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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩIR2​AR4​5 ΩB

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 5 Ω
IR2 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 10 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​25 ΩBR6​30 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 25 ΩR5 = 25 ΩR6 = 30 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
−+Vs​ = 3 VIx​Is​3 AAR1​6 ΩR2​20 ΩB

Вывод + источника напряжения Vₛ между A и B находится у B, поэтому он задаёт VB − VA = Vₛ. Методом узловых потенциалов с супер-узлом найдите ток Ix через источник напряжения от A к B, как показано стрелкой.

Is = 3 AVs = 3 VR1 = 6 ΩR2 = 20 Ω
Ix = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​12 VR3​10 ΩAR5​30 ΩBIs​1,5 A−+V2​10 V

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

V1 = 12 VIs = 1,5 AV2 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 ΩR5 = 30 Ω
VA = V
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAab

Найдите сопротивление Тевенина Rth со стороны зажимов a–b.

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​3 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 12 VIs = 3 AR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​12 Vt = 0R = 20 ΩL22 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите энергию W(∞), запасённую в катушке после установления режима, в mJ.

Vs = 12 VR = 20 ΩL = 22 mH
W(∞) = mJ
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​20 Vt = 0R = 4,7 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 24 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 24 V с указанной полярностью. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 200 ms.

Vs = 20 VR = 4,7 kΩC = 68 µFvC(0) = 24 Vt = 200 ms
vC = V
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
24 V60 HzR = 100 ΩL = 250 mHC = 10 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 24 V (действующее значение), 60 Hz. Найдите коэффициент мощности cos φ цепи.

V = 24 V (rms)f = 60 HzR = 100 ΩL = 250 mHC = 10 µF
cos φ =
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
120 V200 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 47 µF

Последовательная цепь RLC подключена к сети 120 V (действующее значение), 200 Hz. Найдите резонансную частоту f0 цепи.

V = 120 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 20 mHC = 47 µF
f0 = Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
P = 32 kWQ = ?Sφ

Однофазный двигатель потребляет 32 kW при коэффициенте мощности 0,8 (индуктивном) от сети 400 V. Найдите реактивную мощность Q, которую он потребляет.

P = 32 kWpf = 0,8V = 400 V
Q = kvar
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
50 V60 HzRs​ = 4 ΩXs​ = j10 ΩZL​ = ?

Источник 50 V (действующее значение), 60 Hz имеет внутреннее сопротивление Zs = 4 + j10 Ω. Полное сопротивление нагрузки ZL можно выбирать произвольно. Найдите наибольшую активную мощность Pmax, которую можно передать нагрузке.

Vs = 50 V (rms)f = 60 HzZs = 4 + j10 Ω
Pmax = W
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 208 VNZ = 16 + j12 Ωна фазу

Симметричная нагрузка, соединённая звездой, с полным сопротивлением 16 + j12 Ω на фазу подключена к симметричной трёхфазной сети с линейным напряжением 208 V. Найдите полную активную мощность P, потребляемую нагрузкой, в kW.

VL = 208 VZ = 16 + j12 Ω на фазу
P = kW
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 200 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 200 kW при коэффициенте мощности 0,72 (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. Конденсаторы соединены треугольником. Найдите ёмкость Cph каждого конденсатора в µF.

P = 200 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаторыСредняя
10 ΩN1​N2​160 Ω

Усилитель с выходным сопротивлением 160 Ω питает громкоговоритель 10 Ω через идеальный трансформатор. Для передачи максимальной мощности громкоговоритель должен выглядеть со стороны усилителя как 160 Ω. Найдите коэффициент трансформации a = N₁/N₂.

Rs = 160 ΩRL = 10 Ω
a =
16.ТрансформаторыСложная
pf 0,8575 kVA, η = 98,2%

Однофазный трансформатор 75 kVA имеет потери в стали 375 W. При номинальной нагрузке и коэффициенте мощности 0,85 (отстающий) его КПД равен 98,2%. Найдите потери в меди при номинальной нагрузке Pcu,fl в ваттах.

S = 75 kVAPcore = 375 Wpf = 0,85η = 98,2%
Pcu,fl = W

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,3539 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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​5 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 = 2 + 5 = 7 Ω
R2 ∥ 7 = 8·7/(8+7) = 3,733 Ω
Req = R1 + 3,733 = 20 + 3,733 = 23,73 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 18/23,73 = 0,7584 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0,7584·20 = 2,831 V
IR2 = VA/R2 = 2,831/8 = 0,3539 A

Ответ

IR2 = 0,3539 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 13,45 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​ = 10 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​25 ΩBR6​30 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 = 25 + 30 = 55 Ω
R4 ∥ 55 = 17,19 Ω
R3 + 17,19 = 25,19 Ω
R2 ∥ 25,19 = 3,452 Ω
Req = R1 + 3,452 = 10 + 3,452 = 13,45 Ω

Ответ

Req = 13,45 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: Ix = 0,8077 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.

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 + Vs = VA + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is

Решите

VA/6 + (VA + 3)/20 = 3
VA = (3 − 3/20)/(1/6 + 1/20) = 13,15 V
VB = 13,15 + 3 = 16,15 V

Ток через источник напряжения

Всё, что проходит через источник от A к B, уходит из узла B через R₂.

Ix = VB/R2 = 16,15/20 = 0,8077 A

Ответ

Ix = 0,8077 A

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

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 5,629 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​ = 2 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​12 VR3​10 ΩAR5​30 ΩBIs​1,5 A−+V2​10 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 12 V, V2 = −10 V). Неизвестные: VA, VB.

ЗТК в узле A

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

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/10 + (VA − 12)/2 + (VA − VB)/4 = 0
0,85·VA − 0,25·VB = 6

ЗТК в узле B

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/30 + (VB − VA)/4 + (VB − (−10))/4 = (−1,5)
−0,25·VA + 0,5333·VB = −4

Решите

Δ = (0,85)(0,5333) − (−0,25)(−0,25) = 0,3908
VA = Δ1/Δ = 2,2/0,3908 = 5,629 V
VB = Δ2/Δ = −1,9/0,3908 = −4,861 V

Ответ

VA = 5,629 V
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Rth = 7,667 Ω

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​ = 10 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​2 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 = 10·2/(10+2) = 1,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,667 + 6 = 7,667 Ω
6.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 72 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​ = 10 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​4 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 = 10·4/(10+4) = 2,857 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,857 + 20 = 22,86 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​3 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) = 3,429 + 3·2,857 = 12 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12 + 3·20 = 72 V
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: W(∞) = 3,96 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 = 22 mH / 20 Ω = 1,1 ms
i(∞) = Vs/R = 12/20 = 0,6 A

Запасённая энергия

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·22·0,6² = 3,96 mJ

Ответ

W(∞) = 3,96 mJ
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 22,14 V

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) = 24 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 68 µF = 319,6 ms
vC(t) = 20 + (24 − 20)·e−t/τ

Напряжение в заданный момент

vC(200) = 20 + (4)·e−200/319,6 = 22,14 V

Ответ

vC = 22,14 V
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: cos φ = 0,5048

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

XL = 94,25 Ω, XC = 265,3 Ω

Полное сопротивление

|Z| = √(100² + (−171)²) = 198,1 Ω

Коэффициент мощности

cos φ = R/|Z| = 100/198,1 = 0,5048
Цепь ёмкостная, поэтому коэффициент мощности опережающий.

Ответ

cos φ = 0,5048
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: f0 = 164,2 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|.

Резонанс

При резонансе индуктивное и ёмкостное сопротивления компенсируют друг друга: ωL = 1/(ωC). Частота сети не важна.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,02·47·10⁻⁶)) = 164,2 Hz

Ответ

f0 = 164,2 Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Q = 24 kvar

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.

Угол

φ = arccos(0,8) = 36,87°, tan φ = 0,75

Реактивная мощность

Q = P·tan φ = 32·0,75 = 24 kvar

Ответ

Q = 24 kvar
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Pmax = 156,3 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* = 4 − j10 Ω

Наибольшая мощность

I = Vs/(2Rs) = 50/8 = 6,25 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 50²/(4·4) = 156,3 W

Ответ

Pmax = 156,3 W
13.Трёхфазная мощность

Ответ: P = 1,731 kW

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.

Фазное напряжение

Vph = 208/√3 = 120,1 V

Фазный ток

|Z| = √(16² + 12²) = 20 Ω
Iph = 120,1/20 = 6,004 A

Полная активная мощность

Активную мощность потребляет только активная составляющая каждого сопротивления.

P = 3·Iph²·R = 3·6,004²·16 = 1,731 kW

Ответ

P = 1,731 kW

Проверка: cos φ = R/|Z| = 0,8, и √3·VL·IL·cos φ даёт ту же мощность.

14.Трёхфазная мощность

Ответ: Cph = 495,4 µF

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 = 200·tan(acos 0,72) = 200·0,9639 = 192,8 kvar
Q2 = 200·tan(acos 0,92) = 200·0,426 = 85,2 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 107,6 kvar

Ёмкость на фазу

В батарее, соединённой треугольником, каждый конденсатор включён между двумя линейными проводами.

V = 480 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 35857/(314,2·480²) = 495,4 µF

Ответ

Cph = 495,4 µF
15.Трансформаторы

Ответ: a = 4

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

a²·10 = 160
a = √(160/10) = √16 = 4

Ответ

a = 4
16.Трансформаторы

Ответ: Pcu,fl = 793,5 W

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.

Выходная и потребляемая мощность

Pout = 75·0,85 = 63,75 kW
Pin = 63750/0,982 = 64919 W

Суммарные потери и потери в меди

Ploss = 64919 − 63750 = 1169 W
Pcu,fl = 1169 − 375 = 793,5 W

Ответ

Pcu,fl = 793,5 W

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