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 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​15 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 30 Ω+−V1​30 VR2​25 ΩAR4​2 ΩBR6​12 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 30 VR1 = 8 ΩR2 = 25 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 ΩR5 = 30 ΩR6 = 12 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​4 ΩBIs​5 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти ток IR1 через R1 в направлении стрелки.

V1 = 18 VIs = 5 AR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 ΩR4 = 4 Ω
IR1 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 3 ΩR2​ = 20 ΩIR2​R4​ = 5 Ω+−V1​24 VR3​6 ΩAR5​4 ΩBIs​0,5 A+−V2​30 V

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти ток IR2 через R2 в направлении стрелки.

V1 = 24 VIs = 0,5 AV2 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 ΩR5 = 4 Ω
IR2 = A
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 Ω
Vth = V
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​30 ΩAIs​6 ABRL​25 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 25 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 18 VIs = 6 AR1 = 4 ΩR2 = 30 ΩR3 = 6 ΩRL = 25 Ω
PL = W
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
R = 10 Ωt = 0L47 mHi(t)

Через катушку течёт установившийся ток 0,5 A. При t = 0 ключ замыкает контур через R, а источник отключается, поэтому ток катушки убывает через R. Найдите ток i в момент t = 5 ms.

i(0) = 0,5 AR = 10 ΩL = 47 mHt = 5 ms
i = A
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​12 Vразмыкается при t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 6,8 kΩC47 µF+−vC​

Ключ был замкнут долгое время, поэтому цепь находится в установившемся режиме. При t = 0 ключ размыкается. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 250 ms.

Vs = 12 VR1 = 3,3 kΩR2 = 6,8 kΩC = 47 µFt = 250 ms
vC = V
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
Vf0​ = 500 HzRL = 1 mHC = ?

Последовательный RLC-контур с L = 1 mH должен резонировать на частоте 500 Hz. Найдите необходимую ёмкость C.

f0 = 500 HzL = 1 mH
C = µF
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
VfR = 15 ΩL = 1 mHC = 0,47 µF

Последовательный RLC-контур имеет R = 15 Ω, L = 1 mH и C = 0,47 µF. Найдите его полосу пропускания B (ширину полосы между частотами половинной мощности) в Hz.

R = 15 ΩL = 1 mHC = 0,47 µF
B = Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
240 VZ24 + j7 ΩI

Нагрузка с полным сопротивлением Z = 24 + j7 Ω подключена к однофазной сети 240 V (действующее значение). Найдите потребляемую ею реактивную мощность Q.

V = 240 VZ = 24 + j7 Ω
Q = var
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
P = 5 kWQ1​S1​φ1​QC​

Однофазная нагрузка потребляет 5 kW при коэффициенте мощности 0,6 (индуктивном) от сети 230 V, 60 Hz. Параллельно подключённый конденсатор повышает коэффициент мощности до 0,98. Найдите реактивную мощность QC, которую должен поставлять конденсатор.

P = 5 kWpf1 = 0,6pf2 = 0,98V = 230 Vf = 60 Hz
QC = kvar
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 415 VIL​ = 60 Acos φ = 0,88отстающий

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет линейный ток 60 A от сети с линейным напряжением 415 V. Коэффициент мощности 0,88 (отстающий). Найдите полную активную мощность P, потребляемую нагрузкой, в kW.

VL = 415 VIL = 60 Acos φ = 0,88
P = kW
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 300 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 0,9 (отстающий). Активная мощность не меняется. Конденсаторы соединены треугольником. Найдите ёмкость Cph каждого конденсатора в µF.

P = 300 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,9VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаторыСредняя
2 ΩN1​N2​288 Ω

Усилитель с выходным сопротивлением 288 Ω питает громкоговоритель 2 Ω через идеальный трансформатор. Для передачи максимальной мощности громкоговоритель должен выглядеть со стороны усилителя как 288 Ω. Найдите коэффициент трансформации a = N₁/N₂.

Rs = 288 ΩRL = 2 Ω
a =
16.ТрансформаторыСложная
100 kVA

Однофазный трансформатор 100 kVA имеет потери в стали 500 W и потери в меди 750 W при номинальной нагрузке. При какой нагрузке Sη,max, в kVA, его КПД максимален?

S = 100 kVAPcore = 500 WPcu,fl = 750 W
Sη,max = kVA

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 0,7423 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​ = 12 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​5 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 = 10 + 15 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 5·25/(5+25) = 4,167 Ω
Req = R1 + 4,167 = 12 + 4,167 = 16,17 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 12/16,17 = 0,7423 A

Ответ

IR1 = 0,7423 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 11,38 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​30 VR2​25 ΩAR4​2 ΩBR6​12 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 + 12 = 42 Ω
R4 ∥ 42 = 1,909 Ω
R3 + 1,909 = 3,909 Ω
R2 ∥ 3,909 = 3,381 Ω
Req = R1 + 3,381 = 8 + 3,381 = 11,38 Ω

Ответ

Req = 11,38 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR1 = 0,6538 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.

R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​4 ΩBIs​5 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 18 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/8 + (VA − 18)/12 + (VA − VB)/12 = 0
0,2917·VA − 0,08333·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/4 + (VB − VA)/12 = 5
−0,08333·VA + 0,3333·VB = 5

Решите

Δ = (0,2917)(0,3333) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,09028
VA = Δ1/Δ = 0,9167/0,09028 = 10,15 V
VB = Δ2/Δ = 1,583/0,09028 = 17,54 V

Ответ

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (18 − 10,15)/12 = 0,6538 A
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR2 = 0,06422 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.

R1​ = 3 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​24 VR3​6 ΩAR5​4 ΩBIs​0,5 A+−V2​30 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 24 V, V2 = 30 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/6 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/20 = 0
0,55·VA − 0,05·VB = 8

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/4 + (VB − VA)/20 + (VB − 30)/5 = 0,5
−0,05·VA + 0,5·VB = 6,5

Решите

Δ = (0,55)(0,5) − (−0,05)(−0,05) = 0,2725
VA = Δ1/Δ = 4,325/0,2725 = 15,87 V
VB = Δ2/Δ = 3,975/0,2725 = 14,59 V

Ответ

IR2 = (VA − VB)/R2 = (15,87 − 14,59)/20 = 0,06422 A
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 16,67 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​ = 4 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​5 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 8 = 10,22 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​5 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) = 30·5/(4+5) = 16,67 V
6.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 111,9 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​ = 4 ΩR3​ = 6 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 = 4·30/(4+30) = 3,529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,529 + 6 = 9,529 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​30 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) = 15,88 + 6·3,529 = 37,06 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 37,06 + 6·6 = 73,06 V
Rth​ = 9,529 Ω+−Vth​73,06 VRL​25 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) = 73,06/(9,529 + 25) = 2,116 A
PL = IL²·RL = 2,116²·25 = 111,9 W
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,1726 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

τ = L/R = 47 mH / 10 Ω = 4,7 ms

Убывание тока

i(t) = 0,5·e−5/4,7 = 0,1726 A

Ответ

i = 0,1726 A
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 3,695 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 напряжение конденсатора

В установившемся режиме конденсатор — разрыв, поэтому R₁ и R₂ образуют делитель напряжения. Напряжение конденсатора не может измениться скачком при размыкании ключа.

vC(0) = 12·6,8/(3,3 + 6,8) = 8,079 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 6,8·47 = 319,6 ms

Разряд

vC(t) = 8,079·e−250/319,6 = 3,695 V

Ответ

vC = 3,695 V
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: C = 101,3 µF

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|.

Условие резонанса

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

ω₀ = 2π·500 = 3142 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(3142²·0,001) = 101,3 µF

Ответ

C = 101,3 µF
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: B = 2387 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·√(0,001·0,47·10⁻⁶)) = 7341 Hz

Добротность

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/15)·√(0,001/(0,47·10⁻⁶)) = 3,075

Полоса пропускания

B = f0/Q = 7341/3,075 = 2387 Hz

Ответ

B = 2387 Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Q = 645,1 var

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| = √(24² + 7²) = 25 Ω
I = V/|Z| = 240/25 = 9,6 A

Реактивная мощность

Q = I²·X = 9,6²·7 = 645,1 var

Ответ

Q = 645,1 var
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: QC = 5,651 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.

Реактивная мощность до и после

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

Q1 = P·tan φ1 = 5·tan(53,13°) = 6,667 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 5·tan(11,48°) = 1,015 kvar
QC = Q1 − Q2 = 5,651 kvar

Ответ

QC = 5,651 kvar
13.Трёхфазная мощность

Ответ: P = 37,95 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.

Полная мощность

S = √3·VL·IL = √3·415·60 = 43,13 kVA

Активная мощность

P = S·cos φ = 43,13·0,88 = 37,95 kW

Ответ

P = 37,95 kW
14.Трёхфазная мощность

Ответ: Cph = 662,5 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 = 300·tan(acos 0,72) = 300·0,9639 = 289,2 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,9) = 300·0,4843 = 145,3 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 143,9 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) = 47953/(314,2·480²) = 662,5 µF

Ответ

Cph = 662,5 µF
15.Трансформаторы

Ответ: a = 12

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

a²·2 = 288
a = √(288/2) = √144 = 12

Ответ

a = 12
16.Трансформаторы

Ответ: Sη,max = 81,65 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

x²·750 = 500 → x = √(500/750) = 0,8165

Нагрузка при максимальном КПД

Sη,max = x·S = 0,8165·100 = 81,65 kVA

Ответ

Sη,max = 81,65 kVA

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