Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingen: oefenopgaven en tentamenvragen

Sinusvormige stationaire toestand: impedantie, fasoren, resonantie en wisselstroomvermogen, samen met de schakelverschijnselen die gelijk- en wisselstroomgedrag met elkaar verbinden. Tentamens toetsen of je snel met complexe getallen kunt werken en de hoeken goed bijhoudt.

Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.

Samenvattingspakket (pdf)Formuleoverzichten, methodestappen en oefenopgaven met volledige oplossingen, klaar om af te drukken.

Onderwerpen in dit vak

  1. Complexe getallenrekenen in rechthoekige vorm · poolvorm en exponentiële vorm · De Moivre, wortels en vergelijkingenrekenopgaven
  2. Wisselstroomimpedantie en fasorenserie-RL · serie-RLC · condensatorspanning en resonantierekenopgaven
  3. Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorP en Q van een belasting · lijnstroom · arbeidsfactorcorrectierekenopgaven
  4. LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteeigenfrequentie, Q en energie · serie- en parallel-RLC · ontwerp, verliezen en uitdovingrekenopgaven
  5. Draaistroomvermogenspanningen en stromen bij symmetrische ster- en driehoeksschakeling · driefasenvermogen · arbeidsfactorcorrectierekenopgaven
  6. RC- en RL-schakelverschijnselenRC opladen · RL-schakeling · condensator met beginladingrekenopgaven
  7. Thévenin en Nortondelernetwerk · met serieweerstand en belasting · met stroombron en belastingrekenopgaven
  8. Bodediagrammen en margesfilters en asymptoten · grootte en fase · stabiliteitsmargesrekenopgaven

Tentamentips voor Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingen

  • Reken de frequentie om naar ω = 2πf voordat je een reactantie berekent.
  • Houd alle hoeken in dezelfde eenheid, en controleer of je rekenmachine op graden of radialen staat.
  • Werkelijk vermogen wordt alleen in weerstanden opgenomen; blindvermogen hoort bij spoelen en condensatoren. De arbeidsfactor is P/S.

Uitgewerkte voorbeelden

Complexe getallenMakkelijk
ReIm55−5−5z₁z₂

Bepaal voor z₁ = −7 + j en z₂ = 4 + j2 het reële deel van het product z₁·z₂.

z₁ = −7 + jz₂ = 4 + j2

Gevraagd: Re(z₁z₂)

Hints tonen
  1. Werk de haakjes uit zoals (a + b)(c + d), wat vier termen geeft.
  2. Vervang j² door −1 zodat één van de vier termen reëel wordt.
  3. (−7 + j)(4 + j2) = (−28) + j(−14) + j4 + j²·2
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Complexe getallen: z = a + jb heeft reëel deel a en imaginair deel b, met j² = −1 (wiskundigen schrijven i). Tel op en trek af deel voor deel; werk haakjes uit en vervang j² door −1; deel door teller en noemer te vermenigvuldigen met de geconjugeerde van de noemer, z̄ = a − jb, omdat z·z̄ = a² + b² reëel is. In het Argand-diagram is z het punt (a, b): zijn afstand tot de oorsprong is de modulus |z| = √(a² + b²), en de hoek met de positieve reële as is het argument θ.

Werk uit

(−7 + j)(4 + j2) = (−7)·4 + j·(−7)·2 + j·1·4 + j²·1·2

Gebruik j² = −1

Re = (−28) − 2 = −30
Im = (−14) + 4 = −10
z₁z₂ = −30 − j10
Re(z₁z₂) = −30

Antwoord

Re(z₁z₂) = −30
Wisselstroomimpedantie en fasorenGemiddeld
Vf0​ = 1000 HzRL = 200 mHC = ?

Een serie-RLC-schakeling met L = 200 mH moet resoneren bij 1000 Hz. Vind de benodigde capaciteit C.

f0 = 1000 HzL = 200 mH

Gevraagd: C (µF)

Hints tonen
  1. Bij resonantie is XL = XC, wat f₀ = 1/(2π√(LC)) geeft.
  2. Herschrijf: C = 1/((2πf₀)²·L).
  3. (2πf₀)² = 3,948 × 10⁷ s⁻².
Toon het antwoord en de stapsgewijze oplossing

Wisselstroom met fasoren: weerstanden, spoelen en condensatoren hebben impedanties R, jωL en 1/(jωC), met ω = 2πf. In serie tellen impedanties op zoals weerstanden, maar dan als complexe getallen. Effectieve stroom en spanning volgen de wet van Ohm met |Z|.

Resonantievoorwaarde

Bij resonantie heffen de inductieve en capacitieve reactantie elkaar op: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·1000 = 6283 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(6283²·0,2) = 0,1267 µF

Antwoord

C = 0,1267 µF

Zo werkt het oefenen

  • “Dit vak oefenen” mengt opgaven uit al zijn onderwerpen, net als een echt tentamen.
  • Elke opgave heeft nieuwe waarden, zodat je de methode leert in plaats van een antwoord.
  • Kom je vast te zitten? Open eerst een kleine hint en de volledige uitleg pas als je die nodig hebt.
  • Proeftentamens zijn getimed en hebben geen hints, en aan het eind krijg je je score en een volledige bespreking.

Calculators voor dit vak

Gerelateerde vakken

Oefen dit vak gratisDit vak oefenenMaak een proeftentamenElke dag 5 gratis opgaven. Geen creditcard nodig.