Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingen: samenvattingspakket

Formuleoverzichten, de belangrijkste methodestappen voor elk onderwerp en 16 oefenopgaven, met volledige oplossingen achterin.

Nieuwe opgaven Terug naar het vak

Kies in het printvenster “Opslaan als pdf” om een kopie op je apparaat te bewaren.

1Formules en methoden

Complexe getallen

Rechthoekige vorm: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
Modulus en argument: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
Poolvorm en exponentiële vorm: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
Deling: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
Product en quotiënt: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
De Moivre: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n-de machtswortels: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
Kwadratische vergelijking met p² < 4q: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

Methode

Bepaal welke vorm bij de bewerking past: rechthoekig a + jb voor optellen en aftrekken, pool r∠θ voor vermenigvuldigen, delen, machten en wortels.
Werk uit met j² = −1; deel door teller en noemer te vermenigvuldigen met de geconjugeerde van de noemer.
Reken om met r = √(a² + b²) en θ uit een schets van het punt (controleer het kwadrant), en terug met a = r cos θ, b = r sin θ.
Gebruik voor machten De Moivre, (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ; noteer voor zⁿ = R∠φ alle n wortels R^1/n∠((φ + 360°k)/n).

Wisselstroomimpedantie en fasoren

Impedanties: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Hoekfrequentie: ω = 2πf
Modulus en hoek: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Wet van Ohm met fasoren: V = I·Z

Methode

Reken de frequentie om: ω = 2πf.
Bereken elke reactantie: X_L = ωL en X_C = 1/(ωC).
Tel impedanties op zoals weerstanden, met Z = R + jX.
Bereken de grootte |Z| = √(R² + X²) en de hoek φ = atan(X/R), en gebruik daarna de wet van Ohm met fasoren.

Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Werkelijk vermogen: P = V·I·cos φ
Blindvermogen: Q = V·I·sin φ
Schijnbaar vermogen: S = V·I = √(P² + Q²)
Arbeidsfactor: pf = cos φ = P/S
Compensatiecondensator: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Eigenfrequentie: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = 1/(2π√(LC))
Energie: W = ½CV₀² = ½Cv² + ½Li²
Piekstroom: I_max = V₀√(C/L)
Kwaliteitsfactor: Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
Serie-RLC: Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
Parallel-RLC: Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
Bandbreedte: BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, f₀ = √(f₁f₂)
Halfvermogensfrequenties: f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
Tank met spoelweerstand r: R_D = L/(C·r) = Q²·r
Afname van de amplitude: e^−Rt/(2L)

Methode

Zoek eerst de resonantiefrequentie: ω₀ = 1/√(LC) en f₀ = ω₀/(2π).
Bepaal of de schakeling serie of parallel is: serie Q = (1/R)√(L/C), parallel Q = R√(C/L).
Gebruik BW = f₀/Q voor de bandbreedte, of de snelle formules R/(2πL) (serie) en 1/(2πRC) (parallel).
Gebruik bij energievragen dat de totale energie ½CV₀² in een ideale LC-schakeling constant blijft en elke kwartperiode heen en weer gaat tussen C en L.

Draaistroomvermogen

Sterschakeling (Y): V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Driehoekschakeling (Δ): V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Totaal werkelijk vermogen: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Schijnbaar vermogen en blindvermogen: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Compensatiecondensatoren: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Spanning over elke condensator: Δ: V_L Y: V_L/√3
Opgenomen motorvermogen: P_in = P_out/η

RC- en RL-schakelverschijnselen

Tijdconstante: τ = RC | τ = L/R
Respons: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Condensator bij gelijkstroom: open klemmen; v_C kan niet verspringen
Spoel bij gelijkstroom: kortsluiting; i_L kan niet verspringen
Eindtoestand: t ≈ 5τ

Methode

Bepaal de beginwaarde vlak na het schakelen: een condensatorspanning en een spoelstroom kunnen niet verspringen.
Bepaal de eindwaarde lang na het schakelen: een condensator gedraagt zich als een open keten, een spoel als een kortsluiting.
Bepaal de tijdconstante: τ = RC of τ = L/R, met de weerstand die de condensator of spoel ziet.
Gebruik x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Thévenin en Norton

Thévenin-spanning: V_th = V_{open circuit}
Thévenin-weerstand: R_th: alle bronnen uit, gezien vanaf a–b
Norton-stroom: I_N = V_th/R_th
Belastingsstroom: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Maximale vermogensoverdracht: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Methode

Haal de belasting weg en markeer de twee klemmen a en b.
Bepaal de openklemspanning tussen a en b: dit is V_th.
Schakel alle onafhankelijke bronnen uit en bepaal de weerstand gezien vanaf a–b: dit is R_th.
Zet de belasting terug op het vervangingsschema: V_th in serie met R_th.
Reken voor het Norton-equivalent om: I_N = V_th/R_th, met R_N = R_th parallel.

2Oefenopgaven

1.Complexe getallenGemiddeld

Gegeven z₁ = 3∠150° en z₂ = 0,5∠45°, bepaal het reële deel van w = z₁/z₂.

z₁ = 3∠150°z₂ = 0,5∠45°

Re(w) =

2.Complexe getallenMoeilijk

Eén wortel van z³ + 7z² + 31z + 25 = 0 is z₁ = −3 + j4. De coëfficiënten zijn reëel. Bepaal de reële wortel r.

z₁ = −3 + j4

r =

3.Wisselstroomimpedantie en fasorenGemiddeld

Een serie-RLC-schakeling is aangesloten op een voeding van 230 V (rms), 200 Hz. Vind het werkelijk vermogen P dat uit de voeding wordt opgenomen.

V = 230 V (rms)f = 200 HzR = 100 ΩL = 200 mHC = 100 µF

P = W

4.Wisselstroomimpedantie en fasorenMoeilijk

Een serie-RLC-schakeling wordt gevoed door een bron van 5 V (rms) waarvan de frequentie is ingesteld op de resonantiefrequentie van de schakeling. Vind de effectieve spanning V_L over de spoel.

V = 5 V (rms)R = 20 ΩL = 10 mHC = 0,47 µF

V_L = V

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorGemiddeld

Een eenfasige motor neemt 28 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,9 uit een voeding van 400 V. Vind de lijnstroom I.

P = 28 kWpf = 0,9V = 400 V

I = A

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorMoeilijk

Een eenfasige belasting neemt 25 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,75 uit een voeding van 400 V, 60 Hz. Een parallel geschakelde condensator verhoogt de arbeidsfactor tot 0,95. Vind de benodigde capaciteit C.

P = 25 kWpf₁ = 0,75pf₂ = 0,95V = 400 Vf = 60 Hz

C = µF

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteGemiddeld

Een serie-RLC-schakeling resoneert bij 5 kHz met Q = 3. Bepaal de onderste halfvermogensfrequentie f₁ exact, in kHz.

f₀ = 5 kHzQ = 3

f₁ = kHz

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteMoeilijk

Een parallelle kring bestaat uit een condensator van 100 nF en een spoel van 10 mH met een wikkelweerstand van 20 Ω. Bij resonantie gedraagt hij zich als een weerstand, zijn dynamische weerstand R_D = L/(C·r). Bepaal R_D in kΩ.

L = 10 mHC = 100 nFr = 20 Ω

R_D = kΩ

9.DraaistroomvermogenGemiddeld

Een symmetrische, in driehoek geschakelde belasting met een impedantie van 4 + j3 Ω per fase is aangesloten op een symmetrisch draaistroomnet met een lijnspanning van 208 V. Vind het totale werkelijk vermogen P dat de belasting opneemt, in kW.

V_L = 208 VZ = 4 + j3 Ω per fase

P = kW

10.DraaistroomvermogenMoeilijk

Een symmetrische driefasige belasting neemt 100 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,7 uit een net van 690 V (lijnspanning), 60 Hz. Een driefasige condensatorbank parallel aan de belasting moet de totale arbeidsfactor verhogen tot 0,9 inductief. Het werkelijk vermogen blijft gelijk. De condensatoren zijn in ster geschakeld. Vind de capaciteit C_ph van elke condensator in µF.

P = 100 kWpf₁ = 0,7pf₂ = 0,9V_L = 690 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

11.RC- en RL-schakelverschijnselenGemiddeld

De spoel voert een constante stroom van 2 A. Op t = 0 sluit de schakelaar de kring via R en wordt de bron verwijderd, zodat de spoelstroom via R uitdooft. Hoe lang duurt het voordat de stroom gedaald is tot 0,5 A? Vind t.

i(0) = 2 AR = 100 ΩL = 33 mH

t = ms

12.RC- en RL-schakelverschijnselenMoeilijk

Vlak voordat de schakelaar op t = 0 sluit, staat er 30 V over de condensator met de aangegeven polariteit. Hoe lang duurt het voordat v_C 22,8 V bereikt? Vind t.

V_s = 12 VR = 10 kΩC = 33 µFv_C(0) = 30 V

t = ms

13.Thévenin en NortonGemiddeld

Vind de Norton-stroom I_N: de stroom die van a naar b loopt als de klemmen kortgesloten zijn.

V₁ = 15 VR₁ = 5 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 20 Ω

I_N = A

14.Thévenin en NortonMoeilijk

Een belasting R_L = 6 Ω is aangesloten over a–b. Gebruik een Thévenin-equivalent om het vermogen P_L in de belasting te vinden.

V₁ = 24 VI_s = 6 AR₁ = 30 ΩR₂ = 30 ΩR₃ = 6 ΩR_L = 6 Ω

P_L = W

15.Bodediagrammen en margesGemiddeld

Het getoonde RC-laagdoorlaatfilter heeft R = 10 kΩ, C = 47 nF. Er wordt een sinusvormige ingang van 170 Hz aangelegd. Bepaal de versterking |H| = |v_out/v_in| in dB.

R = 10 kΩC = 47 nFf = 170 Hz

|H| = dB

16.Bodediagrammen en margesMoeilijk

Een lus met eenheidsterugkoppeling heeft de open-lus-overdrachtsfunctie L(s) = K/(s(s + 1)(s + 9)). Bepaal de versterking K die een versterkingsmarge van 4 dB geeft.

L(s) = K/(s(s + 1)(s + 9))GM = 4 dB

K =

3Oplossingen

1.Complexe getallen

Antwoord: Re(w) = −1,553

Poolvorm: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ, met r = |z| en θ = arg z. Terug naar de rechthoekige vorm: a = r cos θ, b = r sin θ. Voor het argument is het kwadrant nodig: θ = atan(b/a) alleen als a > 0; voor a < 0 tel je 180° op of trek je 180° af. In poolvorm is vermenigvuldigen eenvoudig: vermenigvuldig de moduli en tel de argumenten op; bij delen deel je de moduli en trek je de argumenten af.

Modulus en argument van w

|w| = 3 / 0,5 = 6

θ = 150° − 45° = 105°

Rechthoekige vorm

Re(w) = 6·cos(105°) = −1,553

Im(w) = 6·sin(105°) = 5,796

Re(w) = −1,553

Antwoord

Re(w) = −1,553

2.Complexe getallen

Antwoord: r = −1

De Moivre en wortels: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. De vergelijking zⁿ = R∠φ heeft precies n wortels, allemaal met modulus R^1/n, bij de argumenten (φ + 360°·k)/n voor k = 0, 1, …, n − 1: ze liggen gelijkmatig verdeeld op een cirkel, 360°/n uit elkaar. Een kwadratische vergelijking z² + pz + q = 0 met p² < 4q heeft de complexe wortels z = −p/2 ± j√(q − p²/4); een polynoom met reële coëfficiënten heeft zijn complexe wortels altijd in geconjugeerde paren a ± jb.

Geconjugeerd paar

z₂ = −3 − j4

(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·(−3)·z + ((−3)² + 4²) = z² + 6z + 25

Splits de kwadratische factor af

z³ + 7z² + 31z + 25 = (z² + 6z + 25)(z + 1)

Reële wortel

r = −1

Antwoord

r = −1

Controleer met de som van de wortels: z₁ + z₂ + r = −6 + (−1) = −7 = −(7).

3.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: P = 76,41 W

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|.

Reactanties

X_L = 251,3 Ω, X_C = 7,958 Ω

Impedantie

|Z| = √(100² + (243,4)²) = 263,1 Ω

Werkelijk vermogen

Spoelen en condensatoren slaan alleen energie op en geven die terug; de weerstand neemt al het werkelijk vermogen op.

I = 230/263,1 = 0,8741 A

P = I²·R = 0,8741²·100 = 76,41 W

Antwoord

P = 76,41 W

4.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: V_L = 36,47 V

Resonantie

Bij resonantie heffen de reactanties elkaar op, dus de impedantie is gewoon R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,01·0,47·10⁻⁶) = 14586 rad/s

I = V/R = 5/20 = 0,25 A

Spanning over de spoel

X_L = ω₀L = 14586·0,01 = 145,9 Ω

V_L = I·X_L = 0,25·145,9 = 36,47 V

Antwoord

V_L = 36,47 V

Dit is Q = 7,293 keer de voedingsspanning.

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: I = 77,78 A

Wisselstroomvermogen: het schijnbaar vermogen S = V·I (VA) splitst zich in werkelijk vermogen P = S·cos φ (W), dat nuttig werk doet, en blindvermogen Q = S·sin φ (var), dat heen en weer gaat tussen bron en belasting. De arbeidsfactor is cos φ. Een condensator parallel levert blindvermogen ter plaatse, dus de lijnstroom daalt bij hetzelfde werkelijk vermogen.

Lijnstroom

Alleen het werkelijke deel van het vermogen doet werk, dus deel door de arbeidsfactor.

I = P/(V·cos φ) = 28000/(400·0,9) = 77,78 A

Antwoord

I = 77,78 A

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: C = 229,3 µF

Blindvermogen voor en na

Het werkelijk vermogen P verandert niet; alleen het blindvermogen uit het net verandert.

Q₁ = P·tan φ₁ = 25·tan(41,41°) = 22,05 kvar

Q₂ = P·tan φ₂ = 25·tan(18,19°) = 8,217 kvar

Q_C = Q₁ − Q₂ = 13,83 kvar

Capaciteit

Een condensator over de voeding levert Q = V²·ωC.

C = Q_C/(2πf·V²) = 13831/(2π·60·400²) = 229,3 µF

Antwoord

C = 229,3 µF

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: f₁ = 4,236 kHz

Q-factor en bandbreedte: in een resonantiekring is Q = 2π·(opgeslagen energie)/(verloren energie per periode). Voor serie-RLC is Q = ω₀L/R = (1/R)√(L/C); voor parallel-RLC is Q = R/(ω₀L) = R√(C/L). De bandbreedte tussen de halfvermogensfrequenties f₁ en f₂ (waar het vermogen de helft is en de stroom of spanning 1/√2 van de piekwaarde) is BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, dat is R/(2πL) in serie en 1/(2πRC) parallel. De resonantiefrequentie is het meetkundig gemiddelde f₀ = √(f₁f₂), en f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q)). Verliezen laten de trilling ook uitdoven: in serie-RLC neemt de amplitude af als e^−Rt/(2L).

Wortelterm

√(1 + 1/(4·3²)) = 1,014

Onderste halfvermogensfrequentie

f₁ = 5000·(1,014 − 0,1667) = 4236 Hz = 4,236 kHz

Antwoord

f₁ = 4,236 kHz

De bovenste is f₂ = 5,902 kHz; controle: f₂ − f₁ = 1,667 kHz = f₀/Q.

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: R_D = 5 kΩ

Dynamische weerstand

R_D = 0,01/(1 × 10⁻⁷·20) = 5000 Ω = 5 kΩ

Controle met Q

Q = (1/r)·√(L/C) = 15,81, Q²·r = 5000 Ω

Antwoord

R_D = 5 kΩ

9.Draaistroomvermogen

Antwoord: P = 20,77 kW

Fasespanning

V_ph = V_L = 208 V

Fasestroom

|Z| = √(4² + 3²) = 5 Ω

I_ph = 208/5 = 41,6 A

Totaal werkelijk vermogen

Alleen het resistieve deel van elke impedantie neemt werkelijk vermogen op.

P = 3·I_ph²·R = 3·41,6²·4 = 20,77 kW

Antwoord

P = 20,77 kW

Controle: cos φ = R/|Z| = 0,8, en √3·V_L·I_L·cos φ geeft hetzelfde vermogen.

10.Draaistroomvermogen

Antwoord: C_ph = 298,6 µF

Symmetrische draaistroomsystemen: in een Y-schakeling (ster) is de lijnspanning √3 keer de fasespanning, V_L = √3·V_ph, en is de lijnstroom gelijk aan de fasestroom. In een Δ-schakeling (driehoek) is de lijnspanning gelijk aan de fasespanning en is de lijnstroom √3 keer de fasestroom, I_L = √3·I_ph. Het totale vermogen is drie keer het vermogen van één fase: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Arbeidsfactorcompensatie: condensatoren leveren blindvermogen ter plaatse, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Elk van de drie condensatoren levert Q_C/3 = V²·ω·C, waarbij V de spanning over die condensator is: V_L in een driehoeksbank, V_L/√3 in een sterbank.

Blindvermogen voor en na

Het werkelijk vermogen verandert niet, dus elke arbeidsfactor legt het blindvermogen vast: Q = P·tan φ.

Q₁ = 100·tan(acos 0,7) = 100·1,02 = 102 kvar

Q₂ = 100·tan(acos 0,9) = 100·0,4843 = 48,43 kvar

Blindvermogen van de condensatoren

Q_C = Q₁ − Q₂ = 53,59 kvar

Capaciteit per fase

In een sterbank is elke condensator aangesloten tussen een lijn en het sterpunt.

V = 690/√3 = 398,4 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 17863/(377·398,4²) = 298,6 µF

Antwoord

C_ph = 298,6 µF

11.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: t = 0,4575 ms

Eerste-orde schakelverschijnselen: in een schakeling met één condensator of één spoel gaat elke spanning en stroom exponentieel van de beginwaarde naar de eindwaarde: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, met τ = RC of τ = L/R. Na ongeveer 5τ is de schakeling uitgeslingerd.

Tijdconstante

τ = L/R = 33 mH / 100 Ω = 0,33 ms

Los op naar de tijd

0,5 = 2·e^−t/τ → t = τ·ln(2/0,5)

t = 0,33·ln(4) = 0,4575 ms

Antwoord

t = 0,4575 ms

12.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: t = 168,6 ms

Beginwaarde, eindwaarde, tijdconstante

De condensatorspanning kan niet verspringen, dus begint ze bij de opgeslagen waarde en gaat ze naar de bronspanning.

v_C(0) = 30 V, v_C(∞) = V_s = 12 V

τ = R·C = 10 kΩ · 33 µF = 330 ms

v_C(t) = 12 + (30 − 12)·e^−t/τ

Los op naar de tijd

22,8 = 12 + (18)·e^−t/τ → e^−t/τ = (22,8 − 12)/(30 − 12) = 0,6

t = τ·ln((30 − 12)/(22,8 − 12)) = 330·ln(1,667) = 168,6 ms

Antwoord

t = 168,6 ms

13.Thévenin en Norton

Antwoord: I_N = 0,4737 A

Stelling van Thévenin: elk lineair tweepoolnetwerk gedraagt zich als één spanningsbron V_th in serie met een weerstand R_th. De stelling van Norton geeft hetzelfde netwerk als een stroombron I_N = V_th/R_th parallel aan R_th.

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vervang spanningsbronnen door kortsluitingen en stroombronnen door open circuits, en kijk dan vanaf a–b de schakeling in.

R₁ ∥ R₂ = 5·15/(5+15) = 3,75 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,75 + 20 = 23,75 Ω

Vind V_th, de openklemspanning

Met a–b open loopt er geen stroom door R₃, dus er valt geen spanning over en V_b = V_A. R₁ en R₂ vormen een spanningsdeler.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 15·15/(5+15) = 11,25 V

Norton-equivalent

Een Norton-bron is dezelfde schakeling, gezien als een stroombron parallel aan R_th. De stroom is de kortsluitstroom tussen a–b.

I_N = V_th/R_th = 11,25/23,75 = 0,4737 A

14.Thévenin en Norton

Antwoord: P_L = 156,7 W

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vervang spanningsbronnen door kortsluitingen en stroombronnen door open circuits, en kijk dan vanaf a–b de schakeling in.

R₁ ∥ R₂ = 30·30/(30+30) = 15 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 15 + 6 = 21 Ω

Vind V_th, de openklemspanning

Met a–b open is het enige pad voor Iₛ via R₃ naar knooppunt A. Vind V_A met superpositie van V₁ en Iₛ, en tel dan de spanningsval over R₃ erbij op.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 12 + 6·15 = 102 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 102 + 6·6 = 138 V

Sluit de belasting aan op het Thévenin-equivalent

De Thévenin-bron en R_th in serie gedragen zich bij a–b precies als de oorspronkelijke schakeling, dus de belasting ziet een eenvoudige serielus.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 138/(21 + 6) = 5,111 A

P_L = I_L²·R_L = 5,111²·6 = 156,7 W

15.Bodediagrammen en marges

Antwoord: |H| = −0,9761 dB

Frequentierespons: substitueer s = jω in de overdrachtsfunctie. De grootte in decibel is 20·log₁₀|H(jω)| en de fase is de som van de hoeken van de tellerfactoren min die van de noemerfactoren. Een eerste-orde RC- of RL-filter heeft zijn kantelfrequentie (−3 dB) bij ω_c = 1/(RC) of R/L, en f_c = ω_c/(2π); een laagdoorlaatfilter geeft |H| = 1/√(1 + (ω/ω_c)²) en φ = −atan(ω/ω_c). In het asymptotische (rechte-lijn-)Bodediagram buigt elke pool de grootte met 20 dB/decade omlaag bij zijn kantelfrequentie, buigt elk nulpunt haar met 20 dB/decade omhoog, en geeft een integrator 1/s −20 dB/decade bij alle frequenties. Versterkingsdoorsnijding ω_c: |L(jω)| = 1 (0 dB); fasemarge PM = 180° + ∠L(jω_c). Faseomslag ω₁₈₀: ∠L(jω) = −180°; versterkingsmarge GM = −20·log₁₀|L(jω₁₈₀)| dB. De gesloten lus is stabiel als beide marges positief zijn.

Kantelfrequentie

ω_c = 1/(RC) = 1/(10000·4,7 × 10⁻⁸) = 2128 rad/s

f_c = 338,6 Hz → f/f_c = 170/338,6 = 0,502

Versterking

|H| = 1/√(1 + 0,502²) = 0,8937

20·log₁₀(0,8937) = −0,9761 dB

Antwoord

|H| = −0,9761 dB

16.Bodediagrammen en marges

Antwoord: K = 56,79

Faseomslag

(ω/1)·(ω/9) = 1 → ω₁₈₀ = √(1·9) = 3 rad/s

Grootte bij de faseomslag

|L(jω₁₈₀)| = K/(ω·√(ω² + 1)·√(ω² + 81)) = K/(1·9·(1 + 9)) = K/90

Vereiste versterking

90/K = 10^4/20 = 1,585

K = 90/1,585 = 56,79

Antwoord

K = 56,79

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2

Netwerkanalyse 2: wisselstroomschakelingen: samenvattingspakket

1Formules en methoden

Complexe getallen

Methode

Wisselstroomimpedantie en fasoren

Methode

Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Methode

Draaistroomvermogen

RC- en RL-schakelverschijnselen

Methode

Thévenin en Norton

Methode

2Oefenopgaven

3Oplossingen

Modulus en argument van w

Rechthoekige vorm

Antwoord

Geconjugeerd paar

Splits de kwadratische factor af

Reële wortel

Antwoord

Reactanties

Impedantie

Werkelijk vermogen

Antwoord

Resonantie

Spanning over de spoel

Antwoord

Lijnstroom

Antwoord

Blindvermogen voor en na

Capaciteit

Antwoord

Wortelterm

Onderste halfvermogensfrequentie

Antwoord

Dynamische weerstand

Controle met Q

Antwoord

Fasespanning

Fasestroom

Totaal werkelijk vermogen

Antwoord

Blindvermogen voor en na

Blindvermogen van de condensatoren

Capaciteit per fase

Antwoord

Tijdconstante

Los op naar de tijd

Antwoord

Beginwaarde, eindwaarde, tijdconstante

Los op naar de tijd

Antwoord

Vind Rth met alle bronnen uitgeschakeld

Vind Vth, de openklemspanning

Norton-equivalent

Vind Rth met alle bronnen uitgeschakeld

Vind Vth, de openklemspanning

Sluit de belasting aan op het Thévenin-equivalent

Kantelfrequentie

Versterking

Antwoord

Faseomslag

Grootte bij de faseomslag

Vereiste versterking

Antwoord

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vind V_th, de openklemspanning

Vind R_th met alle bronnen uitgeschakeld

Vind V_th, de openklemspanning