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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAR4​2 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 8 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​30 ΩAR4​30 ΩBR6​15 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 30 ΩR3 = 30 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 ΩR6 = 15 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩAR4​2 ΩBIs​1,5 A

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

V1 = 9 VIs = 1,5 AR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 Ω
VB = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 5 Ω+−Vs​ = 8 V+−V1​5 VR2​5 ΩAR3​20 ΩBIs​6 A

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

V1 = 5 VIs = 6 AVs = 8 VR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 Ω
VB = V
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​2 ΩAab

Найдите сопротивление Тевенина Rth со стороны зажимов a–b.

V1 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 Ω
Rth = Ω
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​30 ΩAIs​3 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 18 VIs = 3 AR1 = 25 ΩR2 = 30 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​10 Vt = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 4,7 kΩC68 µF+−vC​

Источник Vₛ заряжает конденсатор через R₁, а R₂ подключён параллельно C. Конденсатор разряжен, когда ключ замыкается в момент t = 0. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 300 ms.

Vs = 10 VR1 = 3,3 kΩR2 = 4,7 kΩC = 68 µFt = 300 ms
vC = V
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 2 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 9,8 V? Найдите t.

Vs = 15 VR = 10 kΩC = 220 µFvC(0) = 2 V
t = ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
50 V500 HzR = 50 ΩL = 200 mHC = 47 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 50 V (действующее значение), 500 Hz. Найдите действующее значение тока I.

V = 50 V (rms)f = 500 HzR = 50 ΩL = 200 mHC = 47 µF
I = A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
50 V500 HzR = 20 ΩL = 20 mHC = 4,7 µF

Последовательная цепь RLC подключена к сети 50 V (действующее значение), 500 Hz. Найдите резонансную частоту f0 цепи.

V = 50 V (rms)f = 500 HzR = 20 ΩL = 20 mHC = 4,7 µF
f0 = Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
120 VZ9 + j12 ΩI

Нагрузка с полным сопротивлением Z = 9 + j12 Ω подключена к однофазной сети 120 V (действующее значение). Найдите полную мощность S.

V = 120 VZ = 9 + j12 Ω
S = VA
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
P = 30 kWQ1​S1​φ1​QC​

Однофазная нагрузка потребляет 30 kW при коэффициенте мощности 0,75 (индуктивном) от сети 400 V, 50 Hz. Параллельно подключённый конденсатор повышает коэффициент мощности до 0,9. Найдите необходимую ёмкость C.

P = 30 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,9V = 400 Vf = 50 Hz
C = µF
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 208 VNZ = 12 + j16 Ωна фазу

Симметричная нагрузка, соединённая звездой, с полным сопротивлением 12 + j16 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 = 12 + j16 Ω на фазу
P = kW
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 75 kW при коэффициенте мощности 0,7 (отстающий) от сети 400 V (линейное), 50 Hz. Трёхфазная конденсаторная батарея, включённая параллельно нагрузке, должна повысить общий коэффициент мощности до 0,95 (отстающий). Активная мощность не меняется. Конденсаторы соединены звездой. Найдите ёмкость Cph каждого конденсатора в µF.

P = 75 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,95VL = 400 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаторыСредняя
8 ΩN1​N2​72 Ω

Усилитель с выходным сопротивлением 72 Ω питает громкоговоритель 8 Ω через идеальный трансформатор. Для передачи максимальной мощности громкоговоритель должен выглядеть со стороны усилителя как 72 Ω. Найдите коэффициент трансформации a = N₁/N₂.

Rs = 72 ΩRL = 8 Ω
a =
16.ТрансформаторыСложная
pf 0,8200 kVA, 25% нагрузка

Однофазный трансформатор 200 kVA имеет потери в стали 1600 W и потери в меди 4800 W при номинальной нагрузке. Он отдаёт 25% номинальной мощности в kVA при коэффициенте мощности 0,8 (отстающий). Найдите суммарные потери Ploss в ваттах при этой нагрузке.

S = 200 kVAPcore = 1600 WPcu,fl = 4800 Wx = 0,25pf = 0,8
Ploss = W

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 11 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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAR4​2 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 15·10/(15+10) = 6 Ω
Req = R1 + 6 = 5 + 6 = 11 Ω

Ответ

Req = 11 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 25,67 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​ = 30 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​30 ΩAR4​30 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 = 8 + 15 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 13,02 Ω
R3 + 13,02 = 43,02 Ω
R2 ∥ 43,02 = 17,67 Ω
Req = R1 + 17,67 = 8 + 17,67 = 25,67 Ω

Ответ

Req = 25,67 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 3,911 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​ = 6 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩAR4​2 ΩBIs​1,5 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 9 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/20 + (VA − 9)/6 + (VA − VB)/2 = 0
0,7167·VA − 0,5·VB = 1,5

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/2 + (VB − VA)/2 = 1,5
−0,5·VA + VB = 1,5

Решите

Δ = (0,7167)(1) − (−0,5)(−0,5) = 0,4667
VA = Δ1/Δ = 2,25/0,4667 = 4,821 V
VB = Δ2/Δ = 1,825/0,4667 = 3,911 V

Ответ

VB = 3,911 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VB = 8,444 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 − 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Решите

(VA − 5)/5 + VA/5 + (VA − 8)/20 = 6
VA·(1/5 + 1/5 + 1/20) = 6 + 5/5 + 8/20 = 7,4
VA = 7,4/0,45 = 16,44 V
VB = 8,444 V

Ответ

VB = 8,444 V
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Rth = 11,5 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​ = 6 ΩR3​ = 10 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 = 6·2/(6+2) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 10 = 11,5 Ω
6.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 62,73 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​ = 25 ΩR3​ = 4 ΩКЗR2​30 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 = 25·30/(25+30) = 13,64 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 13,64 + 4 = 17,64 Ω
R1​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​30 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) = 9,818 + 3·13,64 = 50,73 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 50,73 + 3·4 = 62,73 V
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 5,271 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.

Эквивалентная схема Тевенина со стороны конденсатора

Закоротите источник, чтобы найти Rth; отключите конденсатор, чтобы найти напряжение, до которого он зарядится.

Rth = R1 ∥ R2 = 3,3·4,7/(3,3 + 4,7) = 1,939 kΩ
vC(∞) = 10·4,7/(3,3 + 4,7) = 5,875 V

Постоянная времени

τ = Rth·C = 1,939·68 = 131,8 ms

Кривая заряда

vC(t) = 5,875·(1 − e−300/131,8) = 5,271 V

Ответ

vC = 5,271 V
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 2016 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) = 2 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 220 µF = 2200 ms
vC(t) = 15 + (2 − 15)·e−t/τ

Выразите время

9,8 = 15 + (−13)·e−t/τ → e−t/τ = (9,8 − 15)/(2 − 15) = 0,4
t = τ·ln((2 − 15)/(9,8 − 15)) = 2200·ln(2,5) = 2016 ms

Ответ

t = 2016 ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: I = 0,08019 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·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0,2 = 628,3 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·47·10⁻⁶) = 6,773 Ω

Полное сопротивление

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(50² + (621,5)²) = 623,6 Ω

Ток

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

I = V/|Z| = 50/623,6 = 0,08019 A

Ответ

I = 0,08019 A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: f0 = 519,1 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·√(0,02·4,7·10⁻⁶)) = 519,1 Hz

Ответ

f0 = 519,1 Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: S = 960 VA

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.

Ток

|Z| = √(9² + 12²) = 15 Ω
I = V/|Z| = 120/15 = 8 A

Полная мощность

S = V·I = 120·8 = 960 VA

Ответ

S = 960 VA
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: C = 237,3 µF

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 = 30·tan(41,41°) = 26,46 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 30·tan(25,84°) = 14,53 kvar
QC = Q1 − Q2 = 11,93 kvar

Ёмкость

Конденсатор, подключённый к сети, поставляет Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 11928/(2π·50·400²) = 237,3 µF

Ответ

C = 237,3 µF
13.Трёхфазная мощность

Ответ: P = 1,298 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| = √(12² + 16²) = 20 Ω
Iph = 120,1/20 = 6,004 A

Полная активная мощность

Активную мощность потребляет только активная составляющая каждого сопротивления.

P = 3·Iph²·R = 3·6,004²·12 = 1,298 kW

Ответ

P = 1,298 kW

Проверка: cos φ = R/|Z| = 0,6, и √3·VL·IL·cos φ даёт ту же мощность.

14.Трёхфазная мощность

Ответ: Cph = 1032 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 = 75·tan(acos 0,7) = 75·1,02 = 76,52 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,95) = 75·0,3287 = 24,65 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 51,86 kvar

Ёмкость на фазу

В батарее, соединённой звездой, каждый конденсатор включён между линейным проводом и нейтральной точкой.

V = 400/√3 = 230,9 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 17288/(314,2·230,9²) = 1032 µF

Ответ

Cph = 1032 µF
15.Трансформаторы

Ответ: a = 3

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

a²·8 = 72
a = √(72/8) = √9 = 3

Ответ

a = 3
16.Трансформаторы

Ответ: Ploss = 1900 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.

Потери в меди при этой нагрузке

Pcu = x²·Pcu,fl = 0,0625·4800 = 300 W

Суммарные потери

Потери в стали одинаковы при любой нагрузке.

Ploss = 1600 + 300 = 1900 W

Ответ

Ploss = 1900 W

КПД при этой нагрузке η = 95,47%.

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