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​ = 12 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​15 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 3 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩIR2​AR4​25 ΩBR6​4 Ω

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 25 ΩR4 = 25 ΩR5 = 5 ΩR6 = 4 Ω
IR2 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩAR4​5 ΩBIs​1,5 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти узловое напряжение VA (относительно земли).

V1 = 12 VIs = 1,5 AR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ω
VA = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAR4​5 ΩB0,05·VA​

Ромб — это источник тока, управляемый напряжением, который направляет ток 0,05·VA (в A при VA в V) вверх в узел B. Методом узловых потенциалов найдите узловое напряжение VB (относительно земли).

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 5 Ωg = 0,05 A/V
VB = V
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAab

Найдите ток Нортона IN: ток, текущий от a к b, если зажимы замкнуть накоротко.

V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​5 VR2​8 ΩAIs​6 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 5 VIs = 6 AR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​9 Vt = 0R = 20 ΩL220 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите ток i в момент t = 10 ms.

Vs = 9 VR = 20 ΩL = 220 mHt = 10 ms
i = A
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​24 Vt = 0R = 6,8 kΩC22 µF+−vC​vC​(0) = 18 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 18 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 22,2 V? Найдите t.

Vs = 24 VR = 6,8 kΩC = 22 µFvC(0) = 18 V
t = ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
10 V50 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 10 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 10 V (действующее значение), 50 Hz. Найдите действующее значение тока I.

V = 10 V (rms)f = 50 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 10 µF
I = A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
1 Vf0​R = 5 ΩL = 50 mHC = 4,7 µF

Последовательный RLC-контур питается от источника 1 V (действующее значение), частота которого равна резонансной частоте контура. Найдите действующее напряжение VL на катушке.

V = 1 V (rms)R = 5 ΩL = 50 mHC = 4,7 µF
VL = V
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
120 VR + jXP = 1302 W15,5 A

Индуктивная нагрузка потребляет 15,5 A и 1302 W от однофазной сети 120 V (действующее значение). Представьте её как сопротивление R, соединённое последовательно с реактивным сопротивлением X. Найдите R.

V = 120 VI = 15,5 AP = 1302 W
R = Ω
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
P = 50 kWQ1​S1​φ1​QC​

Однофазная нагрузка потребляет 50 kW при коэффициенте мощности 0,8 (индуктивном) от сети 240 V, 50 Hz. Параллельно подключённый конденсатор повышает коэффициент мощности до 0,92. Найдите новый ток линии Inew.

P = 50 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92V = 240 Vf = 50 Hz
Inew = A
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 690 VIL​ = ?M18,5 kW, η = 88%cos φ = 0,86

Трёхфазный асинхронный двигатель при полной нагрузке развивает механическую мощность 18,5 kW. При этой нагрузке его КПД равен 88%, а коэффициент мощности 0,86 (отстающий). Линейное напряжение сети 690 V. Найдите линейный ток IL.

Pout = 18,5 kWη = 88%cos φ = 0,86VL = 690 V
IL = A
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 100 kW при коэффициенте мощности 0,75 (отстающий) от сети 480 V (линейное), 50 Hz. Трёхфазная конденсаторная батарея, включённая параллельно нагрузке, должна повысить общий коэффициент мощности до 0,92 (отстающий). Активная мощность не меняется. Найдите полную реактивную мощность QC, которую должна выдавать конденсаторная батарея, в kvar.

P = 100 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.ТрансформаторыСредняя
2 Ω121

К вторичной обмотке идеального трансформатора с коэффициентом трансформации N₁:N₂ = 12:1 подключён резистор 2 Ω. Найдите сопротивление R1′ со стороны первичной обмотки.

N1:N2 = 12:1RL = 2 Ω
R1′ = Ω
16.ТрансформаторыСложная
25 kVA

Однофазный трансформатор 25 kVA имеет потери в стали 125 W и потери в меди 250 W при номинальной нагрузке. При какой нагрузке Sη,max, в kVA, его КПД максимален?

S = 25 kVAPcore = 125 WPcu,fl = 250 W
Sη,max = kVA

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 20,75 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​ = 12 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​15 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 = 6 + 15 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 15·21/(15+21) = 8,75 Ω
Req = R1 + 8,75 = 12 + 8,75 = 20,75 Ω

Ответ

Req = 20,75 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 1,205 A

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​ = 3 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​25 ΩBR6​4 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 = 5 + 4 = 9 Ω
R4 ∥ 9 = 6,618 Ω
R3 + 6,618 = 31,62 Ω
R2 ∥ 31,62 = 12,25 Ω
Req = R1 + 12,25 = 3 + 12,25 = 15,25 Ω

Ток источника

Источник видит только Req, поэтому закон Ома даёт ток, который он отдаёт. Этот ток течёт через R₁.

IR1 = V1/Req = 30/15,25 = 1,967 A

Ток через R₂

Вычтите падение на R₁, чтобы получить напряжение в узле A, то есть напряжение на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 1,967·3 = 24,1 V
IR2 = VA/R2 = 24,1/20 = 1,205 A

Ответ

IR2 = 1,205 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 5,381 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.

R1​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩAR4​5 ΩBIs​1,5 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 12 V). Неизвестные: VA, VB.

ЗТК в узле A

Токи, вытекающие из A через резисторы, равны току, который источники подают в A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/6 + (VA − 12)/4 + (VA − VB)/12 = 0
0,5·VA − 0,08333·VB = 3

ЗТК в узле B

Токи, вытекающие из B через резисторы, равны току, который источники подают в B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/5 + (VB − VA)/12 = (−1,5)
−0,08333·VA + 0,2833·VB = −1,5

Решите

Δ = (0,5)(0,2833) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,1347
VA = Δ1/Δ = 0,725/0,1347 = 5,381 V
VB = Δ2/Δ = −0,5/0,1347 = −3,711 V

Ответ

VA = 5,381 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 0,375 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.

ЗТК в узле A

Токи, вытекающие из A через резисторы, равны току, который источники направляют в A.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,6667·VA − 0,08333·VB = 0,5

ЗТК в узле B

Зависимый источник направляет ток g·VA в узел B. Рассматривайте его как независимый источник, а затем перенесите член с VA в левую часть.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,05·VA
−0,1333·VA + 0,2833·VB = 0

Решите

Δ = (0,6667)(0,2833) − (−0,08333)(−0,1333) = 0,1778
VA = Δ1/Δ = 0,1417/0,1778 = 0,7969 V
VB = Δ2/Δ = 0,06667/0,1778 = 0,375 V

Ответ

VB = 0,375 V
5.Тевенин и Нортон

Ответ: IN = 0,75 A

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​6 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 = 3·6/(3+6) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 6 = 8 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​6 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) = 9·6/(3+6) = 6 V
IN​0,75 ARth​8 Ωab

Эквивалент Нортона

Источник Нортона — та же цепь, представленная как источник тока, параллельный R_th. Его ток — это ток короткого замыкания на a–b.

IN = Vth/Rth = 6/8 = 0,75 A
6.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 71,43 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​ = 6 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​8 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 = 6·8/(6+8) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 8 = 11,43 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​5 VR2​8 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) = 2,857 + 6·3,429 = 23,43 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 23,43 + 6·8 = 71,43 V
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,2687 A

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 = 220 mH / 20 Ω = 11 ms
i(∞) = Vs/R = 9/20 = 0,45 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,45·(1 − e−10/11) = 0,2687 A

Ответ

i = 0,2687 A
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 180,1 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

Напряжение на конденсаторе не может измениться скачком, поэтому оно начинается с накопленного значения и стремится к напряжению источника.

vC(0) = 18 V, vC(∞) = Vs = 24 V
τ = R·C = 6,8 kΩ · 22 µF = 149,6 ms
vC(t) = 24 + (18 − 24)·e−t/τ

Выразите время

22,2 = 24 + (−6)·e−t/τ → e−t/τ = (22,2 − 24)/(18 − 24) = 0,3
t = τ·ln((18 − 24)/(22,2 − 24)) = 149,6·ln(3,333) = 180,1 ms

Ответ

t = 180,1 ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: I = 0,03358 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·50 = 314,2 rad/s
XL = ωL = 314,2·0,1 = 31,42 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(314,2·10·10⁻⁶) = 318,3 Ω

Полное сопротивление

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(80² + (−286,9)²) = 297,8 Ω

Ток

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

I = V/|Z| = 10/297,8 = 0,03358 A

Ответ

I = 0,03358 A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: VL = 20,63 V

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|.

Резонанс

При резонансе реактивные сопротивления компенсируются, поэтому полное сопротивление равно просто R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,05·4,7·10⁻⁶) = 2063 rad/s
I = V/R = 1/5 = 0,2 A

Напряжение на катушке

XL = ω₀L = 2063·0,05 = 103,1 Ω
VL = I·XL = 0,2·103,1 = 20,63 V

Ответ

VL = 20,63 V

Это в Q = 20,63 раз больше напряжения источника.

11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: R = 5,419 Ω

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.

Сопротивление по активной мощности

R = P/I² = 1302/15,5² = 5,419 Ω

Ответ

R = 5,419 Ω
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Inew = 226,4 A

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 до и после

Активная мощность P не меняется; меняется только реактивная мощность из сети.

Q1 = P·tan φ1 = 50·tan(36,87°) = 37,5 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 50·tan(23,07°) = 21,3 kvar
QC = Q1 − Q2 = 16,2 kvar

Новый ток линии

Inew = P/(V·cos φ2) = 50000/(240·0,92) = 226,4 A

Ответ

Inew = 226,4 A
13.Трёхфазная мощность

Ответ: IL = 20,45 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 = 18,5/0,88 = 21,02 kW

Ток линии

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 21023/(√3·690·0,86) = 20,45 A

Ответ

IL = 20,45 A
14.Трёхфазная мощность

Ответ: QC = 45,59 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 = 100·tan(acos 0,75) = 100·0,8819 = 88,19 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,92) = 100·0,426 = 42,6 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 45,59 kvar

Ответ

QC = 45,59 kvar
15.Трансформаторы

Ответ: R1′ = 288 Ω

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.

Приведённое сопротивление

Напряжение растёт в a раз, а ток уменьшается в a раз, поэтому отношение V/I растёт в a² раз.

R1′ = a²·RL = 12²·2 = 288 Ω

Ответ

R1′ = 288 Ω
16.Трансформаторы

Ответ: Sη,max = 17,68 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

x²·250 = 125 → x = √(125/250) = 0,7071

Нагрузка при максимальном КПД

Sη,max = x·S = 0,7071·25 = 17,68 kVA

Ответ

Sη,max = 17,68 kVA

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