下载文档原格式
第5章习题解答5-11电路如题图5-11所示，换路前已处于稳态。
在t = 0时发生换路，求各元件中电流及端电压的初始值；当电路达到新的稳态后，求各元件中电流及端电压的稳态值。
解：初始时刻的等效电路如题图5-11-1，由图可得+++1210(0)(0)(0)1A R R 1C1C2i =i =i ==+；++(0)(0)0L1L2i i ==；++(0)(0)1A 21i i =-=- 1+12R (0)102V R R 1u =⨯=+； 题图5-112+12R (0)108V R R 2u =-⨯=-+；++(0)(0)0V C1C2u u ==；++(0)(0)L1L2u u ==C1C2112R ()102V R R 1u ∞=⨯=+；212R ()108V R R 2u ∞=⨯=+；()()0V L1L2u u ∞=∞=；()()()=8V C1C22u u u ∞=∞=∞5-12 电路如题图5-12所示，换路前已处于稳态。
在t = 0时发生换路，求各元件中电流及端电压的初始值；当电路达到新的稳态后，求各元件中电流及端电压的稳态值。
解：t=0+瞬时，等效电路如题图5-12-1所示，电感电流等效为恒流源。
t=∞时，等效电路如题图5-12-2所示。
则初始值：111211112(0),(0),(0)s s sLs s sC sU I R Ui iR R RU U I Ri IR R R++++==++=+++；1212112212(0),(0)0V,(0),(0)s sL Cs ssU I Ru R uR RU I Ru U u RR R+++++=-=++==+；题图5-12-1 题图5-12-211120,()s ssU I Ri IR R+=∞=-+；11212()(),()()s sC s CU I Ru I R u uR R+∞=-∞=∞+5-13数。
(a) (b)题图5-13解：（a）图：初始时刻的等效电路如题图5-13-1，由图可得+1U(0)R1i=；++23U(0)(0)R R2Ci=i=+；题图5-12+(0)U 1u =；+(0)0C u =；2+23R (0)U R R 2u =+；3+23R (0)U R R 3u =+电路达到稳态之后的等效电路如题图5-13-2，由图可得1U()R 1i =∞；()()02C i =i ∞∞=； ()U 1u =∞；()()=023u =u ∞∞；()U C u =∞1()R 1S u =I ∞；23S 23R R ()()=I R R 23u =u ∞∞+；()0L u =∞；231S 23R R ()(R )I R R S u =∞++时间常数：23LR R τ=+5-14 在题图5-14电路中，已知：1250k ,4F,6F =Ω=μ=μR C C ，换路前1C 和2C 上储存的总电荷量为41.210C -⨯。
第5章 习题解答5.1 在图5.1所示电路中，12100V,1,99,10F E R R C μ==Ω=Ω=，试求：（1）S 闭合瞬间，各支路电流及各元件端电压的值；（2）S 闭合后到达稳定状态时中各电流和电压的值；（3）当用电感元件L =1H 替换电容元件后再求（1），（2）两种情况下各支路的电流及各元件端电压的值。
解：（1）S 闭合瞬间，由于电容C 的电荷0)0(,0C 0==-u q ，所以0)0()0(C C ==-+u u ，即C 可视为短路，2R 被短接，20i =。
此时（2）S 闭合后，电路达到稳定状态时，由于E 为直流电动势，所以C 视为开路，则10i =1R 11A 11V u iR ==⨯Ω=2C R 21A 9999V u u iR ===⨯Ω=（3）当用电感元件替换电容元件后，S 闭合瞬间，由于S 闭合前电感中电流为零，即L (0)0i -=，且电感元件中电流不能跃变，所以L L 1(0)(0)0i i i +-===电感在S 闭合瞬间L 视为开路，所以此时212100V1A 199E i i R R ====+Ω+Ω1R 11A 11V u iR ==⨯Ω=2R 21A 9999V u iR ==⨯Ω=11100V100A 1E i i R ====Ω2R C (0)0u u +==212100V1A199E i i R R ====+Ω+Ω1R 1100A 1100Vu iR ==⨯Ω=22L R 99V u u ==S 闭合后，且电路达到稳定状态时，在直流电动势E 作用下，电感元件L 视为短路，则2R 被短路。
所以，11100V 100A 1E i i R ====Ω 20i = 2L R 0u u ==1R 1100A 1100V u iR ==⨯Ω=5.2 在图5.2所示电路中，已知126V,6A ,3E I R R ====Ω。
当电路稳定后，在t =0时将两个开关同时闭合。
第五章习题参考答案5.1 题5.1的图所示的是三相四线制电路，电源线电压l U ＝380V 。
三个电阻性负载接成星形，其电阻为1R =11Ω，2R =3R =22Ω。
(1)试求负载相电压、相电流及中性线电流，并作出它们的相量图；(2)如无中性线，求负载相电压及中性点电压；(3)如无中性线，当L1相短路时求各相电压和电流，并作出它们的相量图；(4)如无中性线，当L3相断路时求另外两相的电压和电流；(5)在(3)，(4)中如有中性线，则又如何?1L 2L 3L N题5.1的图解： ○1各相负载两端电压都等于电源相电压，其值为：V V U U l P22033803===。
各负载相电流分别为：()()AI I I I I I A R UI A R U I A R U I N P P P 1030cos 30cos 30sin 30sin 10,10,202232132332211=︒-︒++︒-︒-=======相量图如图（b ）所示。
○2因为三相电源对称，而三相负载不对称时，由于无中性线，将使电源和负载中点之间的电位差不为零，而产生中性点位移。
设 V U U ︒∠=011 ()()()V V U U U V V U U U VV U U U V V R R R R U R U R U U NN N N N N N N ︒∠=︒∠-︒∠=-=︒-∠=︒∠-︒-∠=-=︒∠=︒∠-︒∠=-=︒∠=++︒∠+︒-∠+︒∠=++++=131252055120220131252055120220016505502200552212211112212022022120220110220111''''3'32'21'1321332211○3若无中性线，1L 相短路，此时电路如图（c ）所示，此时1L 相的相电压01=U ，2L 相、3L 相的相电压分别等于2L 、1L 之间、3L 、1L 之间的线电压，所以有：V U U V U U ︒∠==︒-∠=-=150380,150380313122 各相电流为：()()A A I I IV R U I VR U I ︒∠=︒∠+︒-∠-=+-=︒∠==︒-∠==0301503.171503.171503.171503.17321333222 相量图如图（d ）所示○4若无中线，3L 相断路，电路如图（e ）所示，1L ，2L 两相成了串联电路： V V R I UV V R I U AA R R U I I ︒∠=⨯︒∠=∙=︒∠=⨯︒∠=∙=︒∠=+︒∠=+==3025322305.113012711305.11305.11221130380222111211221 ○5当有中性线，1L 相短路或3L 相断路，其他相电压、电流均保持不变。
大二电工学课后习题第五章答案(1) 第一章电路的基本概念和基本定律习题解答1-1 在图1-39所示的电路中，若I1=4A，I2=5A，请计算I3、U2的值；若I1=4A，I2=3A，请计算I3、U2、U1的值，判断哪些元件是电源？哪些是负载？并验证功率是否平衡。
解：对节点a应用KCL得I1+ I3= I2 即4+ I3=5, 所以 I3=1A在右边的回路中，应用KVL得6?I2+20?I3= U2，所以U2=50V同理，若I1=4A，I2=3A，利用KCL和KVL得I3= -1A，U2= -2V在左边的回路中，应用KVL得20?I1+6?I2= U1，所以U1=98V。
U1，U2都是电源。
电源发出的功率：P发= U1 I1+ U2 I3=98?4+2=394W负载吸收的功率：P吸=20I1+6I22+20I3=394W二者相等，整个电路功率平衡。
1-2 有一直流电压源，其额定功率PN=200W，额定电压UN=50V，内阻Ro=0.5Ω，负载电阻RL可以调节，其电路如图1-40所示。
试求：⑴额定工作状态下的电流及负载电阻RL的大小；⑵开路状态下的电源端电压；⑶电源短路状态下的电流。
解：⑴IN?PNUxx0??4A RL?N??12.5? UN50IN422⑵ UOC?US?UN?IN?R0?50+4?0.5 = 52V⑶ ISC?US52??104AR00.5图1-39 习题1-1图图1-40 习题1-2图1-3 一只110V、8W的指示灯，现在要接在220V的电源上，问要串多大阻值的电阻？该电阻的瓦数为多大？解：若串联一个电阻R后，指示灯仍工作在额定状态，电阻R应分去110V的电1102?1512.5? 压，所以阻值R?81102?8W 该电阻的瓦数PR?R1-4 图1-41所示的电路是用变阻器RP调节直流电机励磁电流If的电路。
设电机励磁绕组的电阻为315Ω，其额定电压为220V，如果要求励磁电流在0.35～0.7A的范围内变动，试从下列四个电阻中选用一个合适的变阻器：⑴1000Ω 0.5A；⑵350Ω 0.5A；⑶200Ω 1A；⑷350Ω 1A；图1-41 习题1-4图解：要求励磁电流在0.35～0.7A的范围内变动，则应有0.35?220?0.7 315?RP则 313.6?RP??0.714?取 314?RP?0?同时变阻器中允许通过的电流最大值不小于0.7A综上所以选择第四个变阻器。
5-1. 说明人体触电致死的原因。
答：触电就是指人体的不同部位同时接触到不同电位的带电体时，人体内就有电流通过而造成对人体的伤害。
触电所造成的伤害主要有电击和电伤。
电击是人体加上一定电压后，人体电阻迅速减小，而使通过人体的电流增大，造成人体内部组织损坏而致死亡。
电伤是电流的热、化学、机械效应所造成身体表面皮肤、肌肉的伤害。
常见为电弧烧伤、灼伤人的脸面、肢体等部分，情况严重的也会导致死亡。
5-2. 解释跨步电压、接触电压的含义，说明在何种情况下能够发生跨步电压、接触电压触电。
答：当系统发生故障时，如输电线断裂接地、设备碰壳短路或遭受雷击等，将会有很大的电流流过接地体进入大地，接地体及其周围的土地将有对地电压产生。
对地电压以接地体处最高，离开接地体，对地电压逐渐下降，约至离接地体20米处对地电压降为零。
此时当人接地体附近行走时，在两脚之间将有一个电压存在，这种电压称为跨步电压。
发生短路故障的设备有对地电压，人触及设备外壳会有电压加于人体，这种电压称为接触电压。
跨步电压和接触电压触电，一般在雷击或有强大的接地短路电流出现时发生。
5-3. 怎样会发生触电事故？为了避免触电，我们在使用电器，接电操作时应注意哪些问题？答：电对人体的伤害是人体触电所造成的。
触电就是指人体的不同部位同时接触到不同电位的带电体时，人体内就有电流通过而造成对人体的伤害。
要防止发生触点事故最主要的是人必须按照规定的安全操作规程操作与使用用电器，以及用电器的电气安全性能必须符合要求，即在长期使用的过程中不发生漏电现象及因之形成的设备表面带电。
5-4. 在进行电工实验时，为什么在合上电源时操作者一定要通知同组同学注意？为什么在实验过程中不允许带电改接电路？答：因为在电工实验时电源电压通常为220V，当人接触此电压用电器时会造成触电事故可能危及生命。
因此合上电源时操作者一定要通知同组同学注意，避免其它同学在不知情的情况下误接触到连接到电源上的实验设备。
同时在实验过程中不允许带电改接电路，以免引起触电事故。
5-5. 在选用导线时，若导线截面过细、绝缘层过薄会产生怎样的安全隐患？答：在选用导线时，若导线截面过细、绝缘层过薄，会导致通过电流的电流密度过大，不仅会引起线芯发热导线温升过高引起绝缘材料老化，而且在导线较长时线路压降也较大使用电器的端电压减少，一旦绝缘层损坏往往危及其它线路就用电设备的安全，发生问题后检修及更换也极为麻烦。
5-6. 导线使用的环境温度对导线的选用及允许载流量有什么影响？答：一般低压塑料线的最高耐温为105℃，长期运用温度为70℃以下，而橡胶线的最高耐温为90℃，长期运用温度为60～65℃以下。
若需要在高温环境下使用，则必须使用耐高温的聚四氟乙烯绝缘的高温导线，其耐温可达200℃左右。
导线的选用应根据导线适用的环境温度而定。
同样，超过安全载流量，散热受到影响，会造成线路绝缘容易老化。
因此允许载流量应随着导线使用的环境温度的升高做相应的调整减小。
5-7. 何谓双重绝缘？导线及用电器如何实现双重绝缘？答：为了提高低压导线的绝缘性能及抗机械损伤的能力，延长其使用寿命，在室内供电线路中应尽量采用具有双重绝缘的护套线，即在2根以上的绝缘单线外面再套上一个有一定厚度的绝缘护套，该护套既起了加强绝缘作用，又保护芯线绝缘不受损伤，但相应的体积增大对散热也有影响。
5-8. 解释用电器按电气设备的电击防护方式分类。
日常使用的电气设备一般属于第几类？答：在生活及工作中经常使用的用电设备有各种家用电器、电动工具、办公设备、计算机、网络终端设备、照明设备等等，国家按电气设备的电击防护方式分为O、Ⅰ、Ⅱ、III类。
O 类设备是仅依靠其基本绝缘作为电击防护的设备，若基本绝缘失效极有可能发生电击危险，使用这些设备只能在铺设地板的清洁干燥的房间内。
Ⅰ类设备是除了基本绝缘以外，其能被人体触及的可导电部分（如外壳、操作手柄等）连接有一根保护线，供设备接地或接零之用。
Ⅱ类设备的电击防护不仅依靠基本绝缘，而且还增加了附加保护绝缘，即形成双重绝缘或绝缘性能与之相当的加强绝缘，当基本绝缘失效时带电体仍与人体隔离这样的设备不必设置保护线。
Ⅲ类设备是由安全低电压供电的设备，设备内部不会产生超过供电电压值的电压，因此也不会形成电击危险。
日常使用的大部分电气设备属于Ⅰ类5-9. 家用电器的出厂试验中有哪几个电气安全测试项目？答：为了保证用电设备的正常安全使用，在产品标准中均包括有防止使用者触电的安全性能条款。
在产品出厂前，每台产品必须经过常温下绝缘电阻、耐压强度、泄漏电流、接地电阻的测试，以前凡合格者贴上长城标志，自2003年7月起产品必须同时满足电磁兼容（即产品无有害电磁能量辐射）及环保性能检验合格，贴上3C标志才能销售。
5-10. 为什么安全变压器必须是双绕组变压器，而且其外壳及铁心要采用接地或接零保护？答：采用安全变压器(隔离变压器)把市电电源接入其输入绕组（一次绕组），而负载则接到变压器的输出绕组（二次绕组）。
变压器的输出电路与输入电路在电路上是隔离的，在输入绕组和输出绕组之间有很高的绝缘强度，耐压很高，而且不允许其输出电路中的任一点与地线或零线相接，整个输出电路“悬浮”成一个独立系统，如果人体触及电路中的任一点也不会发生触电。
5-11. 为什么在一般环境条件下，可以采用36V的安全电压，而在潮湿环境中以及金属容器内部规定安全电压为12V？答：根据IEC479－1（1984）文件，我国把低于50V的42、36、24、12、6V等5个档次的电压规定为安全电源的额定供电电压，因为人在低电压条件下触电还不致于发生致命的危险。
但是在具体确定额定电压值时还需根据使用条件决定。
因此在一般环境条件下，可以采用36V的安全电压，而在潮湿环境中以及金属容器内部规定安全电压为12V。
5-12. 为什么在中性点不接地的三相电网中，人体触及一相相线也会有麻电的感觉？答：在电源变压器不接地的供电系统中，保护接地就是把电气设备不带电的外露可导电部分用一根保护线和埋入地下的并与土壤直接接触的接地体相联，一旦电气设备内部绝缘破损造成一相对外壳击穿或电源电压以外地传到不带电的外露部分时，则有很小的故障电流由发生故障的一相入地，并通过其它二相对地的分布电容1C 、2C 回到电源，若电气设备外壳接地良好，接地电阻一般不超过4Ω，则设备外壳对地电压很低为d I ×4Ω，不会超过安全电压的极限值50V ，人体触及外壳时可能会有触电感觉，但不致于发生致命危险。
5-13. 在中性点不接地的三相电网中，若出现一相接地故障，该电网是否能正常供电？此时若人体触及其他两相电源线，则会发生什么情况？答：在中性点不接地的三相电网中，若出现一相接地故障，该电网是能够带故障供电。
此时若人体触及其他两相电源线，则有可能使发生故障相线与其它两相电源线构成回路，人因此而发生危险。
5-14. 为什么在中性点接地的三相供电系统中必须采用接零保护，而不能用接地保护？为什么保护零线应重复接地？答：在中性点接地的三相供电系统中，若采用接地保护，当有一相设备内部绝缘破损而对外壳击穿时，则故障电流将通过设备接地体的接地电阻D R 入地，并通过电源中性点接地体的接地电阻N R 进入电源中性点形成回路。
一旦人体触及外壳将发生危险。
而且造成电源中性点位移，造成系统中其它外壳接零线电气设备外壳带电，人体触及这些正常工作设备的外壳时也要发生危险。
而采用接零保护，即把电气设备不带电的外露可导电部分用保护线与供电线路中的零线（中性线）相接。
如果设备中有一相绝缘击穿碰壳时，就形成一相电源对零线短路，因零线与相线的阻抗很小，该短路电流远大于工作电流，足以使供电线路的短路保护装置动作切断电源。
因此，在中性点接地的三相供电系统中必须采用接零保护，而不能用接地保护。
为了保证保护零线永远保持零电位，我国规定低压供电线路把工作零线（中线）N 与保护零线PE 分开，形成三相五线制。
电气设备外壳直接与保护零线相联，能够避免负载不平衡电流流过工作零线时产生的不平衡电压影响。
另外保护零线需要多点重复接地，以保证其接地可靠。
5-15. 为什么在中性点接地的三相供电电网中，不允许将一部分设备保护接零而另一部分设备保护接地？答：在同一供电系统中不能既有保护接地的设备，又有保护接零的设备，否则在保护接地的设备发生故障时所产生的电源中性点位移（见图5.3.2），将会使保护接零设备的外壳带电引起电击危险。
5-16. 为什么单相用电器的电源开关应串联在相线中？在采用螺口白炽灯时，相线必须接在灯座中的顶芯上？答：单相供电的家用电器其全金属外壳亦采用保护接零措施，保护线应接在单独敷设的保护零线上。
单相用电器的电源开关应串联在相线中，否则，切断工作零线仍然有可能使相线与保护零线构成回路，引起事故。
采用螺口白炽灯时，人不易接触到顶芯，相线必须接在灯座中的顶芯上。
5-17. 说明漏电开关的功能。
为什么三相四线供电电路中应该采用四极漏电开关？答：漏电保护是在供电线路及电气设备中因绝缘破损而产生漏电，甚至人体直接触及带电体，能够立即断开电源，避免扩大事故的保护方式。
漏电开关是由带漏电检测机构的漏电断路器实现的，三相四线制电路的四极漏电断路器中四根电源线都穿过断路器内的空序电流互感器TA，在正常无漏电时，四相电流之和为零，互感器TA的二次侧无输出。
当发生人体触电或设备漏电时，漏电电流将会通过大地或保护零线返回电源，使四线电流之和不为零，互感器的二次线圈中感应出空序电流，输入高灵敏度的漏电电磁脱扣器，使断路器触点QF 断开。
三相四线供电电路中应该采用四极漏电开关能够提供对三相四线供电系统的所有电路的保护。
5-18. 为什么说电气线路及电气设备的超负荷运行以及电气击穿是造成电气起火事故的主要原因?答：电气线路及电气设备的超负荷运行容易造成线路过热、线路绝缘老化，线路之间发生电气击穿导致电火花以及线路发热量过大引起电气火灾，而电气线路及电气设备的超负荷运行以及电气击穿是造成电气起火事故的主要原因。
因此，因该按照电气线路及电气设备的规定复合运行，以避免此类事故的发生。
