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​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​12 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 5 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​3 ΩBR6​12 Ω

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 ΩR5 = 3 ΩR6 = 12 Ω
Req = Ω
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 ΩIR3​+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBIs​1 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти ток IR3 через R3 в направлении стрелки.

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 Ω
IR3 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​25 ΩBIs​?

Источник тока регулируют до тех пор, пока напряжение узла A не станет VA = 23,5 V. Методом узловых потенциалов найдите ток источника Is (направление как на схеме).

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 8 ΩR4 = 25 ΩVA = 23,5 V
Is = A
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAIs​2 ABab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 18 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​15 Vt = 0R = 15 ΩL150 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите ток i в момент t = 5 ms.

Vs = 15 VR = 15 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​24 Vразмыкается при t = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 4,7 kΩi2​C47 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 = 250 ms.

Vs = 24 VR1 = 10 kΩR2 = 4,7 kΩC = 47 µFt = 250 ms
i2 = mA
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
10 V1000 HzR = 10 ΩL = 20 mHC = 47 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 10 V (действующее значение), 1000 Hz. Найдите действующее значение тока I.

V = 10 V (rms)f = 1000 HzR = 10 ΩL = 20 mHC = 47 µF
I = A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
VfR = 50 ΩL = 200 mHC = 1 µF

Последовательный RLC-контур имеет R = 50 Ω, L = 200 mH и C = 1 µF. Найдите его добротность Q при резонансе.

R = 50 ΩL = 200 mHC = 1 µF
Q =
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
120 VZ12 + j5 ΩI

Нагрузка с полным сопротивлением Z = 12 + j5 Ω подключена к однофазной сети 120 V (действующее значение). Найдите потребляемую ею активную мощность P.

V = 120 VZ = 12 + j5 Ω
P = W
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
100 V50 HzRs​ = 4 ΩXs​ = j30 ΩZL​ = ?

Источник 100 V (действующее значение), 50 Hz имеет внутреннее сопротивление Zs = 4 + j30 Ω. Полное сопротивление нагрузки ZL можно выбирать произвольно. Найдите наибольшую активную мощность Pmax, которую можно передать нагрузке.

Vs = 100 V (rms)f = 50 HzZs = 4 + j30 Ω
Pmax = W
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 690 VIL​ = ?M110 kW, η = 95%cos φ = 0,84

Трёхфазный асинхронный двигатель при полной нагрузке развивает механическую мощность 110 kW. При этой нагрузке его КПД равен 95%, а коэффициент мощности 0,84 (отстающий). Линейное напряжение сети 690 V. Найдите линейный ток IL.

Pout = 110 kWη = 95%cos φ = 0,84VL = 690 V
IL = A
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 300 kW при коэффициенте мощности 0,8 (отстающий) от сети 400 V (линейное), 60 Hz. Трёхфазная конденсаторная батарея, включённая параллельно нагрузке, должна повысить общий коэффициент мощности до 0,9 (отстающий). Активная мощность не меняется. Конденсаторы соединены звездой. Найдите ёмкость Cph каждого конденсатора в µF.

P = 300 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,9VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаторыСредняя
RL​ = 5 Ω21480 VV2​I1​ = ?I2​

К первичной обмотке идеального трансформатора с коэффициентом трансформации N₁:N₂ = 2:1 приложено 480 V. К вторичной обмотке подключён резистор 5 Ω. Найдите первичный ток I1.

N1:N2 = 2:1V1 = 480 VRL = 5 Ω
I1 = A
16.ТрансформаторыСложная
pf 0,8525 kVA, η = 98,5%

Однофазный трансформатор 25 kVA имеет потери в стали 150 W. При номинальной нагрузке и коэффициенте мощности 0,85 (отстающий) его КПД равен 98,5%. Найдите потери в меди при номинальной нагрузке Pcu,fl в ваттах.

S = 25 kVAPcore = 150 Wpf = 0,85η = 98,5%
Pcu,fl = W

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 23,16 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​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​12 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 = 3 + 12 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 4·15/(4+15) = 3,158 Ω
Req = R1 + 3,158 = 20 + 3,158 = 23,16 Ω

Ответ

Req = 23,16 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 14 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​ = 20 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩAR4​3 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 = 3 + 12 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 2,5 Ω
R3 + 2,5 = 22,5 Ω
R2 ∥ 22,5 = 9 Ω
Req = R1 + 9 = 5 + 9 = 14 Ω

Ответ

Req = 14 Ω
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR3 = 0,2059 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​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​12 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBIs​1 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 12 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/3 + (VA − 12)/8 + (VA − VB)/2 = 0
0,9583·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
−0,5·VA + VB = 1

Решите

Δ = (0,9583)(1) − (−0,5)(−0,5) = 0,7083
VA = Δ1/Δ = 2/0,7083 = 2,824 V
VB = Δ2/Δ = 1,708/0,7083 = 2,412 V

Ответ

IR3 = (VA − VB)/R3 = (2,824 − 2,412)/2 = 0,2059 A
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: Is = 1,182 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.

ЗТК в узле A

VA известно, поэтому это уравнение даёт VB.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(23,5 − 30)/3 + 23,5/10 = (VB − 23,5)/8
0,1833 = (VB − 23,5)/8 → VB = 24,97 V

ЗТК в узле B

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

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (24,97 − 23,5)/8 + 24,97/25 = 1,182 A

Ответ

Is = 1,182 A
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 6,667 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​ = 5 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​4 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 = 5·4/(5+4) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 10 = 12,22 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​4 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) = 15·4/(5+4) = 6,667 V
6.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 27,71 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​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​5 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 = 2·5/(2+5) = 1,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,429 + 6 = 7,429 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAIs​2 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) = 12,86 + 2·1,429 = 15,71 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 15,71 + 2·6 = 27,71 V
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,3935 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 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 / 15 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 15/15 = 1 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 1·(1 − e−5/10) = 0,3935 A

Ответ

i = 0,3935 A
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i2 = 0,5265 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) = 24·4,7/(10 + 4,7) = 7,673 V

Постоянная времени после размыкания ключа

τ = R2·C = 4,7·47 = 220,9 ms

Разряд

vC(t) = 7,673·e−250/220,9 = 2,474 V
i2 = vC/R2 = 2,474/4,7 = 0,5265 mA

Ответ

i2 = 0,5265 mA
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: I = 0,08151 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·1000 = 6283 rad/s
XL = ωL = 6283·0,02 = 125,7 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(6283·47·10⁻⁶) = 3,386 Ω

Полное сопротивление

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

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(10² + (122,3)²) = 122,7 Ω

Ток

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

I = V/|Z| = 10/122,7 = 0,08151 A

Ответ

I = 0,08151 A
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: Q = 8,944

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·√(0,2·1·10⁻⁶)) = 355,9 Hz

Добротность

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/50)·√(0,2/(1·10⁻⁶)) = 8,944

Ответ

Q = 8,944
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: P = 1022 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.

Ток

|Z| = √(12² + 5²) = 13 Ω
I = V/|Z| = 120/13 = 9,231 A

Активная мощность

P = I²·R = 9,231²·12 = 1022 W

Ответ

P = 1022 W
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Pmax = 625 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 − j30 Ω

Наибольшая мощность

I = Vs/(2Rs) = 100/8 = 12,5 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 100²/(4·4) = 625 W

Ответ

Pmax = 625 W
13.Трёхфазная мощность

Ответ: IL = 115,3 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 = 110/0,95 = 115,8 kW

Ток линии

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 115789/(√3·690·0,84) = 115,3 A

Ответ

IL = 115,3 A
14.Трёхфазная мощность

Ответ: Cph = 1321 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 0,8) = 300·0,75 = 225 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,9) = 300·0,4843 = 145,3 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 79,7 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·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 26568/(377·230,9²) = 1321 µF

Ответ

Cph = 1321 µF
15.Трансформаторы

Ответ: I1 = 24 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.

Вторичные напряжение и ток

V2 = 480/2 = 240 V
I2 = 240/5 = 48 A

Первичный ток

Идеальный трансформатор не имеет потерь: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/2 = 24 A

Ответ

I1 = 24 A

Проверка: нагрузка со стороны первичной обмотки равна a²·RL = 20 Ω, и 480/20 даёт тот же ток.

16.Трансформаторы

Ответ: Pcu,fl = 173,6 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 = 25·0,85 = 21,25 kW
Pin = 21250/0,985 = 21574 W

Суммарные потери и потери в меди

Ploss = 21574 − 21250 = 323,6 W
Pcu,fl = 323,6 − 150 = 173,6 W

Ответ

Pcu,fl = 173,6 W

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