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​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩIR2​AR4​6 ΩB

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 6 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
IR2 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩIR2​AR4​15 ΩBR6​8 Ω

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 ΩR5 = 20 ΩR6 = 8 Ω
IR2 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
−+Vs​ = 10 VIx​Is​2,5 AAR1​10 ΩR2​8 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 = 2,5 AVs = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 8 Ω
Ix = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 6 Ω−+Vs​ = 12 VIx​+−V1​30 VR2​4 ΩAR3​25 ΩBIs​5 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 ток Ix через источник напряжения от A к B, как показано стрелкой.

V1 = 30 VIs = 5 AVs = 12 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 Ω
Ix = A
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAab

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

V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 VR2​30 ΩAIs​6 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 12 VIs = 6 AR1 = 6 ΩR2 = 30 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​24 Vt = 0R = 5 ΩL150 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите энергию W, запасённую в катушке при t = 80 ms, в mJ.

Vs = 24 VR = 5 ΩL = 150 mHt = 80 ms
W = mJ
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​5 Vt = 0R = ?C2,2 µF+−vC​

Таймер при t = 0 начинает заряжать незаряженный конденсатор через резистор от источника 5 V. Он должен сработать, когда напряжение конденсатора достигнет 4 V, ровно через 100 ms после старта. При C = 2,2 µF найдите необходимое сопротивление R.

Vs = 5 VVth = 4 VT = 100 msC = 2,2 µF
R = kΩ
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
12 V200 HzR = 60 ΩL = 200 mHC = 100 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 12 V (действующее значение), 200 Hz. Найдите коэффициент мощности cos φ цепи.

V = 12 V (rms)f = 200 HzR = 60 ΩL = 200 mHC = 100 µF
cos φ =
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
100 V60 HzR = 15 ΩL = 200 mHC = 100 µF+−VC​

Последовательная цепь RLC подключена к сети 100 V (действующее значение), 60 Hz. Найдите действующее значение напряжения VC на конденсаторе.

V = 100 V (rms)f = 60 HzR = 15 ΩL = 200 mHC = 100 µF
VC = V
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
230 VZ12 + j5 ΩI

Нагрузка с полным сопротивлением Z = 12 + j5 Ω подключена к однофазной сети 230 V (действующее значение). Найдите полную мощность S.

V = 230 VZ = 12 + j5 Ω
S = VA
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
P1​ = 131 kWQ1​S1​φ

Однофазный трансформатор 200 kVA питает нагрузку 131 kW при коэффициенте мощности 0,85 (индуктивном). Какую дополнительную активную мощность ΔP можно добавить в виде активной нагрузки (коэффициент мощности 1), прежде чем трансформатор достигнет своей номинальной мощности в kVA?

Smax = 200 kVAP1 = 131 kWpf1 = 0,85
ΔP = kW
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 690 VIL​ = 40 Acos φ = 0,92отстающий

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет линейный ток 40 A от сети с линейным напряжением 690 V. Коэффициент мощности 0,92 (отстающий). Найдите полную активную мощность P, потребляемую нагрузкой, в kW.

VL = 690 VIL = 40 Acos φ = 0,92
P = kW
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 80 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 80 kW при коэффициенте мощности 0,75 (отстающий) от сети 415 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 = 80 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,92VL = 415 Vf = 50 Hz
QC = kvar
15.ТрансформаторыСредняя
480 V240 VIHV​ = ?ILV​250 kVA

Однофазный трансформатор 250 kVA, 480/240 V работает при номинальной нагрузке. Считайте его идеальным. Найдите ток IHV в обмотке высшего напряжения.

S = 250 kVAV1 = 480 VV2 = 240 V
IHV = A
16.ТрансформаторыСложная
50 kVA

Однофазный трансформатор 50 kVA имеет потери в стали 400 W и потери в меди 600 W при номинальной нагрузке. При какой нагрузке Sη,max, в kVA, его КПД максимален?

S = 50 kVAPcore = 400 WPcu,fl = 600 W
Sη,max = kVA

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,1892 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​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​6 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 + 6 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 6·21/(6+21) = 4,667 Ω
Req = R1 + 4,667 = 20 + 4,667 = 24,67 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 6/24,67 = 0,2432 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0,2432·20 = 1,135 V
IR2 = VA/R2 = 1,135/6 = 0,1892 A

Ответ

IR2 = 0,1892 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 1,561 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​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAR4​15 ΩBR6​8 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 = 20 + 8 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 9,767 Ω
R3 + 9,767 = 19,77 Ω
R2 ∥ 19,77 = 3,327 Ω
Req = R1 + 3,327 = 2 + 3,327 = 5,327 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 10/5,327 = 1,877 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 1,877·2 = 6,245 V
IR2 = VA/R2 = 6,245/4 = 1,561 A

Ответ

IR2 = 1,561 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: Ix = 1,944 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 + 10
VA/R1 + VB/R2 = Is

Решите

VA/10 + (VA + 10)/8 = 2,5
VA = (2,5 − 10/8)/(1/10 + 1/8) = 5,556 V
VB = 5,556 + 10 = 15,56 V

Ток через источник напряжения

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

Ix = VB/R2 = 15,56/8 = 1,944 A

Ответ

Ix = 1,944 A

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

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: Ix = −3,686 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 + 12
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Решите

(VA − 30)/6 + VA/4 + (VA + 12)/25 = 5
VA·(1/6 + 1/4 + 1/25) = 5 + 30/6 − 12/25 = 9,52
VA = 9,52/0,4567 = 20,85 V
VB = 32,85 V

Ток через источник напряжения

ЗТК только для узла A: ток, приходящий через R₁, уходит через R₂ и через источник напряжения.

IR1 = (30 − 20,85)/6 = 1,526 A
Ix = IR1 − VA/R2 = 1,526 − 20,85/4 = −3,686 A

Ответ

Ix = −3,686 A

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

5.Тевенин и Нортон

Ответ: IN = 0,3214 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​ = 8 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​3 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 = 8·3/(8+3) = 2,182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,182 + 8 = 10,18 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​3 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) = 12·3/(8+3) = 3,273 V
IN​0,3214 ARth​10,18 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 = 3,273/10,18 = 0,3214 A
6.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 64 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​ = 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 = 6·30/(6+30) = 5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5 + 4 = 9 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​12 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) = 10 + 6·5 = 40 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 40 + 6·4 = 64 V
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: W = 1496 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 = 150 mH / 5 Ω = 30 ms
i(∞) = Vs/R = 24/5 = 4,8 A

Ток в заданный момент

i(t) = 4,8·(1 − e−80/30) = 4,466 A

Запасённая энергия

W = ½·L·i² = ½·150·4,466² = 1496 mJ

Ответ

W = 1496 mJ
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: R = 28,24 kΩ

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.

Требуемая постоянная времени

4 = 5·(1 − e−100/τ) → τ = 100/ln(5/(5 − 4))
τ = 100/1,609 = 62,13 ms

Сопротивление

kΩ умножить на µF даёт миллисекунды.

R = τ/C = 62,13/2,2 = 28,24 kΩ

Ответ

R = 28,24 kΩ
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: cos φ = 0,2394

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 = 251,3 Ω, XC = 7,958 Ω

Полное сопротивление

|Z| = √(60² + (243,4)²) = 250,7 Ω

Коэффициент мощности

cos φ = R/|Z| = 60/250,7 = 0,2394
Цепь индуктивная, поэтому коэффициент мощности отстающий.

Ответ

cos φ = 0,2394
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: VC = 51,89 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|.

Реактивные сопротивления

ω = 2πf = 2π·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,2 = 75,4 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·100·10⁻⁶) = 26,53 Ω

Полное сопротивление

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(15² + (48,87)²) = 51,12 Ω

Ток

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

I = V/|Z| = 100/51,12 = 1,956 A

Напряжение на конденсаторе

VC = I·XC = 1,956·26,53 = 51,89 V

Ответ

VC = 51,89 V
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: S = 4069 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| = √(12² + 5²) = 13 Ω
I = V/|Z| = 230/13 = 17,69 A

Полная мощность

S = V·I = 230·17,69 = 4069 VA

Ответ

S = 4069 VA
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: ΔP = 51,78 kW

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 существующей нагрузки

Q1 = 131·tan(arccos 0,85) = 81,19 kvar

Наибольшая суммарная активная мощность

При полной нагрузке S = Smax, а Q от активной нагрузки не меняется.

P = √(Smax² − Q1²) = √(200² − 81,19²) = 182,8 kW

Дополнительная активная мощность

ΔP = 182,8 − 131 = 51,78 kW

Ответ

ΔP = 51,78 kW
13.Трёхфазная мощность

Ответ: P = 43,98 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 = √3·690·40 = 47,8 kVA

Активная мощность

P = S·cos φ = 47,8·0,92 = 43,98 kW

Ответ

P = 43,98 kW
14.Трёхфазная мощность

Ответ: QC = 36,47 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 = 80·tan(acos 0,75) = 80·0,8819 = 70,55 kvar
Q2 = 80·tan(acos 0,92) = 80·0,426 = 34,08 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 36,47 kvar

Ответ

QC = 36,47 kvar
15.Трансформаторы

Ответ: IHV = 520,8 A

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.

Номинальный ток

Через обе обмотки передаётся одинаковая полная мощность.

IHV = S/V = 250000/480 = 520,8 A

Ответ

IHV = 520,8 A
16.Трансформаторы

Ответ: Sη,max = 40,82 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

x²·600 = 400 → x = √(400/600) = 0,8165

Нагрузка при максимальном КПД

Sη,max = x·S = 0,8165·50 = 40,82 kVA

Ответ

Sη,max = 40,82 kVA

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