电工电子学部分习题.ppt

1,电工电子学部分习题答案,2,U,根据KVL，按顺时针绕行，得：,例 计算10电阻上的电压UR、电流源的端电压U、各元件的功率。,参考方向如图，得：,R,解：,即：,US,10V,10,UR,5A,由于电路中5A电流源的作用，使得回路中电流始终为5A，且方向不变；电压源US只能确保它两端电压始终为10V。,特别注意：,+,+,+,-,-,-,基尔霍夫定律应用,电阻消耗的功率：,电压源放出的功率：,电流源放出的功率：,功率平衡关系：,IS,可见：图中电压源和电流源均向外输出功率，它们都是电源。,3,IS,根据KCL，由a点得：,例 求图示电路中电流IR、I和各元件的功率。,可见，电流源放出功率等于电阻消耗功率与电压源吸收功率之和，符合功率平衡关系。,R,解：根据电压源、电流源的特点，得,即：,US,10V,10,IR,5A,电阻消耗功率为,I,+,-,基尔霍夫定律应用,电压源US吸收功率为,电流源IS放出功率为,或,US是负载,IS是电源,a,4,U1,习题2.1.1 求图示电路中电流I1、I2、I3和电压U1、U2。,R4,解：根据电压源、电流源的特点，得,US1,4V,2,I1,1A,I2,+,-,基尔霍夫定律应用,U1为,对结点a，列KCL,-,+,2,US2,R1,R2,R3,R5,U2,3A,6V,3,+,+,-,-,I3,1,1,a,b,c,d,对结点b，列KCL,对结点c，列KCL,U2为,I4,I5,5,例 用叠加定理求图示电路中电流I。,解：画出US和IS分别单独作用时的电路图,US单独作用,叠加定理应用举例,R1,R2,R3,R4,+,I1,Us,-,R1,R2,R3,R4,IS,I,Us,+,-,IS单独作用,US单独作用时I1为,IS单独作用时I2为,共同作用时,R5,R1,R2,R3,R4,Is,I2,R5,R5,注意：I与电阻R4无关,结论：与电流源串联的电压源和电阻，对外电路不起作用；与电压源并联的电流源和电阻，对外电路不起作用。,6,IS,IS单独作用时,例 求图示电路中电流I1、和10电阻的功率。,R1,解：用叠加定理，画出分别作用时的电路,US,30V,10,I1,3A,I2,+,-,叠加定理应用举例,IS,R1,10,I11,3A,I21,R1,US,30V,10,I12,I22,+,-,5,R2,5,R2,5,R2,IS单独作用时R1的功率为,US单独作用时,US单独作用时R1的功率为,共同作用时,IS单独作用,US单独作用,注意：,功率不能叠加,R1的功率为,7,习题2.2.3 用叠加定理求图示电桥电路中电流I和U。,R1,R2,R3,R4,US,解：（1）求I,US单独作用,+,-,叠加定理应用举例,4,1,2,3,3A,IS,2V,I,R1,R2,R3,R4,US,+,-,I11,I21,I31,I41,I1,U,-,+,a,b,c,d,U1,+,-,a,b,c,d,R1,R2,R3,R4,IS,I12,I22,I32,I42,I2,U2,+,-,a,b,c,d,IS单独作用,US单独作用,IS单独作用,对b点,对b点,共同作用时,8,习题2.2.3 用叠加定理求图示电桥电路中电流I和U。,R1,R2,R3,R4,US,（2）求U,US单独作用,+,-,叠加定理应用举例,4,1,2,3,3A,IS,2V,I,R1,R2,R3,R4,US,+,-,I11,I21,I31,I41,I1,U,-,+,a,b,c,d,U1,+,-,a,b,c,d,R1,R2,R3,R4,IS,I12,I22,I32,I42,I2,U2,+,-,a,b,c,d,IS单独作用,US单独作用,IS单独作用,共同作用时,注意：电压源中电流由外电路决定；电流源两端电压由外电路决定。,9,习题2.2.4 如图，N为无源线性网络，现已知：US1=8V，IS2=12A时，UX=80V；US1=-8V，IS2=4A时，UX=0V求，US1=20V，IS2=20A时，UX=？,解：根据线性网络的可加性和比例性，设：电压源US1作用时，对c、d两点间电压UX的比例系数为a；设：电流源IS2作用时，对c、d两点间电压UX的比例系数为b，则有：,解方程组得：,+,-,US1,UX,-,+,N,IS2,当US1=20V，IS2=20A时，c、d两点电压UX为,c,d,叠加定理应用举例,10,例 用戴维南定理求图示电路中的电流I。,求开路电压为：,R1,R2,R3,R4,US,R1,R2,R3,R4,UOC,R0=Rab,a,b,a,b,等效电阻为：,画出戴维南等效电路，由等效电路求I：,RL,R0,UOC,I,UR1,UR3,R1,R2,R3,R4,RL,US,I,有源两端网络,除源后无两端网络,解：,作图,+,+,-,-,+,-,+,-,等效电源定理应用,+,+,-,-,11,例 求图示含源二端网络的戴维南等效电路。,解：,10V作用：,除源后求等效电阻(方法2),Rab=3,UOC=8V,2,2,2,10V,1A,a,b,UOC,2,2,2,10V,1A,a,b,ISC,a,b,则UOC为,戴维南等效电路,用叠加原理求UOC,1A作用：,在图示电路中求ab端短路电流ICS，用叠加原理求ISC,10V作用：,1A作用：,则ISC为,等效电阻R0为(方法1),+,+,+,-,-,-,+,-,等效电源定理应用,12,例 求图示二端网络的等效戴维宁电路。,解：用电源模型的等效互换解,等效电源定理应用,10,6,+,-,9V,+,1A,b,a,10,-,戴维宁等效电路如图,6V,3,5,6,+,-,9V,+,1A,b,a,-,6V,3,5,6,+,1A,b,a,-,1.5A,3,5,2A,2,b,a,0.5A,5,1V,b,a,7,+,-,2V,4A,结论：与电压源并联的电阻、电流源对外电路不起作用；与电流源串联的电阻、电压源对外电路不起作用。,13,习题2.2.6 用等效电源定理判别电路中晶体管的BE结是否导通？若导通IB为多少？设导通时UBE=0.7V。,解：将晶体管BE左侧电路简化为戴维宁等效电路,等效电源定理应用,30k,5.1k,4V,+,-,+,-,6V,US1,US2,UBE,-,+,R1,R2,IB,开路电压为,等效电阻为,+,-,UBEO,UBE,-,+,R0,IB,因为UBEO=2.25VUBE=0.7V，所以晶体管导通。,基极电流为,b,c,e,b,c,e,戴维宁电路,14,习题2.2.9 图示电路，A0=5500，试求：（1）a、b左侧的开路电压uOC和等效电阻R0；（2）a、b右侧接入电阻RL=2k时，RL两端电压UL。,解：（1）开路电压,等效电源定理应用,10k,1k,+,-,+,-,1V,uS,uOC,-,+,R1,电压u为,解方程得,所以，等效电阻R0为,由图可见短路电流为,b,a,A0u,Rf,R2,100,u,-,+,R0,uOC,a,b,+,-,UL,+,-,2k,（2）RL=2k时,RL,开路电压为,15,例题,已知，两个同频率正弦电压和电流分别为：,u,i,解：,求：（1）画出波形图。（2）频率、周期、角频率。（3）有效值。（4）初相位。（5）电压与电流的相位差，及它们的相位关系。,所以，电压u超前电流i一个60角，或称i滞后u一个60角。,（1）波形图如图,311V,10A,（2）、f、T为：,（3）有效值分别为：,（4）初相位分别为：,（5）相位差为：,16,2.3.2 正弦量的相量表示法,例 电路如图，设,求总电流i。,解：相量式为,i,i1,i2,45,30,+j,+1,在相量图中求总电流的大小I和辐角为：,总电流为：,画出相量图，并作图，总电流相量为,17,应用举例,例 已知,解法二:相量图解法,试求,解法一：相量解析法,电压相量分别为,画出相量图，求u的大小U和初相位,30,120,可见，U1与U2之间为90，由图得：,则,瞬时式为,瞬时式为：,相量图,X1,X2,u1,u2,+,+,-,-,+,-,u,18,应用举例,例 已知,频率为50HZ，写出电流i1、i2、i3、i4的瞬时式。,解：,36.9,143.1,瞬时式为,相量图,-36.9,-143.1,19,解：相量图为,交流电路应用举例,例题 正弦交流电路如图，已知电压表V1、V2、V3的读数分别为100V、150V、80V，画出各电量相量图，并求电压表V的读数。,电压表V的读数为,R,V1,V2,V3,V,L,C,a,b,例题 正弦交流电路如图，已知电流表A1、A2、A3的读数分别为20A、15A、5A，画出各电量相量图，并求电流表A的读数。,A1,A2,A3,A,a,b,+,-,R,L,C,解：相量图为,电流表A的读数为,+,+,+,-,-,-,-,+,20,+,例题 图是电路参数测量电路，电流表读数为0.5A，功率表读数为40W，电源为220V工频交流，求R、L、COS。,R,-,交流电路的应用举例,解：,u,所以,A,L,0.5A,40W,i,i,因为,故,W,I,U,*,*,功率因数为,R,XL,|Z|,P,Q,S,或,21,Z1,解：,求各电流，画出相量图,+,-,交流电路应用举例,例题 电路如图，已知,相量图为,设电压为参考相量，即,或,Z2,Z3,20.7,53.1,106.2,22,三者同相，IRP超前US一个角，I2与US同相,+,习题2.3.8 解：（1）画相量图,R,-,交流电路的应用举例,（2）当CRP=1时,当,即,所以，Uab的有效值是US的一半，相位超前US90,R,RP,a,b,+,+,+,+,-,-,-,-,+,-,三者构成直角三角形,三者构成三角形,三者构成三角形,时,（3）当RP=0时，Uab的有效值不变，而从900，Uab的初相位由180 0，即Uab与US的相位差从180变至0,Uab的初相位是的2倍。,其中,23,+,习题2.3.10 如图，调节C，使得开关S断开和接通时电流表的读数不变，求C的值。其中,R,-,交流电路的应用举例,解一：开关S断开时,即,u,解得,开关S接通与断开时，电流表读数不变指电流有效值相等，即,A,S,C,L,1,5mH,i,iC,iRL,开关S接通时,24,+,习题2.3.10 如图，调节C，使得开关S断开和接通时电流表的读数不变，求C的值。其中,R,-,交流电路的应用举例,解二：用相量图解法，以U为参考相量，画出相量图,u,由于I=IC，故I、IC、IRL构成等腰三角形，所以有,A,S,C,L,1,5mH,i,iC,iRL,开关S接通时,因为,所以,25,+,习题2.3.12 试证明，图示RC串并联选频电路中当 时,R,-,交流电路的应用举例,解：用相量解析法,结论：当f=f0时，输出电压u0与输入电压ui同相；输出电压最大，并且是输入电压的三分之一。,R,+,整理,可得,将,-,代入得,相频特性,幅频特性,26,解：解法一：用支路电流法,例 电路如图，试求电流,已知：,+,将已知数据代入，即得,复杂交流电路分析应用举例,+,-,-,解之得,27,解：解法二：用戴维宁定理,例 电路如图，试求电流,已知：,+,求Z3断开时的开路电压,+,-,-,由等效电路得：,-,+,求等效电压源的内阻Z0,戴维南等效电路如图,a,b,复杂交流电路分析应用举例,28,解：解法三：用叠加原理,例 电路如图，试求电流,已知：,+,单独作用时,+,-,-,共同作用时：,+,-,+,-,单独作用时,复杂交流电路分析应用举例,29,Z1,解：,例 电路如图，已知Z1=3+j4，Z2=8-j6，它们并联接在,Z2,电源上，计算电路中电流，并画出相量图。,-26.5,37,-53,相量图,或,+,-,复杂交流电路分析应用举例,30,例 在RLC串联电路中，已知R=30，L=127mH，C=40F，电源电压为：,求（1）感抗，容抗和复阻抗；（2）电流的有效值和瞬时式；（3）各元件电压有效值及瞬时表达式；（4）作出相量图；（5）功率P、Q、S。,解：,阻抗角=-53，所以电路呈容性，即总电压滞后电流53,（1）,（2）,因为,所以,故，电流有效值为：,电流瞬时式为：,I=4.4A,复阻抗为：,复杂交流电路分析应用举例,31,（3）各元件电压有效值及瞬时式,（4）相量图如图,（5）功率,或,（容性电路）,或,或,-17,73,20,163,正方向,复杂交流电路分析应用举例,32,例 一电阻和电感串联的单相负载，接在220V的工频电源时，测得负载功率为2kW，功率因数为0.75。当它经R1=0.39和L1=3.18mH的供电线接于230V的工频电源时，如图，求：供电线路电压降U1和负载电压U2，各部分功率和功率因数。,R1,所以,解：(1)求Z1,因为,R2,（2）求Z2,（3）求总阻抗Z,线路阻抗,负载,负载的模,负载的辐角,+,+,+,-,-,-,复杂交流电路分析应用举例,33,R1,设,（4）求电流I、U1、U2,其中,R2,（5）求功率,或,其中,或,总有功功率,总无功功率,总视在功率,电流,+,+,+,-,-,-,功率因数,复杂交流电路分析应用举例,34,R1,因为,（6）相量图,R2,-42.9,-1.5,25.8,分别构成直角三角形,以电压U为参考相量，相量图为：,相量图中：,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,复杂交流电路分析应用举例,35,三相电路应用举例,例 有一三相电动机，每相等效电阻R=29，等效感抗XL=21.8，试求在下列两种情况下，电动机的相电流、线电流以及从电源吸收的功率，并比较所得结果：（1）绕组联接成星形接于UL=380V的三相电源上；（2）绕组联成三角形接于UL=220V的三相电源上。,（1）UL=380V时，电动机采用Y接法,（2）UL=220V时，电动机采用接法,解：,两种接法中相电压、相电流、功率是相同的；只是线电压和线电流是不同的，相差 倍。,36,例 有一相三电炉，每相电阻为48.4，电源线电压为UL=380V，（1）当采用Y接法时，求线电流和消耗功率。（2）当采用接法时，求线电流和消耗功率。,解：（1）当采用Y接法时,结论：同一三相负载，接在同一电源上，采用三角形接法时的线电流和功率是采用星形接法时的3倍。,（2）当采用接法时,线电流、相电流,相电流,线电流,总功率,总功率,三相电路应用举例,37,解：（1）,三相交流电路应用举例,所以,例:对称三相电路如图，已知,阻抗模为,A1,A2,A3,U,V,W,U,V,W,阻抗角为,电阻为,感抗为,阻抗为,|Z|,R,XL,阻抗三角形,Z,试求,因为,（1）每相负载的电阻和感抗及复阻抗Z；（2）当UV相负载断开时，各安培表读数和总功率P；（3）当U相电源断开时，各安培表读数和总功率。,Z,Z,38,已知,（2）当UV相负载断开时，电路如图，设,所以,A1,A2,A3,U,V,W,U,V,W,则,故，A1读数为10A；A2的读数为10A；A3的读数为17.3A,功率为,Z,或,三相交流电路应用举例,54.8,155,95,相量图,Z,39,已知,（3）当U线断开时，电路如图，设,所以,A1,A2,A3,U,V,W,U,V,W,则,故，A1读数为0；A2的读数为15A；A3的读数为15A,功率为,V、W相之间的阻抗为：,V、W相的电流有效值为：,Z,Z,Z,三相交流电路应用举例,V、W相的电流相量为：,25,155,相量图,40,例 图中电源电压对称，UP=220V，负载为电灯组，额定电压为220V，其中Zu=5、Zv=10、Zw=20。求负载的相电压，负载各相电流及中线电流，画出相量图。,U,V,W,N,Zu,Zv,Zw,N,解：,设：,所以，负载相电压为220V,中线电流为：,相量图,各相电流为,三相电路应用举例,41,例 图中，（1）U相短路时，（2）U相短路而中线又断开时，（3）U相断路而中线也断开时，试求各相负载的电压。,U,V,W,N,Zu,Zv,Zw,N,解：,设：,（1）U相短路,电路如图，可见：,此时由于短路电流很大，会将U相熔断器熔断，由于有中线，而V相和W相不受影响，其相电压仍为220V。,FU,（2）中线断开，U相短路时,U,V,W,N,Zu,Zv,Zw,N,FU,V相和W相负载承受线电压380V，会损坏负载。,三相电路应用举例,42,（3）U相断路而中线也断开时,U,V,W,N,Zu,Zv,Zw,N,FU,电路如图，可见：V相和W相负载串联后承受线电压380V，根据分压关系得。,注意：此处负载为纯电阻，所以，计算用有效值，如果负载不是电阻性，必须用复阻抗计算。,其中：Zu=10、Zw=20,三相电路应用举例,43,+,习题2.3.11 如图已知U=220V,f=50HZ,I=0.41A,P=40W，求(1)cos；(2)R和L；(3)当并联C=4.75F电容后,电流表的读数、整个电路功率因数。,R,-,交流电路的应用举例,解（1）,u,总电流为,A,L,i,iC,W,I,U,*,*,R,XL,|Z|,C,Z,（2）,（3）设,i1,电流表读数为0.186A，功率因数为,阻抗三角形,44,+,习题2.3.13 并联电路及电压电流相量图如图所示,阻抗Z1、Z2和整个电路的性质分别对应为（）,Z1,-,交流电路的应用举例,解：由图可见,I2相量如图,因为,I1超前U，说明Z1呈容性。,（a）容性、感性、容性；（b）感性、容性、感性；（c）容性、感性、感性；（d）感性、感性、容性；,Z2,I超前U，说明整个电路呈容性。,可见，I2滞后U，说明Z2呈感性。,所以，应为（a）,注意，当I1有效值较小时如图，则Z1、Z2及整个电路均呈容性。,45,习题2.4.6 在三相电路中，UL=380V,f=50HZ,Z=32+j24,求(1)S闭合时两电流表A1、A2的读数，且画出全部电压、电流的相量图，写出U相电流iU的瞬时值表达式；（2）S断开时两电流表的示数，写出此时iU的瞬时值表达式。,交流电路的应用举例,A1读数为16.45A，A2读数为9.5A，相量图如图,解（1）S闭合时,S,U,V,W,Z,Z,Z,A1,A2,（2）S断开时,A1读数为14.25A，A2读数为4.75A,36.9,30,46,习题2.4.7 在三相电路中，下列四种结论中，正确的是（）,交流电路的应用举例,（a）当负载作星形联结时，必定有中性线（b）凡负载作三角形联结时，其线电流必定是相电流的 倍（c）三相四线制星形联结下，电源线电压必定是负载相电压的 倍（d）三相对称电路的总功率为,答：正确的是b,U,U,V,W,N,V,W,ZU,ZV,ZW,Z1,Z2,Z3,