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电气工程概论参考答案一、1． D 2. D 3. B 4. D 5. A 6. A二、1. 对 2. 错 3. 错 4. 错 5. 对三、1.鼠笼式、绕线式2.电磁系统、触头系统3.输出、输入4.电磁5.机械能、电能6.熔断器四、1. 电气工程学科除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等），它与基础学科（如物理、数学等）的相应分支具有密切的联系，但又具有明显的差别。
电路理论的基本概念与基本定律1.电路的基本物理量及其正方向2.欧姆定律3.基尔霍夫电压、电流定律电磁场理论的基本概念与基本理论2. 电机是进行机电能量转换货信号转换的电磁机械装置的总称。
按照不同的角度，电机有不同的分类方法：按照所应用的电流种类，电机可以分为直流电机和交流电机。
3.1.电动机种类的选择选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑的。
2.电动机功率的选择。
4. 断路器是能接通、分断线路正常工作电流，并在电路异常时分断故障电流的机械式开关电器。
5. 共同特点：它们都是当输入的物理量达到规定值时，其电气输出电路被接通或阻断的自动电器。
6. 电力系统主要由发电厂、输配电系统及负荷组成。
7. 发电设备最基本的控制主要是频率调节（简称调频，主要实现电力系统有功功率控制）和电压调节（简称调压，主要实现电力系统的无功功率控制）。
8. 电能质量一般用频率、电压、波形、三相电压和电流的不对称度来衡量。
9. 电力半导体器件；变换器电路结构与设计；控制与调节；电力待腻子技术中的储能元件；电子电路的封装与制造；电磁干扰和电磁兼容；电机控制；电力质量控制。
10. 发电厂发出的电能都要用输电线送到用户。
交流发电机发出的6-10KV的电压，经变压器升压，通过主干输电线送到需求地附近的高压或超高压变电站，再经过降压，送到二级高压变电站或特高压用户变电站中，然后通过二级输电线送到配电变电站中，经过配电变电站变电器降压，输送到用户。
1.大型电力系统能带来那些技术经济效益：①提高供电的可靠性②减少系统装机容量③减少系统备用容量④采用高效率大容量的发电机组⑤合理利用资源，充分发挥水电在系统中的作用。
2.⑴电力系统的主要特点：①电能不能大量储存②暂态过程十分短暂③地区性特点较强④与国民经济密切相关。
⑵对电力系统的要求：①为用户提供充足的电力②保证供电的安全可靠③保证良好的电能质量④提高电力系统运行经济性3.简述衡量电能质量的主要指标，并举例说明其重要性。
①电压：电热装置消耗的功率与电压的平方成正比，过高的电压将损坏设备，过低的电压则达不到所需要的温度。
②频率：频率降低将使电动机的转速下降，影响生产效率和电机的寿命；频率增高会使转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。
③波形：影响电机的正常运行和效率，危害电气设备的安全运行，例如谐波放大或谐振过电压烧坏变电站中无功补偿电容器。
4.为什么要规定电力系统额定电压？简述发电机变压器和电力线路的额定电压与电力系统额定电压之间的关系。
①对一个国家来说不可能建设一条输电线路就确定一个电压等级，这样会造成设备通用性差，备用设备增加，网络连接和管理都困难。
因此为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。
②发电机比系统额定电压高5%。
变压器一次绕组和系统额定电压相等，二次绕组比系统额定电压高10%。
电力线路的额定电压和系统额定电压相等。
5.①互感器的分类：电压互感器和电流互感器。
②原理：电磁感应原理③作用：电压互感器是一种电压变换装置，有电压变换和隔离两重作用，它将高电压转变为低电压（一般为100V），供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。
电流互感器是一种电流变换装置，有电流变换和隔离两重作用，它将大电流转变为低压小电流（一般为5A），供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。
④使用注意事项：电流互感器工作时二次侧不能开路，电压互感器工作时二次侧不能短路。
2-1. 列出以下节点的电流方程式，并求出x I 。
解：(a) 由KCL 得：1234()()()0x I I I I I +-+-+-+= ∴2341x I I I I I =++-;(b) 由KCL 得：39(5)()0x I ++-+-= ∴7x I A =(c) 由KCL 之推广得:69()0x I ++-= ∴15x I A =(d) 由KCL 得：1(2)(3)40x I +-++-+= ∴0x I =2-2. 列出以下回路的电压方程式，并标出回路循环方向，求出U 。
解：(a) 回路循环方向与I 方向相同，由KVL 得：U+(2S U -)+I R ⋅=0 ∴U = 2S U -I R ⋅(b) 回路循环方向与3I 、4I 方向相同，由KVL 得：44I R ⋅+33I R ⋅+(U -)=0 ∴U = 44I R ⋅+33I R ⋅(c) 回路循环方向为逆时针方向，由KVL 得：U+(9-)+7=0 ∴U = 2V(d) 设回路电流大小为I ，方向为逆时针方向，由KVL 得：2S U +I ⋅4+I ⋅6+(1S U -)+I ⋅3+I ⋅7=0 ∴I = 0.3A因此，U=2S U +I ⋅4 =2-3. 求出下列电路中的电流I 。
解：(a) 由KCL ，流过2Ω电阻的电流大小为(9+I)，对2Ω电阻与10V 电压源构成的回路，由KVL ，得：(9)I +⋅2+(10-) =0, 因此，I ＝－4A ；(b) (2)I -⋅3+6＝0； ∴I = 4A;(c) 流过3Ω电阻的电流 1I ＝93÷＝3A流过6Ω电阻的电流 2I ＝(6+9) ÷6＝2.5 A(d) 由KCL ，I + 3-3＝0 ∴I =0;2-4. 求出下列电路中的电压U 。
解：(a) (U/10 + U/10) ⨯5 + U = (4-U/10-U/10) ⨯10 ∴U=10V ；(b) 10⨯2 + 10 + U ＝0 ∴U=－30V(c) 1I =10⨯(64)(46)(64)++++=5A; 2I =10⨯(46)(46)(64)++++=5A; 4⨯1I + U + 6⨯(－2I )=0; ∴U = 10V(d) U + 18⨯393+－=0; ∴U = 02-5. 有50个彩色白炽灯接在24V 的交流电源上，每个白炽灯为60W ，求每个白炽灯的电流及总电流，另外消耗的总功率为多少 答：每个白炽灯上消耗的功率为2U P UI R==，而U ＝24V ，P ＝60W ， 因此每个白炽灯的电流为P I U =＝2.5A ，总电流为I 总＝I ⨯ 50＝125A 消耗的总功率为P 总＝P ⨯ 50＝3000W2-6. 在220V 单相交流电源上，接有两台电阻热水器，一台为，一台为3kW ，分别求这两台电热器的电阻。
2.3 用电流表测量电路中的电流时，必须将电流表串联在被测电路中（在测量处断开电路再接入电流表）。
为了尽可能减少电流表接入对电路原有工作状态的影响以保证足够的测量精度，所以电流表的内阻都很小。
有学生误将电流表并联在电路中（如图示），试分析此时所发生的情况。
假定电流表的内阻Ω=1.00R 。
⑴ 此时流过Ω4电阻上的电流是多少？⑵ 此时流过电流表的电流会达到多大的数值？ ⑶ 这种错误会造成什么后果？应如何纠正之？解： ⑴ 5.1464==ΩI A ；⑵ 601.06A==I A; ⑶ 过大的电流经过电流表，会损坏电流表，也会损坏6V 电压源。
应将电流表串入被测支路。
2.5 试求图中各电路的电压U ，并讨论其功率平衡解2.6 某电源具有线性的外特性，当输出电流为0A 和400mA 时，其端电压分别为1.48V 和1.39V 。
请给出该电源的电压源模型和电流源模型及其相应的参数。
解：线性外特性为：I R U u S S -=⎩⎨⎧-==S S 4.048.139.1 48.1R U 解得： ⎪⎩⎪⎨⎧Ω=-== 225.04.039.148.1V 48.1SS R U ⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=A 58.6225.0S S S S R U I R电流源模型+ _U电压源模+_2A=2Ω 6A=2Ω 由KCL 得：I =8A ，所以U =2*I =16VP R =I 2 R =128W 消耗 P I S = -I S *U = -96W 供出P U = -2*U = -32W 供出P 供出=P 消耗1=2ΩR 2=2由KCL 得：I = 4A ，所以 U =2*I =8V P R =I 2 R =32W 消耗 P I S = I S *U = 16W 消耗 P U = -2*U = -48W 供出 P 供出=P 消耗 由KVL 得：U = 4A ，所以 U =10V P R 1=P R 2 =22 *R 1=8W 消耗 P I S = -2*U = -20W 供出 P U S = 2*2 = 4W 消耗 P 供出=P 消耗I S2.8 考察图示几个电路的特点，用最简单的方法计算电路中各个支路的电流、各个元件上的电压和功率。
电工学概论答案【篇一：电工学概论习题答案_第二章(下)】?)与u2?173sin(314t?120?)之和u?u1?u2，并写出它们的相量表示式。
?解：u1??30??2?12i)??u2??120???(?12?2)??u?u1?u2??90?因此，u?u1?u2?200sin(314t?90?)2-32. 已知某负载的电流的有效值及初相为2a、45?，电压的有效值及初相为100v、?45?，频率为50hz，写出它们的向量表达式，并判断该负载是什么元件，元件参数为多少？解：i?2?45????45??2??50iu?100??z?因此，该负载是电容，元件阻抗大小为50。
??220?900v i??10?900a，(b) 2-33. 在50hz的单相交流电路中，若(a) u??220?900v i??10?450a，(c) u??220?900v i??10?1200a求三种情况下电u路中的r及x，并写出电路阻抗z的复数式。
解：(a) z?220i10i?22因此，电路中的r?22?，x?0(b) z??因此，电路中的r?，x?(c) z??11i因此，电路中的r?，x?11?2-34. 一个电感线圈接到20v的直流电源时，通过电流为0.5a。
接到50hz、100v的交流电源时通过电流为1.25a，求线圈的r和l。
解：r?200.5?40??1.25?xl?42 又?xl?2?f?l ?l?0.2hz?50?88.6i设u?220?0?，则??i?220?0?50?88.6i?2.2(12?2)?2.2??602-36. 把上述的rl串联电路与一个电容器并联，若并联后的电路总电流为原来rl串联电路的电流，求电容电流及电容量，作出相量图。
解：如图所示?ic?2.2?90?90??xc?1?而xc?2?f?c，故c?12?f?xc?55.2uf?1?c?12?f?c??50?设u?220?0，则?ir?220?050220?0?50i???225225???0??ic????225?90?i?ir?ic=225i45?2-38. 把上述的r与c并联电路与一电感元件串联，接在u?220v，50hz的交流电源上，测得rc并联电路的端电压正好也是220v，求电感元件两端的电压及电感量，作出向量图。
第一章1．电气工程和电工科学的关系是什么？电气工程的理论基础是电气科学。
2．与“现代五大工程”的其他工程相比，电气工程的突出特点是什么？与其他工程相比，电气工程的特点在于：他的出现首先不是来源与文明发展的自发需要，而是来源于科学发现。
他以全新的能量形态开辟出一个人类文明的新领域。
他的发展又伴生了电子工程，从而孕育出通信，计算机，网络等工程领域，为信息时代的出现奠定了基础。
3．为什么说第二次工业革命是以电气化为主要特征的？在这一时期，发电，输电，配电已形成了一气轮机，水轮机为原动机，以交流发电机为核心，以变压器与输配电线路等组成的输配点系统为“动脉”的输电网，使电力的生产，应用达到较高的水平，并具有相当大的规模。
在工业生产，交通运输中电力拖动，电力牵引，电动工具，点加工，点加热等得到普遍应用。
4．根据自己了解，电气工程有哪些应用？多电飞机，线控汽车，全电舰船。
5．20世纪哪些科学技术的进步对电器工程的发展起到了重要作用？超导材料，半导体材料，永磁材料，超导磁体技术，电磁技术。
6.电气科学与电气工程的发展史给你哪些启发?今天电能的应用已经渗透到人类社会的生产，生活的各个领域，他不仅创造了极大的生产力，而且促进了人类文明的极大进步，彻底改变了人类社会生活方式，电气工程也应次被誉为“现代文明之轮”7.21世纪电器工程科学的发展趋势是什么?将电气科学与工程和近代数学，物理学，化学，生命科学，材料科学以及系统科学，信息科学等前沿融合，加强从整体上对大型复杂系统的研究，加深对微观现象及过程规律性的认识，同时用信息科学的成就改造与提升本学科并开创新的研究方向。
8.为什么说21世纪电器工程与其他科学融合交叉是他的显著特点?21世纪的电气工程科学将在与信息科学，材料科学，生命科学及环境科学等学科的交叉和融合中获得进一步发展，创新和飞跃往往发生在学科的交叉点上，9电气工程科学的基础理论包括那些?电路藜芦，电磁理论，电磁计量理论等。
2-1. 列出以下节点的电流方程式，并求出。
解：(a) 由KCL得： ;(b) 由KCL得：(c) 由KCL之推广得:(d) 由KCL得：2-2. 列出以下回路的电压方程式，并标出回路循环方向，求出U。
解：(a) 回路循环方向与I方向相同，由KVL得：U+()+=0 U =(b) 回路循环方向与、方向相同，由KVL得： ++()=0 U = +(c) 回路循环方向为逆时针方向，由KVL得： U+()+7=0 U = 2V(d) 设回路电流大小为I，方向为逆时针方向，由KVL得： +4+6+()+3+7=0 I = 0.3A因此，U=+4 = 13.2V2-3. 求出下列电路中的电流I。
解：(a) 由KCL，流过2电阻的电流大小为(9+I)，对2电阻与10V电压源构成的回路，由KVL，得：2+() =0, 因此，I＝－4A；(b) 3+6＝0； I = 4A;(c) 流过3电阻的电流＝＝3A流过6电阻的电流＝(6+9) 6＝2.5 A(d) 由KCL，I + 33＝0 I =0;2-4. 求出下列电路中的电压U。
解：(a) (U/10 + U/10) 5 + U = (4U/10U/10) 10 U=10V；(b) 102 + 10 + U＝0 U=－30V(c) =10=5A; =10=5A;4+ U + 6(－)=0; U = 10V(d) U + 18－4.5=0; U = 02-5. 有50个彩色白炽灯接在24V的交流电源上，每个白炽灯为60W，求每个白炽灯的电流及总电流，另外消耗的总功率为多少？答：每个白炽灯上消耗的功率为，而U＝24V，P＝60W，因此每个白炽灯的电流为＝2.5A，总电流为＝ 50＝125A消耗的总功率为＝ 50＝3000W2-6. 在220V单相交流电源上，接有两台电阻热水器，一台为1.5kW，一台为3kW，分别求这两台电热器的电阻。
以及电源所供给的总电流。
答：由电阻消耗的功率为得，＝＝32.27＝＝16.13＝＝20.45A2-7. 一个220V、100W的白炽灯，接在直流220V电源上和接在交流220V 电源上的发光效果是否一样?答：接在两种电源上的发光效果是一样的，因为接在直流220V的电源上，电压恒定为220V，电流也恒定，功率为100W，而接在交流220V电源上，220V为有效值，此时白炽灯的功率也为100W，因此接在两种电源上白炽灯的发光功率相同，发光效果也就一样。
电气工程概论复习资料第二章电机电器及其控制技术1.电机的作用：电能的生产传输和分配，驱动各种机械和装备，控制电机。
2.电机的发展历史：初始阶段为永磁式发电机，实用度不高，1845年惠斯通用电磁铁职称第一台电磁铁发电机，1866年西门子制成第一台自激式发电机，自激原理的发现是永磁式发电机想励磁式发电机发展的关键，1870年格拉姆支撑了环形电枢自激发电机，之后出现了铁芯开槽法，1880爱迪生制造了大型直流发电机，1885研制出两相异步电动机，1888年第一台三相交流异步电动机诞生。
3.随着电工科学，材料科学，计算机科学及控制技术的发展，电机的发展又进入了新的阶段。
特别是电力电力，微机控制技术，永磁材料和超导材料的发展，给电机的发展注入了新的活力。
4.电机的分类，可按照应用的电流种类，功能分类，运行速度，功率分类，不乏有特种电机。
5.同步电机中发电机应用较多，异步电机中电动机拖动应用更多6.异步电机的工作原理和异步的含义：定子绕组接三相对称交流电，在气隙中建立基波圆形旋转磁动势，从而产生旋转磁场；气隙磁场与转子绕组有相对运动，切割转子绕组，产生电动势，转子带电；带电转子在变化磁场中受到电磁力的作用，从而产生电磁转矩。
转子便在电磁转矩的作用下旋转起来。
电机转速与旋转磁场不可能同步，始终存在转差率，因此称为异步电动机；异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。
7.同步电机选取：转子强度和固定转子绕组考虑，用隐极同步电机（气隙均匀，转子圆柱形），当转子速度和离心力较小时，采用凸极同步电机（不均匀，极弧范围气隙小，极间部分气隙大）。
8.永磁无刷电动机分为方波驱动和正弦波驱动，随着稀土永磁材料技术，电力电子技术，计算机控制技术，和微电机制造工艺的提升，使得该电机发展及性能不断提高。
9.对起动、调速及制动没有特殊要求时（水泵、通风机、输送机、传送带），选用笼型电机；对重载起动的机械（起重机、卷扬机、锻压机及重型机械），选用绕线转子电机。
电工学及电气设备第二章作业（3）19、在交流220V 的供电线上，接有220V 、100W 的电烙铁10把和220V 、400W 的单相电机2台，电机运行时的功率因数为cos ϕ1=0.7(感性)。
试求供电线路上的总电流、总有功功率、无功功率、视在功率及总功率因数λ。
解：以电压U 为参考相量，设U=220/_0°，因为电烙铁为纯电阻，故电烙铁电流I 1与U 同相，电机电流I 2滞后于U 一个ϕ 角。
所以I 1=220100/_0°=0.4545/_0° I 2=220400/_-arccos ϕ1=1.818/_-arccos0.7=1.818/_-45.57° 因此总电流I=10I 1+2I 2=0.4545/_0°+1.818/_-45.57°=7.55/_-20.11°总有功功率P=UIcos ϕ=220×7.55×cos(-20.11°)=1559.74W 总无功功率Q=UIsin ϕ=220×7.55×sin(20.11°)=571.09 var 总视在功率S=UI=220×7.55=1661 VA功率因数λ= cos ϕ=cos(20.11°)=0.93922、在图2-22所示的电路中，R=22Ω，X C =11Ω,X L =22Ω,电源电压U=220V ，试求电路的总电流及功率因数。
解：设U=220/_0°则I R =R U =220/_220︒=10/_0° I L =L X U =j 220/_220︒=10/_-90° I C =CX U =j 110/_220︒=20/_90° 故总电流I=I R +I L +I C =10/_0°+10/_-90°+20/_90°=102/_45° 功率因数λ= cos ϕ=cos(45°)=0.70725、无源二端网络的电压u=2202sin(314t+20°)V ，电流i=102sin(314t -40°)A ，如图2-25所示。
2-1. 列出以下节点的电流方程式，并求出x I 。
解：(a) 由KCL 得：1234()()()0xI I I I I +-+-+-+= ∴2341x I I I I I =++-; (b) 由KCL 得： 39(5)()x I ++-+-= ∴7x I A =(c) 由KCL 之推广得:69()0x I ++-= ∴15x I A = (d) 由KCL 得： 1(2)(3)4xI +-++-+=∴0x I =2-2. 列出以下回路的电压方程式，并标出回路循环方向，求出U 。
解：(a) 回路循环方向与I 方向相同，由KVL 得： U+(2S U -)+I R ⋅=0 ∴U = 2S U -I R ⋅(b) 回路循环方向与3I 、4I 方向相同，由KVL 得： 44I R ⋅+33I R ⋅+(U -)=0 ∴U = 44I R ⋅+33I R ⋅ (c) 回路循环方向为逆时针方向，由KVL 得：U+(9-)+7=0 ∴U = 2V(d) 设回路电流大小为I ，方向为逆时针方向，由KVL 得： 2S U +I ⋅4+I ⋅6+(1S U -)+I ⋅3+I ⋅7=0 ∴I = 0.3A 因此，U=2S U +I ⋅4 = 13.2V2-3. 求出下列电路中的电流I 。
解：(a) 由KCL ，流过2Ω电阻的电流大小为(9+I)，对2Ω电阻与10V 电压源构成的回路，由KVL ，得：(9)I +⋅2+(10-) =0, 因此，I ＝－4A ； (b) (2)I -⋅3+6＝0； ∴I = 4A; (c) 流过3Ω电阻的电流 1I ＝93÷＝3A 流过6Ω电阻的电流 2I ＝(6+9) ÷6＝2.5 A (d) 由KCL ，I + 3-3＝0 ∴I =0;2-4. 求出下列电路中的电压U 。
解：(a) (U/10 + U/10) ⨯5 + U = (4-U/10-U/10) ⨯10 ∴U=10V ；(b) 10⨯2 + 10 + U ＝0 ∴U=－30V(c) 1I =10⨯(64)(46)(64)++++=5A; 2I =10⨯(46)(46)(64)++++=5A;4⨯1I + U + 6⨯(－2I )=0; ∴U = 10V (d) U + 18⨯393+－4.5=0; ∴U = 02-5. 有50个彩色白炽灯接在24V 的交流电源上，每个白炽灯为60W ，求每个白炽灯的电流及总电流，另外消耗的总功率为多少？ 答：每个白炽灯上消耗的功率为2UP U I R==，而U ＝24V ，P ＝60W ，因此每个白炽灯的电流为P I U=＝2.5A ，总电流为I 总＝I ⨯ 50＝125A消耗的总功率为P 总＝P ⨯ 50＝3000W2-6. 在220V 单相交流电源上，接有两台电阻热水器，一台为1.5kW ，一台为3kW ，分别求这两台电热器的电阻。
电气工程学概论-林孔元主编-第二章部分习题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2.3 用电流表测量电路中的电流时，必须将电流表串联在被测电路中（在测量处断开电路再接入电流表）。
为了尽可能减少电流表接入对电路原有工作状态的影响以保证足够的测量精度，所以电流表的内阻都很小。
有学生误将电流表并联在电路中（如图示），试分析此时所发生的情况。
假定电流表的内阻Ω=1.00R 。
⑴ 此时流过Ω4电阻上的电流是多少？⑵ 此时流过电流表的电流会达到多大的数值？ ⑶ 这种错误会造成什么后果？应如何纠正之？解： ⑴ 5.1464==ΩI A ；⑵ 601.06A==I A; ⑶ 过大的电流经过电流表，会损坏电流表，也会损坏6V 电压源。
应将电流表串入被测支路。
2.5 试求图中各电路的电压U ，并讨论其功率平衡解2.6 某电源具有线性的外特性，当输出电流为0A 和400mA 时，其端电压分别为1.48V 和1.39V 。
请给出该电源的电压源模型和电流源模型及其相应的参数。
解：线性外特性为：I R U u SS-= ⎩⎨⎧-==SS4.048.139.1 48.1RU 解得： ⎪⎩⎪⎨⎧Ω=-== 225.04.039.148.1V48.1SS R U ⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=A 58.6225.0S S S S R U I RI电流源模R S + _I S U电压源模R S+ _ USU+ _ I2A R =2Ω + _ 6A U I I6A R =2Ω +_ 2A U I由KCL 得：I =8A ，所以U =2*I =16V P R =I 2R =128W 消耗 P I S = -I S*U = -96W 供出 P U= -2*U = -32W 供出 P 供出=P 消耗R 1=2Ω +_2A2VUR 2=2Ω + _ 由KCL 得：I = 4A ，所以 U =2*I =8V P R =I 2 R =32W 消耗 P I S = I S *U = 16W消耗 P U = -2*U = -48W 供出 P 供出=P 消耗I由KVL 得：U = 4A ，所 U =10VP R 1=P R 2 =22 *R 1=8W P I S = -2*U = -20 P U S = 2*2 = 4W P 供出=P 消耗题 2.3 图A2A4Ω6V3Ω3AI AI 4IU2.8 考察图示几个电路的特点，用最简单的方法计算电路中各个支路的电流、各个元件上的电压和功率。
《电气工程概论》第二章电力电子技术(第1节)课堂笔记及练习题主题：第二章电力电子技术(第1节)学习时间： 2015年11月23日--11月29日内容：我们这周主要学习电力电子技术第1节中的晶闸管的驱动、功率场效应管、绝缘栅型双极性晶体管、功率半导体器件的保护，通过学习我们要了解掌握晶闸管的驱动，掌握功率场效应管的结构、工作原理、特性、主要参数、安全工作区，掌握绝缘栅型双极性晶体管的结构、工作原理、特性、擎住效应和安全工作区，掌握功率半导体器件的过压、过流保护。
第一节功率半导体器件2.1.6 晶闸管的驱动1.晶闸管触发电路的基本要求：1）触发脉冲信号应有一定的功率和宽度。
2）为使并联晶闸管元件能同时导通,触发电路应能产生强触发脉冲。
3）触发脉冲的同步及移相范围。
4）隔离输出方式及抗干扰能力。
2．常见的触发电路图3-12为常见的触发电路。
它由2个晶体管构成放大环节、脉冲变压器以及附属电路构成脉冲输出环节组成。
当2个晶体管导通时，脉冲变压器副边向晶闸管的门极和阴极之间输出脉冲。
脉冲变压器实现了触发电路和主电路之间的电气隔离。
脉冲变压器原边并接的电阻和二极管是为了脉冲变压器释放能量而设的。
2.1.7 功率场效应晶体管功率场效应晶体管是一种单极型电压控制半导体元件，其特点是控制极静态内阻极高、驱动功率小、开关速度快、无二次击穿、安全工作区宽，开关频率可高达500kHZ，特别适合高频化的电力电子装置。
但由于电流容量小、耐压低，一般只适用小功率的电力电子装置。
1.结构与工作原理（1）结构功率场效应晶体管按导电沟道可分为P沟道和N沟道；根据栅源极电压与导电沟道出现的关系可分为耗尽型和增强型。
功率场效应晶体管一般为N沟道增强型。
从结构上看，功率场效应晶体管与小功率的MOS管有比较大的差别。
图3-13给出了具有垂直导电双扩散MOS结构的VD-MOSFET单元的结构图及电路符号。
（2）工作原理如图3-13 所示，功率场效应晶体管的三个极分别为栅极G、漏极D和源极S。
第2章 电路问题习题参考解答
2.6 某电源具有线性的外特性，如题2.6所示。
当输出电流为0A 和400mA 时，其端电压分别为1.48V 和1.39V 。
请给出该电源的电压源模型和电流源模型的参数。
解：
线性外特性为： S S U
U R I
=-
⎪⎩
⎪⎨⎧-==S S 4.048.139.148.1R U 解得：
⎪⎩⎪⎨⎧=-==Ω225.04.039.148.148.1S
S R V U ⎪⎩
⎪⎨⎧===A 58.6Ω225.0S S S
S R U I R
2.8 考察题2.8图所示几个电路的特点，用最简单的方法计算电路中各个支路的电流、
各个元件上的电压和功率。
[提示1 别忘设定电压电流的参考方向]；
[提示2 充分利用电路中理想电压源和理想电流源的特性和连接特点]； [提示3 注意判断各个元件是消耗还是产生电功率]。
解： (a)
A I 2 5
10
2 = =
; 1S 24A I I I =+=;
510V U Ω=；
4248V U Ω=⨯= 2A 1082V U =-=
244216W P Ω=⨯=; 2
55220W P Ω
=⨯=（消耗功率）; 2A 224W P =⨯=（吸收功率）; 10V 41040W P =⨯=（供出功率）;
（d ） 41
6 1.5A 4
I I Ω===; 6V
2 2.5A I I ==;
电流源模型
+
_
U
电压源模型
+
_
5Ω
(a)
2
1.481.39
u
R
C
X L X 题 2.16 图
3339V U Ω=⨯=; 3A 693V U =-=-;
2A 6212W
P =⨯=（供出功率）; 3A 339W
P =-⨯=-（供出功率）; 6V 6 2.515W
P =⨯=（供出功率）; 244 1.59W P Ω=⨯=（消耗功率）; 2
33327W
P Ω=⨯=（消耗功率）;
2.13 已知交流电压 V )511000sin(10 +=t u ，交流电流
2sin(1000)A 6
i t π
=+。
试问它们的最大值、有效值、频率、周期、初相位以及两者之间的相位差各是多少。
解：m
10V U =；7.07V U ==；3
10159.15Hz 2f π
==；3
2 6.28ms 10T π==；︒=51u Φ； m 2A I =；I =
；3
10159.15Hz 2f π==；32 6.28ms 10T π==；rad 306
i
πΦ==︒； 两者之间的相位差 5170.366rad=21180660
u i
πππ∆Φ=Φ-Φ=-==︒；
2.15 某交流电路（如图2.15图所示）施加激励电压)V 3
u t π
=+后的响
应电流为12sin(31430)A i t =+。
试计算电路的阻抗、有功功率、无功功率、视在功率及功率因数。
解：
电路的阻抗22025.93Ω12U Z I
=
==； 有功功率
cos 22030)1616.7W P UI =Φ=︒-︒=
无功功率
sin 22030)933.4Var Q UI =Φ=︒-︒=；
视在功率2201866.8VA S UI ===；
功率因数866.cos cos =Φ；
2.16 已知题2.16图所示电路中14.1sin()V 3
u t π
ω=+
；
Ω=10R ，C L X X =。
1． 计算电路的阻抗z 、电流i 及电路的功率S Q P 、、及功率因数ϕcos 。
2． 讨论在C L X X <和C L X X >两种情况下电路的阻抗z 和电流I 的变化情况。
解：
1、电路阻抗值 10z ===Ω；
题 2.15 图
电流有效值
1A U I z =
==； 电压电流之间的相位差是 arc tan 0L C X X R
ϕ-==︒；
所以：
)A 3
i t π
ω=
+
有功功率cos 10110W P UI ϕ==⨯=； 无功功率sin 0Q UI ϕ==； 视在功率10VA S P UI ===； 功率因数cos cos01ϕ=︒=； 2、阻抗z
=
当C L X X =时，阻抗z 最小；为中性电路，此时电流I 最大； 当
C L X X <时，阻抗z 增大，为容性电路，电流I 减小； 当C L X X >时，阻抗z 增大，为感性电路，电流I 减小；
2.18 计算如图中各个非正弦周期电压信号的有效值。
令其中的10V m U =；
0.01s T =。
[取谐波分量的前三项进行计算]
解：(a)
=
U 7.067V
=
=
(b) 2
2
2
2
2522322221⎪⎭
⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫
⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππm
U U
6.95V == (c) 2
2
2
2
2312212121⎪⎭
⎫
⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫
⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=πππm
U U 5.66V == t
U u
t
u t
u (a)
(b)
(c)
U U
补充题1：用KCL 、KVL 求图示电路的完备解计算模型，并确定各支路电流。
解：
完备解计算模型: 电路状态：
123132
32504A I I I I I I +=⎧⎪+-=⎨⎪=-⎩ 123
2.6A 4A 1.4A I I I =⎧⎪
=-⎨⎪=-⎩
补充题2：求下图中二极管的静态工作点，并计算二极管的静态电阻和动态电阻。
解：
电路外特性曲线 D D 1.80.3U I =-
静态工作点Q （D D ,U I ）为（0.8V ，3.5mA ） 静态电阻0.82293.5R
==ΩQ
动态电阻0.80.6
573.5
r
-=
=ΩQ
3
Ω
补充题1图
补充题2图
D。
