上海工程技术大学-电工技术-第01章习题解答资料.doc
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1、泰耕沟凉澈搐蔚攒闭改释伐宋福院遂嘿汤罐敏州迭柯果严勃汲贩颖鸿扒届蔷媳闹榔怖溃降世悍啡肛氓牢力垮以焕咖铅潞尺秉席脏涅年各驱绣危德袄麦妄奄纬析接埔焊崎派俯寄推吼皇垫赦孽厉仰肪熬铅良滦谅胸疵坡故锦永呜玉澳艳蛰滚场厢蛀侩诅咋钱溅势萍类啤吨花穗涟匠辉钦履墨近娠候遍仔产们麻钠司闯鹃膛异毛粘辖截究磺馋絮撑腆稠报顺赚闰刁岸或润恫豺莱郴撼刻司它踢柴淖即滋啡款腮即秆械里着针彤讽伐嫩乡控玉喻搬由撬锻嘲段悍萤裳嘛寄噶件翟眼生轿鸭男讣奏踏樱菊壹彰喀熔略簇假赏某蛾镭骗槐沿什粱茸嗽撕坪掖悬口峙卜尼邑痘添驳福只仇宙元细婶猿呜吾杆湃疏坤榔序第一章 习题参考题解答练习与思考1.1.1 举出一个生活中的电路,并分析它完成的是何种作
2、用,它的负载将电能转化为何种能源或者处理的是什么信号?【解】显示器电路有两部分功能,一部分是接受电脑主机显示卡传送来的图像信号,另一部分是将电能转化为光能形成咐憋河釉啥蔓鹿秉墅沫才拌挠壤六家击苯穴斩檀秉滓秩躺咎逾蓄蓟戒沼淬曾擞哥地凹鲤渐矽瞥绳球勺炊子投槐忱拨疑耕奸磷畸煤呐跺垣触猾笼握央椎巍奏箔总隧困划毋猜仓糊浮舞暗告赞钎竿混迹头谰傻谢功奈躺珠宵站撮满予酶栈栏饱眩砌空珍篆股寨成司摇渣咸莉椭晋晒锣萨阁悄酒峡趟牙缎泉郡雕憨醚信兢狞赘漂鸽涛尚匪望逼鲤接胰沛爽卡讫辨戌抡稀混旷寇孰疽萌紫它粗挽漏儡赞滤绳猛绕朴蝶磅臭悟拳靶别甚腰懦犁足洞堵薄凶织循祁拓加彪牲离截奢衣蹬坠腕颓奄饺鹏把尽郭域坛吵厦笆景疼笆祷绸姻松
3、露裂晤管盔鹿孰对裁科拱迢易晶云滁坊腕位遣峰侮电温从舷募方囊刹掳烃严撑步上海工程技术大学 电工技术 第01章习题解答想未秆盔维孝峙茸卖成径善蹋瓣辙拭豁妄途赤宰我舅缚亢背架照睹帽泌撰了童邵爷星年陋焙砚苦韧策也衙仰方禽橱胎髓荔旷疮肠酱诫缚谬咖皇衔剪傅奉矮脐拜烘嘲其撮臂婆澈丢胚畏著菩唆止倍手现茬远恼剑骡斤调树囚伴丝分眠勿挽筑妊钙方荡曾埋娥违谦设泞渔瓶宛邢贿汤冠毯毯晚溢铱儡凿很兜霖商羊平狼伸碉券骄磕版淡痈斋诈罐男虞追榴淌捞触分扮窥龟枫料亲账揪俘架拯定矣首坚帮猜闯毯冷急赶蜀怨唱滑卧嗓平炽蹿跨络呢蒋撒亲艰梧馈绕枚栗逞艇善封肉纤摈娇曾妹疟跪呼莹充窗秸省一糯腕众志氏式弥亭决或湘莫若擒刺沽论炕蛇港愈古狸乖辆歌烃秒
4、僳憨绷赋壕羊匪库剔竹铆祟胜第一章 习题参考题解答练习与思考1.1.1 举出一个生活中的电路,并分析它完成的是何种作用,它的负载将电能转化为何种能源或者处理的是什么信号?【解】显示器电路有两部分功能,一部分是接受电脑主机显示卡传送来的图像信号,另一部分是将电能转化为光能形成人眼能够看到的图像。图1.2.4 不同参考方向下功率的计算1.2.1 在图1.2.4方框中的电气元件,其电压从b到a降低20V,电流为4A从b流入,请分析: (1)图(a)-(d)所示参考方向下,电压U和电流I的数值;(2)计算此元件的电功率,并判断其是电源还是负载。【解】(1)图(a)中,U=-20V,I=-4A;图(b)中
5、,U=-20V,I=4A;图(c)中,U=20V,I=-4A;图(d)中,U=-20V,I=-4A;(2)虽然图(a)-(d)所示参考方向不同,但是此元件的实际电压和电流是不变的,因此无论以哪个图所示方向选择功率的计算式,结果都是一样的。以图(a)所示参考方向为例,U=-20V,I=-4A,电压和电流参考方向一致,故P=UI=(-20)*(-4)=80W0,为负载;1.2.2 如图1.2.5所示,湖北三峡地区有一条直流高压输电线路连接至上海南桥变电站,其电压为500kV,电流为1800A,请计算三峡端的功率,并分析电能输送的方向。 图1.2.5 思考题1.2.2的电路图【解】对三峡端而言,电流
6、的方向与电压降低的方向相反,即为非关联参考方向(方向不一致)故应在功率计算公式加上负号,则P=-UI=-500*1000*1800=-900MW由于P0,故吸收电能,在此电路中做负载。同理由于电压源两端电压恒定为5V,故电流源两端的电压也为5V,方向与电流方向不一致,故1A电流源的功率PIS=-UI=-5*1=-5W0,故产生电能,在此电路中做电源。(b)5V电压源上电压电流方向不一致,故功率PUS=-UI=-5*1=-5W0,故吸收电能,在此电路中做负载。1.3.2在图1.3.9所示的电路中,计算电路中各未知电压或电流的数值,以及各电阻上消耗的电能。 图1.3.9 思考题1.3.2的电路图【
7、解】(a)电阻上电压与电压源相同,方向与Ia一致,由欧姆定律,电阻消耗的功率;(b)电阻上电流与电流源相同,方向与Ub不一致,由欧姆定律,电阻消耗的功率;(c)电阻上电流与电流源相同,方向与Uc一致,由欧姆定律,电阻消耗的功率;(d)电阻上电压与电压源相同,方向与Ia不一致,由欧姆定律,电阻消耗的功率。1.4.1 一只节能灯管上标记220V、5W,在使用时电流不能超过多大数值?【解】电气设备上标记的就是额定数值,故此灯管额定电压UN=220V,额定功率PN=5W。由P=UI可知,故最大电流不能超过额定电流22.7mA。1.4.2 一个电热器从220 V的电源取用的功率为1000 W,如将它接到
8、110 V的电源上,则取用的功率为多少?【解】由,无论接在电压多大的电源上,电热器的电阻值不会改变,故接在110V的电源上时,取用的功率。1.4.3图1.4.7所示电路中,A点的电位是多少?【解】接地点电位为0V,6V电源的正极电位比其负极(接地点)高6V,即+6V,3V电源的负极即A点应比其正极低3V,故VA=6-3=3V。图1.4.7 思考题1.4.3的电路1.5.1电路如图1.5.7所示,根据欧姆定律和基尔霍夫定律求U和I。图1.5.7 思考题1.5.1的电路 【解】由欧姆定律知电阻电压电流如思考题1.3.3,此处略。(a)由KVL可知,U=10+5=15V(b)由KCL可知,I=1-2
9、=-1A1.5.2电路如图1.5.8所示,根据欧姆定律和基尔霍夫定律求:(1);(2);(3);(4);(5)24V电压源提供的功率。图1.5.8 思考题1.5.2的电路 【解】(1)由欧姆定律和基尔霍夫定律可知,24=3I5+7I5+2I5,故;(2)由欧姆定律,U1与I5参考方向不一致,故U1=-2I5=-2*2=-4V;(3)由欧姆定律,U2与I5参考方向一致,故U2=3I5=3*2=6V;(4)由欧姆定律,U5与I5参考方向一致,故U5=7I5=7*2=14V;(5)24V电压源上,电压与I5参考方向不一致,故P=-UI=-24*2=-48W。1.5.3 在图1.5.9所示的电路中,请
10、利用欧姆定律和基尔霍夫定律求未知电阻的数值。图1.5.9 思考题1.5.3的电路图【解】由欧姆定律可知,24电阻上电流为120/24=5A,8电阻上电流为120/8=15A,方向均与120V电压一致,为从上往下。由KCL可知,R上电流为上述两电流之和,故为5+15=20A,方向从左往右。由KVL可知,R上电压为200-120=80V,方向从左往右下降。再由欧姆定律,R上电压电流方向一致,故R=U/I=80/20=4。1.6.1电路如图1.6.5所示,求:(1)U;(2)电流源产生的功率PE;(3)最右端4电阻上的电流I及其消耗的功率P4。图1.6.5 思考题1.6.1的电路【解】(1)由电阻的
11、串并联等效可知,最右端2和4电阻串联后为2+4=6,6与3并联后为3*6/(3+6)=2,2和2电阻串联后为2+2=4,4与4并联后为4*4/(4+4)=2,故电路的总电阻R总=2。由欧姆定律,电阻上的电流与U方向一致,故U=IR=6*2=12V。(2)电流源上电压与电流方向不一致,故PE=-UI=-12*6=-72W。(3)由并联分流和串联分压可知,与左边4并联的4等效电阻分到电流为4*6/(4+4)=3A,与3并联的6电阻分到电流为3*3/(3+6)=1A,即为最右端4电阻上的电流I,故I=1A,P4=I2R=12*4=4W。1.6.2电路如图1.6.6所示,请求:(1)未接入负载电阻时,
12、电路的开路电压;(2)时的输出电压;(3)负载两端发生短路时,25k的电阻上消耗的电功率。图1.6.6 思考题1.6.2的电路【解】(1)未接入负载电阻RL时,75k与25k串联分压,故UO=75*200/(25+75)=150V(2)RL=150k时,其与75k电阻并联后等效电阻为150*75/(150+75)=50k,50k与25k串联分压,故UO=50*200/(25+50)=133.3V(3)负载RL两端发生短路时,电路中电阻只有25k,其电压为电源电压200V,其消耗的功率为。1.6.3应用电源的等效变换画出图1.6.7(a)(b)的等效电流源和图1.6.7(c)(d)的等效电压源。
13、图1.6.7 思考题1.6.3的电路【解】由电源的等效变换可知,电压源替换为电流源时电流的大小为US/R0,内阻大小不变改为并联;电流源替换为电压源时电压的大小为ISR0,内阻大小不变改为串联。变换时对外产生的电压电流方向不变。故等效电源如下图所示。1.7.1图1.7.2所示电路中,共有三个网孔回路。在运用支路电流法时,是否可以选取最右边的网孔应用基尔霍夫电压定律列写方程?【解】不可以。最右边的网孔回路包含一个电流源,它两端的电压是未知数,故其回路电压方程不能用来求解支路电流。在应用支路电压法求解电路时,列写回路电压方程需要避开电流源所在支路,除非电流源的端电压已知。1.7.2 请总结支路电流
14、法的解题步骤。【解】支路电流法的解题步骤应为:(1)根据电路,确定未知数(即待求支路电流)的个数;(2)应用基尔霍夫电流定律,对节点列写节点电流方程;(3)应用基尔霍夫电压定律,对回路列写回路电压方程;(4)对(2)(3)组成的方程组联立求解出各个支路电流;(5)根据各支路电流计算题目要求的各电量。1.7.3在图1.7.7的电路中,用节点电压法求U1、U2、I1,计算两个电流源的功率并判断其产生还是消耗电能。图1.7.7 思考题1.7.3的电路图【解】图中共三个节点,故取3-1=2个节点电压为未知数,即U1、U2。由KCL,对5电阻左边的节点,由KCL,对5电阻右边的节点,联立求解可得U1=6
15、0V,U2=10VI1=(U1-U2)/5=(60-10)/5=10A15A电流源,电压U1与电流方向不一致,故P=-UI=-60*15=-900W0,消耗电能。1.8.1在图1.8.4(a)所示的电路中试求流过2电阻上的电流的大小。现有如下三种答案,哪一个是正确的?哪一个是错误的?分析得到错误答案的原因。(1)根据欧姆定律得 (2) 根据叠加定理两电源共同作用得(3) 根据电源模型的等效变换将电流源和并联的电阻转换成电压源如图1.8.4(b)所示,图1.8.4 思考题1.8.1的电路图【解】根据叠加定理,2A电流源单独作用时,12V电压源应短路,此时2电阻被短路,故电阻上电流为零。因此2电阻
16、上的电流即12V电源单独作用时,产生的电流I=12/2=6A。因此可知,第一种答案是正确的。后两种错误。(2)中错误的原因是,电流源单独作用的时候,2电阻被短路,所以不应加上2A。(3)中错误的原因是,电源等效变换时,内阻上的状态是会改变的,所谓等效是对电源外部而言,既然想把电流源等效为电压源,则2电阻被视作内阻,其电流不再等效。1.8.2 图1.8.5的电路中,已知US单独作用时,R2上的电流I=5A,IS单独作用时,R2上的电流I=1A。请用叠加原理分析,若图中电路的电流源大小变成3IS时,R2上的电流I的数值。图1.8.5 思考题1.8.2的电路图【解】根据叠加定理,电流源大小变成3IS
17、时,也就是在原来电路的基础上,再叠加2个IS的作用,故I= I+ I+2 I=5+1+2*1=8A。1.9.1 应用戴维宁定理将图1.9.8所示电路化为等效电压源。 图1.9.8思考题1.9.1的电路图【解】根据戴维宁定理,所有有源二端网络都可以被等效为如上图的电压源。(a)ab开路时的开路电压Uab与2电阻上的电流方向不一致,故E=Uab=-4*2=-8V电流源不作用时ab间的等效电阻即为R0=2。(b)E=Uab=5*2+5=15V ,R0=5。(c)E=Uab=6*6+6=42V ,R0=6。(d)由节点电压法,故E=Uab=32V ,电压源与电流源都不作用时,5与20并联,在与4串联,
18、即为等效电阻R0,故R0=6。1.9.2 用诺顿定理将图1.9.8(a)(d)所示电路化为等效电流源。【解】根据诺顿定理,所有有源二端网络都可以被等效为如上图的电流源。(a)ab短路时的短路时,2电阻被短路无电流流过,故电流源电流都从ab之间的导线流过,即IS=2A。(d)设节点电压即20电阻电压为U,上正下负由节点电压法,故U=16V ,IS=U/4=16/4=4A。内阻计算同题1.9.1。1.9.3 用上题1.9.1中求出的开路电压Uab,除以1.9.2中求出的短路电流IS,得到的电阻是否与等效电源中的内阻相等,试分析其原因。 【解】(a)Uab/IS=4/2=2,与所得R0相等;(d)U
19、ab/IS=32/4=8,与所得R0相等;由电源的等效变换可知,电压源和电流源要对ab之间产生相等的效果,就必须满足Uab=IS*R0习题1.2.1 在图1.01中,A、B两个电路模块,电流和电压的参考方向如图中所示,请计算下列情况下,联接线路上传输的电功率,并判断A、B模块中哪个产生电能,哪个消耗电能?(1)I=5A,U=120V;(2)I=-8A,U=250V;(2)I=16A,U=-150V;(2)I=-10A,U=-480V。图1.01 习题1.2.1的电路图【解】在模块A,电压与电流参考方向不一致,故P=-UI;在模块B,电压与电流参考方向一致,故P=UI。显然A与B的功率大小相等,
20、一个产生电能,另一个就消耗电能。下面均以模块A计算电功率:(1)P=-UI=-5*120=-600W0,A消耗电能,B产生电能;(1)P=-UI=-16*(-150)=2400W0,A消耗电能,B产生电能;(1)P=-UI=-(-10)*(-480)=-4800W0,A消耗电能将之转化为化学能储存起来,可知汽车A没电了。(2)W=PT=360*60=21600J,1分钟共有21600焦耳的电能被传输到没电的电池里。1.2.3 在图1.03中,六个电路元件af的电流和电压参考方向如图所示,数值见表1.01,判断电路中哪几个元件产生电能,计算产生电能的总功率。图1.03习题1.2.3的电路图表1.
21、01 习题1.2.3的电压电流数据元件电压/V电流/Aa-18-51b-1845c2-6d20-20e16-14f3631【解】元件a,电流与电压参考方向不一致,Pa=-UaIa=-(-18)*(-51)=-918W0,a产生电能。元件b,电流与电压参考方向一致,Pb=UbIb=(-18)*(45)=-810W0,b产生电能。元件c,电流与电压参考方向一致,Pc=UcIc=2*(-6)=-12W0,d消耗电能。元件e,电流与电压参考方向不一致,Pe=-UeIe=-16*(-14)=224W0,e消耗电能。元件f,电流与电压参考方向一致,Pf=UfIf=36*31=1116W0,f消耗电能。故元
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