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 = 4∠125° en z₂ = 4∠−50°, bepaal het argument θ van w = z₁·z₂ in graden, tussen −180° en 180°.

z₁ = 4∠125°z₂ = 4∠−50°

θ = °

2.Complexe getallenMoeilijk

De wortels van zⁿ = w met n = 6 en w = 729∠60° zijn z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0, 1, …, 5. Bepaal het argument van z₂ in graden, tussen −180° en 180°.

w = 729∠60°n = 6k = 2

θ₂ = °

3.Wisselstroomimpedantie en fasorenGemiddeld

Een weerstand en een spoel zijn parallel aangesloten op een voeding van 120 V (rms), 500 Hz. Vind de effectieve stroom I.

V = 120 V (rms)f = 500 HzR = 25 ΩL = 20 mH

I = A

4.Wisselstroomimpedantie en fasorenMoeilijk

Een serie-RLC-schakeling is aangesloten op een voeding van 24 V (rms), 200 Hz. Vind de effectieve stroom I.

V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 50 ΩL = 150 mHC = 100 µF

I = A

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorGemiddeld

Een eenfasige motor neemt 7 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,75 uit een voeding van 400 V. Vind de lijnstroom I.

P = 7 kWpf = 0,75V = 400 V

I = A

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactorMoeilijk

Een eenfasige belasting neemt 18 kW op met een inductieve arbeidsfactor van 0,75 uit een voeding van 400 V, 50 Hz. Parallel aan de belasting wordt een condensator van 100 µF aangesloten. Vind de nieuwe arbeidsfactor cos φ die de voeding ziet.

P = 18 kWpf₁ = 0,75V = 400 Vf = 50 HzC = 100 µF

cos φ =

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteGemiddeld

Een serie-RLC-schakeling resoneert bij 200 kHz met Q = 5. Bepaal de onderste halfvermogensfrequentie f₁ exact, in kHz.

f₀ = 200 kHzQ = 5

f₁ = kHz

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedteMoeilijk

Een parallelle kring bestaat uit een condensator van 1 nF en een spoel van 1 mH met een wikkelweerstand van 5 Ω. Bij resonantie gedraagt hij zich als een weerstand, zijn dynamische weerstand R_D = L/(C·r). Bepaal R_D in kΩ.

L = 1 mHC = 1 nFr = 5 Ω

R_D = kΩ

9.DraaistroomvermogenGemiddeld

Een driefasige inductiemotor levert bij vollast 30 kW mechanisch vermogen. Bij deze belasting is het rendement 90% en de arbeidsfactor 0,82 inductief. Het net heeft een lijnspanning van 400 V. Vind de lijnstroom I_L.

P_out = 30 kWη = 90%cos φ = 0,82V_L = 400 V

I_L = A

10.DraaistroomvermogenMoeilijk

Een symmetrische driefasige belasting neemt 250 kW op bij een inductieve arbeidsfactor van 0,8 uit een net van 480 V (lijnspanning), 60 Hz. Een driefasige condensatorbank parallel aan de belasting moet de totale arbeidsfactor verhogen tot 0,98 inductief. Het werkelijk vermogen blijft gelijk. De condensatoren zijn in ster geschakeld. Vind de capaciteit C_ph van elke condensator in µF.

P = 250 kWpf₁ = 0,8pf₂ = 0,98V_L = 480 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

11.RC- en RL-schakelverschijnselenGemiddeld

De spoel voert een constante stroom van 3 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 0,75 A? Vind t.

i(0) = 3 AR = 68 ΩL = 68 mH

t = ms

12.RC- en RL-schakelverschijnselenMoeilijk

De schakelaar over R₂ is al lang gesloten, dus de spoelstroom is constant. Op t = 0 gaat de schakelaar open. Hoe lang na t = 0 bereikt de spoelstroom 0,958 A? Vind t.

V_s = 10 VR₁ = 5 ΩR₂ = 33 ΩL = 68 mH

t = ms

13.Thévenin en NortonGemiddeld

Een belasting R_L = 8 Ω is aangesloten over a–b. Vervang de rest van de schakeling door het Thévenin-equivalent en vind de belastingsstroom I_L.

V₁ = 12 VR₁ = 6 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 4 ΩR_L = 8 Ω

I_L = A

14.Thévenin en NortonMoeilijk

Een belasting R_L = 4 Ω is aangesloten over a–b. Gebruik een Thévenin-equivalent om het vermogen P_L in de belasting te vinden.

V₁ = 5 VI_s = 3 AR₁ = 15 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 10 ΩR_L = 4 Ω

P_L = W

15.Bodediagrammen en margesGemiddeld

Het getoonde RL-hoogdoorlaatfilter heeft R = 47 Ω, L = 100 mH. Er wordt een sinusvormige ingang van 150 Hz aangelegd. Bepaal de versterking |H| = |v_out/v_in| in dB.

R = 47 ΩL = 100 mHf = 150 Hz

|H| = dB

16.Bodediagrammen en margesMoeilijk

Een lus met eenheidsterugkoppeling heeft de open-lus-overdrachtsfunctie L(s) = K/(s(s + 1)(s + 2)). Bepaal de versterking K die een versterkingsmarge van 8 dB geeft.

L(s) = K/(s(s + 1)(s + 2))GM = 8 dB

K =

3Oplossingen

1.Complexe getallen

Antwoord: θ = 75 °

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| = 4 · 4 = 16

θ = 125° + (−50)° = 75°

Argument

θ = 75°

Antwoord

θ = 75°

2.Complexe getallen

Antwoord: θ₂ = 130 °

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.

Modulus van de wortels

729^1/6 = 3

Argument van de wortel

θ₂ = (60° + 360°·2)/6 = 130°

Argument

θ₂ = 130°

Antwoord

θ₂ = 130°

De 6 wortels liggen op de cirkel met straal 3, 60° uit elkaar.

3.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: I = 5,166 A

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|.

Reactantie

X_L = ωL = 2π·500·0,02 = 62,83 Ω

Takstromen

Beide takken zijn rechtstreeks op de voeding aangesloten, dus elke tak krijgt de volle spanning V.

I_R = V/R = 120/25 = 4,8 A

I_X = V/X_L = 120/62,83 = 1,91 A

Totale stroom

De stroom door de weerstand is in fase met V en de reactieve stroom is 90° uit fase, dus ze tellen op als de zijden van een rechthoekige driehoek.

I = √(I_R² + I_X²) = √(4,8² + 1,91²) = 5,166 A

Antwoord

I = 5,166 A

4.Wisselstroomimpedantie en fasoren

Antwoord: I = 0,1281 A

Reactanties

ω = 2πf = 2π·200 = 1257 rad/s

X_L = ωL = 1257·0,15 = 188,5 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(1257·100·10⁻⁶) = 7,958 Ω

Impedantie

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

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(50² + (180,5)²) = 187,3 Ω

Stroom

Door elk element van een serieschakeling loopt dezelfde stroom.

I = V/|Z| = 24/187,3 = 0,1281 A

Antwoord

I = 0,1281 A

5.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: I = 23,33 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) = 7000/(400·0,75) = 23,33 A

Antwoord

I = 23,33 A

6.Wisselstroomvermogen en arbeidsfactor

Antwoord: cos φ = 0,8565

Blindvermogen voor en na

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

Q₁ = 18·tan(arccos 0,75) = 15,87 kvar

Q_C = V²·2πf·C = 400²·2π·50·100·10⁻⁶ = 5027 var = 5,027 kvar

Q₂ = 15,87 − 5,027 = 10,85 kvar

Nieuw schijnbaar vermogen

S₂ = √(18² + 10,85²) = 21,02 kVA

Nieuwe arbeidsfactor

cos φ = P/S₂ = 18/21,02 = 0,8565

Antwoord

cos φ = 0,8565

7.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: f₁ = 181 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/(4·5²)) = 1,005

Onderste halfvermogensfrequentie

f₁ = 200000·(1,005 − 0,1) = 180998 Hz = 181 kHz

Antwoord

f₁ = 181 kHz

De bovenste is f₂ = 221 kHz; controle: f₂ − f₁ = 40 kHz = f₀/Q.

8.LC-resonantie, Q-factor en bandbreedte

Antwoord: R_D = 200 kΩ

Dynamische weerstand

R_D = 0,001/(1 × 10⁻⁹·5) = 200000 Ω = 200 kΩ

Controle met Q

Q = (1/r)·√(L/C) = 200, Q²·r = 200000 Ω

Antwoord

R_D = 200 kΩ

9.Draaistroomvermogen

Antwoord: I_L = 58,67 A

Opgenomen elektrisch vermogen

P_in = P_out/η = 30/0,9 = 33,33 kW

Lijnstroom

I_L = P_in/(√3·V_L·cos φ) = 33333/(√3·400·0,82) = 58,67 A

Antwoord

I_L = 58,67 A

10.Draaistroomvermogen

Antwoord: C_ph = 1574 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 = 250·tan(acos 0,8) = 250·0,75 = 187,5 kvar

Q₂ = 250·tan(acos 0,98) = 250·0,2031 = 50,76 kvar

Blindvermogen van de condensatoren

Q_C = Q₁ − Q₂ = 136,7 kvar

Capaciteit per fase

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

V = 480/√3 = 277,1 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 45578/(377·277,1²) = 1574 µF

Antwoord

C_ph = 1574 µF

11.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: t = 1,386 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 = 68 mH / 68 Ω = 1 ms

Los op naar de tijd

0,75 = 3·e^−t/τ → t = τ·ln(3/0,75)

t = 1·ln(4) = 1,386 ms

Antwoord

t = 1,386 ms

12.RC- en RL-schakelverschijnselen

Antwoord: t = 1,639 ms

Beginwaarde, eindwaarde, tijdconstante

Vóór t = 0 overbrugt de gesloten schakelaar R₂; daarna zitten R₁ en R₂ allebei in de kring.

i(0) = 10/5 = 2 A

i(∞) = 10/(5 + 33) = 0,2632 A

τ = L/R = 68/38 = 1,789 ms

i(t) = 0,2632 + (2 − 0,2632)·e^−t/τ

Los op naar de tijd

e^−t/τ = (0,958 − 0,2632)/(2 − 0,2632) = 0,4001

t = 1,789·ln(2,5) = 1,639 ms

Antwoord

t = 1,639 ms

13.Thévenin en Norton

Antwoord: I_L = 0,4762 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 = 6·10/(6+10) = 3,75 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 3,75 + 4 = 7,75 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) = 12·10/(6+10) = 7,5 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) = 7,5/(7,75 + 8) = 0,4762 A

14.Thévenin en Norton

Antwoord: P_L = 25,54 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 = 15·12/(15+12) = 6,667 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 6,667 + 10 = 16,67 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) = 2,222 + 3·6,667 = 22,22 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 22,22 + 3·10 = 52,22 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) = 52,22/(16,67 + 4) = 2,527 A

P_L = I_L²·R_L = 2,527²·4 = 25,54 W

15.Bodediagrammen en marges

Antwoord: |H| = −0,9645 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 = R/L = 47/0,1 = 470 rad/s

f_c = 74,8 Hz → f/f_c = 150/74,8 = 2,005

Versterking

|H| = 2,005/√(1 + 2,005²) = 0,8949

20·log₁₀(0,8949) = −0,9645 dB

Antwoord

|H| = −0,9645 dB

16.Bodediagrammen en marges

Antwoord: K = 2,389

Faseomslag

(ω/1)·(ω/2) = 1 → ω₁₈₀ = √(1·2) = 1,414 rad/s

Grootte bij de faseomslag

|L(jω₁₈₀)| = K/(ω·√(ω² + 1)·√(ω² + 4)) = K/(1·2·(1 + 2)) = K/6

Vereiste versterking

6/K = 10^8/20 = 2,512

K = 6/2,512 = 2,389

Antwoord

K = 2,389

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

Argument

Antwoord

Modulus van de wortels

Argument van de wortel

Argument

Antwoord

Reactantie

Takstromen

Totale stroom

Antwoord

Reactanties

Impedantie

Stroom

Antwoord

Lijnstroom

Antwoord

Blindvermogen voor en na

Nieuw schijnbaar vermogen

Nieuwe arbeidsfactor

Antwoord

Wortelterm

Onderste halfvermogensfrequentie

Antwoord

Dynamische weerstand

Controle met Q

Antwoord

Opgenomen elektrisch vermogen

Lijnstroom

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

Sluit de belasting aan op het Thévenin-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