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​ = 8 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩIR2​AR4​20 ΩB

Найдите ток IR2 через R2.

V1 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 Ω
IR2 = A
2.Последовательные и параллельные резисторыСложная
R1​ = 2 ΩIR1​R3​ = 6 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​2 ΩBR6​4 Ω

Найдите ток IR1, отдаваемый источником и текущий через R1.

V1 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 ΩR5 = 12 ΩR6 = 4 Ω
IR1 = A
3.Метод узловых потенциаловСредняя
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​5 ΩBIs​3 A

Используйте метод узловых потенциалов, чтобы найти узловое напряжение VA (относительно земли).

V1 = 9 VIs = 3 AR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 5 Ω
VA = V
4.Метод узловых потенциаловСложная
R1​ = 25 Ω−+Vs​ = 4 V+−V1​15 VR2​4 ΩAR3​4 ΩBIs​2,5 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 узловое напряжение VA (относительно земли).

V1 = 15 VIs = 2,5 AVs = 4 VR1 = 25 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 Ω
VA = V
5.Тевенин и НортонСредняя
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩAab

Найдите напряжение Тевенина Vth со стороны зажимов a–b.

V1 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
6.Тевенин и НортонСложная
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAIs​2,5 ABRL​10 ΩIL​

К a–b подключена нагрузка RL = 10 Ω. Замените остальную цепь эквивалентом Тевенина и найдите ток нагрузки IL.

V1 = 18 VIs = 2,5 AR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩRL = 10 Ω
IL = A
7.Переходные процессы RC и RLСредняя
+−Vs​20 Vt = 0R = 33 ΩL100 mHi(t)

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

Vs = 20 VR = 33 ΩL = 100 mHt = 5 ms
i = A
8.Переходные процессы RC и RLСложная
+−Vs​6 Vt = 0R = 4,7 kΩC47 µF+−vC​vC​(0) = 18 V

Непосредственно перед замыканием ключа в момент t = 0 конденсатор заряжен до 18 V с указанной полярностью. Через какое время vC достигнет 12 V? Найдите t.

Vs = 6 VR = 4,7 kΩC = 47 µFvC(0) = 18 V
t = ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСредняя
100 V500 HzR = 25 ΩL = 20 mHC = 100 µFI

Последовательная цепь RLC подключена к сети 100 V (действующее значение), 500 Hz. Найдите коэффициент мощности cos φ цепи.

V = 100 V (rms)f = 500 HzR = 25 ΩL = 20 mHC = 100 µF
cos φ =
10.Полное сопротивление и комплексные амплитудыСложная
12 Vf0​R = 15 ΩL = 20 mHC = 0,22 µF

Последовательный RLC-контур питается от источника 12 V (действующее значение), частота которого равна резонансной частоте контура. Найдите действующее напряжение VL на катушке.

V = 12 V (rms)R = 15 ΩL = 20 mHC = 0,22 µF
VL = V
11.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСредняя
230 VZ6 + j8 ΩI

Нагрузка с полным сопротивлением Z = 6 + j8 Ω подключена к однофазной сети 230 V (действующее значение). Найдите полную мощность S.

V = 230 VZ = 6 + j8 Ω
S = VA
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощностиСложная
12 V60 HzRs​ = 8 ΩXs​ = j20 ΩZL​ = ?

Источник 12 V (действующее значение), 60 Hz имеет внутреннее сопротивление Zs = 8 + j20 Ω. Полное сопротивление нагрузки ZL можно выбирать произвольно. Найдите наибольшую активную мощность Pmax, которую можно передать нагрузке.

Vs = 12 V (rms)f = 60 HzZs = 8 + j20 Ω
Pmax = W
13.Трёхфазная мощностьСредняя
ABCVL​ = 480 VIL​ = 80 Acos φ = 0,75отстающий

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет линейный ток 80 A от сети с линейным напряжением 480 V. Коэффициент мощности 0,75 (отстающий). Найдите полную активную мощность P, потребляемую нагрузкой, в kW.

VL = 480 VIL = 80 Acos φ = 0,75
P = kW
14.Трёхфазная мощностьСложная
P = 120 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симметричная трёхфазная нагрузка потребляет 120 kW при коэффициенте мощности 0,75 (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 треугольником. Найдите ёмкость Cph каждого конденсатора в µF.

P = 120 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,9VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаторыСредняя
2400 V240 VIHV​ILV​ = ?100 kVA

Однофазный трансформатор 100 kVA, 2400/240 V работает при номинальной нагрузке. Считайте его идеальным. Найдите ток ILV в обмотке низшего напряжения.

S = 100 kVAV1 = 2400 VV2 = 240 V
ILV = A
16.ТрансформаторыСложная
pf 0,9250 kVA, η = 96%

Однофазный трансформатор 250 kVA имеет потери в стали 2000 W. При номинальной нагрузке и коэффициенте мощности 0,9 (отстающий) его КПД равен 96%. Найдите потери в меди при номинальной нагрузке Pcu,fl в ваттах.

S = 250 kVAPcore = 2000 Wpf = 0,9η = 96%
Pcu,fl = W

3Растворы

1.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR2 = 0,303 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​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​20 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 = 12 + 20 = 32 Ω
R2 ∥ 32 = 20·32/(20+32) = 12,31 Ω
Req = R1 + 12,31 = 8 + 12,31 = 20,31 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 10/20,31 = 0,4924 A

Ток через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0,4924·8 = 6,061 V
IR2 = VA/R2 = 6,061/20 = 0,303 A

Ответ

IR2 = 0,303 A
2.Последовательные и параллельные резисторы

Ответ: IR1 = 1,882 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​ = 6 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​2 ΩBR6​4 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 = 12 + 4 = 16 Ω
R4 ∥ 16 = 1,778 Ω
R3 + 1,778 = 7,778 Ω
R2 ∥ 7,778 = 4,375 Ω
Req = R1 + 4,375 = 2 + 4,375 = 6,375 Ω

Ток источника

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

IR1 = V1/Req = 12/6,375 = 1,882 A

Ответ

IR1 = 1,882 A
3.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 9,156 V

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​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAR4​5 ΩBIs​3 A

Определите узлы

Земля — нижний провод. Известные узловые напряжения берутся прямо из источников (V1 = 9 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/15 + (VA − 9)/4 + (VA − VB)/4 = 0
0,5667·VA − 0,25·VB = 2,25

ЗТК в узле B

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/5 + (VB − VA)/4 = 3
−0,25·VA + 0,45·VB = 3

Решите

Δ = (0,5667)(0,45) − (−0,25)(−0,25) = 0,1925
VA = Δ1/Δ = 1,762/0,1925 = 9,156 V
VB = Δ2/Δ = 2,263/0,1925 = 11,75 V

Ответ

VA = 9,156 V
4.Метод узловых потенциалов

Ответ: VA = 3,889 V

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 + 4
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Решите

(VA − 15)/25 + VA/4 + (VA + 4)/4 = 2,5
VA·(1/25 + 1/4 + 1/4) = 2,5 + 15/25 − 4/4 = 2,1
VA = 2,1/0,54 = 3,889 V
VB = 7,889 V

Ответ

VA = 3,889 V
5.Тевенин и Нортон

Ответ: Vth = 9,818 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​ = 5 ΩКЗR2​6 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 = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 5 = 7,727 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 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) = 18·6/(5+6) = 9,818 V
6.Тевенин и Нортон

Ответ: IL = 1,921 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​ = 6 ΩR3​ = 10 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 = 6·10/(6+10) = 3,75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,75 + 10 = 13,75 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​10 ΩAIs​2,5 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) = 11,25 + 2,5·3,75 = 20,63 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 20,63 + 2,5·10 = 45,62 V
Rth​ = 13,75 Ω+−Vth​45,62 VRL​10 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) = 45,62/(13,75 + 10) = 1,921 A
7.Переходные процессы RC и RL

Ответ: i = 0,4897 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 = 100 mH / 33 Ω = 3,03 ms
i(∞) = Vs/R = 20/33 = 0,6061 A

Ток в заданный момент

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0,6061·(1 − e−5/3,03) = 0,4897 A

Ответ

i = 0,4897 A
8.Переходные процессы RC и RL

Ответ: t = 153,1 ms

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) = 18 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 4,7 kΩ · 47 µF = 220,9 ms
vC(t) = 6 + (18 − 6)·e−t/τ

Выразите время

12 = 6 + (12)·e−t/τ → e−t/τ = (12 − 6)/(18 − 6) = 0,5
t = τ·ln((18 − 6)/(12 − 6)) = 220,9·ln(2) = 153,1 ms

Ответ

t = 153,1 ms
9.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: cos φ = 0,3865

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 = 62,83 Ω, XC = 3,183 Ω

Полное сопротивление

|Z| = √(25² + (59,65)²) = 64,68 Ω

Коэффициент мощности

cos φ = R/|Z| = 25/64,68 = 0,3865
Цепь индуктивная, поэтому коэффициент мощности отстающий.

Ответ

cos φ = 0,3865
10.Полное сопротивление и комплексные амплитуды

Ответ: VL = 241,2 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|.

Резонанс

При резонансе реактивные сопротивления компенсируются, поэтому полное сопротивление равно просто R.

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0,02·0,22·10⁻⁶) = 15076 rad/s
I = V/R = 12/15 = 0,8 A

Напряжение на катушке

XL = ω₀L = 15076·0,02 = 301,5 Ω
VL = I·XL = 0,8·301,5 = 241,2 V

Ответ

VL = 241,2 V

Это в Q = 20,1 раз больше напряжения источника.

11.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: S = 5290 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| = √(6² + 8²) = 10 Ω
I = V/|Z| = 230/10 = 23 A

Полная мощность

S = V·I = 230·23 = 5290 VA

Ответ

S = 5290 VA
12.Мощность переменного тока и коэффициент мощности

Ответ: Pmax = 4,5 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* = 8 − j20 Ω

Наибольшая мощность

I = Vs/(2Rs) = 12/16 = 0,75 A
Pmax = I²·RL = Vs²/(4Rs) = 12²/(4·8) = 4,5 W

Ответ

Pmax = 4,5 W
13.Трёхфазная мощность

Ответ: P = 49,88 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 = √3·480·80 = 66,51 kVA

Активная мощность

P = S·cos φ = 66,51·0,75 = 49,88 kW

Ответ

P = 49,88 kW
14.Трёхфазная мощность

Ответ: Cph = 263,7 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 = 120·tan(acos 0,75) = 120·0,8819 = 105,8 kvar
Q2 = 120·tan(acos 0,9) = 120·0,4843 = 58,12 kvar

Реактивная мощность конденсаторов

QC = Q1 − Q2 = 47,71 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) = 15904/(377·400²) = 263,7 µF

Ответ

Cph = 263,7 µF
15.Трансформаторы

Ответ: ILV = 416,7 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.

ILV = S/V = 100000/240 = 416,7 A

Ответ

ILV = 416,7 A
16.Трансформаторы

Ответ: Pcu,fl = 7375 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 = 250·0,9 = 225 kW
Pin = 225000/0,96 = 234375 W

Суммарные потери и потери в меди

Ploss = 234375 − 225000 = 9375 W
Pcu,fl = 9375 − 2000 = 7375 W

Ответ

Pcu,fl = 7375 W

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