Induktor tidak membawa arus sebelum suis ditutup pada t = 0. Cari voltan vL merentasi induktor pada t = 5 ms.
Vs = 15 VR = 20 ΩL = 150 mHt = 5 ms
vL = V
8.Fana RC & RLSukar
Sejurus sebelum suis ditutup pada t = 0, kapasitor menyimpan 6 V dengan polariti seperti yang ditunjukkan. Cari voltan kapasitor vC pada t = 75 ms.
Vs = 9 VR = 6.8 kΩC = 22 µFvC(0) = 6 Vt = 75 ms
vC = V
9.Impedans AU & fasorSederhana
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 200 Hz. Cari faktor kuasa cos φ litar itu.
V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 25 ΩL = 150 mHC = 22 µF
cos φ =
10.Impedans AU & fasorSukar
Litar RLC bersiri disambungkan kepada bekalan 24 V (rms), 100 Hz. Cari arus rms I.
V = 24 V (rms)f = 100 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 4.7 µF
I = A
11.Kuasa AU & faktor kuasaSederhana
Beban induktif mengambil 2 A dan 336 W daripada bekalan fasa tunggal 240 V (rms). Modelkan ia sebagai rintangan R secara siri dengan reaktans X. Cari R.
V = 240 VI = 2 AP = 336 W
R = Ω
12.Kuasa AU & faktor kuasaSukar
Pengubah fasa tunggal 200 kVA membekalkan beban 54 kW pada faktor kuasa 0.85 ketinggalan. Berapa banyak kuasa nyata tambahan ΔP boleh ditambah sebagai beban perintang (faktor kuasa satu) sebelum pengubah mencapai kadaran kVA-nya?
Smax = 200 kVAP1 = 54 kWpf1 = 0.85
ΔP = kW
13.Kuasa tiga fasaSederhana
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil arus talian 50 A daripada bekalan dengan voltan antara talian 208 V. Faktor kuasanya 0.92 ketinggalan. Cari jumlah kuasa nyata P yang diambil oleh beban dalam kW.
VL = 208 VIL = 50 Acos φ = 0.92
P = kW
14.Kuasa tiga fasaSukar
Satu beban tiga fasa seimbang mengambil 80 kW pada faktor kuasa 0.7 ketinggalan daripada bekalan 400 V (antara talian), 50 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 = 0.7pf2 = 0.92VL = 400 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.PengubahSederhana
Satu pengubah fasa tunggal 250 kVA, 2400/240 V beroperasi pada beban terkadarnya. Anggap ia unggul. Cari arus ILV dalam lilitan voltan rendah.
S = 250 kVAV1 = 2400 VV2 = 240 V
ILV = A
16.PengubahSukar
Satu pengubah fasa tunggal 500 kVA mempunyai kehilangan teras 4000 W. Pada beban terkadar dan faktor kuasa 0.95 ketinggalan kecekapannya ialah 97.5%. Cari kehilangan kuprum beban penuh Pcu,fl dalam watt.
S = 500 kVAPcore = 4000 Wpf = 0.95η = 97.5%
Pcu,fl = W
3Larutan
1.Perintang bersiri & selari
Jawapan: IR1 = 1.821 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 = 4·35/(4+35) = 3.59 Ω
Req = R1 + 3.59 = 3 + 3.59 = 6.59 Ω
Arus daripada sumber
Sumber hanya melihat Req, jadi hukum Ohm memberikan arus yang dibekalkannya. Arus itu mengalir melalui R₁.
IR1 = V1/Req = 12/6.59 = 1.821 A
Jawapan
IR1 = 1.821 A
2.Perintang bersiri & selari
Jawapan: Req = 6.72 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 = 2 + 4 = 6 Ω
R4 ∥ 6 = 4.286 Ω
R3 + 4.286 = 12.29 Ω
R2 ∥ 12.29 = 1.72 Ω
Req = R1 + 1.72 = 5 + 1.72 = 6.72 Ω
Jawapan
Req = 6.72 Ω
3.Analisis nod
Jawapan: VB = 10.15 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 = 30 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/20 + (VA − 30)/20 + (VA − VB)/8 = 0
0.225·VA − 0.125·VB = 1.5
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/8 + (VB − VA)/8 = 1
−0.125·VA + 0.25·VB = 1
Selesaikan
Δ = (0.225)(0.25) − (−0.125)(−0.125) = 0.04063
VA = Δ1/Δ = 0.5/0.04063 = 12.31 V
VB = Δ2/Δ = 0.4125/0.04063 = 10.15 V
Jawapan
VB = 10.15 V
4.Analisis nod
Jawapan: VA = 12.96 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 = 24 V, V2 = 12 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/12 + (VA − 24)/10 + (VA − VB)/20 = 0
0.2333·VA − 0.05·VB = 2.4
KCL pada nod B
Arus yang meninggalkan B melalui perintang sama dengan arus yang ditolak masuk ke B oleh sumber.
VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/5 + (VB − VA)/20 + (VB − 12)/15 = 2.5
−0.05·VA + 0.3167·VB = 3.3
Selesaikan
Δ = (0.2333)(0.3167) − (−0.05)(−0.05) = 0.07139
VA = Δ1/Δ = 0.925/0.07139 = 12.96 V
VB = Δ2/Δ = 0.89/0.07139 = 12.47 V
Jawapan
VA = 12.96 V
5.Thévenin & Norton
Jawapan: Rth = 25 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 = 20·20/(20+20) = 10 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 10 + 15 = 25 Ω
6.Thévenin & Norton
Jawapan: IL = −3.678 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 = 15·12/(15+12) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 30 = 36.67 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) = 4.444 + (−4)·6.667 = −22.22 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −22.22 + (−4)·30 = −142.2 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) = −142.2/(36.67 + 2) = −3.678 A
7.Fana RC & RL
Jawapan: vL = 7.701 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 dan arus akhir
Lama selepas suis ditutup, induktor berkelakuan seperti litar pintas, jadi arus akhir ditentukan oleh R sahaja.
τ = L/R = 150 mH / 20 Ω = 7.5 ms
i(∞) = Vs/R = 15/20 = 0.75 A
Voltan induktor
Pada t = 0 seluruh voltan bekalan muncul merentasi induktor; kemudian ia susut kepada sifar.
vL(t) = Vs·e−t/τ = 15·e−5/7.5 = 7.701 V
Jawapan
vL = 7.701 V
8.Fana RC & RL
Jawapan: vC = 7.183 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 22 µF = 149.6 ms
vC(t) = 9 + (6 − 9)·e−t/τ
Voltan pada masa yang diberi
vC(75) = 9 + (−3)·e−75/149.6 = 7.183 V
Jawapan
vC = 7.183 V
9.Impedans AU & fasor
Jawapan: cos φ = 0.162
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
XL = 188.5 Ω, XC = 36.17 Ω
Impedans
|Z| = √(25² + (152.3)²) = 154.4 Ω
Faktor kuasa
cos φ = R/|Z| = 25/154.4 = 0.162
Litar itu induktif, maka faktor kuasanya ketinggalan.
Jawapan
cos φ = 0.162
10.Impedans AU & fasor
Jawapan: I = 0.08358 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 = 628.3·0.1 = 62.83 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(628.3·4.7·10⁻⁶) = 338.6 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| = 24/287.2 = 0.08358 A
Jawapan
I = 0.08358 A
11.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: R = 84 Ω
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 = 336/2² = 84 Ω
Jawapan
R = 84 Ω
12.Kuasa AU & faktor kuasa
Jawapan: ΔP = 143.2 kW
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 beban sedia ada
Q1 = 54·tan(arccos 0.85) = 33.47 kvar
Jumlah kuasa nyata terbesar
Pada kadaran penuh S = Smax, dan Q tidak berubah oleh beban perintang.
P = √(Smax² − Q1²) = √(200² − 33.47²) = 197.2 kW
Kuasa nyata tambahan
ΔP = 197.2 − 54 = 143.2 kW
Jawapan
ΔP = 143.2 kW
13.Kuasa tiga fasa
Jawapan: P = 16.57 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 = √3·208·50 = 18.01 kVA
Kuasa nyata
P = S·cos φ = 18.01·0.92 = 16.57 kW
Jawapan
P = 16.57 kW
14.Kuasa tiga fasa
Jawapan: QC = 47.54 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 0.7) = 80·1.02 = 81.62 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0.92) = 80·0.426 = 34.08 kvar
Kuasa reaktif daripada kapasitor
QC = Q1 − Q2 = 47.54 kvar
Jawapan
QC = 47.54 kvar
15.Pengubah
Jawapan: ILV = 1042 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 = 250000/240 = 1042 A
Jawapan
ILV = 1042 A
16.Pengubah
Jawapan: Pcu,fl = 8179 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.