Основи електротехніки: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 16 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачіНазад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Послідовні й паралельні резистори

Послідовне з’єднання резисторів
Req = R1 + R2 + …
Паралельне з’єднання резисторів
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
Два паралельно
Req = R1R2 / (R1 + R2)
Закон Ома
V = I·R
Потужність
P = V·I = I²R = V²/R

Метод

  1. Почніть з кінця мережі, найдальшого від затискачів.
  2. Послідовні резистори об’єднуйте додаванням, паралельні — за 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. Перемальовуйте коло після кожного кроку.
  4. Повторюйте, доки між затискачами не залишиться один резистор.

Метод вузлових потенціалів

Закон струмів Кірхгофа
ΣIin = ΣIout
Струм гілки
I = (Va − Vb)/R
Опорний вузол
Vground = 0

Метод

  1. Оберіть опорний вузол (землю) і позначте напруги інших вузлів.
  2. Запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла: струми, що витікають через гілки, дорівнюють струмам, що втікають.
  3. Виразіть кожен струм гілки як (Va − Vb)/R.
  4. Розв’яжіть систему рівнянь, потім знайдіть потрібний струм.

Тевенен і Нортон

Напруга Тевенена
Vth = Vopen circuit
Опір Тевенена
Rth: усі джерела вимкнені, з боку a–b
Струм Нортона
IN = Vth/Rth
Струм навантаження
IL = Vth/(Rth + RL)
Передача максимальної потужності
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

Метод

  1. Від’єднайте навантаження й позначте два затискачі a і b.
  2. Знайдіть напругу холостого ходу між a і b: це Vth.
  3. Вимкніть усі незалежні джерела й знайдіть опір з боку a–b: це Rth.
  4. Поверніть навантаження до еквівалентної схеми: Vth послідовно з Rth.
  5. Для еквівалента Нортона перетворіть: IN = Vth/Rth, з паралельним RN = Rth.

Перехідні процеси RC і RL

Стала часу
τ = RC | τ = L/R
Відгук
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
Конденсатор на постійному струмі
розрив; vC не може змінитися стрибком
Котушка на постійному струмі
коротке замикання; iL не може змінитися стрибком
Усталений режим
t ≈ 5τ

Метод

  1. Знайдіть початкове значення одразу після комутації: напруга на конденсаторі й струм через котушку не можуть змінитися стрибком.
  2. Знайдіть кінцеве значення через довгий час після комутації: конденсатор поводиться як розрив, котушка — як коротке замикання.
  3. Знайдіть сталу часу: τ = RC або τ = L/R, використовуючи опір з боку конденсатора чи котушки.
  4. Використайте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ.

Повний опір і комплексні амплітуди

Повні опори
ZR = R, ZL = jωL, ZC = 1/(jωC)
Кутова частота
ω = 2πf
Модуль і кут
|Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Закон Ома в комплексній формі
V = I·Z

Метод

  1. Переведіть частоту: ω = 2πf.
  2. Знайдіть кожен реактивний опір: XL = ωL і XC = 1/(ωC).
  3. Додавайте опори як резистори, з Z = R + jX.
  4. Знайдіть модуль |Z| = √(R² + X²) і кут φ = atan(X/R), потім застосуйте закон Ома для комплексних амплітуд.

Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Активна потужність
P = V·I·cos φ
Реактивна потужність
Q = V·I·sin φ
Повна потужність
S = V·I = √(P² + Q²)
Коефіцієнт потужності
pf = cos φ = P/S
Компенсувальний конденсатор
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(ωV²)

Трифазні системи

З’єднання зіркою (Y)
VL = √3·Vph, IL = Iph
З’єднання трикутником (Δ)
VL = Vph, IL = √3·Iph
Сумарна активна потужність
P = √3·VL·IL·cos φ = 3·Iph²·R
Повна й реактивна потужність
S = √3·VL·IL, Q = P·tan φ
Компенсувальні конденсатори
QC = P(tan φ1 − tan φ2), C = QC/(3ωV²)
Напруга на кожному конденсаторі
Δ: VL Y: VL/√3
Вхідна потужність двигуна
Pin = Pout/η

Трансформатори

Коефіцієнт трансформації
a = N1/N2 = V1/V2
Відношення струмів
I1/I2 = N2/N1 = 1/a
Номінальний струм
I = S/V
Зведений опір
Z1′ = a²·ZL
Втрати в міді при неповному навантаженні
Pcu = x²·Pcu,fl
ККД
η = x·S·pf/(x·S·pf + Pcore + x²·Pcu,fl)
Максимальний ККД
x = √(Pcore/Pcu,fl)

2Задачі для практики

1.Послідовні й паралельні резисториСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAR4​12 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩIR2​AR4​30 ΩBR6​6 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 ΩR6 = 6 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 5 ΩIR3​+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBIs​2,5 A

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм IR3 через R3 у напрямку стрілки.

V1 = 30 VIs = 2,5 AR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩR4 = 20 Ω
IR3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 15 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 10 ΩIR4​+−V1​18 VR3​20 ΩAR5​8 ΩBIs​2,5 A−+V2​5 V

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 18 VIs = 2,5 AV2 = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 8 Ω
IR4 = A
5.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAab

Знайдіть струм Нортона IN: струм, що тече від a до b, якщо затискачі закоротити.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
IN = A
6.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAIs​1 ABab

Знайдіть струм Нортона IN: струм, що тече від a до b, якщо затискачі закоротити.

V1 = 9 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 30 ΩR3 = 12 Ω
IN = A
7.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 22 Ωt = 0L220 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 0,5 A. При t = 0 ключ замикає контур через R і джерело від’єднується, тож струм котушки спадає через R. Знайдіть струм i у момент t = 10 ms.

i(0) = 0,5 AR = 22 ΩL = 220 mHt = 10 ms
i = A
8.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 8 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 300 ms.

Vs = 15 VR = 10 kΩC = 68 µFvC(0) = 8 Vt = 300 ms
vC = V
9.Повний опір і комплексні амплітудиСередня
12 V100 HzR = 60 ΩL = 200 mHC = 10 µFI

Послідовне коло RLC підключено до мережі 12 V (діюче значення), 100 Hz. Знайдіть активну потужність P, що споживається від мережі.

V = 12 V (rms)f = 100 HzR = 60 ΩL = 200 mHC = 10 µF
P = W
10.Повний опір і комплексні амплітудиСкладна
24 V1000 HzR = 50 ΩL = 20 mHC = 47 µF

Послідовне коло RLC підключено до мережі 24 V (діюче значення), 1000 Hz. Знайдіть резонансну частоту f0 кола.

V = 24 V (rms)f = 1000 HzR = 50 ΩL = 20 mHC = 47 µF
f0 = Hz
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСередня
230 VZ5 + j12 ΩI

Навантаження з повним опором Z = 5 + j12 Ω під’єднано до однофазної мережі 230 V (діюче значення). Знайдіть реактивну потужність Q, яку воно споживає.

V = 230 VZ = 5 + j12 Ω
Q = var
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСкладна
P = 15 kWQ1​S1​φ1​QC​

Однофазне навантаження споживає 15 kW при коефіцієнті потужності 0,65 (індуктивному) від мережі 230 V, 50 Hz. Паралельно підключений конденсатор підвищує коефіцієнт потужності до 0,9. Знайдіть потрібну ємність C.

P = 15 kWpf1 = 0,65pf2 = 0,9V = 230 Vf = 50 Hz
C = µF
13.Трифазні системиСередня
ABCVL​ = 415 VIL​ = 120 Acos φ = 0,85відстаючий

Симетричне трифазне навантаження споживає лінійний струм 120 A від мережі з лінійною напругою 415 V. Коефіцієнт потужності 0,85, відстаючий. Знайдіть сумарну активну потужність P, яку споживає навантаження, у kW.

VL = 415 VIL = 120 Acos φ = 0,85
P = kW
14.Трифазні системиСкладна
P = 250 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симетричне трифазне навантаження споживає 250 kW при коефіцієнті потужності 0,75 (відстаючому) від мережі 400 V (лінійна напруга), 60 Hz. Трифазна конденсаторна батарея, підключена паралельно до навантаження, має підвищити загальний коефіцієнт потужності до 0,98 (відстаючого). Активна потужність не змінюється. Конденсатори з’єднано зіркою. Знайдіть ємність Cph кожного конденсатора в µF.

P = 250 kWpf1 = 0,75pf2 = 0,98VL = 400 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаториСередня
2400 V240 VIHV​ILV​ = ?500 kVA

Однофазний трансформатор 500 kVA, 2400/240 V працює з номінальним навантаженням. Вважайте його ідеальним. Знайдіть струм ILV в обмотці нижчої напруги.

S = 500 kVAV1 = 2400 VV2 = 240 V
ILV = A
16.ТрансформаториСкладна
pf 0,85500 kVA, η = 97%

Однофазний трансформатор 500 kVA має втрати в сталі 1500 W. При номінальному навантаженні й коефіцієнті потужності 0,85 (відстаючому) його ККД становить 97%. Знайдіть втрати в міді при повному навантаженні Pcu,fl у ватах.

S = 500 kVAPcore = 1500 Wpf = 0,85η = 97%
Pcu,fl = W

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 8,571 Ω

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

R1​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​3 ΩAR4​12 ΩB

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R3 + R4 = 6 + 12 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 3·18/(3+18) = 2,571 Ω
Req = R1 + 2,571 = 6 + 2,571 = 8,571 Ω

Відповідь

Req = 8,571 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,386 A

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

R1​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​30 ΩBR6​6 Ω

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R5 + R6 = 8 + 6 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 9,545 Ω
R3 + 9,545 = 13,55 Ω
R2 ∥ 13,55 = 6,363 Ω
Req = R1 + 6,363 = 6 + 6,363 = 12,36 Ω

Струм джерела

Джерело бачить лише Req, тож закон Ома дає струм, який воно віддає. Цей струм тече через R₁.

IR1 = V1/Req = 9/12,36 = 0,728 A

Струм через R₂

Відніміть спад на R₁, щоб отримати напругу у вузлі A, тобто напругу на R₂.

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,728·6 = 4,632 V
IR2 = VA/R2 = 4,632/12 = 0,386 A

Відповідь

IR2 = 0,386 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR3 = −1,481 A

Метод вузлових потенціалів: оберіть опорний вузол, позначте невідомі вузлові напруги, запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла за законом Ома (I = ΔV/R) і розв’яжіть отримані рівняння.

R1​ = 6 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBIs​2,5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 30 V). Невідомі: VA, VB.

ЗСК у вузлі A

Струми, що виходять із A через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у A.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/3 + (VA − 30)/6 + (VA − VB)/5 = 0
0,7·VA − 0,2·VB = 5

ЗСК у вузлі B

Струми, що виходять із B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/5 = 2,5
−0,2·VA + 0,25·VB = 2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,7)(0,25) − (−0,2)(−0,2) = 0,135
VA = Δ1/Δ = 1,75/0,135 = 12,96 V
VB = Δ2/Δ = 2,75/0,135 = 20,37 V

Відповідь

IR3 = (VA − VB)/R3 = (12,96 − 20,37)/5 = −1,481 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = −0,5154 A

Метод вузлових потенціалів: оберіть опорний вузол, позначте невідомі вузлові напруги, запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла за законом Ома (I = ΔV/R) і розв’яжіть отримані рівняння.

R1​ = 15 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​18 VR3​20 ΩAR5​8 ΩBIs​2,5 A−+V2​5 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 18 V, V2 = −5 V). Невідомі: VA, VB.

ЗСК у вузлі A

Струми, що виходять із A через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/20 + (VA − 18)/15 + (VA − VB)/20 = 0
0,1667·VA − 0,05·VB = 1,2

ЗСК у вузлі B

Струми, що виходять із B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/8 + (VB − VA)/20 + (VB − (−5))/10 = (−2,5)
−0,05·VA + 0,275·VB = −3

Розв’яжіть

Δ = (0,1667)(0,275) − (−0,05)(−0,05) = 0,04333
VA = Δ1/Δ = 0,18/0,04333 = 4,154 V
VB = Δ2/Δ = −0,44/0,04333 = −10,15 V

Відповідь

IR4 = (VB − V2)/R4 = (−10,15 − −5)/10 = −0,5154 A
5.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,3273 A

Теорема Тевенена: будь-яке лінійне двополюсне коло поводиться як одне джерело напруги Vth, послідовне з опором Rth. Теорема Нортона подає те саме коло як джерело струму IN = Vth/Rth, паралельне Rth.

R1​ = 10 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​15 ΩAabRth​

Знайдіть Rth з усіма вимкненими джерелами

Замініть джерела напруги короткими замиканнями, а джерела струму — розривами, а тоді подивіться на коло з боку a–b.

R1 ∥ R2 = 10·15/(10+15) = 6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6 + 5 = 11 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAab+−Vth​

Знайдіть Vth — напругу холостого ходу

Коли a–b розімкнені, через R₃ струм не тече, тож спаду на ньому немає і V_b = V_A. R₁ і R₂ утворюють дільник напруги.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 6·15/(10+15) = 3,6 V
IN​0,3273 ARth​11 Ωab

Еквівалент Нортона

Джерело Нортона — те саме коло, подане як джерело струму, паралельне R_th. Його струм — це струм короткого замикання на a–b.

IN = Vth/Rth = 3,6/11 = 0,3273 A
6.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 1,441 A

Теорема Тевенена: будь-яке лінійне двополюсне коло поводиться як одне джерело напруги Vth, послідовне з опором Rth. Теорема Нортона подає те саме коло як джерело струму IN = Vth/Rth, паралельне Rth.

R1​ = 6 ΩR3​ = 12 ΩКЗR2​30 ΩAОБРИВBabRth​

Знайдіть Rth з усіма вимкненими джерелами

Замініть джерела напруги короткими замиканнями, а джерела струму — розривами, а тоді подивіться на коло з боку a–b.

R1 ∥ R2 = 6·30/(6+30) = 5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5 + 12 = 17 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​30 ΩAIs​1 ABab+−Vth​

Знайдіть Vth — напругу холостого ходу

Коли a–b розімкнені, Iₛ може текти лише через R₃ у вузол A. Знайдіть V_A накладанням V₁ та Iₛ, потім додайте спад на R₃.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 7,5 + 1·5 = 12,5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12,5 + 1·12 = 24,5 V
IN​1,441 ARth​17 Ωab

Еквівалент Нортона

Джерело Нортона — те саме коло, подане як джерело струму, паралельне R_th. Його струм — це струм короткого замикання на a–b.

IN = Vth/Rth = 24,5/17 = 1,441 A
7.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,1839 A

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Стала часу

τ = L/R = 220 mH / 22 Ω = 10 ms

Спадання струму

i(t) = 0,5·e−10/10 = 0,1839 A

Відповідь

i = 0,1839 A
8.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 10,5 V

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком, тож вона починає з накопиченого значення й прямує до напруги джерела.

vC(0) = 8 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 68 µF = 680 ms
vC(t) = 15 + (8 − 15)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(300) = 15 + (−7)·e−300/680 = 10,5 V

Відповідь

vC = 10,5 V
9.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: P = 1,83 W

Кола змінного струму й комплексний метод: резистори, котушки й конденсатори мають повні опори R, jωL і 1/(jωC), де ω = 2πf. Послідовно повні опори додаються як опори, але як комплексні числа. Діючі значення струму й напруги підкоряються закону Ома з |Z|.

Реактивні опори

XL = 125,7 Ω, XC = 159,2 Ω

Повний опір

|Z| = √(60² + (−33,49)²) = 68,71 Ω

Активна потужність

Котушки й конденсатори лише накопичують і повертають енергію; усю активну потужність споживає резистор.

I = 12/68,71 = 0,1746 A
P = I²·R = 0,1746²·60 = 1,83 W

Відповідь

P = 1,83 W
10.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: f0 = 164,2 Hz

Кола змінного струму й комплексний метод: резистори, котушки й конденсатори мають повні опори R, jωL і 1/(jωC), де ω = 2πf. Послідовно повні опори додаються як опори, але як комплексні числа. Діючі значення струму й напруги підкоряються закону Ома з |Z|.

Резонанс

При резонансі індуктивний і ємнісний опори взаємно компенсуються: ωL = 1/(ωC). Частота мережі не має значення.

f0 = 1/(2π√(LC)) = 1/(2π·√(0,02·47·10⁻⁶)) = 164,2 Hz

Відповідь

f0 = 164,2 Hz
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: Q = 3756 var

Потужність змінного струму: повна потужність S = V·I (VA) складається з активної потужності P = S·cos φ (W), що виконує корисну роботу, і реактивної потужності Q = S·sin φ (var), що коливається між джерелом і навантаженням. Коефіцієнт потужності — cos φ. Паралельний конденсатор постачає реактивну потужність на місці, тож струм лінії зменшується за тієї самої активної потужності.

Струм

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

Реактивна потужність

Q = I²·X = 17,69²·12 = 3756 var

Відповідь

Q = 3756 var
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: C = 618,1 µF

Потужність змінного струму: повна потужність S = V·I (VA) складається з активної потужності P = S·cos φ (W), що виконує корисну роботу, і реактивної потужності Q = S·sin φ (var), що коливається між джерелом і навантаженням. Коефіцієнт потужності — cos φ. Паралельний конденсатор постачає реактивну потужність на місці, тож струм лінії зменшується за тієї самої активної потужності.

Реактивна потужність до і після

Активна потужність P не змінюється; змінюється лише реактивна потужність із мережі.

Q1 = P·tan φ1 = 15·tan(49,46°) = 17,54 kvar
Q2 = P·tan φ2 = 15·tan(25,84°) = 7,265 kvar
QC = Q1 − Q2 = 10,27 kvar

Ємність

Конденсатор, підключений до мережі, постачає Q = V²·ωC.

C = QC/(2πf·V²) = 10272/(2π·50·230²) = 618,1 µF

Відповідь

C = 618,1 µF
13.Трифазні системи

Відповідь: P = 73,32 kW

Симетричні трифазні системи: у з’єднанні зіркою (Y) лінійна напруга в √3 разів більша за фазну, VL = √3·Vph, а лінійний струм дорівнює фазному. У з’єднанні трикутником (Δ) лінійна напруга дорівнює фазній, а лінійний струм у √3 разів більший за фазний, IL = √3·Iph. Сумарна потужність утричі більша за потужність однієї фази: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ.

Повна потужність

S = √3·VL·IL = √3·415·120 = 86,26 kVA

Активна потужність

P = S·cos φ = 86,26·0,85 = 73,32 kW

Відповідь

P = 73,32 kW
14.Трифазні системи

Відповідь: Cph = 2814 µF

Симетричні трифазні системи: у з’єднанні зіркою (Y) лінійна напруга в √3 разів більша за фазну, VL = √3·Vph, а лінійний струм дорівнює фазному. У з’єднанні трикутником (Δ) лінійна напруга дорівнює фазній, а лінійний струм у √3 разів більший за фазний, IL = √3·Iph. Сумарна потужність утричі більша за потужність однієї фази: P = 3·Vph·Iph·cos φ = √3·VL·IL·cos φ. Компенсація реактивної потужності: конденсатори постачають реактивну потужність на місці, QC = P·(tan φ1 − tan φ2). Кожен із трьох конденсаторів дає QC/3 = V²·ω·C, де V — напруга на цьому конденсаторі: VL у батареї, з’єднаній трикутником, VL/√3 — у батареї, з’єднаній зіркою.

Реактивна потужність до і після

Активна потужність не змінюється, тож кожен коефіцієнт потужності визначає реактивну потужність: Q = P·tan φ.

Q1 = 250·tan(acos 0,75) = 250·0,8819 = 220,5 kvar
Q2 = 250·tan(acos 0,98) = 250·0,2031 = 50,76 kvar

Реактивна потужність від конденсаторів

QC = Q1 − Q2 = 169,7 kvar

Ємність на фазу

У батареї, з’єднаній зіркою, кожен конденсатор увімкнено між лінійним проводом і нейтральною точкою.

V = 400/√3 = 230,9 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 56572/(377·230,9²) = 2814 µF

Відповідь

Cph = 2814 µF
15.Трансформатори

Відповідь: ILV = 2083 A

Ідеальний трансформатор: напруги відносяться як кількості витків, а струми — обернено: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a і I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, тож вхідна потужність дорівнює вихідній, V₁·I₁ = V₂·I₂. Опір навантаження Z у вторинному колі з боку первинної обмотки виглядає як a²·Z.

Номінальний струм

Обидві обмотки передають однакову повну потужність.

ILV = S/V = 500000/240 = 2083 A

Відповідь

ILV = 2083 A
16.Трансформатори

Відповідь: Pcu,fl = 11644 W

Втрати в трансформаторі: втрати в сталі (гістерезис і вихрові струми) залежать від напруги й однакові за будь-якого навантаження. Втрати в міді обмоток пропорційні квадрату струму, тож при частці навантаження x від номінального вони становлять x²·Pcu,fl. ККД η = Pout/(Pout + Pcore + Pcu), де Pout = x·S·pf. ККД максимальний при навантаженні, за якого втрати в міді дорівнюють втратам у сталі.

Вихідна й вхідна потужність

Pout = 500·0,85 = 425 kW
Pin = 425000/0,97 = 438144 W

Сумарні втрати й втрати в міді

Ploss = 438144 − 425000 = 13144 W
Pcu,fl = 13144 − 1500 = 11644 W

Відповідь

Pcu,fl = 11644 W

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