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​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB

Найдите эквивалентное сопротивление Req, которое видит источник V1.

V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 20 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​25 ΩBR6​2 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 30 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 ΩR5 = 8 ΩR6 = 2 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​3 Ω+−V1​12 VI1​R2​2 Ω−+V2​10 VR3​15 Ω+−V3​24 VA

Между узлом A и землёй включены три ветви, как показано на схеме. Методом узловых потенциалов найдите ток I1 в ветви 1, текущий вверх в узел A по направлению стрелки.

V1 = 12 VR1 = 3 ΩV2 = 10 VR2 = 2 ΩV3 = 24 VR3 = 15 Ω
I1 = A
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 30 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​5 ΩIR4​B0,2·VA​

Ромб — это источник тока, управляемый напряжением, который направляет ток 0,2·VA (в A при VA в V) вверх в узел B. Методом узловых потенциалов найдите ток IR4 через R4 в направлении стрелки.

V1 = 12 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 ΩR4 = 5 Ωg = 0,2 A/V
IR4 = A
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAab

Найдите сопротивление Тевенина Rth со стороны зажимов a–b.

V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAIs​4 ABRL​30 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 30 Ω. С помощью эквивалента Тевенина найдите мощность PL, передаваемую в нагрузку.

V1 = 24 VIs = 4 AR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩRL = 30 Ω
PL = W
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​24 Vt = 0R = 22 ΩL22 mHi(t)

До замыкания ключа в момент t = 0 тока через катушку нет. Найдите энергию W, запасённую в катушке при t = 1 ms, в mJ.

Vs = 24 VR = 22 ΩL = 22 mHt = 1 ms
W = mJ
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​9 Vt = 0R = 3,3 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 10 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 10 V с указанной полярностью. Найдите напряжение на конденсаторе vC в момент t = 250 ms.

Vs = 9 VR = 3,3 kΩC = 100 µFvC(0) = 10 Vt = 250 ms
vC = V
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
Vf0​ = 5000 HzRL = 2 mHC = ?

Последовательный RLC-контур с L = 2 mH должен резонировать на частоте 5000 Hz. Найдите необходимую ёмкость C.

f0 = 5000 HzL = 2 mH
C = µF
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
24 V200 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 100 µF

Последовательная цепь RLC подключена к сети 24 V (действующее значение), 200 Hz. Найдите резонансную частоту f0 цепи.

V = 24 V (rms)f = 200 HzR = 40 ΩL = 150 mHC = 100 µF
f0 = Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
230 VR + jXP = 3209 W15,5 A

Индуктивная нагрузка потребляет 15,5 A и 3209 W от однофазной сети 230 V (действующее значение). Представьте её как сопротивление R, соединённое последовательно с реактивным сопротивлением X. Найдите R.

V = 230 VI = 15,5 AP = 3209 W
R = Ω
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
50 V1000 HzRs​ = 10 ΩXs​ = j15 ΩZL​ = ?

Источник 50 V (действующее значение), 1000 Hz имеет внутреннее сопротивление Zs = 10 + j15 Ω. Полное сопротивление нагрузки ZL можно выбирать произвольно. Найдите наибольшую активную мощность Pmax, которую можно передать нагрузке.

Vs = 50 V (rms)f = 1000 HzZs = 10 + j15 Ω
Pmax = W
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 415 VIL​ = 20 Acos φ = 0,82отстающий

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет линейный ток 20 A от сети с линейным напряжением 415 V. Коэффициент мощности 0,82 (отстающий). Найдите полную активную мощность P, потребляемую нагрузкой, в kW.

VL = 415 VIL = 20 Acos φ = 0,82
P = kW
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 75 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 75 kW при коэффициенте мощности 0,65 (отстающий) от сети 415 V (линейное), 60 Hz. Трёхфазная конденсаторная батарея, включённая параллельно нагрузке, должна повысить общий коэффициент мощности до 0,9 (отстающий). Активная мощность не меняется. Найдите полную реактивную мощность QC, которую должна выдавать конденсаторная батарея, в kvar.

P = 75 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,9VL = 415 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.ТрансформаторыСредняя
RL​ = 5 Ω51600 VV2​I1​ = ?I2​

К первичной обмотке идеального трансформатора с коэффициентом трансформации N₁:N₂ = 5:1 приложено 600 V. К вторичной обмотке подключён резистор 5 Ω. Найдите первичный ток I1.

N1:N2 = 5:1V1 = 600 VRL = 5 Ω
I1 = A
16.ТрансформаторыСложная
25 kVA

Однофазный трансформатор 25 kVA имеет потери в стали 75 W и потери в меди 225 W при номинальной нагрузке. При какой нагрузке Sη,max, в kVA, его КПД максимален?

S = 25 kVAPcore = 75 WPcu,fl = 225 W
Sη,max = kVA

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: Req = 9,118 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​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​10 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 = 5 + 2 = 7 Ω
R2 ∥ 7 = 10·7/(10+7) = 4,118 Ω
Req = R1 + 4,118 = 5 + 4,118 = 9,118 Ω

Ответ

Req = 9,118 Ω
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 1,96 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​ = 8 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​25 ΩBR6​2 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 + 2 = 10 Ω
R4 ∥ 10 = 7,143 Ω
R3 + 7,143 = 27,14 Ω
R2 ∥ 27,14 = 7,308 Ω
Req = R1 + 7,308 = 8 + 7,308 = 15,31 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 30/15,31 = 1,96 A

Ответ

IR1 = 1,96 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: I1 = 3,778 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

Примите нижний провод за землю. Каждая ветвь проводит ток (VA − Vk)/Rk, вытекающий из A, где Vk — напряжение её источника (ноль для простого резистора). Сумма токов, вытекающих из A, равна нулю.

(VA − 12)/3 + (VA − (−10))/2 + (VA − 24)/15 = 0

Находим VA

VA = (12/3 + (−10)/2 + 24/15) / (1/3 + 1/2 + 1/15) = 0,6/0,9 = 0,6667 V

Ток ветви

Стрелка направлена вверх по ветви, в узел A.

I1 = (12 − VA)/R1 = (12 − 0,6667)/3 = 3,778 A

Ответ

I1 = 3,778 A

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

4.Метод узловых потенциалов

Ответ: IR4 = 0,96 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

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

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,4167·VA − 0,3333·VB = 0,4

ЗТК в узле B

Зависимый источник направляет ток g·VA в узел B. Рассматривайте его как независимый источник, а затем перенесите член с VA в левую часть.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0,2·VA
−0,5333·VA + 0,5333·VB = 0

Решите

Δ = (0,4167)(0,5333) − (−0,3333)(−0,5333) = 0,04444
VA = Δ1/Δ = 0,2133/0,04444 = 4,8 V
VB = Δ2/Δ = 0,2133/0,04444 = 4,8 V

Ток через R₄

IR4 = VB/R4 = 4,8/5 = 0,96 A

Ответ

IR4 = 0,96 A
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Rth = 22 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​ = 20 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 = 6·3/(6+3) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 20 = 22 Ω
6.Тевенин и Нортон

Ответ: PL = 33,28 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​ = 15 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​2 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 = 15·2/(15+2) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 8 = 9,765 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAIs​4 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) = 2,824 + 4·1,765 = 9,882 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 9,882 + 4·8 = 41,88 V
Rth​ = 9,765 Ω+−Vth​41,88 VRL​30 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) = 41,88/(9,765 + 30) = 1,053 A
PL = IL²·RL = 1,053²·30 = 33,28 W
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: W = 5,231 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 = 22 mH / 22 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 24/22 = 1,091 A

Ток в заданный момент

i(t) = 1,091·(1 − e−1/1) = 0,6896 A

Запасённая энергия

W = ½·L·i² = ½·22·0,6896² = 5,231 mJ

Ответ

W = 5,231 mJ
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: vC = 9,469 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 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) = 10 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 3,3 kΩ · 100 µF = 330 ms
vC(t) = 9 + (10 − 9)·e−t/τ

Напряжение в заданный момент

vC(250) = 9 + (1)·e−250/330 = 9,469 V

Ответ

vC = 9,469 V
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: C = 0,5066 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·5000 = 31416 rad/s
C = 1/(ω₀²·L) = 1/(31416²·0,002) = 0,5066 µF

Ответ

C = 0,5066 µF
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: f0 = 41,09 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·√(0,15·100·10⁻⁶)) = 41,09 Hz

Ответ

f0 = 41,09 Hz
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: R = 13,36 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 = 3209/15,5² = 13,36 Ω

Ответ

R = 13,36 Ω
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Pmax = 62,5 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* = 10 − j15 Ω

Наибольшая мощность

I = Vs/(2Rs) = 50/20 = 2,5 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 50²/(4·10) = 62,5 W

Ответ

Pmax = 62,5 W
13.Трёхфазная мощность

Ответ: P = 11,79 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 = √3·415·20 = 14,38 kVA

Активная мощность

P = S·cos φ = 14,38·0,82 = 11,79 kW

Ответ

P = 11,79 kW
14.Трёхфазная мощность

Ответ: QC = 51,36 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 = 75·tan(acos 0,65) = 75·1,169 = 87,68 kvar
Q2 = 75·tan(acos 0,9) = 75·0,4843 = 36,32 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 51,36 kvar

Ответ

QC = 51,36 kvar
15.Трансформаторы

Ответ: I1 = 4,8 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.

Вторичные напряжение и ток

V2 = 600/5 = 120 V
I2 = 120/5 = 24 A

Первичный ток

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

I1 = I2/5 = 4,8 A

Ответ

I1 = 4,8 A

Проверка: нагрузка со стороны первичной обмотки равна a²·RL = 125 Ω, и 600/125 даёт тот же ток.

16.Трансформаторы

Ответ: Sη,max = 14,43 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

x²·225 = 75 → x = √(75/225) = 0,5774

Нагрузка при максимальном КПД

Sη,max = x·S = 0,5774·25 = 14,43 kVA

Ответ

Sη,max = 14,43 kVA

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