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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩIR2​AR4​2 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 30 ΩIR1​R3​ = 20 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​10 ΩBR6​3 Ω

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

V1 = 10 VR1 = 30 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 ΩR6 = 3 Ω
IR1 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 ΩIR3​+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​4 ΩBIs​1 A

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

V1 = 24 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 Ω
IR3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩAR5​4 ΩBIs​2,5 A+−V2​24 V

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

V1 = 12 VIs = 2,5 AV2 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 3 ΩR5 = 4 Ω
VB = V
5.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​10 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 Ω
Vth = V
6.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAIs​5 ABRL​2 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 2 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩRL = 2 Ω
PL = W
7.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​12 Vt = 0R = 47 ΩL33 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W, накопичену в котушці при t = 1 ms, у mJ.

Vs = 12 VR = 47 ΩL = 33 mHt = 1 ms
W = mJ
8.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​9 Vрозмикається при t = 0R1​ = 6,8 kΩR2​ = 6,8 kΩC33 µF+−vC​

Ключ був замкнений тривалий час, тож коло в усталеному режимі. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 80 ms.

Vs = 9 VR1 = 6,8 kΩR2 = 6,8 kΩC = 33 µFt = 80 ms
vC = V
9.Повний опір і комплексні амплітудиСередня
Vf0​ = 500 HzRL = ?C = 47 µF

Послідовне RLC-коло з C = 47 µF має резонувати на частоті 500 Hz. Знайдіть потрібну індуктивність L.

f0 = 500 HzC = 47 µF
L = mH
10.Повний опір і комплексні амплітудиСкладна
VfR = 10 ΩL = 2 mHC = 0,01 µF

Послідовне RLC-коло має R = 10 Ω, L = 2 mH і C = 0,01 µF. Знайдіть його добротність Q при резонансі.

R = 10 ΩL = 2 mHC = 0,01 µF
Q =
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСередня
230 VZ6 + j8 ΩI

Навантаження з повним опором Z = 6 + j8 Ω під’єднано до однофазної мережі 230 V (діюче значення). Знайдіть реактивну потужність Q, яку воно споживає.

V = 230 VZ = 6 + j8 Ω
Q = var
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСкладна
P1​ = 23 kWQ1​S1​φ

Однофазний трансформатор потужністю 75 kVA живить навантаження 23 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 = 75 kVAP1 = 23 kWpf1 = 0,65
ΔP = kW
13.Трифазні системиСередня
ABCVL​ = 480 VIL​ = ?M30 kW, η = 91%cos φ = 0,82

Трифазний асинхронний двигун при повному навантаженні розвиває механічну потужність 30 kW. При цьому навантаженні його ККД становить 91%, а коефіцієнт потужності 0,82, відстаючий. Лінійна напруга мережі 480 V. Знайдіть лінійний струм IL.

Pout = 30 kWη = 91%cos φ = 0,82VL = 480 V
IL = A
14.Трифазні системиСкладна
P = 50 kWφ1​S1​Q2​QC​ = ?

Симетричне трифазне навантаження споживає 50 kW при коефіцієнті потужності 0,8 (відстаючому) від мережі 480 V (лінійна напруга), 60 Hz. Трифазна конденсаторна батарея, підключена паралельно до навантаження, має підвищити загальний коефіцієнт потужності до 0,92 (відстаючого). Активна потужність не змінюється. Знайдіть сумарну реактивну потужність QC, яку має постачати конденсаторна батарея, у kvar.

P = 50 kWpf1 = 0,8pf2 = 0,92VL = 480 Vf = 60 Hz
QC = kvar
15.ТрансформаториСередня
2400 V240 VIHV​ = ?ILV​75 kVA

Однофазний трансформатор 75 kVA, 2400/240 V працює з номінальним навантаженням. Вважайте його ідеальним. Знайдіть струм IHV в обмотці вищої напруги.

S = 75 kVAV1 = 2400 VV2 = 240 V
IHV = A
16.ТрансформаториСкладна
pf 0,9525 kVA, η = 99%

Однофазний трансформатор 25 kVA має втрати в сталі 150 W. При номінальному навантаженні й коефіцієнті потужності 0,95 (відстаючому) його ККД становить 99%. Знайдіть втрати в міді при повному навантаженні Pcu,fl у ватах.

S = 25 kVAPcore = 150 Wpf = 0,95η = 99%
Pcu,fl = W

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,3913 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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​2 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 12·10/(12+10) = 5,455 Ω
Req = R1 + 5,455 = 5 + 5,455 = 10,45 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/10,45 = 0,8609 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,8609·5 = 4,696 V
IR2 = VA/R2 = 4,696/12 = 0,3913 A

Відповідь

IR2 = 0,3913 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,2548 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​ = 30 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​10 ΩBR6​3 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 + 3 = 7 Ω
R4 ∥ 7 = 4,118 Ω
R3 + 4,118 = 24,12 Ω
R2 ∥ 24,12 = 9,248 Ω
Req = R1 + 9,248 = 30 + 9,248 = 39,25 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 10/39,25 = 0,2548 A

Відповідь

IR1 = 0,2548 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR3 = 0,5385 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​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​4 ΩBIs​1 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 24 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 − 24)/6 + (VA − VB)/4 = 0
0,6667·VA − 0,25·VB = 4

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/4 + (VB − VA)/4 = 1
−0,25·VA + 0,5·VB = 1

Розв’яжіть

Δ = (0,6667)(0,5) − (−0,25)(−0,25) = 0,2708
VA = Δ1/Δ = 2,25/0,2708 = 8,308 V
VB = Δ2/Δ = 1,667/0,2708 = 6,154 V

Відповідь

IR3 = (VA − VB)/R3 = (8,308 − 6,154)/4 = 0,5385 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 9,524 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 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​15 ΩAR5​4 ΩBIs​2,5 A+−V2​24 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 V, V2 = 24 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/15 + (VA − 12)/3 + (VA − VB)/6 = 0
0,5667·VA − 0,1667·VB = 4

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/4 + (VB − VA)/6 + (VB − 24)/3 = (−2,5)
−0,1667·VA + 0,75·VB = 5,5

Розв’яжіть

Δ = (0,5667)(0,75) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,3972
VA = Δ1/Δ = 3,917/0,3972 = 9,86 V
VB = Δ2/Δ = 3,783/0,3972 = 9,524 V

Відповідь

VB = 9,524 V
5.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 13,33 V

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​ = 8 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​10 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 = 8·10/(8+10) = 4,444 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,444 + 5 = 9,444 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​10 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) = 24·10/(8+10) = 13,33 V
6.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 44,52 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​ = 20 ΩR3​ = 15 ΩКЗR2​10 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 = 20·10/(20+10) = 6,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6,667 + 15 = 21,67 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAIs​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) = 3,333 + 5·6,667 = 36,67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 36,67 + 5·15 = 111,7 V
Rth​ = 21,67 Ω+−Vth​111,7 VRL​2 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) = 111,7/(21,67 + 2) = 4,718 A
PL = IL²·RL = 4,718²·2 = 44,52 W
7.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W = 0,6201 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 / 47 Ω = 0,7021 ms
i(∞) = Vs/R = 12/47 = 0,2553 A

Струм у заданий момент

i(t) = 0,2553·(1 − e−1/0,7021) = 0,1939 A

Накопичена енергія

W = ½·L·i² = ½·33·0,1939² = 0,6201 mJ

Відповідь

W = 0,6201 mJ
8.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 3,151 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.

Початкова напруга на конденсаторі

В усталеному режимі конденсатор — розрив кола, тож R₁ і R₂ утворюють подільник напруги. Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком у момент розмикання ключа.

vC(0) = 9·6,8/(6,8 + 6,8) = 4,5 V

Стала часу після розмикання ключа

τ = R2·C = 6,8·33 = 224,4 ms

Розряджання

vC(t) = 4,5·e−80/224,4 = 3,151 V

Відповідь

vC = 3,151 V
9.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: L = 2,156 mH

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|.

Умова резонансу

При резонансі індуктивний і ємнісний опори взаємно компенсуються: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·500 = 3142 rad/s
L = 1/(ω₀²·C) = 1/(3142²·47·10⁻⁶) = 2,156 mH

Відповідь

L = 2,156 mH
10.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: Q = 44,72

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·√(0,002·0,01·10⁻⁶)) = 35588 Hz

Добротність

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

Q = (1/R)·√(L/C) = (1/10)·√(0,002/(0,01·10⁻⁶)) = 44,72

Відповідь

Q = 44,72
11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: Q = 4232 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| = √(6² + 8²) = 10 Ω
I = V/|Z| = 230/10 = 23 A

Реактивна потужність

Q = I²·X = 23²·8 = 4232 var

Відповідь

Q = 4232 var
12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: ΔP = 47,01 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 = 23·tan(arccos 0,65) = 26,89 kvar

Найбільша сумарна активна потужність

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

P = √(Smax² − Q1²) = √(75² − 26,89²) = 70,01 kW

Додаткова активна потужність

ΔP = 70,01 − 23 = 47,01 kW

Відповідь

ΔP = 47,01 kW
13.Трифазні системи

Відповідь: IL = 48,36 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 = 30/0,91 = 32,97 kW

Струм лінії

IL = Pin/(√3·VL·cos φ) = 32967/(√3·480·0,82) = 48,36 A

Відповідь

IL = 48,36 A
14.Трифазні системи

Відповідь: QC = 16,2 kvar

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 = 50·tan(acos 0,8) = 50·0,75 = 37,5 kvar
Q2 = 50·tan(acos 0,92) = 50·0,426 = 21,3 kvar

Реактивна потужність від конденсаторів

QC = Q1 − Q2 = 16,2 kvar

Відповідь

QC = 16,2 kvar
15.Трансформатори

Відповідь: IHV = 31,25 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.

IHV = S/V = 75000/2400 = 31,25 A

Відповідь

IHV = 31,25 A
16.Трансформатори

Відповідь: Pcu,fl = 89,9 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 = 25·0,95 = 23,75 kW
Pin = 23750/0,99 = 23990 W

Сумарні втрати й втрати в міді

Ploss = 23990 − 23750 = 239,9 W
Pcu,fl = 239,9 − 150 = 89,9 W

Відповідь

Pcu,fl = 89,9 W

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