Teoria obwodów 2: obwody prądu przemiennego: zadania i pytania egzaminacyjne

Stan ustalony przy wymuszeniu sinusoidalnym: impedancja, wskazy, rezonans i moc prądu przemiennego, razem ze stanami nieustalonymi, które łączą zachowanie przy prądzie stałym i przemiennym. Egzaminy sprawdzają, czy umiesz szybko liczyć na liczbach zespolonych i pilnować kątów.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

  1. Liczby zespolonedziałania w postaci algebraicznej · postać biegunowa i wykładnicza · wzór de Moivre’a, pierwiastki i równaniaobliczenia
  2. Impedancja i wskazy ACszeregowy RL · szeregowy RLC · napięcie kondensatora i rezonansobliczenia
  3. Moc AC i współczynnik mocyP i Q odbiornika · prąd linii · kompensacja mocy biernejobliczenia
  4. Rezonans LC, dobroć i szerokość pasmaczęstotliwość drgań własnych, Q i energia · szeregowy i równoległy RLC · projektowanie, straty i zanikanieobliczenia
  5. Moc w układach trójfazowychnapięcia i prądy w symetrycznych układach Y i Δ · moc trójfazowa · kompensacja mocy biernejobliczenia
  6. Stany nieustalone RC i RLładowanie RC · obwód RL · kondensator z ładunkiem początkowymobliczenia
  7. Thévenin i Nortondzielnik · z rezystorem szeregowym i obciążeniem · ze źródłem prądu i obciążeniemobliczenia
  8. Wykresy Bodego i zapasyfiltry i asymptoty · moduł i faza · zapasy stabilnościobliczenia

Wskazówki egzaminacyjne: Teoria obwodów 2: obwody prądu przemiennego

  • Zamień częstotliwość na ω = 2πf, zanim policzysz jakąkolwiek reaktancję.
  • Trzymaj wszystkie kąty w tej samej jednostce i sprawdź, czy kalkulator jest ustawiony na stopnie, czy na radiany.
  • Moc czynna wydziela się tylko w rezystancji; moc bierna należy do cewek i kondensatorów. Współczynnik mocy to P/S.

Przykłady z rozwiązaniami

Liczby zespoloneŁatwy
ReIm55−5−5z₁z₂

Dla z₁ = −7 + j i z₂ = 4 + j2 znajdź część rzeczywistą iloczynu z₁·z₂.

z₁ = −7 + jz₂ = 4 + j2

Oblicz Re(z₁z₂)

Pokaż podpowiedzi
  1. Wymnóż nawiasy jak (a + b)(c + d), co daje cztery wyrazy.
  2. Zastąp j² przez −1, aby jeden z czterech wyrazów stał się rzeczywisty.
  3. (−7 + j)(4 + j2) = (−28) + j(−14) + j4 + j²·2
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Liczby zespolone: z = a + jb ma część rzeczywistą a i część urojoną b, gdzie j² = −1 (matematycy piszą i). Dodawaj i odejmuj część po części; wymnóż nawiasy i zastąp j² przez −1; dziel, mnożąc licznik i mianownik przez liczbę sprzężoną do mianownika, z̄ = a − jb, ponieważ z·z̄ = a² + b² jest rzeczywiste. Na płaszczyźnie Arganda z to punkt (a, b): jego odległość od początku to moduł |z| = √(a² + b²), a kąt od dodatniej osi rzeczywistej to argument θ.

Wymnóż

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

Użyj j² = −1

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

Odpowiedź

Re(z₁z₂) = −30
Impedancja i wskazy ACŚredni
Vf0​ = 1000 HzRL = 200 mHC = ?

Szeregowy obwód RLC z L = 200 mH ma być w rezonansie przy 1000 Hz. Wyznacz potrzebną pojemność C.

f0 = 1000 HzL = 200 mH

Oblicz C (µF)

Pokaż podpowiedzi
  1. W rezonansie XL = XC, co daje f₀ = 1/(2π√(LC)).
  2. Przekształć: C = 1/((2πf₀)²·L).
  3. (2πf₀)² = 3,948 × 10⁷ s⁻².
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Obwody AC i wskazy: rezystory, cewki i kondensatory mają impedancje R, jωL i 1/(jωC), gdzie ω = 2πf. Szeregowo impedancje dodaje się jak rezystancje, ale jako liczby zespolone. Wartości skuteczne prądu i napięcia spełniają prawo Ohma z |Z|.

Warunek rezonansu

W rezonansie reaktancje indukcyjna i pojemnościowa się znoszą: ωL = 1/(ωC).

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

Odpowiedź

C = 0,1267 µF

Jak wygląda ćwiczenie

  • „Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Powiązane przedmioty