电工与电子技术(徐秀平、项华珍)课后习题8
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思考与习题1-1 1—35图中,已知电流I =—5A ,R =10Ω。
试求电压U ,并标出电压的实际方向。
图1-35 题1-1图解:a )U=-RI=50V b )U=RI=—50V.1—2 在1—36图所示电路中,3个元件代表电源或负载.电压和电流的参考方向如图所示,通过实验测量得知:I 1=-4A ,I 2=4A ,I 3=4A ,U 1=140V ,U 2=—90V,U 3=50V.试求(1)各电流的实际方向和各电压的实际极性。
(2)计算各元件的功率,判断哪些元件是电源?哪些元件是负载? (3)效验整个电路的功率是否平衡.图1—36 题1-2图解:(2)P 1=U 1I 1=-560W ,为电源;P 2=—U 2I 2=360W ,为负载;P 3=U 3I 3=200W,为负载。
(3)P发出=P吸收,功率平衡。
1-3 图1-37中,方框代表电源或负载。
已知U =220V ,I = -1A,试问哪些方框是电源,哪些是负载?图1-37 题1-3图解:a)P=UI =-220W ,为电源;b)P=—UI=220W,为负载;c)P=—UI=220W ,为负载;d )P=UI =—220W ,为电源。
1—4 图1—38所示电路中,已知A 、B 段产生功率1500W,其余三段消耗功率分别为1000W 、350W 、150W ,若已知电流I =20A,方向如图所示.a) b)Ia) b) c) d)(1)标出各段电路两端电压的极性。
(2)求出电压U AB 、U CD 、U EF 、U GH 的值。
(3)从(2)的计算结果中,你能看出整个电路中电压有什么规律性吗?解:(2) U AB =—75V,U CD =50V,U EF =17。
5V ,U GH =7.5V(3) U AB +U CD +U EF +U GH =0.1—5 有一220V 、60W 的电灯,接在220V 的电源上,试求通过电灯的电流和电灯在220V 电压下工作时的电阻。
电子技术习题88-1 试判断题8-1图中二极管是导通还是截止,并求AOU(设二极管为理想器件)。
解:分析此类包含有二极管的电路时,应首先断开二极管,再分别求出其阳极、阴极电位, 从而判断二极管的导通截止状态,在此基础上再求解电路。
(a )先将二极管D 断开,设O 点电位为0,则有:UB =-4V UA =-10V 二极管两端的电压:UD =UBA = UB -UA =6V>0 所以二极管导通,其实际的端电压为UD =0 故:UAO =UB =-4V (b )先将二极管D1、、D 2断开,设O 点电位为0,则有: UB =-15V UA =-12V 二极管两端的电压:UD1=UOA = UO -UA =12V>0 UD2=UBA =UB -UA =-3V<0 所以二极管D1导通,D 2截止。
其实际的端电压为UD1=0 故:UAO =UD1=0V (c )先将二极管D1、、D 2断开,设O 点电位为0,则有: UB =-6V UA =-9V 二极管两端的电压:UD1=UAB = UA -UB =-3V<0 UD2=UAO =UA -UO =-9V<0 U AOAO(a)题8-1图U AO AO(b)U AOAO(c)所以二极管D1、、D 2截止。
故:UAO =UA =-9V 8-2 在题8-2图中,求出在下列几种情况下输出端F 的电位(设二极管为理想器件): (1)0B A==U U;(2)V 3A=U、0B=U;(3)V 3B A==U U。
解:类似于题8-1,除了要先断开二极管,求阳极、阴极电位外,此类二极管共阴、共阳电 路的题,还需要用到优先导通的概念,即阳极和阴极之间电位差大的二极管优先导通。
先断开二极管D A 、D B :(1) UF =12V, U DA =UF -UA =12V, U DB =UF -UB =12V 两二极管承受相同的正向电压,故两二极管均导通。
则有:UF =UA =UB =0V (2) UF =12V, U DA =UF -UA =9V, U DB =UF -UB =12V 两二极管承受不同的正向电压,承受正向电压大的二极管优先导通。
习题3(电工部分)3-1 有日光灯120只,每只功率W 40=NP ,额定电压V 220=NU。
若接在电压为V 220V/380的三相四线制电源上,问日光灯应如何连接?当全部灯都点亮时,其线电流与相电流是多少?解:由于日光灯的额定电压与电源的相电压相同,故应将日光灯平均分成三份,每份接在相线与零线之间以星形形式接在三相电源上当全部灯点亮时,每只灯的电阻为4022022==P U R W=1210每相负载为401210===C B A R R R W=25.30由于负载为星形联结,线电流与相电流相等,故A27.725.30220====A Pp l R U I I 3-2 三相对称负载的额定电压V 380=NU,每相负载的复数阻抗W +=87.26j 87.26Z ,三相四线制电源,其相电压V )30sin(2220°-=t u A w 。
①此三相负载应如何接入三相电源中?②计算负载的相电流和线电流;③画出相量图。
解:①根据负载的额定电压可知,三相负载应以三角形的形式接入三相电源。
如题3-2图所示。
②三相电源的线电压为V38032203=´==P l U U 负载为三角形联结时,其相电压等于电源的线电压,故负载的相电流为40盏40盏40盏AB C N题3-1图2287.2687.26380+==ZUI lP A 10= 线电流为A 32.171033=´==P l I I ③ 电压与电流的相量图如题3-2图(a )3-3 三相交流电路如题3-3图所示。
电源线电压V )30sin(2380°+=t u AB w ,三相负载W =10A Z ,W -=8j 6B Z ,W +=5j 66.8C Z ,计算线电流A I、B I 、C I 、中线电流N I 及三相负载的有功功率,并画出相量图。
解:线电压AB u 的相量为V 30380°Ð=AB U,则相电压A u 的相量为 V 022030303380°Ð=°-°Ð=A U根据对称性可得其它两相电压为V 120220°-Ð=B UV 120220°Ð=C U 则所求的电流为A 022100220°Ð=°Ð==A A A Z U IA UAB I A IAB UBC ICA IB IC I题3-2图(a)AB UBC UCA U ABCZZZ题3-2图B IA IC IAB IBC I CA IA 87.662213.53101202208j 6120220°-Ð=°-а-Ð=-°-Ð==B B BZ U IA902230101202205j 66.8120220°Ð=°Ð°=+°Ð==CC CZ U I°Ð+°-Ð+°Ð=++=902287.6622022C B A N I I I IA 31.369.3077.1j 64.3022j 23.20j 64.822°Ð=+=+-+= C C CB B B A A A I U I U I U P j j j c o s c o s c o s ++=°´´+°-´+°´=30cos 22220)13.53cos(222200cos 22220 KW 94.11=或 66.8226221022222222´+´+´=++=C CB BA AR I R I R I P KW 94.11=3-4 三相交流电路如题3-4图所示,电源线电压V 380=l U 。
1-4 求图1.59示电路中电流源两端的电压及通过电压源的电流。
解:(a )144V S U =-⨯=- (b) 5409V U U ++=∴=-2A I =1-7 图1.61所示电路中,求恒流源的电压,恒压源的电流及各自的功率。
解:由KVL 方程:1010I = 1I = A 由KCL 方程:21E I =+ 1E I = A由KVL 方程:22100S U +⨯+= 14S U =-V 14228S S S P U I ==-⨯=-W 1010V E P I ==W1-10 用电压源和电流源的等效变换法求图1.64电路中的I解:等效变换图为:6(3 1.5) 1.50I ∴++-= 1A I =-1-11 用支路电流法求解图1.65中的各支路电流。
解:1232123012428012440I I I I I I I ++=⎧⎪-+-=⎨⎪-+=⎩36V图1.64题1-10的电路⇒6V6V6V⇒(a)(b)I S 2Ω 1A5V2A 图1.59习题1-4的电路210Ω图1.61 习题1-7的电路8V 24Ω图1.65题1-11电路联立得:1230.5A 1.25A 1.75A I I I =⎧⎪=⎨⎪=-⎩1-13 用叠加原理计算图1.67示电路中的I 。
解:利用叠加原理1.67分解为下列(a)(b)两图:'"'"110.25A0.50.5121120.5A 220.75A I I I I I =⨯=++=⨯⨯==+=1-15 用戴维南定理计算图1.69示电路中1R 上的电流I 。
解:图1.69可简化为图(c )的等效电路。
等效电路的电动势可用图(a )来求:24100O U +⨯-= 2O E U ==V等效电路的内阻可用图(b )求得: 04R =Ω 得等效电路如图(c )所示。
由等效电路求得:120.15449O E I R R ===++ A1-17 用支路电流法、叠加原理、戴维南定理分别计算图1.71所示电路中的电流I 。
习 题77-1 题7-1图为电动机起动和停止控制电路,试指出其错误所在,并画出正确的电路。
解:错误有三个,如题7-1图(a )所示:① 主电路三相开关S 应在熔断器1FU 的上面;② 热继电器的触点是常闭触点;③ 停止按钮2SB 应在自锁触点的外面。
正确的电路如题7-1图(b )所示。
7-2 题7-2图所示为三相异步电动机正反转控制电路,试指出其错误所在,并画出正确的电路图。
KMKMKM解:错误有六处:① 开关S 应画在熔断器的上面;② 控制电路的两根火线均应有熔断器;③ 自锁触点应为常开触点;④ 互锁触点应为常闭触点;⑤ 反转时电源对调两根相线,若KH KM三根都调换,则相序不变,不能实现反转;⑥ 热继电器只有一个常闭触点,应接到控制电路的公共线上。
正确的接线如题7-2图(b )所示。
7-3 试设计在三处独立控制一台电动机的电路图。
解:控制电路图如题7-3图所示。
1SB 和1B S '为一处控制电机起停按钮;2SB 和2B S '为第二处的控制电机起停按钮;3SB 和3B S '为第三处控制电机起KHKMKH接电源停按钮。
7-4 试分析题7-4图所示的控制电路。
① 说明此电路具有什么功能?② 具有哪些保护环节?用哪些元件实现?③ 简要列写此电路的工作过程。
解:①此电路为两地控制一台电机的停止、正反转起动及点动。
其中1SB 和2SB 是两地控制一台电机的停止;3SB 、4SB 是两处控制电动机的正转,5SB 、6SB 是另两处控制电机的反转;7SB 是控制电机的点动。
② 此电路具有过流、零压(失压)和短路保护。
过流保护是由热继电器KH 实现,零压保护是由交流接触器KM 实现,短路保护是由熔断器1FU 和2FU 实现。
③ 先合上开关Q ,当按下按钮3SB (或4SB )时,交流接触器1KM 线圈通电,其主触点和常开辅助触点闭合,辅助常闭触点断开,电动机正转起动。
当按下1SB (或)2SB ,交流接触器1KM 线圈断电,电机停转。
2-2 试用电压源与电流源等效变换的方法计算题图 2-2中3Ω电阻中的电流 I 。
题题 2-2解题图 12(a解题图 12(b解题图 12(c解题图 12(d解题图 12(e解题图 12(f解题图 12(g解题图 12(h解题图 12(i解题图 12(j 12解:根据题目的要求,应用两种电源的等效变换法,将题图 2-2所示电路按照解题图 12所示的变换顺序,最后化简为解题图 12(j所示的电路,电流 I 为A2. 0822I =+=注意:(1 一般情况下,与理想电流源串联的电阻可视为短路、而与理想电压源并联的电阻可视为开路。
故题图 2-2所示电路最左边支路中的2Ω电阻可视为 0;(2在变换过程中,一定要保留待求电流 I 的支路不被变换掉;(3根据电路的结构,应按照 a-b 、 c-d 、 e-f 的顺序化简,比较合理。
2-3 计算题图 2-3中1Ω电阻上的电压 U ab 。
V题题 2-3V解题图 13(aΩ解题图 13(bΩ解题图 13(cΩ解题图 13(dΩ解题图 13(e解:该题采用两种电源的等效变换法解题比较简便。
按照解题图 13的顺序化简,将题图 2-3所示的电路最后化简为解题图 13(e所示的电路,根据电阻串联电路分压公式计算电压 U ab 为V37. 2118. 08. 2Uab=+=2-5 应用支路电流法计算题图 2-5所示电路中的各支路电流。
V 45题题 2-5V 45解题图 153解:首先对于题图 2-5所示电路的三条支路电流分别确定参考方向,如解题图 15所示。
然后应用基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律定律列出下列三个方程:⎪⎩⎪⎨⎧+=++=+=++==-+3223231131321I 6I 5I 3I 6I 245I 6I 20I 10I 6I 10700I I I解之,得A3I A 5I A2I 321===2-6 应用支路电流法计算题图 2-6所示电路中的各支路电流。
习题22-1 在图2-1所示的正弦交流电路中;电压表的读数为V 220U =;电流表的读数为A 10I =;频率Hz 50=f ;相位上u 超前i 为︒=30ϕ..试写出u 与i 的三角函数式、相量式;并画出相量图及波形图..解:设U 为参考正弦量;即其初相角︒=0u ψ;则电流的初相角︒-=30i ψ;角频率s rad f /3145014.322=⨯⨯==πω;电压的最大值为V 22202==U U m ;电流的最大值为A 2102==I I m ;则电压u 与电流i 的三角函数式为相量式为 V 0220︒∠=U其相量图和波形图如题2-1图a 和题2-1图b 所示..2-2 已知电流A )3j 4(1+=I ;A )8j 6(2-=I ;V )100j 100(+=U ..求:① 213I I I += ;214I I I -= ;31I U Z = ;② 电流1I 、2I 、3I 、4I 及电压U的有效值;③ 电压与各电流的相位差1ϕ 、2ϕ 、3ϕ 、4ϕ ;④ 画出电流1I 、2I 、3I 、4I 及电压U 的相量图;⑤ 瞬时值1i 、2i 、3i 、4i 及u ..解:①A 6.2618.115j 108j 63j 4213︒-∠=-=-++=+=I I I ②A 51=I ;A 102=I ;A 18.113=I ;A 18.114=I ;V 4.141=U ③︒==-3743tg11ψ;︒-=-=-5368tg 12ψ;︒-=6.263ψ;︒=3.1004ψ;︒=45u ψ;故电压与各电流的相位差为④电流1I 、2I 、3I 、4I 及电压U 的相量图如题2-2图所示.. ⑤各电流与电压的瞬时值为2-3 在题2-3图所示电路中;已知三个支路电流及电压为:.100A)60sin(11︒-=t I i m ω;A)120sin(22︒+=t I i m ω;A)30sin(33︒+=t I i m ω;V )30sin(︒+=t U u m ω..试判别3个支路各是什么性质解:由于三个支路是并联的;所加的电压相同;故对于1Z 支路;电压u 与电流1i 的相位差为 即电压u 超前电流1i ;此支路为感性; 对于2Z 支路;电压u 与电流2i 的相位差为 即电压u 滞后电流2i ;此支路为容性; 对于3Z 支路;电压u 与电流3i 的相位差为 即电压u 与电流3i 同相位;此支路为阻性..2-4 一个电感线圈接到V 110的直流电源时;测出通过线圈的电流为A 2.2..然后又接到V 110、Hz 50的正弦交流电源上;测出通过线圈的电流为A 1.1=I ..计算电感线圈的电阻R和电感L ..解:对于电感线圈可以用题2-4图的等效电路来表示;即相当于一个电阻和一个纯电感相串联..则当电感线圈接到直流电源时;电感可以看成短路;由欧姆定律可得当电感线圈接到交流电源时;不仅电阻上有压降;而且电感上也有压降;由于是串联电路;电阻和纯电感通过的为同一电流;故设电流i 为参考相量;电阻两端电压R u 与电流i 同相位;纯电感两端电压L u 超前电流i ︒90;可画出相量图如题2-4图b 所示;由矢量合成法可得总的电压u ;各个电压的模根据沟股定理可得其中IR U R =;L L IX U =;A 1.1=I ;V 110=U ;代入上式可得则 Ω=-==6.861.15511022L X L ω 电感L 为2-5 一电容元件两端电压V )40314sin(2220︒+=t u C ;通过它的电流A 5=C I ..求电容C 的值及电流的初相角i ϕ;绘出电压、电流的相量图;并计算无功功率..解:由题意电容元件两端电压的有效值为V 220=C U ;则容抗为 电容C 为 F X C C μω4.724431411=⨯==由于电容元件两端的电压与电流的相位差为︒-90;即电压滞后电流︒90;故电流的初相角为其电压、电流的相量图如题2-5图所示无功功率为Var I U Q C C C 11005220-=⨯-=-= 2-6在题2-6图所示的电路中;已知Ω=40R ;mH L 223=;F C μ6.79=;V )314sin(311t u =..试求:① 电路的复数阻抗Z ;②I 、R U 、L U 、C U 、RLU 、LC U ;③电路的有功功率P 、无功功率Q 、视在功率S 及功率因数ϕcos ;④画相量图;⑤若在该电路中加入直流电压V 220;结果又如河 解:① 感抗L X 和容抗C X 为 则电路的复数阻抗为 阻抗模为 阻抗角为说明电路两端的电压超前电流︒87.36;电路呈感性.. ② 电路两端的电压u 的有效值为V 2202311==U ;相量为V 0220︒∠=U;则电流I 为 所求的各电压为由题2-6图a 所示的电路相量图可知;电压RLU 的模为 辐角为则电压RLU 为 V 4.2374.354︒∠=RL U 电压 V 13.5313213.53)176308(13.53)(︒∠=︒∠-=︒∠-=CL LC U U U ③ 电路的有功功率为题2-5图或者 W 4.774404.422=⨯==R I P 电路的无功功率为或者 V ar 8.580)4070(4.4)(22=-⨯=-=C L X X I Q电路的视在功率为④ 电路的相量图如题2-6图a 所示;⑤ 若在该电路中通入V 220的直流电压;则电容相当于开路;电感相当于短路;电流0=I ;V 220==U U C ;0==R L U U ;功率全为零..2-7 在题2-7图中;有三个复数阻抗相串联;电源电压V 30220︒∠=U ..已知,Ω+=8j 2.31Z Ω+=2.4j 4.22Z ;Ω+=8.2j 6.23Z ..求:① 电路的等效复数阻抗Z ;电流I 和电压1U 、2U 、3U ;② 画出电压、电流的相量图;③ 计算电路的有功功率P 、无功功率Q 和视在功率S .. 解:① 由于为三个复数阻抗相串联;故等效复数阻抗为则电流I为 各部分电压为② 电压与电流的相量图如题2-7图a 所示.. ③ 电路的有功功率为 或者电路的无功功率为 或者电路的视在功率为2-8 在题2-8图所示电路中;电源电压u 为工频正弦电压..在S 未闭合前;电压表的读数为V 220;两个电流表A 与1A 的读数均为A 10;功率表的读数为W 900..今维持电源电压不变 ;① 试问S 闭合并入电容F C μ100=后;各电表1Z 2Z 3Z 题2-7图u题2-8图的读数应如何变化 试求此时它们的读数;② 计算并联电容前后电路的功率因数..解:① 当S 闭合并入电容后;由于电源电压不变;且电容元件不消耗有功功率;故线圈的电流、电路的功率都不变;即电压表的读数仍为V 220;电流表1A 的读数仍为A 10;功率表的读数仍为W 900..而电路总的电流减少;即电流表A 的读数下降.. 由有功功率公式可知并联电容之前电路的功率因数为 功率因数角为在并入电容后其电路如题2-8图a 所示;电容支路的电流为 由电路相量图题2-8图b 可得 后电流表A故并联电容A 65.4..的读数为② 并联电容前电路的功率因数为 并联电容后;有功功率、电路两端的电压均不变;则由有功功率的公式可得 2-9 在题2-9图所示电路中;已知mA )4sin(25πω+=t i ;s rad /106=ω;Ω=K 22R ;mH L 2=;Ω=K 11R ..试求:① 当电容C 的值为多少时;i 与u 同相;② 此时电路中的AB u 、R i 及u ;③电阻2R 消耗的功率2P ..解:由于电容的容抗为 所以 ACU IC ω=故只要求出电容两端的电压AC U 即可..先做出i 与u 同相时的电路相量图;如题2-9图a 所示..题2-8图(b)题2-8图(a)UCRCBU电感的感抗Ω=⨯⨯==-K L X L 21021036ω;即2R X L =;而电阻2R 和电感L 并联;两端的电压相同;故电流的有效值也相同;即mA 2252===I I I L R ..则电压CB U 为 而由相量图可知V 5222545cos =⨯=︒=CB AC U U ;故 ② 由相量图可知则 V )45sin(25︒+=t u AB ω ③ 电阻2R 消耗的功率2P 为 2-10电路如题2-10图所示;已知Ω=151R ;Ω=20L X ;Ω=152R ;Ω=20C X ;V 0100︒∠=U ..试求:① 1I 、2I 、I 及AB U ;② 有功功率P 、无功功率Q 及视在功率S ..解:① ︒∠︒∠=+︒∠=+=13.5325010020j 150100j 11L X R U I ② W 4800cos 8.4100cos =︒⨯⨯==ϕUI P 或者W 48015415422222121=⨯+⨯=+=R I R I P2-11 如题2-11图所示的电路中;已知V 220=U ;Hz f 50=;Ω=101R ;Ω=3101X ;Ω=52R ;Ω=352X ..① 求电流表的读数I 和电路的功率因数1cos ϕ;② 要使电路的功率因数提高到866.0;则需并联多大的电容 ③ 并联电容后电流表的读数为多少解:① 并联电容前;设V 0220︒∠=U;则各电流为 故电流表的读数为A 33;电路的功率因数5.060cos cos 1=︒=ϕ..② 若使电路的功率因数提高到866.0cos 2=ϕ;即︒=302ϕ..而电路的有功功率为 则需并联的电容为题2-10图C2③ 由于并联电容前后电路所消耗的有功功率不变;即 故并联电容后电路总电流为即并联电容后电流表的读数为A 05.19.. 2-12在题2-12图所示的并联电路中;已知A )87.6628sin(11.311︒+=t i ;Ω=61R ;Ω=81X ;Ω=42R ;Ω=3C X ..求:① 并联电路的等效复数阻抗Z ;② 电流I、2I 和电压U ;③ 画出电压、电流的相量图..解:① 电路的等效复数阻抗为 ② 电流1i 的有效值为A 22211.311==I ;相量形式为A 87.6221︒∠=I ;则电压U 为 则电流I和2I 为 ③ 电路的电压与电流的相量图如题2-12图a 所示..2-13 电路如题2-13图所示;电源电压为V 220;复数阻抗中含有Ω50的电阻..① 试问当Z 中的电流I 为最大时;Z 应为什么性质 其值为多少 ② 试求电流I 的最大值..解:① 根据戴维南定理;先除去Z ;求其两端的开路电压OU ;如题2-13图a 所示..设 V 0220︒∠=U ;则电流1I 和2I 为 则开路电压OU 为 由题2-13图b 可求等效电源的复数阻抗O Z 为设jX 50+=Z ;则电流I为 其有效值为使电流I 若的值最大;则应使2题2-12图题2-13图(b)ΩΩ-200jZ U 题2-13图(c)060=+X ;即060<-=X ;也就是Ω-=60j 50Z 为电容性质..② 此时电流I 的值为2-14 在题2-14图中;已知V 0100︒∠=U ;Ω=500C X ;Ω=1000LX ;Ω=2000R ;求电流I.. 解:根据戴维南定理;先断开所求支路;即除去电阻R ;求其两端的开路电压OU 如题2-14图a 所示;各电流为则开路电压OU 为 V 030090)5001000(902.0︒∠=︒∠+⨯︒-∠=由题2-14图b 可求得戴维南定理的等效电阻;即其等效电路如题2-14图c 所示;其电流为2-15 已知电路如题2-15图所示..① 用叠加原理求1I 、I 和2S U ;并判断恒流源是电源还是负载;② 用戴维南定理求电流I.. 解:① 由叠加原理;当电压源1S U 单独作用时;恒流源SI 断开;其等效电路如题2-15图a 所示..则当电流源SI 单独作用时;恒压源1S U 用短路线代替;如题2-15b 所示..则将上述各分量进行叠加;即可得由于2S U 和SI 为关联方向;且近似为同相位;故为负载元件.. ② 由戴维南定理;首先断开电流I所在的支路;并求两端的开路电压1S U010︒∠题2-15图(a)1S U 010︒∠S I A02︒∠题2-15图(c)O U ;即如题2-15图c 所示..则开路电压OU 为 在题2-15d 图中;可得等效电源的内复数阻抗为 其等效电路如题2-15e 所示;则所求电流为。