Основы электротехники: шпаргалка-пакет

Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (16) с полными решениями в конце.

Новые задачиНазад к курсу

В окне печати выберите «Сохранить как PDF», чтобы сохранить копию на своём устройстве.

1Формулы и методы

Последовательные и параллельные резисторы

Последовательное соединение резисторов
Req = R1 + R2 + …
Параллельное соединение резисторов
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два параллельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Мощность
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Начните с конца цепи, наиболее удалённого от зажимов.
  2. Последовательные резисторы складывайте, а параллельные объединяйте по формуле 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. После каждого шага перерисовывайте схему.
  4. Повторяйте, пока между зажимами не останется один резистор.

Метод узловых потенциалов

Закон токов Кирхгофа
ΣIin = ΣIout
Ток ветви
I = (Va − Vb)/R
Опорный узел
Vground = 0

Метод

  1. Выберите опорный узел (землю) и обозначьте потенциалы остальных узлов.
  2. Запишите первый закон Кирхгофа для каждого неизвестного узла: сумма токов, вытекающих по ветвям, равна сумме втекающих.
  3. Выразите ток каждой ветви как (Va − Vb)/R.
  4. Решите систему уравнений, затем найдите нужные токи.

Тевенин и Нортон

Напряжение Тевенина
Vth = Vopen circuit
Сопротивление Тевенина
Rth: все источники отключены, со стороны a–b
Ток Нортона
IN = Vth/Rth
Ток нагрузки
IL = Vth/(Rth + RL)
Передача максимальной мощности
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Метод

  1. Отключите нагрузку и обозначьте два зажима a и b.
  2. Найдите напряжение холостого хода между a и b: это Vth.
  3. Отключите все независимые источники и найдите сопротивление со стороны a–b: это Rth.
  4. Верните нагрузку в эквивалентную схему: Vth последовательно с Rth.
  5. Для эквивалента Нортона преобразуйте: IN = Vth/Rth, с RN = Rth параллельно.

Переходные процессы RC и RL

Постоянная времени
τ = RC | τ = L/R
Отклик
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постоянном токе
разрыв; vC не может измениться скачком
Катушка на постоянном токе
короткое замыкание; iL не может измениться скачком
Установившийся режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Найдите начальное значение сразу после коммутации: напряжение на конденсаторе и ток в катушке не могут изменяться скачком.
  2. Найдите установившееся значение спустя долгое время после коммутации: конденсатор ведёт себя как разрыв, катушка — как короткое замыкание.
  3. Найдите постоянную времени: τ = RC или τ = L/R, где берётся сопротивление со стороны конденсатора или катушки.
  4. Используйте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Полные сопротивления
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Угловая частота
ω = 2πf
Модуль и угол
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Закон Ома в комплексной форме
V = I·Z

Метод

  1. Переведите частоту: ω = 2πf.
  2. Найдите каждое реактивное сопротивление: XL = ωL и XC = 1/(ωC).
  3. Складывайте сопротивления как у резисторов, с Z = R + jX.
  4. Найдите модуль |Z| = √(R² + X²) и угол φ = atan(X/R), затем примените закон Ома для комплексных амплитуд.

Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Активная мощность
P = V·I·cos φ
Реактивная мощность
Q = V·I·sin φ
Полная мощность
S = V·I = √(P² + Q²)
Коэффициент мощности
pf = cos φ = P/S
Компенсирующий конденсатор
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Трёхфазная мощность

Соединение звездой (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
Соединение треугольником (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Полная активная мощность
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Полная и реактивная мощность
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Компенсирующие конденсаторы
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Напряжение на каждом конденсаторе
Δ: VL Y: VL/√3
Потребляемая мощность двигателя
Pin = Pout/η

Трансформаторы

Коэффициент трансформации
a = N1/N2 = V1/V2
Отношение токов
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Номинальный ток
I = S/V
Приведённое сопротивление
Z1′ = a²·ZL
Потери в меди при неполной нагрузке
Pcu = x²·Pcu,fl
КПД
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Максимальный КПД
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Тренировочные задачи

1.Последовательные и параллельные резисторыСредняя
R1​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​12 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBR6​15 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 ΩR4 = 6 ΩR5 = 30 ΩR6 = 15 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​10 Ω+−V1​12 VR2​8 Ω+−V2​30 VI2​R3​2 ΩA

Между узлом A и землёй включены три ветви, как показано на схеме. Методом узловых потенциалов найдите ток I2 в ветви 2, текущий вверх в узел A по направлению стрелки.

V1 = 12 VR1 = 10 ΩV2 = 30 VR2 = 8 ΩR3 = 2 Ω
I2 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 10 Ω−+Vs​ = 5 V+−V1​5 VR2​25 ΩAR3​3 ΩBIs​4 A

Вывод + источника напряжения Vₛ между A и B находится у B, поэтому он задаёт VB − VA = Vₛ. Методом узловых потенциалов с супер-узлом найдите узловое напряжение VA (относительно земли).

V1 = 5 VIs = 4 AVs = 5 VR1 = 10 ΩR2 = 25 ΩR3 = 3 Ω
VA = V
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAIs​6 ABRL​12 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 12 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 30 VIs = 6 AR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 ΩRL = 12 Ω
PL = W
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​6 Vt = 0R = 10 ΩL100 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите энергию W, запасённую в катушке при t = 15 ms, в mJ.

Vs = 6 VR = 10 ΩL = 100 mHt = 15 ms
W = mJ
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​6 VR1​ = 47 ΩR2​ = 20 Ωзамыкается при t = 0L47 mHi(t)

Ключ, шунтирующий R2, был разомкнут долгое время, поэтому ток катушки установившийся. При t = 0 ключ замыкается и закорачивает R2. Через какое время после t = 0 ток катушки достигнет 0,109 A? Найдите t.

Vs = 6 VR1 = 47 ΩR2 = 20 ΩL = 47 mH
t = ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
24 V60 HzR = 30 ΩL = 200 mHC = 10 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 24 V (действующее значение), 60 Hz. Найдите действующее значение тока I.

V = 24 V (rms)f = 60 HzR = 30 ΩL = 200 mHC = 10 µF
I = A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
VfR = 10 ΩL = 10 mHC = 0,01 µF

Последовательный RLC-контур имеет R = 10 Ω, L = 10 mH и C = 0,01 µF. Найдите его полосу пропускания B (ширину полосы между частотами половинной мощности) в Hz.

R = 10 ΩL = 10 mHC = 0,01 µF
B = Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
230 V124 kW, 0,65227 kW, 0,9I

К однофазной сети 230 V параллельно подключены две нагрузки: нагрузка 24 kW при коэффициенте мощности 0,65 (индуктивном) и нагрузка 27 kW при коэффициенте мощности 0,9 (ёмкостном). Найдите общий коэффициент мощности cos φ со стороны сети.

V = 230 VP1 = 24 kW, pf1 = 0,65 отстающийP2 = 27 kW, pf2 = 0,9 опережающий
cos φ =
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
10 V50 HzRs​ = 8 ΩXs​ = j5 ΩZL​ = ?

Источник 10 V (действующее значение), 50 Hz имеет внутреннее сопротивление Zs = 8 + j5 Ω. Полное сопротивление нагрузки ZL можно выбирать произвольно. Найдите наибольшую активную мощность Pmax, которую можно передать нагрузке.

Vs = 10 V (rms)f = 50 HzZs = 8 + j5 Ω
Pmax = W
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 415 VIL​ = ?M11 kW, η = 88%cos φ = 0,85

Трёхфазный асинхронный двигатель при полной нагрузке развивает механическую мощность 11 kW. При этой нагрузке его КПД равен 88%, а коэффициент мощности 0,85 (отстающий). Линейное напряжение сети 415 V. Найдите линейный ток IL.

Pout = 11 kWη = 88%cos φ = 0,85VL = 415 V
IL = A
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 150 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 150 kW при коэффициенте мощности 0,7 (отстающий) от сети 415 V (линейное), 60 Hz. Трёхфазная конденсаторная батарея, включённая параллельно нагрузке, должна повысить общий коэффициент мощности до 0,9 (отстающий). Активная мощность не меняется. Найдите полную реактивную мощность QC, которую должна выдавать конденсаторная батарея, в kvar.

P = 150 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,9VL = 415 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.ТрансформаторыСредняя
75 ΩN1​N2​7500 Ω

Усилитель с выходным сопротивлением 7500 Ω питает громкоговоритель 75 Ω через идеальный трансформатор. Для передачи максимальной мощности громкоговоритель должен выглядеть со стороны усилителя как 7500 Ω. Найдите коэффициент трансформации a = N₁/N₂.

Rs = 7500 ΩRL = 75 Ω
a =
16.ТрансформаторыСложная
250 kVA

Однофазный трансформатор 250 kVA имеет потери в стали 2000 W и потери в меди 8000 W при номинальной нагрузке. При какой нагрузке Sη,max, в kVA, его КПД максимален?

S = 250 kVAPcore = 2000 WPcu,fl = 8000 W
Sη,max = kVA

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 12,17 Ω

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​12 ΩB

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R3 + R4 = 15 + 12 = 27 Ω
R2 ∥ 27 = 8·27/(8+27) = 6,171 Ω
Req = R1 + 6,171 = 6 + 6,171 = 12,17 Ω

Ответ

Req = 12,17 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 10,13 Ω

Последовательное и параллельное соединение: последовательно через каждый резистор течёт один и тот же ток и R = R₁ + R₂ + …. Параллельно на каждом резисторе одно и то же напряжение и 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Лестничную цепь упрощают по одной паре, пока не останется одно эквивалентное сопротивление.

R1​ = 8 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBR6​15 Ω

Объединяйте резисторы с дальнего конца

Начните с конца, самого дальнего от источника, и двигайтесь к нему. Резисторы с одинаковым током соединены последовательно; резисторы между одними и теми же двумя узлами — параллельно.

R5 + R6 = 30 + 15 = 45 Ω
R4 ∥ 45 = 5,294 Ω
R3 + 5,294 = 7,294 Ω
R2 ∥ 7,294 = 2,126 Ω
Req = R1 + 2,126 = 8 + 2,126 = 10,13 Ω

Ответ

Req = 10,13 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: I2 = 2,897 A

Метод узловых потенциалов: выберите опорный узел, обозначьте неизвестные узловые напряжения, запишите закон токов Кирхгофа для каждого неизвестного узла с помощью закона Ома (I = ΔV/R) и решите полученные уравнения.

ЗТК в узле A

Примите нижний провод за землю. Каждая ветвь проводит ток (VA − Vk)/Rk, вытекающий из A, где Vk — напряжение её источника (ноль для простого резистора). Сумма токов, вытекающих из A, равна нулю.

(VA − 12)/10 + (VA − 30)/8 + VA/2 = 0

Находим VA

VA = (12/10 + 30/8 + 0/2) / (1/10 + 1/8 + 1/2) = 4,95/0,725 = 6,828 V

Ток ветви

Стрелка направлена вверх по ветви, в узел A.

I2 = (30 − VA)/R2 = (30 − 6,828)/8 = 2,897 A

Ответ

I2 = 2,897 A

Отрицательный результат означает, что в действительности ток течёт против стрелки.

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 5,986 V

Метод узловых потенциалов: выберите опорный узел, обозначьте неизвестные узловые напряжения, запишите закон токов Кирхгофа для каждого неизвестного узла с помощью закона Ома (I = ΔV/R) и решите полученные уравнения.

Образуем супер-узел

Через источник напряжения между A и B течёт неизвестный ток, поэтому ЗТК нельзя записать отдельно для A или B. Объедините A, B и источник в один супер-узел: втекающий в него ток равен вытекающему.

VB = VA + 5
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Решите

(VA − 5)/10 + VA/25 + (VA + 5)/3 = 4
VA·(1/10 + 1/25 + 1/3) = 4 + 5/10 − 5/3 = 2,833
VA = 2,833/0,4733 = 5,986 V
VB = 10,99 V

Ответ

VA = 5,986 V
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 5,143 V

Теорема Тевенина: любая линейная двухполюсная цепь ведёт себя как один источник напряжения Vth, последовательный с сопротивлением Rth. Теорема Нортона представляет ту же цепь как источник тока IN = Vth/Rth, параллельный Rth.

R1​ = 20 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​8 ΩAabRth​

Найдите Rth со всеми отключёнными источниками

Замените источники напряжения короткими замыканиями, а источники тока — разрывами, затем посмотрите на цепь со стороны a–b.

R1 ∥ R2 = 20·8/(20+8) = 5,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,714 + 5 = 10,71 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAab+−Vth​

Найдите Vth — напряжение холостого хода

Когда a–b разомкнуты, через R₃ ток не течёт, поэтому падения на нём нет и V_b = V_A. R₁ и R₂ образуют делитель напряжения.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 18·8/(20+8) = 5,143 V
6.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 132,3 W

Теорема Тевенина: любая линейная двухполюсная цепь ведёт себя как один источник напряжения Vth, последовательный с сопротивлением Rth. Теорема Нортона представляет ту же цепь как источник тока IN = Vth/Rth, параллельный Rth.

R1​ = 3 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​5 ΩAОБРЫВBabRth​

Найдите Rth со всеми отключёнными источниками

Замените источники напряжения короткими замыканиями, а источники тока — разрывами, затем посмотрите на цепь со стороны a–b.

R1 ∥ R2 = 3·5/(3+5) = 1,875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,875 + 6 = 7,875 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAIs​6 ABab+−Vth​

Найдите Vth — напряжение холостого хода

Когда a–b разомкнуты, Iₛ может течь только через R₃ в узел A. Найдите V_A наложением V₁ и Iₛ, затем прибавьте падение на R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 18,75 + 6·1,875 = 30 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 30 + 6·6 = 66 V
Rth​ = 7,875 Ω+−Vth​66 VRL​12 ΩIL​

Подключите нагрузку к эквиваленту Тевенина

Источник Тевенина и последовательный R_th ведут себя на a–b точно как исходная цепь, поэтому нагрузка видит простой последовательный контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = 66/(7,875 + 12) = 3,321 A
PL = IL²·RL = 3,321²·12 = 132,3 W
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: W = 10,86 mJ

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Постоянная времени и конечный ток

Спустя долгое время после замыкания катушка ведёт себя как короткое замыкание, поэтому конечный ток определяется только R.

τ = L/R = 100 mH / 10 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 6/10 = 0,6 A

Ток в заданный момент

i(t) = 0,6·(1 − e−15/10) = 0,4661 A

Запасённая энергия

W = ½·L·i² = ½·100·0,4661² = 10,86 mJ

Ответ

W = 10,86 mJ
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 0,714 ms

Переходные процессы первого порядка: в цепи с одним конденсатором или одной катушкой каждое напряжение и каждый ток экспоненциально меняются от начального к конечному значению: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, где τ = RC или τ = L/R. Примерно через 5τ цепь выходит на установившийся режим.

Начальное значение, конечное значение, постоянная времени

До t = 0 в контур входят оба резистора; после этого замкнутый ключ шунтирует R₂.

i(0) = 6/(47 + 20) = 0,08955 A
i(∞) = 6/47 = 0,1277 A
τ = L/R = 47/47 = 1 ms
i(t) = 0,1277 + (0,08955 − 0,1277)·e−t/τ

Выразите время

e−t/τ = (0,109 − 0,1277)/(0,08955 − 0,1277) = 0,4897
t = 1·ln(2,042) = 0,714 ms

Ответ

t = 0,714 ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: I = 0,1249 A

Цепи переменного тока и комплексный метод: резисторы, катушки и конденсаторы имеют полные сопротивления R, jωL и 1/(jωC), где ω = 2πf. При последовательном соединении полные сопротивления складываются как сопротивления, но как комплексные числа. Действующие значения тока и напряжения подчиняются закону Ома с |Z|.

Реактивные сопротивления

ω = 2πf = 2π·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,2 = 75,4 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·10·10⁻⁶) = 265,3 Ω

Полное сопротивление

При последовательном соединении полные сопротивления складываются как комплексные числа: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(30² + (−189,9)²) = 192,2 Ω

Ток

Через каждый элемент последовательной цепи течёт один и тот же ток.

I = V/|Z| = 24/192,2 = 0,1249 A

Ответ

I = 0,1249 A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: B = 159,2 Hz

Цепи переменного тока и комплексный метод: резисторы, катушки и конденсаторы имеют полные сопротивления R, jωL и 1/(jωC), где ω = 2πf. При последовательном соединении полные сопротивления складываются как сопротивления, но как комплексные числа. Действующие значения тока и напряжения подчиняются закону Ома с |Z|.

Резонансная частота

f0 = 1/(2π·√(0,01·0,01·10⁻⁶)) = 15915 Hz

Добротность

Добротность сравнивает реактивное сопротивление при резонансе с активным: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/10)·√(0,01/(0,01·10⁻⁶)) = 100

Полоса пропускания

B = f0/Q = 15915/100 = 159,2 Hz

Ответ

B = 159,2 Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: cos φ = 0,9595

Мощность переменного тока: полная мощность S = V·I (VA) складывается из активной мощности P = S·cos φ (W), совершающей полезную работу, и реактивной мощности Q = S·sin φ (var), которая колеблется между источником и нагрузкой. Коэффициент мощности — cos φ. Параллельный конденсатор поставляет реактивную мощность на месте, поэтому ток линии уменьшается при той же активной мощности.

Реактивная мощность каждой нагрузки

Индуктивная нагрузка потребляет реактивную мощность (Q > 0); ёмкостная — отдаёт её (Q < 0).

Q1 = 24·tan(arccos 0,65) = 28,06 kvar
Q2 = −27·tan(arccos 0,9) = −13,08 kvar

Суммы

P = 24 + 27 = 51 kW
Q = 28,06 + (−13,08) = 14,98 kvar
S = √(51² + 14,98²) = 53,16 kVA

Общий коэффициент мощности

cos φ = P/S = 51/53,16 = 0,9595 отстающий

Ответ

cos φ = 0,9595
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Pmax = 3,125 W

Мощность переменного тока: полная мощность S = V·I (VA) складывается из активной мощности P = S·cos φ (W), совершающей полезную работу, и реактивной мощности Q = S·sin φ (var), которая колеблется между источником и нагрузкой. Коэффициент мощности — cos φ. Параллельный конденсатор поставляет реактивную мощность на месте, поэтому ток линии уменьшается при той же активной мощности.

Сопряжённое согласование

Реактивное сопротивление нагрузки компенсирует реактивное сопротивление источника, а активное сопротивление нагрузки равно активному сопротивлению источника.

ZL = Zs* = 8 − j5 Ω

Наибольшая мощность

I = Vs/(2Rs) = 10/16 = 0,625 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 10²/(4·8) = 3,125 W

Ответ

Pmax = 3,125 W
13.Трёхфазная мощность

Ответ: IL = 20,46 A

Симметричные трёхфазные системы: при соединении звездой (Y) линейное напряжение в √3 раз больше фазного, VL = √3·Vph, а линейный ток равен фазному. При соединении треугольником (Δ) линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в √3 раз больше фазного, IL = √3·Iph. Полная мощность в три раза больше мощности одной фазы: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Потребляемая электрическая мощность

Pin = Pout/η = 11/0,88 = 12,5 kW

Ток линии

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 12500/(√3·415·0,85) = 20,46 A

Ответ

IL = 20,46 A
14.Трёхфазная мощность

Ответ: QC = 80,38 kvar

Симметричные трёхфазные системы: при соединении звездой (Y) линейное напряжение в √3 раз больше фазного, VL = √3·Vph, а линейный ток равен фазному. При соединении треугольником (Δ) линейное напряжение равно фазному, а линейный ток в √3 раз больше фазного, IL = √3·Iph. Полная мощность в три раза больше мощности одной фазы: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Компенсация реактивной мощности: конденсаторы вырабатывают реактивную мощность на месте, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Каждый из трёх конденсаторов даёт QC/3 = V²·ω·C, где V — напряжение на этом конденсаторе: VL в батарее, соединённой треугольником, VL/√3 — в батарее, соединённой звездой.

Реактивная мощность до и после

Активная мощность не меняется, поэтому каждый коэффициент мощности задаёт реактивную мощность: Q = P·tan φ.

Q1 = 150·tan(acos 0,7) = 150·1,02 = 153 kvar
Q2 = 150·tan(acos 0,9) = 150·0,4843 = 72,65 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 80,38 kvar

Ответ

QC = 80,38 kvar
15.Трансформаторы

Ответ: a = 10

Идеальный трансформатор: напряжения относятся как числа витков, а токи — обратно: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a и I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, поэтому входная мощность равна выходной, V₁·I₁ = V₂·I₂. Сопротивление нагрузки Z во вторичной цепи со стороны первичной обмотки выглядит как a²·Z.

Согласуйте приведённую нагрузку

a²·75 = 7500
a = √(7500/75) = √100 = 10

Ответ

a = 10
16.Трансформаторы

Ответ: Sη,max = 125 kVA

Потери в трансформаторе: потери в стали (гистерезис и вихревые токи) зависят от напряжения и одинаковы при любой нагрузке. Потери в меди обмоток пропорциональны квадрату тока, поэтому при доле x от номинальной нагрузки они равны x²·Pcu,fl. КПД η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), где Pout = x·S·pf. КПД максимален при той нагрузке, при которой потери в меди равны потерям в стали.

Потери в меди равны потерям в стали

x²·8000 = 2000 → x = √(2000/8000) = 0,5

Нагрузка при максимальном КПД

Sη,max = x·S = 0,5·250 = 125 kVA

Ответ

Sη,max = 125 kVA

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals