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 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​10 ΩB

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
IR1 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 8 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAR4​25 ΩBR6​3 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 36 VR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩR4 = 25 ΩR5 = 6 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
−+Vs​ = 5 VIx​Is​2 AAR1​12 ΩR2​2 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 AVs = 5 VR1 = 12 ΩR2 = 2 Ω
Ix = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩIR2​R4​ = 8 Ω+−V1​9 VR3​30 ΩAR5​25 ΩBIs​1,5 A+−V2​15 V

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

V1 = 9 VIs = 1,5 AV2 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 30 ΩR4 = 8 ΩR5 = 25 Ω
IR2 = A
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAab

Найдите сопротивление Тевенина Rth со стороны зажимов a–b.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAIs​1 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 4 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​24 Vt = 0R = 5 ΩL220 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 = 24 VR = 5 ΩL = 220 mH
W(∞) = mJ
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​30 Vразмыкается при t = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 10 kΩi2​C10 µF+−vC​

Ключ был замкнут долгое время, поэтому цепь находится в установившемся режиме. При t = 0 ключ размыкается. Найдите ток i2 через R2 при t = 30 ms.

Vs = 30 VR1 = 1 kΩR2 = 10 kΩC = 10 µFt = 30 ms
i2 = mA
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
Vf0​ = 100 HzRL = ?C = 2,2 µF

Последовательный RLC-контур с C = 2,2 µF должен резонировать на частоте 100 Hz. Найдите необходимую индуктивность L.

f0 = 100 HzC = 2,2 µF
L = mH
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
10 V60 HzR = 100 ΩL = 50 mHC = 2,2 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 10 V (действующее значение), 60 Hz. Найдите действующее значение тока I.

V = 10 V (rms)f = 60 HzR = 100 ΩL = 50 mHC = 2,2 µF
I = A
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
240 VR + jXP = 1530 W7,5 A

Индуктивная нагрузка потребляет 7,5 A и 1530 W от однофазной сети 240 V (действующее значение). Представьте её как сопротивление R, соединённое последовательно с реактивным сопротивлением X. Найдите R.

V = 240 VI = 7,5 AP = 1530 W
R = Ω
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
P1​ = 54 kWQ1​S1​φ

Однофазный трансформатор 100 kVA питает нагрузку 54 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 = 100 kVAP1 = 54 kWpf1 = 0,85
ΔP = kW
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 415 VIL​ = ?M30 kW, η = 93%cos φ = 0,85

Трёхфазный асинхронный двигатель при полной нагрузке развивает механическую мощность 30 kW. При этой нагрузке его КПД равен 93%, а коэффициент мощности 0,85 (отстающий). Линейное напряжение сети 415 V. Найдите линейный ток IL.

Pout = 30 kWη = 93%cos φ = 0,85VL = 415 V
IL = A
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 75 kW при коэффициенте мощности 0,78 (отстающий) от сети 400 V (линейное), 60 Hz. Трёхфазная конденсаторная батарея, включённая параллельно нагрузке, должна повысить общий коэффициент мощности до 0,98 (отстающий). Активная мощность не меняется. Конденсаторы соединены треугольником. Найдите ёмкость Cph каждого конденсатора в µF.

P = 75 kWpf1 = 0,78pf2 = 0,98VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаторыСредняя
5 Ω21

К вторичной обмотке идеального трансформатора с коэффициентом трансформации N₁:N₂ = 2:1 подключён резистор 5 Ω. Найдите сопротивление R1′ со стороны первичной обмотки.

N1:N2 = 2:1RL = 5 Ω
R1′ = Ω
16.ТрансформаторыСложная
pf 0,975 kVA, 25% нагрузка

Однофазный трансформатор 75 kVA имеет потери в стали 600 W и потери в меди 900 W при номинальной нагрузке. Он отдаёт 25% номинальной мощности в kVA при коэффициенте мощности 0,9 (отстающий). Найдите суммарные потери Ploss в ваттах при этой нагрузке.

S = 75 kVAPcore = 600 WPcu,fl = 900 Wx = 0,25pf = 0,9
Ploss = W

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 0,6632 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​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​10 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 + 10 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 15·20/(15+20) = 8,571 Ω
Req = R1 + 8,571 = 5 + 8,571 = 13,57 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 9/13,57 = 0,6632 A

Ответ

IR1 = 0,6632 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 1,87 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​ = 15 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAR4​25 ΩBR6​3 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 = 6 + 3 = 9 Ω
R4 ∥ 9 = 6,618 Ω
R3 + 6,618 = 14,62 Ω
R2 ∥ 14,62 = 4,254 Ω
Req = R1 + 4,254 = 15 + 4,254 = 19,25 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 36/19,25 = 1,87 A

Ответ

IR1 = 1,87 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: Ix = 2,071 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 + 5
VA/R1 + VB/R2 = Is

Решите

VA/12 + (VA + 5)/2 = 2
VA = (2 − 5/2)/(1/12 + 1/2) = −0,8571 V
VB = −0,8571 + 5 = 4,143 V

Ток через источник напряжения

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

Ix = VB/R2 = 4,143/2 = 2,071 A

Ответ

Ix = 2,071 A

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

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR2 = 0,3718 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​ = 6 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​9 VR3​30 ΩAR5​25 ΩBIs​1,5 A+−V2​15 V

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 9 V, V2 = 15 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/30 + (VA − 9)/6 + (VA − VB)/3 = 0
0,5333·VA − 0,3333·VB = 1,5

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/25 + (VB − VA)/3 + (VB − 15)/8 = (−1,5)
−0,3333·VA + 0,4983·VB = 0,375

Решите

Δ = (0,5333)(0,4983) − (−0,3333)(−0,3333) = 0,1547
VA = Δ1/Δ = 0,8725/0,1547 = 5,641 V
VB = Δ2/Δ = 0,7/0,1547 = 4,526 V

Ответ

IR2 = (VA − VB)/R2 = (5,641 − 4,526)/3 = 0,3718 A
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Rth = 23,53 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​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩКЗR2​12 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 = 5·12/(5+12) = 3,529 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,529 + 20 = 23,53 Ω
6.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 13,43 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​ = 4 ΩR3​ = 2 ΩКЗR2​10 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 = 4·10/(4+10) = 2,857 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,857 + 2 = 4,857 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAIs​1 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) = 8,571 + 1·2,857 = 11,43 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 11,43 + 1·2 = 13,43 V
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: W(∞) = 2534 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 = 220 mH / 5 Ω = 44 ms
i(∞) = Vs/R = 24/5 = 4,8 A

Запасённая энергия

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·220·4,8² = 2534 mJ

Ответ

W(∞) = 2534 mJ
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i2 = 2,02 mA

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) = 30·10/(1 + 10) = 27,27 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 10·10 = 100 ms

Разряд

vC(t) = 27,27·e−30/100 = 20,2 V
i2 = vC/R2 = 20,2/10 = 2,02 mA

Ответ

i2 = 2,02 mA
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: L = 1151 mH

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·100 = 628,3 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(628,3²·2,2·10⁻⁶) = 1151 mH

Ответ

L = 1151 mH
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: I = 0,008396 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·60 = 377 rad/s
XL = ωL = 377·0,05 = 18,85 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(377·2,2·10⁻⁶) = 1206 Ω

Полное сопротивление

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(100² + (−1187)²) = 1191 Ω

Ток

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

I = V/|Z| = 10/1191 = 0,008396 A

Ответ

I = 0,008396 A
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: R = 27,2 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 = 1530/7,5² = 27,2 Ω

Ответ

R = 27,2 Ω
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: ΔP = 40,23 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 = 54·tan(arccos 0,85) = 33,47 kvar

Наибольшая суммарная активная мощность

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

P = √(Smax² − Q1²) = √(100² − 33,47²) = 94,23 kW

Дополнительная активная мощность

ΔP = 94,23 − 54 = 40,23 kW

Ответ

ΔP = 40,23 kW
13.Трёхфазная мощность

Ответ: IL = 52,8 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 = 30/0,93 = 32,26 kW

Ток линии

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 32258/(√3·415·0,85) = 52,8 A

Ответ

IL = 52,8 A
14.Трёхфазная мощность

Ответ: Cph = 248,4 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 = 75·tan(acos 0,78) = 75·0,8023 = 60,17 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,98) = 75·0,2031 = 15,23 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 44,94 kvar

Ёмкость на фазу

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

V = 400 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 14981/(377·400²) = 248,4 µF

Ответ

Cph = 248,4 µF
15.Трансформаторы

Ответ: R1′ = 20 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 = 2²·5 = 20 Ω

Ответ

R1′ = 20 Ω
16.Трансформаторы

Ответ: Ploss = 656,3 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 = 0,0625·900 = 56,25 W

Суммарные потери

Потери в стали одинаковы при любой нагрузке.

Ploss = 600 + 56,25 = 656,3 W

Ответ

Ploss = 656,3 W

КПД при этой нагрузке η = 96,26%.

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