
Jawapan: I1 = 1.219 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)/6 + (VA − 6)/20 + (VA − (−15))/20 = 0
Selesaikan untuk VA
VA = (15/6 + 6/20 + (−15)/20) / (1/6 + 1/20 + 1/20) = 2.05/0.2667 = 7.687 V
Arus cabang
Anak panah menghala ke atas melalui cabang, ke dalam nod A.
I1 = (15 − VA)/R1 = (15 − 7.687)/6 = 1.219 A
Jawapan
I1 = 1.219 A
Hasil negatif bermaksud arus sebenar mengalir bertentangan dengan anak panah.
4.Analisis nod
Jawapan: VA = 4.768 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
0.7917·VA − 0.125·VB = 3
HAK pada nod B
Sumber bersandar menolak g·VA ke dalam nod B. Perlakukannya seperti sumber bebas, kemudian pindahkan sebutan VA ke sebelah kiri.
(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.2·VA
−0.325·VA + 0.25·VB = 0
Selesaikan
Δ = (0.7917)(0.25) − (−0.125)(−0.325) = 0.1573
VA = Δ1/Δ = 0.75/0.1573 = 4.768 V
VB = Δ2/Δ = 0.975/0.1573 = 6.199 V
Jawapan
VA = 4.768 V
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 9.333 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 = 5·10/(5+10) = 3.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.333 + 6 = 9.333 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: Vth = 91 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 = 2·8/(2+8) = 1.6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.6 + 30 = 31.6 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) = 12 + 2.5·1.6 = 16 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16 + 2.5·30 = 91 V
7.Fana RC & RL
Jawapan: i = 0.2938 A
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.
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.
Voltan awal kapasitor
Dalam keadaan mantap kapasitor ialah litar terbuka, maka R₁ dan R₂ membentuk pembahagi voltan. Voltan kapasitor tidak boleh melompat apabila suis dibuka.
vC(0) = 20·10/(10 + 10) = 10 V
Pemalar masa selepas suis dibuka
τ = R2·C = 10·10 = 100 ms
Nyahcas
vC(t) = 10·e−150/100 = 2.231 V
Jawapan
vC = 2.231 V
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: I = 0.9145 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·100 = 628.3 rad/s
XL = ωL = 628.3·0.05 = 31.42 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(628.3·10·10⁻⁶) = 159.2 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| = 120/131.2 = 0.9145 A
Jawapan
I = 0.9145 A
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: f0 = 339.3 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.
Arus talian
Hanya bahagian nyata kuasa yang melakukan kerja, jadi bahagikan dengan faktor kuasa.
I = P/(V·cos φ) = 18000/(400·0.65) = 69.23 A
Jawapan
I = 69.23 A
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: QC = 3.24 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 = 10·tan(36.87°) = 7.5 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 10·tan(23.07°) = 4.26 kvar
QC = Q1 − Q2 = 3.24 kvar
Jawapan
QC = 3.24 kvar
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 9.216 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.
Voltan fasa
Vph = VL = 208 V
Arus fasa
|Z| = √(12² + 5²) = 13 Ω
Iph = 208/13 = 16 A
Jumlah kuasa nyata
Hanya bahagian rintangan setiap impedans yang menyerap kuasa nyata.
P = 3·Iph²·R = 3·16²·12 = 9.216 kW
Jawapan
P = 9.216 kW
Semak: cos φ = R/|Z| = 0.9231, dan √3·VL·IL·cos φ memberikan kuasa yang sama.
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 43.03 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 = 80·tan(acos 0.72) = 80·0.9639 = 77.11 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0.92) = 80·0.426 = 34.08 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 43.03 kvar
Jawapan
QC = 43.03 kvar
15.Pengubah
Jawapan: IHV = 4.167 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 = 10000/2400 = 4.167 A
Jawapan
IHV = 4.167 A
16.Pengubah
Jawapan: Sη,max = 47.43 kVA
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.