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电路第章习题正弦稳态电路的分析

电路第章习题正弦稳态电路的分析
电路第章习题正弦稳态电路的分析

9-001、 已知图示正弦电路中,电压表的读数为V 1

:6V ;V 2 :2V ;

U S =10V 。求:

(1)、图中电压表V 3、V 4的读数;

(2)、若A I 1.0=,求电路的等效复阻抗; (3)、该电路呈何性质

答案

(1)V U U U 32.622214=+= V 4的读数为 ;

2322

1)(U U U U S -+=

64)(212

232=-=-U U U U s

832±=-U U 取 V U 10823=+=,所以V 3的读数为10 V 。 (2)、A I 1.0=,电路的等效复阻抗: Ω===

1001

.010

I U Z ?-=-=-=1.536

8

arctan arctan

132U U U ? Ω-=?-+?=)8060()1.53sin(1.53cos 100j j Z

(3)、由于复阻抗虚部为负值,故该电路呈电容性。

9-002、

答案

V 1

-

R

V 3

L

u

V 2

+

C

V 4

9-003、

求图示电路的等效阻抗,已知ω= 105 rad/s 。

例 9 — 3 图

解:感抗和容抗为:

所以电路的等效阻抗为

9-004、

例9-4图示电路对外呈现感性还是容性

例 9 — 4 图

解: 图示电路的等效阻抗为:

所以 电路对外呈现容性。

9-005、3-9日光灯电源电压为V 220,频率为Hz 50,灯管相当于Ω300的电阻,与灯管串联的镇流器(电阻忽略不计)的感抗为Ω500,试求灯管两端电压与工作电流的有效值。

解:电路的总阻抗为 Ω≈+=58350030022Z 此时电路中流过的电流:

A Z U I 377.0583

220===

灯管两端电压为: V RI U R 113377.0300=?==

9-006、5、 与上题类似

今有一个40W 的日光灯,使用时灯管与镇流器(可近似把镇流器看作纯电感)串联在电压为220V ,频率为50Hz 的电源上。已知灯管工作时属于纯电阻负载,灯管两端的电压等于110V ,试求镇流器上的感抗和电感。这时电路的功率因数等于多少

解:∵P =40W U R =110(V) ω=314rad/s

∴36.0110

40===

=R L R U P I I (A) ∵U U U L R 2

22+=

∴5.1901102202222=-=

-=U U U R L (V) ∴52936

.05

.190==

=I U X L

L L (Ω) 69.1314

529

===ωX L L (H)

这时电路的功率因数为:

5.0220

110

cos cos ===U U R ?

9-007、日光灯电路在正常工作时可等效为R 、L 串联电路(灯管等效为电阻R )(镇流器可近似把镇流器看作纯电感L)。今测其实际工作电压U=220V ,电流I=0.36A ,功率P=,电源频率为50Hz 。试求:灯管的R ,镇流器的感抗和电感。这时电路的功率因数等于多少 解:

Ω===

34436

.06

.4422I P R 563.052206

.44cos =?==UI P ?

又22

cos L

X

R R +=

?

Ω==505L X L ω

H X L L

61.1314

505

==

=

ω

(344, 505, )

9-008、图示正弦交流电路,当开关K 打开或闭合时,电流表、功率表的读数均不变。已知:正弦交流电源的频率为50HZ ,U= 250V ,I=5A ,P=1000W ,试求R 、X L 和C 。

解:当开关K 闭合时

Ω===4051000

22I P R Ω===505

250I U Z RL

Ω=-=30405022L X

当开关K 打开时

Ω===

505

250I U Z 502

2=-+=)(C L X X R Z 求得 Ω=60c X

F X C C μω5360

3141

1=?==

9-201、

1、例题3-13 (书中80页)图示正弦交流电路,已知:Ω=281R ,Ω=96L ω,

Ω=482R ,

Ω=641

C

ω,V 240=U ,求电路及各支路的有功功率,无功功率及视在功率。

解Ω?∠=+=+=74.73100962811J JX R Z L

Ω?-∠=-=-=13.5380644822J JX R Z C

A Z U I ?-∠=?

∠?∠==74.734.274.73100024011 A Z U I ?∠=?

-∠?∠==13.53313.538002022

A

J J Z U I I I ?∠=++-=?∠+?-∠==+=22.2274.24

.28.1304.2672.013.53374.734.2121

支路W

UI

P3.

161

74

.

73

cos

4.2

240

cos

1

1

1

=

?

?

?

=

=?

var

553

74

.

73

sin

4.2

240

sin

1

1

1

=

?

?

?

=

=?

UI

Q

支路2 W

UI

P432

)

13

.

53

cos(

3

240

cos

2

2

2

=

?

-

?

?

=

=?

var

576

)

13

.

53

sin(

3

240

sin

2

2

1

-

=

?

-

?

?

=

=?

UI

Q

总功率

W

UI

P3.

593

)

22

.2

cos(

474

.2

240

cos=

?

-

?

?

=

=?(W

P

P

P3.

593

2

1

=

+

=

var

553

74

.

73

sin

4.2

240

sin

1

1

=

?

?

?

=

=?

UI

Q

(或var

23

2

1

-

=

+

=Q

Q

Q

var

23

)

22

.2

sin(

474

.2

240

sin-

=

?

-

?

?

=

=?

UI

Q

2、与上题类似图示电路中,已知R1=40Ω,X L=30Ω,R2=60Ω,X c=60Ω,接至220V的电源上.试求各支路电流及总的有功功率、无功功率和功率因数。

解:设?

=0/

220

.

U(V)

则?

-

=

+

?

=

+

=9.

36

/4.4

30

40

0/

220

1

1j

X

j

R

U

I

L

(A)

同理?

=

-

?

=

-

=45

/

59

.2

60

60

0/

220

2

2j

X

j

R

U

I

C

(A)

∵ ?

-

=

?

+

?

-

=

+

=61

.8

/

41

.5

45

/

59

.2

9.

36

/4.4

2

1

I

I

I

(A)

∴18

.1

61

.8

cos

41

.5

220

cos=

?

?

?

=

=?

UI

P(KW)

2.

178

61

.8

sin

41

.5

220

sin=

?

?

?

=

=?

UI

Q(Var)

3、3-8 一个电阻和电感串联的无源二端网络,当外加电压

V )15100sin(311?+=t u 时,电流为 A )45100sin(14.14?-=t i 。求:该网络中

的电阻R 和电感L.

解:对应的电压、电流相量为:

V 152********?∠=?∠=U

,A 4510?-∠=I Ω+=Ω?∠=?-∠?∠==)19j 11(6022451015220eq

I

U Z Ω=11R H X L L 19.0100

19===

ω

9-301、

例9-5 图示为 RC 选频网络,试求 u 1 和 u 0 同相位的条件

及?0

1=U U

解:设

输出电压

输出电压和输入电压的比值

例 9 — 5 图

因为

当,上式比值为实数,则u1和u0同相位,此时有

9-302、

例9-11已知图示电路:Z =10+j50Ω,Z1=400+j1000Ω,问:β等于多少时,相位差90°

例 9 — 11 图

解:根据 KVL 得

所以

令上式的实部为零,即

得: ,即电压落后电流90°相位。9-303、

例9-12已知图(a)所示电路中,U =115V , U1= , U2= 80V , R1=32W , f=50Hz ,求:电感线圈的电阻R2和电感L2。

例 9 — 12 (a)(b)

解:方法-、画相量图分析。相量图如图(b)所示,根据几何关系得:

代入数据得

因为

所以

方法二、列方程求解,因为

令上式等号两边实部、虚部分别相等得:

解得其余过程同方法一。

9-304、例9-14图示电路,已知:f =50Hz, U =220V, P =10kW, 线圈的功率因素 cosφ= ,采用并联电容方法提高功率因素,问要使功率因数提高到, 应并联多大的电容C,并联前后电路的总电流各为多大

例 9—14 图

解:

所以并联电容为:

未并电容时,电路中的电流为:

并联电容后,电路中的电流为:

9-142

答案电压表读数为2V或者18V。

9-172、

答案

9-143、

答案电流表读数为5A 9-148、

答案

9-150

答案

9-155

答案

9-151

答案

9-98

答案

9-156

三.典型例题

例8-1 写出图示电路的输入阻抗

Z 表达式,ω已知,不必化简。

(a) (b)

图8-6 例8-1图

解:(a))j (j 1

)j (j 1

221ab L R C

L R C

R Z ωωωω+++?+=;(b))j 1()j ()j 1()j (2121ab C

R

L R C

R L R Z ωωωω++++?+=

例8-2 RLC 串联电路,已知:Ω=15R ,m H 12=L ,F μ5=C , 端电压V )5000cos(2100t u =。求:电流i 及各元件的电压相量,并画相量图。

解:用相量法解题时,可先写出已知相量和设定待求相量。

已知相量V 0100?∠=U ,待求相量是I ,R U ,L U 和C U

各部分阻抗:Ω=15R Z , Ω==60j j L L Z ω,

Ω-==

j40j 1

C

Z C ω 图8-7 例8-2图

Ω+=-+=++=j2015j4060j 15C L R eq Z Z Z Z

Ω?∠=13.5325 A 13.53413.53250100eq ?∠=∠∠==

Z U I 各元件电压相量:V 13.5360R ?-∠==I R U

V 87.

36240j ?∠==I L U

L ω 图8-8 例8-2相量图

V 13.143160j 1?-∠==I C

U

C ω 正弦电流i 为:A )13.535000cos(24?-=t i

例8-3 图示电路,已知:Ω=51R ,Ω=22R ,Ω=35L ω,

Ω=381

C

ω,A 155S ?-∠=I

,求等效阻抗eq Z 及1I 、2I ,并画出电流相量图。

图8-9 例8-3图 图8-10 例8-3相量

解:Ω+=+=j355j 11L R Z ω;Ω-=+

=j382j 1

22C

R Z ω Ω?∠=+++=+=

08.187.176

j38-2j355j38)

-j35)(2(5 2121eq Z Z Z Z Z

分流公式:A 79.7898.24155

j38-2j355j38-2 S 2121?-∠=?-∠?++=+=

I Z Z Z I ; A 26.9020.23155

j38-2j355j355 S 2112?∠=?-∠?+++=+=I Z Z Z I

相量图见图8-10

例8-4 图8-11所示电路,试列出该电路的节点电压方程及网孔电流方程。

图8-11 例8-4图

解:1.节点电压方程,以节点③为参考节点。

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