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

Het getal z = 3·e^−j2,5 heeft zijn hoek in radialen. Bepaal het reële deel a.

r = 3θ = −2,5 rad

a =

2.Complexe getallenMoeilijk

Los z² + 8z + 32 = 0 op. De wortels zijn a ± jb; bepaal het reële deel a.

p = 8q = 32

a =

3.Wisselstroomimpedantie en fasorenGemiddeld

Een serie-RLC-schakeling is aangesloten op een voeding van 24 V (rms), 50 Hz. Vind de fasehoek φ van de impedantie, in graden (positief als de stroom achterloopt op de spanning).

V = 24 V (rms)f = 50 HzR = 40 ΩL = 100 mHC = 4,7 µF

φ = °

4.Wisselstroomimpedantie en fasorenMoeilijk

Een serie-RLC-schakeling heeft R = 100 Ω, L = 5 mH en C = 0,047 µF. Vind de kwaliteitsfactor Q bij resonantie.

R = 100 ΩL = 5 mHC = 0,047 µF

Q =

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorGemiddeld

Een eenfasige motor neemt 2 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,6 uit een voeding van 230 V. Vind het blindvermogen Q dat hij opneemt.

P = 2 kWpf = 0,6V = 230 V

Q = kvar

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorMoeilijk

Een eenfasige belasting neemt 35 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,6 uit een voeding van 230 V, 50 Hz. Een parallel geschakelde condensator verhoogt de arbeidsfactor tot 0,98. Vind de benodigde capaciteit C.

P = 35 kWpf₁ = 0,6pf₂ = 0,98V = 230 Vf = 50 Hz

C = µF

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteGemiddeld

Een serie-RLC-schakeling heeft R = 5 Ω, L = 220 µH en C = 220 pF. Bepaal zijn bandbreedte BW in kHz.

R = 5 ΩL = 220 µHC = 220 pF

BW = kHz

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteMoeilijk

Een parallelle kring bestaat uit een condensator van 470 pF en een spoel van 470 µH met een wikkelweerstand van 1 Ω. Bij resonantie gedraagt hij zich als een weerstand, zijn dynamische weerstand R_D = L/(C·r). Bepaal R_D in kΩ.

L = 470 µHC = 470 pFr = 1 Ω

R_D = kΩ

9.DraaistroomvermogenGemiddeld

Een symmetrische, in ster geschakelde belasting met een impedantie van 18 + j24 Ω per fase is aangesloten op een symmetrisch draaistroomnet met een lijnspanning van 400 V. Vind het totale werkelijk vermogen P dat de belasting opneemt, in kW.

V_L = 400 VZ = 18 + j24 Ω per fase

P = kW

10.DraaistroomvermogenMoeilijk

Een symmetrische driefasige belasting neemt 50 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,78 uit een net van 400 V (lijnspanning), 50 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 = 50 kWpf₁ = 0,78pf₂ = 0,9V_L = 400 Vf = 50 Hz

C_ph = µF

11.RC- en RL-schakelverschijnselenGemiddeld

De bron Vₛ laadt de condensator op via R₁, en R₂ staat parallel aan C. De condensator is ongeladen als de schakelaar op t = 0 sluit. Vind de tijdconstante τ van de schakeling nadat de schakelaar sluit.

V_s = 30 VR₁ = 3,3 kΩR₂ = 4,7 kΩC = 33 µF

τ = ms

12.RC- en RL-schakelverschijnselenMoeilijk

De schakelaar is al lang gesloten, dus de schakeling is in de stationaire toestand. Op t = 0 gaat de schakelaar open. Vind de stroom i₂ door R₂ op t = 25 ms.

V_s = 10 VR₁ = 10 kΩR₂ = 6,8 kΩC = 10 µFt = 25 ms

i₂ = mA

13.Thévenin en NortonGemiddeld

Een belasting R_L = 2 Ω is aangesloten over a–b. Vervang de rest van de schakeling door het Thévenin-equivalent en vind de belastingsstroom I_L.

V₁ = 10 VR₁ = 12 ΩR₂ = 3 ΩR₃ = 8 ΩR_L = 2 Ω

I_L = A

14.Thévenin en NortonMoeilijk

Vind de Thévenin-spanning V_th gezien vanaf de klemmen a–b.

V₁ = 24 VI_s = 1 AR₁ = 15 ΩR₂ = 30 ΩR₃ = 3 Ω

V_th = V

15.Bodediagrammen en margesGemiddeld

In het getoonde serie-RLC-banddoorlaatfilter staat de uitgang over R = 5 Ω, met L = 5 mH en C = 0,1 µF. Bepaal de middenfrequentie (resonantiefrequentie) f₀ in Hz.

R = 5 ΩL = 5 mHC = 0,1 µF

f₀ = Hz

16.Bodediagrammen en margesMoeilijk

Een lus met eenheidsterugkoppeling heeft de open-lus-overdrachtsfunctie L(s) = 258/(s(s + 3)(s + 9)). Bepaal de faseomslagfrequentie ω₁₈₀, waar ∠L(jω) = −180°.

L(s) = 258/(s(s + 3)(s + 9))

ω₁₈₀ = rad/s

3Oplossingen

1.Complexe getallen

Antwoord: a = −2,403

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.

Formule van Euler

z = 3·(cos −2,5 + j sin −2,5)

Componenten (radialen)

a = 3·cos −2,5 = −2,403

b = 3·sin −2,5 = −1,795

a = −2,403

Antwoord

a = −2,403

2.Complexe getallen

Antwoord: a = −4

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.

Discriminant

p² − 4q = 64 − 128 = −64 < 0

Abc-formule

z = (−8 ± j√64)/2 = −4 + j4, −4 − j4

Antwoord

a = −4

Antwoord

a = −4

3.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: φ = −86,46 °

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

ω = 2πf = 2π·50 = 314,2 rad/s

X_L = ωL = 314,2·0,1 = 31,42 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(314,2·4,7·10⁻⁶) = 677,3 Ω

Impedantie

In serie tellen impedanties op als complexe getallen: Z = R + j(X_L − X_C).

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(40² + (−645,8)²) = 647,1 Ω

Fasehoek

φ = arctan((X_L − X_C)/R) = arctan(−645,8/40) = −86,46°

Antwoord

φ = −86,46°

4.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: Q = 3,262

Resonantiefrequentie

f₀ = 1/(2π·√(0,005·0,047·10⁻⁶)) = 10382 Hz

Kwaliteitsfactor

Q vergelijkt de reactantie bij resonantie met de weerstand: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/100)·√(0,005/(0,047·10⁻⁶)) = 3,262

Antwoord

Q = 3,262

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: Q = 2,667 kvar

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.

Hoek

φ = arccos(0,6) = 53,13°, tan φ = 1,333

Blindvermogen

Q = P·tan φ = 2·1,333 = 2,667 kvar

Antwoord

Q = 2,667 kvar

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: C = 2380 µF

Blindvermogen voor en na

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

Q₁ = P·tan φ₁ = 35·tan(53,13°) = 46,67 kvar

Q₂ = P·tan φ₂ = 35·tan(11,48°) = 7,107 kvar

Q_C = Q₁ − Q₂ = 39,56 kvar

Capaciteit

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

C = Q_C/(2πf·V²) = 39560/(2π·50·230²) = 2380 µF

Antwoord

C = 2380 µF

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: BW = 3,617 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).

Bandbreedte in rad/s

R/L = 5/0,00022 = 22727 rad/s

Bandbreedte in Hz

BW = 22727/(2π) = 3617 Hz = 3,617 kHz

Antwoord

BW = 3,617 kHz

Met f₀ = 723,4 kHz geeft dit Q = 200.

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: R_D = 1000 kΩ

Dynamische weerstand

R_D = 0,00047/(4,7 × 10⁻¹⁰·1) = 1000000 Ω = 1000 kΩ

Controle met Q

Q = (1/r)·√(L/C) = 1000, Q²·r = 1000000 Ω

Antwoord

R_D = 1000 kΩ

9.Draaistroomvermogen

Antwoord: P = 3,2 kW

Fasespanning

V_ph = 400/√3 = 230,9 V

Fasestroom

|Z| = √(18² + 24²) = 30 Ω

I_ph = 230,9/30 = 7,698 A

Totaal werkelijk vermogen

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

P = 3·I_ph²·R = 3·7,698²·18 = 3,2 kW

Antwoord

P = 3,2 kW

Controle: cos φ = R/|Z| = 0,6, en √3·V_L·I_L·cos φ geeft hetzelfde vermogen.

10.Draaistroomvermogen

Antwoord: C_ph = 316,3 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 = 50·tan(acos 0,78) = 50·0,8023 = 40,11 kvar

Q₂ = 50·tan(acos 0,9) = 50·0,4843 = 24,22 kvar

Blindvermogen van de condensatoren

Q_C = Q₁ − Q₂ = 15,9 kvar

Capaciteit per fase

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

V = 400/√3 = 230,9 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 5299/(314,2·230,9²) = 316,3 µF

Antwoord

C_ph = 316,3 µF

11.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: τ = 63,98 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.

Thévenin-equivalent gezien vanaf de condensator

Sluit de bron kort om R_th te vinden; laat de condensator open om de spanning te vinden waarop hij uitkomt.

R_th = R₁ ∥ R₂ = 3,3·4,7/(3,3 + 4,7) = 1,939 kΩ

v_C(∞) = 30·4,7/(3,3 + 4,7) = 17,63 V

Tijdconstante

τ = R_th·C = 1,939·33 = 63,98 ms

Antwoord

τ = 63,98 ms

12.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: i₂ = 0,4121 mA

Beginspanning van de condensator

In de stationaire toestand is de condensator een open circuit, dus R₁ en R₂ vormen een spanningsdeler. De condensatorspanning kan niet verspringen als de schakelaar opent.

v_C(0) = 10·6,8/(10 + 6,8) = 4,048 V

Tijdconstante nadat de schakelaar opent

τ = R₂·C = 6,8·10 = 68 ms

Ontlading

v_C(t) = 4,048·e^−25/68 = 2,802 V

i₂ = v_C/R₂ = 2,802/6,8 = 0,4121 mA

Antwoord

i₂ = 0,4121 mA

13.Thévenin en Norton

Antwoord: I_L = 0,1613 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 = 12·3/(12+3) = 2,4 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2,4 + 8 = 10,4 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) = 10·3/(12+3) = 2 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) = 2/(10,4 + 2) = 0,1613 A

14.Thévenin en Norton

Antwoord: V_th = 3 V

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 = 15·30/(15+30) = 10 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 10 + 3 = 13 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) = 16 + (−1)·10 = 6 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 6 + (−1)·3 = 3 V

15.Bodediagrammen en marges

Antwoord: f₀ = 7118 Hz

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.

Resonantiefrequentie

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,005·1 × 10⁻⁷) = 44721 rad/s

f₀ = ω₀/(2π) = 7118 Hz

Antwoord

f₀ = 7118 Hz

16.Bodediagrammen en marges

Antwoord: ω₁₈₀ = 5,196 rad/s

Faseomslag

(ω/3)·(ω/9) = 1 → ω₁₈₀ = √(3·9) = 5,196 rad/s

Antwoord

ω₁₈₀ = 5,196 rad/s

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

Formule van Euler

Componenten (radialen)

Antwoord

Discriminant

Abc-formule

Antwoord

Antwoord

Reactanties

Impedantie

Fasehoek

Antwoord

Resonantiefrequentie

Kwaliteitsfactor

Antwoord

Hoek

Blindvermogen

Antwoord

Blindvermogen voor en na

Capaciteit

Antwoord

Bandbreedte in rad/s

Bandbreedte in Hz

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

Thévenin-equivalent gezien vanaf de condensator

Tijdconstante

Antwoord

Beginspanning van de condensator

Tijdconstante nadat de schakelaar opent

Ontlading

Antwoord

Vind Rth met alle bronnen uitgeschakeld

Vind Vth, de openklemspanning

Sluit de belasting aan op het Thévenin-equivalent

Vind Rth met alle bronnen uitgeschakeld

Vind Vth, de openklemspanning

Resonantiefrequentie

Antwoord

Faseomslag

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