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​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​12 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 12 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 25 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​12 ΩAR4​3 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 36 VR1 = 25 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 3 ΩR5 = 15 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 12 ΩIR3​+−V1​12 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

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

V1 = 12 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 Ω+−Vs​ = 6 V+−V1​15 VR2​6 ΩAR3​25 ΩBIs​2 A

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля A, тож забезпечує VA − VB = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 15 VIs = 2 AVs = 6 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 Ω
VA = V
5.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAab

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

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 Ω
IN = A
6.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAIs​0,5 ABRL​25 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 25 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 36 VIs = 0,5 AR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 25 Ω
PL = W
7.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​10 Vt = 0R = 22 ΩL47 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W, накопичену в котушці при t = 5 ms, у mJ.

Vs = 10 VR = 22 ΩL = 47 mHt = 5 ms
W = mJ
8.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C10 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 12 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 9,6 V, рівно через 25 ms після старту. При C = 10 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 12 VVth = 9,6 VT = 25 msC = 10 µF
R = kΩ
9.Повний опір і комплексні амплітудиСередня
120 V50 HzR = 80 ΩL = 150 mHI

Резистор і котушку з’єднано паралельно й під’єднано до мережі 120 V (діюче значення), 50 Hz. Знайдіть модуль повного опору |Z|.

V = 120 V (rms)f = 50 HzR = 80 ΩL = 150 mH
|Z| = Ω
10.Повний опір і комплексні амплітудиСкладна
50 V200 HzR = 30 ΩL = 250 mHC = 47 µF

Послідовне коло RLC підключено до мережі 50 V (діюче значення), 200 Hz. Знайдіть резонансну частоту f0 кола.

V = 50 V (rms)f = 200 HzR = 30 ΩL = 250 mHC = 47 µF
f0 = Hz
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСередня
P = 33 kWQSφ

Однофазний двигун споживає 33 kW при коефіцієнті потужності 0,65 (індуктивному) від мережі 240 V. Знайдіть струм лінії I.

P = 33 kWpf = 0,65V = 240 V
I = A
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСкладна
400 V50 Hzнавантаження13 kW, 0,75C47 µFI = ?

Однофазне навантаження споживає 13 kW з коефіцієнтом потужності 0,75 (індуктивним) від мережі 400 V, 50 Hz. Паралельно навантаженню під’єднують конденсатор ємністю 47 µF. Знайдіть новий струм лінії I.

P = 13 kWpf1 = 0,75V = 400 Vf = 50 HzC = 47 µF
I = A
13.Трифазні системиСередня
ABCVL​ = 480 VIL​ = ?M45 kW, η = 93%cos φ = 0,8

Трифазний асинхронний двигун при повному навантаженні розвиває механічну потужність 45 kW. При цьому навантаженні його ККД становить 93%, а коефіцієнт потужності 0,8, відстаючий. Лінійна напруга мережі 480 V. Знайдіть лінійний струм IL.

Pout = 45 kWη = 93%cos φ = 0,8VL = 480 V
IL = A
14.Трифазні системиСкладна
P = 100 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симетричне трифазне навантаження споживає 100 kW при коефіцієнті потужності 0,72 (відстаючому) від мережі 690 V (лінійна напруга), 60 Hz. Трифазна конденсаторна батарея, підключена паралельно до навантаження, має підвищити загальний коефіцієнт потужності до 0,9 (відстаючого). Активна потужність не змінюється. Конденсатори з’єднано трикутником. Знайдіть ємність Cph кожного конденсатора в µF.

P = 100 kWpf1 = 0,72pf2 = 0,9VL = 690 Vf = 60 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаториСередня
RL​ = 5 Ω21460 VV2​I1​ = ?I2​

До первинної обмотки ідеального трансформатора з коефіцієнтом трансформації N₁:N₂ = 2:1 прикладено 460 V. До вторинної обмотки підключено резистор 5 Ω. Знайдіть первинний струм I1.

N1:N2 = 2:1V1 = 460 VRL = 5 Ω
I1 = A
16.ТрансформаториСкладна
200 kVA

Однофазний трансформатор 200 kVA має втрати в сталі 600 W і втрати в міді 2400 W при номінальному навантаженні. При якому навантаженні Sη,max, у kVA, його ККД найвищий?

S = 200 kVAPcore = 600 WPcu,fl = 2400 W
Sη,max = kVA

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 5,385 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​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​4 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 = 10 + 12 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 4·22/(4+22) = 3,385 Ω
Req = R1 + 3,385 = 2 + 3,385 = 5,385 Ω

Відповідь

Req = 5,385 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 28,84 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​ = 25 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​36 VR2​12 ΩAR4​3 ΩBR6​8 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 = 15 + 8 = 23 Ω
R4 ∥ 23 = 2,654 Ω
R3 + 2,654 = 5,654 Ω
R2 ∥ 5,654 = 3,843 Ω
Req = R1 + 3,843 = 25 + 3,843 = 28,84 Ω

Відповідь

Req = 28,84 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR3 = −0,375 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​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAR4​8 ΩBIs​2 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 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/4 + (VA − 12)/2 + (VA − VB)/12 = 0
0,8333·VA − 0,08333·VB = 6

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/8 + (VB − VA)/12 = 2
−0,08333·VA + 0,2083·VB = 2

Розв’яжіть

Δ = (0,8333)(0,2083) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,1667
VA = Δ1/Δ = 1,417/0,1667 = 8,5 V
VB = Δ2/Δ = 2,167/0,1667 = 13 V

Відповідь

IR3 = (VA − VB)/R3 = (8,5 − 13)/12 = −0,375 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 13,12 V

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.

Утворіть надвузол

Струм через джерело напруги між A і B невідомий, тож ЗСК не можна записати для A чи B окремо. Об’єднайте A, B і джерело в один надвузол: струм, що входить у нього, дорівнює струму, що виходить.

VB = VA − 6
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Розв’яжіть

(VA − 15)/4 + VA/6 + (VA − 6)/25 = 2
VA·(1/4 + 1/6 + 1/25) = 2 + 15/4 + 6/25 = 5,99
VA = 5,99/0,4567 = 13,12 V
VB = 7,117 V

Відповідь

VA = 13,12 V
5.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,2368 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​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​6 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 = 20·6/(20+6) = 4,615 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,615 + 10 = 14,62 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​6 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) = 15·6/(20+6) = 3,462 V
IN​0,2368 ARth​14,62 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 = 3,462/14,62 = 0,2368 A
6.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 7,366 W

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​ = 3 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​4 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 = 3·4/(3+4) = 1,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,714 + 5 = 6,714 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAIs​0,5 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) = 20,57 + (−0,5)·1,714 = 19,71 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 19,71 + (−0,5)·5 = 17,21 V
Rth​ = 6,714 Ω+−Vth​17,21 VRL​25 ΩIL​

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Джерело Тевенена і послідовний R_th поводяться на a–b точно як початкове коло, тож навантаження бачить простий послідовний контур.

IL = Vth/(Rth + RL) = 17,21/(6,714 + 25) = 0,5428 A
PL = IL²·RL = 0,5428²·25 = 7,366 W
7.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 3,965 mJ

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 і кінцевий струм

Через тривалий час після замикання котушка поводиться як коротке замикання, тож кінцевий струм визначає лише R.

τ = L/R = 47 mH / 22 Ω = 2,136 ms
i(∞) = Vs/R = 10/22 = 0,4545 A

Струм у заданий момент

i(t) = 0,4545·(1 − e−5/2,136) = 0,4108 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·47·0,4108² = 3,965 mJ

Відповідь

W = 3,965 mJ
8.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 1,553 kΩ

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.

Потрібна стала часу

9,6 = 12·(1 − e−25/τ) → τ = 25/ln(12/(12 − 9,6))
τ = 25/1,609 = 15,53 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 15,53/10 = 1,553 kΩ

Відповідь

R = 1,553 kΩ
9.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: |Z| = 40,6 Ω

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|.

Реактивний опір

XL = ωL = 2π·50·0,15 = 47,12 Ω

Струми віток

Обидві вітки під’єднано безпосередньо до мережі, тож на кожній повна напруга V.

IR = V/R = 120/80 = 1,5 A
IX = V/XL = 120/47,12 = 2,546 A

Загальний струм

Струм резистора збігається за фазою з V, а реактивний струм зсунутий на 90°, тож вони додаються як катети прямокутного трикутника.

I = √(IR² + IX²) = √(1,5² + 2,546²) = 2,955 A

Повний опір

|Z| = V/I = 120/2,955 = 40,6 Ω

Відповідь

|Z| = 40,6 Ω
10.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: f0 = 46,43 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·√(0,25·47·10⁻⁶)) = 46,43 Hz

Відповідь

f0 = 46,43 Hz
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: I = 211,5 A

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 лінії

Роботу виконує лише активна частина потужності, тож поділіть на коефіцієнт потужності.

I = P/(V·cos φ) = 33000/(240·0,65) = 211,5 A

Відповідь

I = 211,5 A
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: I = 39,67 A

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 = 13·tan(arccos 0,75) = 11,46 kvar
QC = V²·2πf·C = 400²·2π·50·47·10⁻⁶ = 2362 var = 2,362 kvar
Q2 = 11,46 − 2,362 = 9,102 kvar

Нова повна потужність

S2 = √(13² + 9,102²) = 15,87 kVA

Новий струм лінії

I = S2/V = 15870/400 = 39,67 A

Відповідь

I = 39,67 A
13.Трифазні системи

Відповідь: IL = 72,75 A

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.

Електрична вхідна потужність

Pin = Pout/η = 45/0,93 = 48,39 kW

Струм лінії

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 48387/(√3·480·0,8) = 72,75 A

Відповідь

IL = 72,75 A
14.Трифазні системи

Відповідь: Cph = 89,06 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 = 100·tan(acos 0,72) = 100·0,9639 = 96,39 kvar
Q2 = 100·tan(acos 0,9) = 100·0,4843 = 48,43 kvar

Реактивна потужність від конденсаторів

QC = Q1 − Q2 = 47,95 kvar

Ємність на фазу

У батареї, з’єднаній трикутником, кожен конденсатор увімкнено між двома лінійними проводами.

V = 690 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 15984/(377·690²) = 89,06 µF

Відповідь

Cph = 89,06 µF
15.Трансформатори

Відповідь: I1 = 23 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.

Вторинні напруга й струм

V2 = 460/2 = 230 V
I2 = 230/5 = 46 A

Первинний струм

Ідеальний трансформатор не має втрат: V₁·I₁ = V₂·I₂.

I1 = I2/2 = 23 A

Відповідь

I1 = 23 A

Перевірка: навантаження з боку первинної обмотки a²·RL = 20 Ω, і 460/20 дає той самий струм.

16.Трансформатори

Відповідь: Sη,max = 100 kVA

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.

Втрати в міді дорівнюють втратам у сталі

x²·2400 = 600 → x = √(600/2400) = 0,5

Навантаження при максимальному ККД

Sη,max = x·S = 0,5·200 = 100 kVA

Відповідь

Sη,max = 100 kVA

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