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​ = 4 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​20 ΩB

Знайдіть струм IR1, який віддає джерело і який тече через R1.

V1 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 20 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​10 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​20 ΩBIs​2,5 A

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 10 VIs = 2,5 AR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 20 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩIR2​R4​ = 12 Ω+−V1​24 VR3​25 ΩAR5​30 ΩBIs​1 A+−V2​6 V

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм IR2 через R2 у напрямку стрілки.

V1 = 24 VIs = 1 AV2 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 ΩR4 = 12 ΩR5 = 30 Ω
IR2 = A
5.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 4 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
6.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAIs​2,5 ABab

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

V1 = 30 VIs = 2,5 AR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
7.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​12 Vt = 0R = 20 ΩL33 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W, накопичену в котушці при t = 2 ms, у mJ.

Vs = 12 VR = 20 ΩL = 33 mHt = 2 ms
W = mJ
8.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC?+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 15 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 13,5 V, рівно через 20 ms після старту. При R = 10 kΩ знайдіть потрібну ємність C.

Vs = 15 VVth = 13,5 VT = 20 msR = 10 kΩ
C = µF
9.Повний опір і комплексні амплітудиСередня
100 V500 HzR = 100 ΩL = 50 mHC = 22 µF

Послідовне коло RLC підключено до мережі 100 V (діюче значення), 500 Hz. Знайдіть кут зсуву фаз φ повного опору в градусах (додатний, коли струм відстає від напруги).

V = 100 V (rms)f = 500 HzR = 100 ΩL = 50 mHC = 22 µF
φ = °
10.Повний опір і комплексні амплітудиСкладна
VfR = 10 ΩL = 100 mHC = 0,1 µF

Послідовне RLC-коло має R = 10 Ω, L = 100 mH і C = 0,1 µF. Знайдіть його добротність Q при резонансі.

R = 10 ΩL = 100 mHC = 0,1 µF
Q =
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСередня
240 VR + jXP = 2400 W20 A

Індуктивне навантаження споживає 20 A і 2400 W від однофазної мережі 240 V (діюче значення). Подайте його як активний опір R, послідовно з’єднаний з реактивним опором X. Знайдіть R.

V = 240 VI = 20 AP = 2400 W
R = Ω
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСкладна
P1​ = 3 kWQ1​S1​φ

Однофазний трансформатор потужністю 10 kVA живить навантаження 3 kW з коефіцієнтом потужності 0,65 (індуктивним). Яку додаткову активну потужність ΔP можна під’єднати у вигляді активного навантаження (коефіцієнт потужності 1), перш ніж трансформатор досягне номінальної потужності в kVA?

Smax = 10 kVAP1 = 3 kWpf1 = 0,65
ΔP = kW
13.Трифазні системиСередня
ABCVL​ = 208 VIL​ = 100 Acos φ = 0,75відстаючий

Симетричне трифазне навантаження споживає лінійний струм 100 A від мережі з лінійною напругою 208 V. Коефіцієнт потужності 0,75, відстаючий. Знайдіть сумарну активну потужність P, яку споживає навантаження, у kW.

VL = 208 VIL = 100 Acos φ = 0,75
P = kW
14.Трифазні системиСкладна
P = 300 kWφ1​S1​Q2​QC​

Симетричне трифазне навантаження споживає 300 kW при коефіцієнті потужності 0,7 (відстаючому) від мережі 480 V (лінійна напруга), 50 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 = 300 kWpf1 = 0,7pf2 = 0,98VL = 480 Vf = 50 Hz
Cph = µF
15.ТрансформаториСередня
4800 V240 VIHV​ILV​ = ?50 kVA

Однофазний трансформатор 50 kVA, 4800/240 V працює з номінальним навантаженням. Вважайте його ідеальним. Знайдіть струм ILV в обмотці нижчої напруги.

S = 50 kVAV1 = 4800 VV2 = 240 V
ILV = A
16.ТрансформаториСкладна
25 kVA

Однофазний трансформатор 25 kVA має втрати в сталі 100 W і втрати в міді 400 W при номінальному навантаженні. При якому навантаженні Sη,max, у kVA, його ККД найвищий?

S = 25 kVAPcore = 100 WPcu,fl = 400 W
Sη,max = kVA

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 3,568 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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​20 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 + 20 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 3·30/(3+30) = 2,727 Ω
Req = R1 + 2,727 = 4 + 2,727 = 6,727 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 24/6,727 = 3,568 A

Відповідь

IR1 = 3,568 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 24,71 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​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​10 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 = 4 + 8 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 5,455 Ω
R3 + 5,455 = 11,45 Ω
R2 ∥ 11,45 = 4,71 Ω
Req = R1 + 4,71 = 20 + 4,71 = 24,71 Ω

Відповідь

Req = 24,71 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 22,68 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.

R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​20 ΩBIs​2,5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 10 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/15 + (VA − 10)/3 + (VA − VB)/8 = 0
0,525·VA − 0,125·VB = 3,333

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)/8 = 2,5
−0,125·VA + 0,175·VB = 2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,525)(0,175) − (−0,125)(−0,125) = 0,07625
VA = Δ1/Δ = 0,8958/0,07625 = 11,75 V
VB = Δ2/Δ = 1,729/0,07625 = 22,68 V

Відповідь

VB = 22,68 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR2 = 0,5621 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​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​24 VR3​25 ΩAR5​30 ΩBIs​1 A+−V2​6 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 V, V2 = 6 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/25 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/4 = 0
0,6233·VA − 0,25·VB = 8

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/30 + (VB − VA)/4 + (VB − 6)/12 = 1
−0,25·VA + 0,3667·VB = 1,5

Розв’яжіть

Δ = (0,6233)(0,3667) − (−0,25)(−0,25) = 0,1661
VA = Δ1/Δ = 3,308/0,1661 = 19,92 V
VB = Δ2/Δ = 2,935/0,1661 = 17,67 V

Відповідь

IR2 = (VA − VB)/R2 = (19,92 − 17,67)/4 = 0,5621 A
5.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 23,33 Ω

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​ = 20 ΩКЗR2​4 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 = 20·4/(20+4) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 20 = 23,33 Ω
6.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 4,265 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​ = 3 ΩR3​ = 8 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 + 8 = 9,714 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​4 ΩAIs​2,5 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) = 17,14 + 2,5·1,714 = 21,43 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 21,43 + 2,5·8 = 41,43 V
IN​4,265 ARth​9,714 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 = 41,43/9,714 = 4,265 A
7.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 2,931 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 = 33 mH / 20 Ω = 1,65 ms
i(∞) = Vs/R = 12/20 = 0,6 A

Струм у заданий момент

i(t) = 0,6·(1 − e−2/1,65) = 0,4215 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·33·0,4215² = 2,931 mJ

Відповідь

W = 2,931 mJ
8.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: C = 0,8686 µF

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

13,5 = 15·(1 − e−20/τ) → τ = 20/ln(15/(15 − 13,5))
τ = 20/2,303 = 8,686 ms

Ємність

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

C = τ/R = 8,686/10 = 0,8686 µF

Відповідь

C = 0,8686 µF
9.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: φ = 54,96 °

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

ω = 2πf = 2π·500 = 3142 rad/s
XL = ωL = 3142·0,05 = 157,1 Ω
XC = 1/(ωC) = 1/(3142·22·10⁻⁶) = 14,47 Ω

Повний опір

Послідовно повні опори додаються як комплексні числа: Z = R + j(XL − XC).

|Z| = √(R² + (XL − XC)²) = √(100² + (142,6)²) = 174,2 Ω

Кут зсуву фаз

φ = arctan((XL − XC)/R) = arctan(142,6/100) = 54,96°

Відповідь

φ = 54,96°
10.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: Q = 100

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|.

Резонансна частота

f0 = 1/(2π·√(0,1·0,1·10⁻⁶)) = 1592 Hz

Добротність

Q порівнює реактивний опір при резонансі з активним опором: Q = ω₀L/R.

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/10)·√(0,1/(0,1·10⁻⁶)) = 100

Відповідь

Q = 100
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: R = 6 Ω

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.

Активний опір з активної потужності

R = P/I² = 2400/20² = 6 Ω

Відповідь

R = 6 Ω
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: ΔP = 6,365 kW

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 наявного навантаження

Q1 = 3·tan(arccos 0,65) = 3,507 kvar

Найбільша сумарна активна потужність

За повного навантаження S = Smax, а Q від активного навантаження не змінюється.

P = √(Smax² − Q1²) = √(10² − 3,507²) = 9,365 kW

Додаткова активна потужність

ΔP = 9,365 − 3 = 6,365 kW

Відповідь

ΔP = 6,365 kW
13.Трифазні системи

Відповідь: P = 27,02 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 = √3·208·100 = 36,03 kVA

Активна потужність

P = S·cos φ = 36,03·0,75 = 27,02 kW

Відповідь

P = 27,02 kW
14.Трифазні системи

Відповідь: Cph = 3387 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 = 300·tan(acos 0,7) = 300·1,02 = 306,1 kvar
Q2 = 300·tan(acos 0,98) = 300·0,2031 = 60,92 kvar

Реактивна потужність від конденсаторів

QC = Q1 − Q2 = 245,1 kvar

Ємність на фазу

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

V = 480/√3 = 277,1 V, ω = 2π·50 = 314,2 rad/s
Cph = (QC/3)/(ω·V²) = 81715/(314,2·277,1²) = 3387 µF

Відповідь

Cph = 3387 µF
15.Трансформатори

Відповідь: ILV = 208,3 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 = 50000/240 = 208,3 A

Відповідь

ILV = 208,3 A
16.Трансформатори

Відповідь: Sη,max = 12,5 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

x²·400 = 100 → x = √(100/400) = 0,5

Навантаження при максимальному ККД

Sη,max = x·S = 0,5·25 = 12,5 kVA

Відповідь

Sη,max = 12,5 kVA

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