電路基礎(chǔ)(第5版) 習(xí)題及答案匯 王慧玲 習(xí)題1-9_第1頁
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PAGE9習(xí)題1詳解習(xí)題1-1計(jì)算如圖所示電路中的U和I。(a)(b)習(xí)題1-1圖解:(a)U=10-2×6=-2V(b)因2+2×I=10V,故I=4A習(xí)題1-2如圖所示電路,(1)元件A、B、C均吸收功率20W,試求UA、IB、UC;(2)試求元件D的功率。(a)(b)(c)(d)習(xí)題1-2圖解:(1)因PA=1×UA=20W,故UA=20V因PB=-IB×10=20W,故IB×-2A因PC=-1×UC=20W,故UC=-20V(2)PD=-2×10=-20W發(fā)出功率。習(xí)題1-3如圖所示電路,試求電流I,并計(jì)算各元件發(fā)出或吸收的功率。解:因I=1A故P20Ω=I2R=20WP10V=I×10=10WP1A=-I×30=-30W習(xí)題1-3圖【點(diǎn)評(píng)】單回路中理想電流源的電流I=1A是確定的,它流過電阻時(shí)產(chǎn)生20V的電壓,電阻電壓與理想電壓源電壓之和30V為理想電流源的電壓。理想電壓源的電壓確定為10V,流過它的電流由其所在支路的電流源決定,而1A電流從理想電壓源正極流入,因此,該電壓源在電路中起負(fù)載作用。習(xí)題1-4電路如圖所示,已知I1=1A,I2=-3A,I4=2A,U1=5V,U2=-5V,U3=10V,U4=15V,試求各二端元件的功率,并說明是發(fā)出功率還是吸收功率。解:因元件1上的電壓電流為關(guān)聯(lián)參考方向,故P1=U1I1=5×1=5W,元件1吸收功率。因元件2上的電壓電流為非關(guān)聯(lián)參考方向故P2=-U2I2=-(-5)×(-3)=-15W,元件2發(fā)出功率。因元件3上的電壓電流為非關(guān)聯(lián)參考方向,習(xí)題1-4圖故P,3=-U3I4=-10×2=-20W,元件習(xí)題1-4圖因元件4上的電壓電流為關(guān)聯(lián)參考方向,故P4=U4I4=15×2=30W,元件4吸收功率。習(xí)題1-5電路如圖所示,試求電流I和電壓U。習(xí)題1-5圖解:(a)圖中2Ω電阻兩端的電壓為6V,根據(jù)歐姆定律(b)圖中5Ω電阻上的電流為2A,根據(jù)歐姆定律V習(xí)題1-6化簡(jiǎn)如圖所示電路。習(xí)題1-6圖解:(a)5V電壓源與1A電流源并聯(lián),1A電流源不起作用,5V電壓源與-2V電壓源串聯(lián)疊加得3V電壓源,2Ω電阻不變。等效電路如圖1-6(a)附圖。習(xí)題1-6(a)附圖習(xí)題1-6(a)附圖(b)2A電流源與3V電壓源和1Ω電阻串聯(lián),3V電壓源和1Ω電阻均不起作用,則電路如圖,根據(jù)電源模型的等效變換進(jìn)行化簡(jiǎn)的過程如圖1-6(b)附圖。習(xí)題1-6(b)附圖習(xí)題1-6(b)附圖【點(diǎn)評(píng)】理想電流源并聯(lián)疊加;理想電壓源串聯(lián)疊加。*習(xí)題1-7電路如圖所示,試用電源等效變換法求電流I(提示:要應(yīng)用到電阻的串、并聯(lián)。習(xí)題1-7圖解:(a)利用電源模型變換的化簡(jiǎn)過程如下:習(xí)題1-7(a)附圖習(xí)題1-7(a)附圖所以(b)根據(jù)理想電源的概念,6A串的2電阻及4V并的5電阻均不起作用,然后利用電源模型變換進(jìn)一步的化簡(jiǎn):習(xí)題1-7(b)附圖習(xí)題1-7(b)附圖所以習(xí)題1-8電路如圖所示,已知US=100V,Rs=2Ω,若負(fù)載電阻RL值可調(diào),其值為0Ω、0.5Ω、2Ω、23Ω、48Ω、98Ω、,試列表寫出對(duì)應(yīng)的電流表和電壓表的讀數(shù)?習(xí)題1-8圖解:由和U=I×RL算出下表。RL/Ω00.52234898電流表讀數(shù)/A5040254210電壓表讀數(shù)/V02050929698100負(fù)載功率P=UI/W08001250368192980【點(diǎn)評(píng)】:試著算一下功率,看看電阻為何值時(shí),負(fù)載的功率最大,后面會(huì)講到這個(gè)問題。習(xí)題1-9電路如圖所示,已知I1=3A,I2=1A。試確定電路元件3中電流I3和其兩端的電壓U3,并說明它是電源還是負(fù)載。解:根據(jù)KCL得I3=I2-I1=1-3=-2A又根據(jù)KVL得U3=10×I1+20=50V故P3=U3I3=-100W發(fā)出功率,元件3是電源。習(xí)題1-9圖習(xí)題1-10求如圖所示電路中的電阻R1,R2。解:根據(jù)KCL得R3上的電流I=8+4=12AR1==2ΩR2==1Ω習(xí)題1-10圖習(xí)題1-11如圖所示電路,試求電流I1、I2、I3以及電阻R。解:根據(jù)KCL得a點(diǎn)的電流方程I1+1=2故I1=1A根據(jù)KCL得b點(diǎn)的電流方程-2=2+I(xiàn)2故I2=-4A根據(jù)KCL得c點(diǎn)的電流方程6+I(xiàn)2+I(xiàn)3=0故I3=-2A習(xí)題1-11圖根據(jù)KVL得I3×R=2I2-1×2-5+10-2I1=-8-2-5+10-2=-7V故R=-7/(-2)=3.5Ω【點(diǎn)評(píng)】KCL對(duì)結(jié)點(diǎn)相連支路電流予以約束,KVL對(duì)回路中的電壓予以約束。如果某結(jié)點(diǎn)相連支路只有一個(gè)未知電流,列出KCL方程可直接求解。習(xí)題1-12如圖所示電路,試求開路電壓Uab。(a)(b)習(xí)題1-12圖解:(a)左側(cè)電路電流A,故Uab=8×I左-2-2×1V=8-4=4V。(b)沿外側(cè)求Uab,Uab=-2×1+10-6-15=-13V?!军c(diǎn)評(píng)】斷開的電路分支,因沒有電流,故電阻上沒有電壓,如圖(a)2Ω電阻上就沒有電壓。但是沒有電流并不意味著沒有電壓,如圖(a)中的2V和圖(b)中的15V。同時(shí),應(yīng)注意區(qū)分題目給出的電路是完整電路如本題;還是部分電路如習(xí)題1-1,1-8,1-9。部分電路標(biāo)電流的分支在完整電路中是有電流通路的,只是沒有畫出而已,故其電流不一定為零。習(xí)題1-13電路如圖所示,試求:(1)開關(guān)打開時(shí)的電壓Uab;(2)開關(guān)閉合后流過R3的電流及實(shí)際方向;(3)開關(guān)閉合前后R1、R2上的電流有無變化,為什么?(4)流經(jīng)電壓源的電流有無變化,為什么?ddR3R1R29Ω3ΩSec+8V-ab-11V+2Ω+6V-習(xí)題1-13圖解:(1)開關(guān)打開時(shí),Uab=6-8+11=9V(2)開關(guān)閉合時(shí),R3兩端的電壓Ude=-8+11+6=9VR3上的電流由d流向e,其值為(3)開關(guān)閉合前后,R1與R2上的電壓無變化,,均無變化;(4)有變化。開關(guān)打開時(shí),I6V=2A,電流方向從6V電源的“-”指向“+”;,電流方向從8V電源的“-”指向“+”;11V電源上沒電流。開關(guān)閉合后,6V電源上的電流是3A,8V電源上的電流是3A,11V電源上的電流是1A,從11V電源的“-”指向“+”。習(xí)題1-14如圖所示電路,試求電流I和a點(diǎn)的電位Va(a)(b)習(xí)題1-14圖解:(a)根據(jù)KVL得回路電壓方程:2I+1I-12+3I-4+2I+8=0,整理得8I-8=0,解得I=1A故Va=3×1-4+2×1+8=9V(b)根據(jù)KVL得回路電壓方程:2I+10+2I=0,解得I=-2.5A故Va=10+2×(-2.5)+10=15V【點(diǎn)評(píng)】根據(jù)做功與路徑無關(guān)只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的位置有關(guān),可理解電壓與路徑無關(guān)。電位是某點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓,故計(jì)算時(shí)可選擇容易算的路徑,這樣并不影響計(jì)算結(jié)果。習(xí)題1-15電路如圖所示,Is1=6A,Is2=2A,R1=2Ω,R2=3Ω,以0點(diǎn)為參考點(diǎn),試計(jì)算a、b兩點(diǎn)的電位。解:根據(jù)KCL得b結(jié)點(diǎn)的電流方程:Is1+I(xiàn)s2=IR2解得IR2=6+2=8A故Vb=IR2×R2=8×3=24VVa=Is1×R1+Vb=6×2+24=36V習(xí)題1-15圖習(xí)題1-16電路如圖所示,試求在開關(guān)S斷開和閉合的兩種情況下a點(diǎn)電位Va。習(xí)題1-16圖解:(a)開關(guān)斷開時(shí),Va=0+0+10=10V開關(guān)閉合時(shí),Va=0V(b)開關(guān)斷開時(shí),流過電阻的電流I=AVa=2×103×1.5×10-3-2=1V開關(guān)閉合時(shí),A(瞬時(shí)針方向)Va=0.4×10-3×2×103-2=-1.2V【點(diǎn)評(píng)】比較圖(a)和圖(b)開關(guān)閉合時(shí)的電路,前者a點(diǎn)經(jīng)2kΩ無電流電阻直接到地,故電位為零;后者形成閉合回路,算出回路電路繼而a點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓。習(xí)題1-17某三極管電路如圖所示,已知UBE=0.7V,IC=50IB。試求電位器滑動(dòng)端移動(dòng)時(shí),電流IC和UCE變化范圍。解:電位器滑動(dòng)端上移至最上端時(shí),500kΩ電阻全部接入電路,此時(shí)有(500+100)×103×IB+UBE=6.7解得IB=10×10-6A=10μA,而IC=50IB,得IC=50IB=500μA=0.5mA由圖有1.2×103×IC+UCE=6.7,得UCE=6.7-1.2×0.5=6.1V習(xí)題1-17圖電位器滑動(dòng)端下移至最下端時(shí),500kΩ電阻沒有接入,此時(shí)有100×103×IB+UBE=6.7,解得IB=60×10-6A=60μA,得IC=50IB=3000μA=3mA由圖有1.2×103×IC+UCE=6.7,得UCE=6.7-1.2×3=3.1V因此IC在0.5~3mA范圍內(nèi)變化,UCE在3.1~6.1V范圍內(nèi)變化。習(xí)題1-18電路如圖示,當(dāng)開關(guān)S閉合和斷開時(shí),20V電壓源產(chǎn)生的功率分別為多少。習(xí)題1-18圖解:(1)開關(guān)S閉合時(shí),20V電壓源支路由下向上電流為:20820V電壓源發(fā)出功率為:20′2.5W=50W(2)開關(guān)S打開時(shí),20V電壓源支路由上向下電流為:30-20V電壓源吸收功率為:20′0.5=10W習(xí)題1-19求圖示各網(wǎng)絡(luò)的等效電源模型。習(xí)題1-19圖得習(xí)題1-20電路如圖所示,求電流源的電壓U及電壓源的電流I。習(xí)題1-20圖答:1W支路由上向下電流為2A,U=2′2+2+2′2=10V,I=2-2=0習(xí)題1-21試求圖示電路中的U1、U2、I。習(xí)題1-21圖解:如圖所示:U1=(9+4)V=13V,U2=(2′3+9)V=15V I1=,I2=3-I1=-6A,I=-2-I2=4A習(xí)題1-22二端網(wǎng)絡(luò)如圖所示,求開路電壓Uab。答:6V。習(xí)題1-22圖習(xí)題2詳解習(xí)題2-1求電路的等效電阻Rab。習(xí)題2-1圖解:(a)Rab=(b)Rab=(c)Rab=習(xí)題2-2求電路的等效電阻Rab。習(xí)題2-2圖解:(a)Rab=(b)Rab=2Ω【點(diǎn)評(píng)】圖(a)中含有的短路線,使元件連接關(guān)系不好判斷,可以將其縮為一“點(diǎn)”,重新畫出電路,再做判斷。圖(b)電路雖然復(fù)雜,但經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)短路線把b點(diǎn)直接拉向a點(diǎn)所連2Ω電阻的另一端,因此a、b間只有一個(gè)2Ω電阻。習(xí)題2-3求:(1)S打開時(shí)等效電阻Rab;(2)S閉合時(shí)等效電阻Rab。解:(1)S打開時(shí)等效電阻RabRab=(2)S閉合時(shí)等效電阻RabRab=習(xí)題2-3圖習(xí)題ab2-4電路如圖所示,試求a、b之間的等效電阻Rabab解:將a、D間的短路線縮成a結(jié)點(diǎn),此時(shí)RaC=20//20=10Ω,RCb=R3=20Ω,Rab=R5//R1//(RaC+RCb)=20//60//(10+20)Ω=10Ω習(xí)題2-4圖習(xí)題2-5電路如圖所示,試求a、b之間的等效電阻Rab。習(xí)題2-5圖解:(a)圖,Rab=90+15//(10+30//60)=100Ω(b)圖,將右側(cè)短路線縮為一個(gè)結(jié)點(diǎn),則Rab=40//40+20//20=30Ω(c)圖,c、d間的8Ω電阻被短接掉了,所以Rab=8//8//6+3=5.4Ω(d)圖,Rdc=16//(4+12)=8Ω,R,bc=30//(7+Rdc)=30//15=10Ω,Rab=50//(25+15+R,bc)=50//(25+15+10)=25Ω習(xí)題2-6電路如圖所示,試求電路中標(biāo)出的電壓U、電流I。習(xí)題2-6圖解:(a)圖,應(yīng)用分流公式,有(b)圖,U=-6×3//6=-12V(c)圖,(d)圖,應(yīng)用分壓公式,有習(xí)題2-7有一個(gè)直流電流表,其量程Ig=50μA,表頭內(nèi)阻Rg=2kΩ。現(xiàn)要改裝成直流電壓表,要求直流電壓擋分別為10V、100V,所示。試求所需串接的電阻R1、R2值。解:滿刻度時(shí),表頭所承受電壓為V=0.1V串聯(lián)分壓電阻R1和R2,可列出以下方程:習(xí)題2-7圖代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù)解得R1=198kΩ,R2=1.8×103kΩ。習(xí)題2-8有一個(gè)直流電流表,其量程Ig=10mA,表頭內(nèi)阻Rg=200Ω,現(xiàn)將量程擴(kuò)大到1A,試畫出電路圖,并求需并聯(lián)的電阻R應(yīng)多大?習(xí)題2-8附圖解:繪出的電路如習(xí)題2-8附圖,依題意,表頭電流習(xí)題2-8附圖代入數(shù)據(jù)則代入數(shù)據(jù)解得分流電阻Rs≈2.02Ω。習(xí)題2-9電路如圖所示,試求等效電阻Rab。習(xí)題2-9圖習(xí)題2-9(a)附圖解:(a)在電路圖上標(biāo)注c、d兩點(diǎn),然后將a、c、d間的三角形聯(lián)結(jié)電阻變換成星形聯(lián)結(jié)電阻,應(yīng)用2-15式得習(xí)題2-9(a)附圖習(xí)題2-9(b)附圖(b)在電路圖上標(biāo)注c、d、e、f四點(diǎn),然后將以d為中心的e、c、f間的星形聯(lián)結(jié)電阻變換成三角形聯(lián)結(jié)電阻,應(yīng)用2-14式習(xí)題2-9(b)附圖【點(diǎn)評(píng)】當(dāng)直接用串聯(lián)、并聯(lián)或串、并混聯(lián)無法計(jì)算時(shí),可以考慮Y-Δ變換。至于Y→Δ還是Δ→Y,變換哪個(gè)部分,需對(duì)電路進(jìn)行觀察,思路好,運(yùn)算相對(duì)簡(jiǎn)單;思路不好,增加運(yùn)算難度甚至無法求得結(jié)果。如圖(b)中c、e、d或c、f、d的Δ→Y,電路能化簡(jiǎn)成串、并聯(lián)電阻電路;圖(b)中以c為中心的e、d、f或以d為中心的e、c、f間的Y→Δ,電路也能化簡(jiǎn)成串、并聯(lián)電阻電路。但從計(jì)算上考慮選取c、e、d間的Δ或選以d為中心Y更簡(jiǎn)單。習(xí)題2-10電路如圖所示,試求等效電阻Rab。習(xí)題2-10圖2-10(a)附圖解:(a)圖中標(biāo)注c、d兩點(diǎn),則b、c、d間三個(gè)2Ω電阻構(gòu)成對(duì)稱三角形,應(yīng)用變換成對(duì)稱星形如習(xí)題2-10(a)附圖,得2-10(a)附圖Rab=0.6Ω(b)圖中標(biāo)注c點(diǎn),則a、b、c間分別有三個(gè)2Ω電阻和三個(gè)1Ω電阻構(gòu)成對(duì)稱星形,應(yīng)用2-10(b)附圖變換成對(duì)稱三角形如圖,而3//6=2Ω2-10(b)附圖Rab==1.2Ω【點(diǎn)評(píng)】圖(a)中,為什么不去變換以a為中心的對(duì)稱Y電阻?因?yàn)檫@樣變換會(huì)使a點(diǎn)消失,無法求等效電阻Rab。而將a、c、b或a、d、b間的任一Δ→Y,都需要再做一次Y-Δ才能化簡(jiǎn)成串、并聯(lián)電路。習(xí)題2-11電路如圖所示,試求電流源的端電壓U。習(xí)題2-11圖解:應(yīng)用將圖中三個(gè)2Ω電阻變換成三個(gè)6Ω電阻構(gòu)成對(duì)稱三角形,該三角形和原三個(gè)6Ω電阻分別形成并聯(lián),則電流源的端電壓U=1×3//6=2V習(xí)題2-12如圖所示電路,試用支路電流法求各支路電流。(a)(a)習(xí)題2-12圖解:求(a)圖(1)應(yīng)用KCL列結(jié)點(diǎn)電流方程。(1)(2)選取網(wǎng)孔按順時(shí)針繞行方向列KVL回路電壓方程。整理,得回路1:(2)整理,得回路2:(3)(3)聯(lián)立求解(1)、(2)、(3)三個(gè)方程,得I1=0.5A,I2=2A,I3=1.5A求(b)圖(1)應(yīng)用KCL列結(jié)點(diǎn)電流方程。(1)(2)選取右側(cè)網(wǎng)孔按逆時(shí)針繞行方向列KVL回路電壓方程。回路:(2)(3)聯(lián)立求解(1)、(2)兩個(gè)方程,得I1=1A,I2=-2A習(xí)題2-13如圖所示電路,已知I1=1A,I2=3A,試求R1和R2。解:(1)設(shè)電流I方向如圖,則(2)選取網(wǎng)孔按順時(shí)針繞行方向列KVL回路電壓方程。回路1:(1)回路2:(2)(3)聯(lián)立求解(1)、(2)兩個(gè)方程,得R1=9Ω,R2=2Ω習(xí)題2-14如圖所示電路,試用支路電流法求各支路電流。解:此題中電流源支路電流已知,所以列兩個(gè)方程便可(1)結(jié)點(diǎn)電流方程(1)(2)選取左側(cè)網(wǎng)孔列電壓方程。題2-14圖(2)題2-14圖(3)聯(lián)立求解上述方程,得I1=-0.36A,I2=1.64A習(xí)題2-15如圖所示電路,試用結(jié)點(diǎn)電位法求結(jié)點(diǎn)電位Va、Vb以及2Ω電阻流過電流I。解:選擇參考點(diǎn)如圖,結(jié)點(diǎn)a、b的電位為Va、Vb,列電位方程為題2-15圖題2-15圖化簡(jiǎn)得解方程組得Va=8V,Vb=8V,I=0A。【點(diǎn)評(píng)】對(duì)多個(gè)電阻串聯(lián)的支路,應(yīng)計(jì)算總電阻,再計(jì)算其電導(dǎo),圖中兩個(gè)1Ω電阻串聯(lián)。習(xí)題2-16試用結(jié)點(diǎn)電位法分析習(xí)題2-12和2-14。解:重繪習(xí)題2-12圖如下。求(a)圖(1)選擇參考點(diǎn)后,應(yīng)用彌爾曼定理求a點(diǎn)的電位Va(2)求各支路電流求(b)圖(1)選擇參考點(diǎn)后,應(yīng)用彌爾曼定理求a點(diǎn)的電位Va,(2)求各支路電流重繪習(xí)題2-14圖如右。應(yīng)用彌爾曼定理求a點(diǎn)的電位Va,【點(diǎn)評(píng)】此題電流源串電阻支路中,所串的電阻不起作用,即不計(jì)入電導(dǎo)計(jì)算中,如50Ω電阻。習(xí)題2-17如圖所示各電路,試用結(jié)點(diǎn)電位法求各結(jié)點(diǎn)電位。解:求(a)圖題2-17圖題2-17圖(1)列結(jié)點(diǎn)a、b的電位方程為整理,得整理,得(2)解方程組得V,V求(b)圖題2-15圖由于a、c結(jié)點(diǎn)間有一理想電壓源,不能直接列電位方程,所以將其看成電流為I的電流源,而V,V,列a、c結(jié)方程如下:題2-15圖或兩式相加消去I,并代入V,V解得,Va=5V,Vb=10V,Vc=0V。習(xí)題2-18電路如圖所示,試用疊加定理求電流I和4Ω電阻消耗的功率。解:繪出各電源單獨(dú)作用時(shí)的電路2-18附圖2-18附圖題2-18圖題2-18圖I'=A,I"=A所以I=I'+I"=1+3=4A,而W習(xí)題2-19電路如圖所示,試用疊加定理求電流I。欲使電流I=0,求此時(shí)US應(yīng)為何值?解:繪出各電源單獨(dú)作用時(shí)的電路題2-19圖2-19附圖題2-19圖2-19附圖I'=AI"=A所以I=I'+I"=A原電路左邊的回路電壓方程為:Us=3×(I+2)+6I欲使電流I=0,則US應(yīng)為6V。習(xí)題2-20如圖所示電路,試用疊加定理求電壓U。習(xí)題2-20圖解:按疊加定理作出各電源單獨(dú)作用時(shí)的電路如圖(a)(b)所示。在圖(a)中電流源IS置零,代之以開路;在圖(b)中電壓源US置零,代之以短路。在圖(a)中,根據(jù)分壓關(guān)系得R4上的電壓在圖(b)中,R2與R4并聯(lián),根據(jù)分流關(guān)系R4的電流I2"為所以習(xí)題2-21如圖所示電路,如果將開關(guān)S閉合在a點(diǎn),已知各電流為:I1=5A,I2=10A,I3=15A,試求當(dāng)開關(guān)S合在b點(diǎn)時(shí)各電流值。(a(a)習(xí)題2-21圖習(xí)題2-21圖解:此題可以看成在原電路基礎(chǔ)上又增加了一個(gè)16V電壓源,所以求16V電壓源單獨(dú)作用的電流后,疊加原電流得總電流。繪出圖(b)。由圖(b)得用分流公式得習(xí)題2-22電路如圖所示,試求它們的戴維南等效電路。習(xí)題2-22附圖習(xí)題2-22附圖題2-22圖題2-22圖解:求開路電壓Uoc和等效電阻R0(a)圖中Uoc=10+2×1=12VR0=2Ω(b)圖中Uoc=R0=2//8+0.4=2Ω它們的戴維南等效電路如習(xí)題2-22附圖。習(xí)題2-23電路如圖所示,試用戴維寧等效定理求電壓U和電流I。題2-23圖題2-23圖2-23(a)附圖2-23(a)附圖解:(a)圖中移開6Ω電阻,求開路電壓Udb=Uoc時(shí)可應(yīng)用疊加定理。6A電流源不作用時(shí)用開路替代,則U'db=9V9V電壓源不作用時(shí)用短路線替代,則U"db=6×3=18VUdb=U'db+U"db=9+18=27V電源不作用時(shí)的等效電阻R0=3Ω戴維寧等效電路如習(xí)題2-23(a)附圖,用分壓公式求(b)圖中移開9Ω電阻后,求開路電壓Uoc求電源不作用時(shí)(即電壓源短路線替代,電流源開路替代)的等效電阻R0R0=10+16+10=36Ω習(xí)題2-23(b)附圖習(xí)題2-23(b)附圖戴維寧等效電路如習(xí)題2-23(b)附圖,則【點(diǎn)評(píng)】戴維寧定理常用于簡(jiǎn)化有源二端網(wǎng)絡(luò)的分析和計(jì)算,尤其適合于求電路中某條支路的電流或電壓。求解時(shí)移開待求支路,余下有源二端網(wǎng)絡(luò)用等效電壓源替代。將等效電壓源接上待求支路,再求這條支路的電壓、電流。為了求解開路電壓Uoc,前述所學(xué)的電路分析計(jì)算方法都可以用。如:本題中(a)圖是應(yīng)用疊加定理,(b)圖由電壓分段相加等。而求等效電阻時(shí),應(yīng)將電壓源短路線替代,電流源開路替代后再求。習(xí)題-24如圖所示電路,試求其戴維寧等效電路和諾頓等效電路。(a)(b)習(xí)題2-24圖解:(a)圖可以利用電源變換化簡(jiǎn)電路后,再用彌爾曼定理求解Uoc。習(xí)題2-24(a)附圖習(xí)題2-24(a)附圖戴維寧等效電路和諾頓等效電路如習(xí)題2-24(a)附圖。(b)圖可以直接求開路電壓Uoc習(xí)題2-24(b)附圖習(xí)題2-24(b)附圖戴維寧等效電路和諾頓等效電路如習(xí)題2-24(b)附圖。【點(diǎn)評(píng)】本題中(a)圖用電源等效變換和彌爾曼定理,(b)圖由電壓分段相加等。諾頓定理求短路電流,往往難于戴維寧定理求開路電壓,所以,本題先用戴維寧定理求出戴維寧等效電路后,再用電源變換求出諾頓定理。習(xí)題2-25如圖所示電路,試用戴維寧定理求電流I。題2-25圖題2-25圖解:(a)圖移開5Ω電阻后求a、b端的圖可以直接求開路電壓Uoc。習(xí)題2-25(a)附圖習(xí)題2-25(a)附圖(b)將5A電流源和3Ω并聯(lián)的電流源模型變換成15V電壓源串3Ω電阻,并移開5Ω電阻后求a、b端的開路電壓Uoc。其戴維寧等效電路如右圖,得【點(diǎn)評(píng)】求出開路電壓為負(fù)值是,繪制等效電路時(shí),一定要注意等效電壓源的極性,如本題(a)中的25V電源所標(biāo)的極性。習(xí)題2-26如圖所示電路,試用諾頓定理求電流I。題2-26圖題2-26圖解:(a)圖將6Ω電阻短路后求短路電流Isc。習(xí)題2-26(a)附圖習(xí)題2-26(a)附圖原電路中電壓源短路線替代,電流源開路替代后的等效電阻其諾頓等效電路如習(xí)題2-26(a)附圖,得(b)圖將2Ω電阻短路后用彌爾曼定理求c點(diǎn)電位,再求短路電流Isc。習(xí)題2-26(b)附圖習(xí)題2-26(b)附圖,所以,其諾頓等效電路如習(xí)題2-26(b)附圖,得習(xí)題2-27電路如圖所示,試求當(dāng)負(fù)載RL為何值時(shí),負(fù)載可獲得最大功率,并求此功率Pmax。3030Ω30Ω+30V-RL60Ω習(xí)題2-27圖解:ab左側(cè)的等效電壓源為Uoc串R0,其中,所以,RL=R0=50Ω時(shí),負(fù)載可獲得最大功率,且習(xí)題2-28電路如圖所示,試求當(dāng)負(fù)載RL為何值時(shí),負(fù)載RL能獲得最大功率,并求此最大功率Pmax。解:(1)先求負(fù)載電阻兩端的戴維寧等效電路開路電壓可以用彌爾曼定理來求題2-28圖題2-28圖再求電源不作用的等效電阻(2)當(dāng)負(fù)載電阻RL=時(shí)獲得最大功率習(xí)題2-28附圖最大功率習(xí)題2-28附圖習(xí)題2-29如圖所示電路,試求當(dāng)負(fù)載RL為何值時(shí),負(fù)載RL能獲得最大功率,并求此最大功率Pmax。題2-29圖題2-29圖解:求(a)圖(1)求負(fù)載電阻兩端的戴維寧等效電路先用電源變換化簡(jiǎn)電路,然后用彌爾曼定理來求開路電壓。習(xí)題2-29(a)附圖習(xí)題2-29(a)附圖再求電源不作用時(shí)的等效電阻(2)當(dāng)RL=時(shí),負(fù)載電阻獲得最大功率最大功率求(b)圖(1)為了求負(fù)載電阻兩端的戴維寧等效電路先用電源變換化簡(jiǎn)電路,再求開路電壓。習(xí)題2-29(b)附圖2習(xí)題2-29(b)附圖1習(xí)題2-29(b)附圖2習(xí)題2-29(b)附圖1求電源不作用時(shí)的等效電阻(2)當(dāng)負(fù)載電阻RL=時(shí)獲得最大功率最大功率習(xí)題3詳解習(xí)題習(xí)題3-1附圖3-1已知一正弦電壓的振幅為310V,頻率為50Hz,初相為-,試寫出其瞬時(shí)值表達(dá)式,并繪出波形圖。習(xí)題3-1附圖解:因?yàn)閁m=310V,ω=2πf=2×3.14×50=314rad/s,所以V【點(diǎn)評(píng)】已知正弦量的三要素就可確定正弦量,但繪制波形圖時(shí)初相坐標(biāo)位置的選取遵循“左+右-”,如:本題應(yīng)在坐標(biāo)軸的右邊。習(xí)題3-2寫出如圖所示電壓曲線的瞬時(shí)值表達(dá)式。解:因?yàn)閁m=310V,角頻率ω,所以V習(xí)題3-2圖【點(diǎn)評(píng)】波形圖中初相在坐標(biāo)位置的左邊應(yīng)為正,即。習(xí)題3-3一工頻正弦電壓的最大值為310V,初始值為-155V,試求它的瞬時(shí)值表達(dá)式。解:設(shè)該正弦電流的解析式為又已知t=0時(shí),=-155V和=310V,即-155=310sinψ,sinψ=-0.5所以ψ=-30°或ψ=150°,故解析式為或【點(diǎn)評(píng)】三要素若已知最大值和初始值,用反正弦求算初相僅是數(shù)學(xué)問題。習(xí)題3-4已知V,當(dāng)縱坐標(biāo)向左移或右移時(shí),初相各為多少?解:軸左移,;軸右移,?!军c(diǎn)評(píng)】=30?。軸左移,初相減小;軸右移,初相增大。習(xí)題3-5在、的波形圖中,確定和的初相、相位差、超前和滯后關(guān)系。習(xí)題3-5圖解:初相位分別為,,,u1超前u2。習(xí)題3-6三個(gè)正弦電流、和的最大值分別為1A、2A、3A,的初相為30o,比超前60o,比滯后150o,分別寫出三個(gè)電流的瞬時(shí)值表達(dá)式。解:根據(jù)題意有=1A,=2A,=3Aψ2=30o,而比超前60o,則ψ1=90o;比滯后150o,ψ3=240o則有,,。【點(diǎn)評(píng)】理解超前、滯后的概念是本題的關(guān)鍵點(diǎn)。習(xí)題3-7已知兩復(fù)數(shù),,求、、、。解:寫出復(fù)數(shù)Z1和Z2的代數(shù)和極坐標(biāo)表達(dá)式以便進(jìn)行運(yùn)算Z1+Z2=(8+8)+j(6-6)=16,Z1-Z2=(8-8)+j[6-(-6)]=j12,Z1Z2=×=100,Z1/Z2=÷=。習(xí)題3-8寫出下列各正弦量對(duì)應(yīng)的相量。(1)V(2)A(3)V(4)A解:(1),(2),(3),(4)。習(xí)題3-9寫出下列相量對(duì)應(yīng)的正弦量(f=50Hz)。(1)V,(2)A,(3)V,(4)A解:(1),(2),(3),(4)習(xí)題3-10電路如圖所示,已知:A,A,求:(1)、、;(2)各電流表的讀數(shù);(3)繪電流相量圖。習(xí)題3-10圖解:(1),。(2)各表的讀數(shù)分別是,,。(3)電流相量圖如習(xí)題3-10附圖。習(xí)題3-11已知V,V,試作和的相量圖,并求、。解:(1),所以所以(2)電壓相量圖如習(xí)題3-11附圖。習(xí)題3-11附圖【點(diǎn)評(píng)】正弦交流電的基本計(jì)算方法:瞬時(shí)值→相量(計(jì)算結(jié)果)→瞬時(shí)值。習(xí)題3-12兩個(gè)同頻率的正弦電壓的有效值分別為30V和40V,試問:(1)什么情況下,的有效值為70V?(2)什么情況下,的有效值為50V?(3)什么情況下,的有效值為10V?解:(1)同相(相加)(2)正交(勾3股4弦5)(3)反相(相減)。習(xí)題3-13電壓V施加于電阻,若電阻R=20Ω,寫出其電流的瞬時(shí)值表達(dá)式,并繪出電壓和電流的相量圖。解:因?yàn)?,所以?xí)題3-14有一“220V,1000W”的電爐,接在220V的交流電流上,試求通過電爐的電流和正常工作時(shí)的電阻。解:因?yàn)槎鳳=1000WU=220V所以R=0.484Ω?!军c(diǎn)評(píng)】用交流電的有效值計(jì)算電阻的功率,其計(jì)算式與直流電一樣。習(xí)題3-15已知在的電阻中通過的電流為A,求電阻兩端電壓的有效值、電阻吸收的功率。解:因?yàn)镮m=5A則I=5/A,所以U=IR=5×5V=25V,P=UI=25×5/=125W。習(xí)題3-16電壓V施加于電感兩端,電感L=0.2H,選定、為關(guān)聯(lián)參考方向。求通過電感的電流,并繪出電流和電壓的相量圖。習(xí)題3-16附圖解:因?yàn)?,所以,而電感電壓超前電?0°,習(xí)題3-16附圖得所以由V,A繪出相量圖如習(xí)題3-16附圖?!军c(diǎn)評(píng)】電感的電壓、電流和感抗有效值關(guān)系滿足歐姆定律,相位關(guān)系是電感電壓超前電流90°。習(xí)題3-17一個(gè)L=0.15H的電感,先后接在當(dāng)和,電壓都是30V的兩個(gè)電源上。分別算出兩種情況下的、和。解:為了便于比較,將計(jì)算數(shù)據(jù)填入習(xí)題3-17附表中?!军c(diǎn)評(píng)】由于感抗與頻率成正比,所以,頻率高、感抗大、電流?。浑妷阂欢〞r(shí),頻率高、感抗大、無功功率小。習(xí)題3-18在關(guān)聯(lián)參考方向下,已知加在電感兩端的電壓為V,通過的電流為A,求電感的參數(shù)L及電流的初相。解:因?yàn)?,所以而電感電壓超前電?0°,即=-90°=30°-90°=-60°答:L=0.1H,。習(xí)題3-19一個(gè)的電容接于V的電源上,求、,繪電流和電壓的相量圖。解:因?yàn)樗远娙蓦娏鞒半妷?0°,即=+90°=60°+90°=150°所以,QC==759.88Var。習(xí)題3-19附圖【點(diǎn)評(píng)】電容的電壓、電流和容抗有效值關(guān)系滿足歐姆定律,相位關(guān)系是電容電流超前電壓90°。習(xí)題3-20一個(gè)的電容,先后接在和,電壓都是220V的兩個(gè)電源上。分別算出兩種情況下的、、。解:為了便于比較,將計(jì)算數(shù)據(jù)填入習(xí)題3-20附表中。變量容抗XC=電流無功功率XC1=varXC2=var【點(diǎn)評(píng)】由于容抗與頻率成反比,所以,頻率高、容抗小、電流大;電壓一定時(shí),頻率高、容抗小、無功功率大。這里為正為負(fù)均可,為負(fù)是相對(duì)電感吸收能量時(shí),電容發(fā)出能量。習(xí)題3-21如圖所示電路,已知電流表、的讀數(shù)都是20A,求電流表A的讀數(shù)。習(xí)題3-21圖【點(diǎn)評(píng)】為了使問題清晰,一般設(shè)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向,串聯(lián)以電流為參考相量,然后依據(jù)單一元件電壓與電流的相位關(guān)系確定電流的初相。習(xí)題3-22如圖所示電路,已知電壓表、的讀數(shù)為50V,求電路中電壓表V的讀數(shù)。習(xí)題3-22圖解:設(shè)電流為參考相量,即(a)選定關(guān)聯(lián)參考方向,由圖(a)有V(電阻電壓與電流同相)V(電感電壓超前于電流)由KVLV所以電壓表V的讀數(shù)為50V。(b)選定關(guān)聯(lián)參考方向,由圖(b)有V(電阻電壓與電流同相)V(電容電壓滯后于電流)由KCLV電壓表V的讀數(shù)為50V。習(xí)題3-23電路如圖所示,,,,A,求、、及總電流。習(xí)題3-23圖解:由電容上的電壓電流關(guān)系可知所以根據(jù)KCL定律答:,,,【點(diǎn)評(píng)】由于本題是純電阻、純電感和純電容并聯(lián)電路,可以利用單一元件電壓電流關(guān)系依次求解。這里以已知電容電流為突破口,求電容電壓即為電阻電壓、電感電壓,然后求出電阻電流、電感電流。而總電流則依據(jù)KCL做相量和運(yùn)算。習(xí)題3-24電路如圖所示,已知電流A,求電壓源。解:由電容上的電壓電流關(guān)系可知由于電阻與電容并聯(lián),所以習(xí)題3-24圖習(xí)題3-24圖【點(diǎn)評(píng)】本題是混聯(lián)電路,較上題略為復(fù)雜,但以上題的經(jīng)驗(yàn),仍可以由電容電流為突破口,求電容電壓即為電阻電壓,然后求出電阻電流,再依據(jù)KCL求電感電流,進(jìn)而求電感電壓,電源電壓是電感電壓加電容電壓(或電阻電壓)。習(xí)題3-25電路如圖所示,已知,,,I=2A,求:IR和U。解:設(shè)應(yīng)用分流公式求電阻上的電流所以答:,【點(diǎn)評(píng)】并聯(lián)電路中,已知總電流求分支電流,應(yīng)用分流公式較為方便。習(xí)題+-R1jXL線圈R3-26電阻R1與一線圈串聯(lián)電路如圖所示,已知R1=28Ω,測(cè)得I=4.4A,U=220V,電路總功率P=580W,頻率f+-R1jXL線圈R解:因?yàn)镻=UIcosφ所以又因?yàn)楦鶕?jù)阻抗三角形關(guān)系可得習(xí)題3-26圖R=R'-R1=30-28=2Ω答:R=2Ω,L=0.127H。【點(diǎn)評(píng)】本題的實(shí)質(zhì)是用三表法測(cè)算元件參數(shù),電流、電壓和功率是用表測(cè)出的有效值,電源頻率又已知,由P=UIcos求,由電壓U、電流I求阻抗,再由阻抗三角形關(guān)系求電阻和感抗,進(jìn)而求線圈的參數(shù)r和L。習(xí)題3-27RC電容串聯(lián)電路,其中,,電源電壓V,試求電流I并繪出相量圖。解:因?yàn)椋?,容抗電路的?fù)阻抗為-6.9o-6.9o應(yīng)用歐姆定律答:I=10A。相量圖如習(xí)題3-27附圖。習(xí)題3-28電路如圖所示,,,試求。解:因?yàn)椋从忠驗(yàn)閯t,或所以5=,得XC=6Ω。答:XC=6Ω?!军c(diǎn)評(píng)】串聯(lián)電路電流相同,或是的分壓,給出,也就是明確了分壓比為1,在此情況下由已知條件計(jì)算容抗就是數(shù)學(xué)問題。習(xí)題3-29串聯(lián)電路中,已知,,,電源電壓V,求:(1)此電路的復(fù)阻抗,并說明電路的性質(zhì);(2)電流和、及;(3)繪電壓、電流相量圖。解:(1)電路的復(fù)阻抗為,φ=-45°<0°電路呈容性(2)因?yàn)殡妷憾髟系碾妷簽榱?xí)題3-29附圖(3)繪電壓、電流相量圖,如習(xí)題3-29附圖。答:(1)Z=10Ω,電路呈容性。(2),,,。【點(diǎn)評(píng)】本題是串聯(lián)電路的基本求解思路,內(nèi)容涉及阻抗、電路性質(zhì)、單一元件電壓電流關(guān)系等概念或公式的直接應(yīng)用。習(xí)題3-30串聯(lián)電路中,已知,,,,V,求:(1)電路的阻抗;(2)電流和電壓、及;(3)繪電壓、電流相量圖。解:(1)電路的復(fù)阻抗為Z=(2)因?yàn)殡妷憾髟系碾妷簽椋?)繪電壓、電流相量圖,如習(xí)題3-30附圖。【點(diǎn)評(píng)】串聯(lián)電路一般是知道電路參數(shù)求阻抗,再用求電壓或電流,本題的靈活之處是已知電感電壓,由電感電壓算出電流,這一電流即是電感電流也是串聯(lián)電路電流(電阻電流或電容電流),可以應(yīng)用單一元件電壓電流關(guān)系求電阻電壓和電容電壓。習(xí)題3-31串聯(lián)電路中,已知,,,電流A,求:(1)總電壓;(2)功率因數(shù);(3)該電路的功率、、。解:(1)電路的復(fù)阻抗為(2)功率因數(shù)=cos45°=0.707(3)電路的功率有功功率無功功率視在功率答:(1),(2),(3)P=40W,Q=40Var,S=40VA。【點(diǎn)評(píng)】本題是歐姆定律和功率關(guān)系公式的直接應(yīng)用。習(xí)題3-32有一RC串聯(lián)電路,已知電路阻抗為2k、頻率為1kHz的電源電壓u與電容上的電壓uC之間的相位差為30,試求R和C,并說明在相位上uC比u超前還是滯后?解:為了便于分析,繪出RC串聯(lián)電路,并按照相位差30的條件,畫出電壓三角形。習(xí)題3-32附圖1習(xí)題3-32附圖1由相量圖可知uC滯后u30,由于阻抗三角形與電壓三角形相似,所以故答:R=1kΩ,C0.1μF,uC滯后u30?!军c(diǎn)評(píng)】RC移相電路常用于信號(hào)處理電路中,這里由本題揭示其移相原理。在本題中若以u(píng)為輸入電壓ui,uC為輸出電壓uo,則本題的結(jié)果是輸出電壓滯后輸入電壓30。若將u為輸入電壓ui,uR為輸出電壓uo,則輸出電壓超前輸入電壓60。調(diào)整電路參數(shù)R、C,移相角0<<90。如果要移相180,可用多節(jié)電路級(jí)聯(lián)構(gòu)成,如下圖。習(xí)題3-33用三表法測(cè)線圈電路,已知電源頻率,測(cè)得數(shù)據(jù)分別是,V,A,求:(1)該線圈的參數(shù)R、;(2)線圈的無功功率、視在功率及。解:(1)因?yàn)镻=UIcosφ所以又因?yàn)楦鶕?jù)阻抗三角形關(guān)系可得(2)無功功率視在功率答:(1)該線圈的參數(shù)R=30Ω,L=0.127H;(2)Q=160Var,S=200VA,。【點(diǎn)評(píng)】本題與3-26題相似,只是多了功率運(yùn)算。習(xí)題3-34已知某一無源網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗,外加電壓,求該網(wǎng)絡(luò)的功率P、Q、S及功率因數(shù)。解:有功功率無功功率視在功率功率因數(shù)【點(diǎn)評(píng)】功率公式直接應(yīng)用。習(xí)題3-35電路如圖所示,已知V,A,試求二端電路N的等效元件參數(shù)。解:由已知條件得從阻抗值可確定該電路的等效電路是電阻串聯(lián)電容R=1-1=0Ω,XC=1Ω,答:C=1F?!军c(diǎn)評(píng)】本題是由網(wǎng)絡(luò)的端口電壓、電流求阻抗,在右阻抗中求電阻和電抗,進(jìn)而求電路參數(shù)電容或電感,本題中由于電抗是負(fù)值,即是容抗,求電容。習(xí)題3-36已知一復(fù)阻抗上的電壓電流分別為V,A,試求:(1)、;(2)阻抗角及導(dǎo)納角。解:由已知條件得,A答:,,,?!军c(diǎn)評(píng)】根據(jù)阻抗和導(dǎo)納的概念,,,其中,=-。習(xí)題3-37已知某電路的復(fù)阻抗,求與之等效的復(fù)導(dǎo)納Y。解:習(xí)題3-38電路同習(xí)題3-23圖,已知,,,V求:(1)復(fù)導(dǎo)納,并說明電路的性質(zhì);(2)、、、;(3)繪出相量圖。解:(1)電路的復(fù)導(dǎo)納為(2)答:(1)。(2),,,。【點(diǎn)評(píng)】這里用到,,關(guān)系。習(xí)題3-39電路如圖所示,V,,,,試求電流、、和,并繪出相量圖。解:由根據(jù)KCL定律答:,,。【點(diǎn)評(píng)】、的求解是歐姆定律的直接應(yīng)用,其中,,。習(xí)題3-40電路如圖所示,已知V,,,求電路的功率P、Q、S及功率因數(shù)。解:由根據(jù)KCL定律有功功率無功功率視在功率答:P=18.76W,Q=14.07Var,S=23.5VA,。習(xí)題3-41電路如圖所示,已知A,,,,求:、和。解:圖中注明的各段電路的復(fù)阻抗為應(yīng)用分流公式:答:,,?!军c(diǎn)評(píng)】本題是相量法應(yīng)用于阻抗混聯(lián)電路,其中,用到分流公式求、。習(xí)題3-42電路如圖所示,列出結(jié)點(diǎn)a的結(jié)點(diǎn)電壓方程。習(xí)題3-42圖解:應(yīng)用彌爾曼定理得或【點(diǎn)評(píng)】本題的要點(diǎn)是電位表達(dá)式中的分子應(yīng)是電源電流的代數(shù)和,電流流入結(jié)點(diǎn)a時(shí)取正,流出結(jié)點(diǎn)a時(shí)取負(fù),當(dāng)由電壓源串聯(lián)阻抗折算電源電流時(shí),正極靠結(jié)點(diǎn)a時(shí)取正,負(fù)極靠結(jié)點(diǎn)a時(shí)取負(fù),然后再代入數(shù)值,如本題右側(cè)支路的電壓源負(fù)極靠結(jié)點(diǎn)a時(shí)取負(fù),而電壓源的數(shù)值是-j12V。習(xí)題3-43電路如圖所示,已知V,V,(1)列出結(jié)點(diǎn)1、2的電位方程;(2)求結(jié)點(diǎn)電位V1和V2。解:(1)結(jié)點(diǎn)1、2的電位方程(2)求結(jié)點(diǎn)電位V1和V2。習(xí)題3-43圖上述方程中將代入并兩邊同乘j4,得答:,。【點(diǎn)評(píng)】此題由于結(jié)點(diǎn)2的電位已知,所以求解問題變得簡(jiǎn)單。習(xí)題3-44電路如圖所示,利用戴維南定理求解電容支路的電流。解:移開電容支路后求開路電壓電源不作用時(shí)求等效電阻答:,,。【點(diǎn)評(píng)】本題移開電容支路后,是阻抗3+j4對(duì)的分壓。習(xí)題3-45電路如圖所示,求二端網(wǎng)絡(luò)ab端的戴維南等效電路。解:先求開路電壓電源不作用時(shí)求等效電阻答:,。習(xí)題3-46一感性負(fù)載與220V、50Hz的電源相接,其功率因數(shù)為0.6,消耗功率為5kW,要把功率因數(shù)提高到0.9,應(yīng)加接什么元件?元件值多大?解:應(yīng)并聯(lián)電容,電路如下圖所示,并聯(lián)電容前感性負(fù)載的功率因數(shù)角為=cos-10.6=53.1°,并聯(lián)電容后電路的功率因數(shù)角為=cos-10.9=25.8°。并聯(lián)電容前感性負(fù)載的無功功率為補(bǔ)償后的無功功率為并接電容應(yīng)用(3-43)式所以習(xí)題3-46附圖答:C=279μF。習(xí)題4詳解習(xí)題4-1一對(duì)稱三相正弦電壓源的。(1)試寫出、;(2)求,并與進(jìn)行比較;(3)求并與進(jìn)行比較;(4)畫相量圖。解:根據(jù)對(duì)稱性如(a)圖,有則如(b)圖,如(c)圖。較超前60°較滯后30°(a)(b)(c)習(xí)題4-1附圖習(xí)題4-2一臺(tái)三相發(fā)電機(jī)的繞組連成星形時(shí)線電壓為6300V。(1)試求發(fā)電機(jī)繞組的相電壓;(2)如將繞組改成三角形聯(lián)結(jié),求線電壓。解:(1)星形聯(lián)結(jié)UP=,所以相電壓=3637.4V,(2)三角形聯(lián)結(jié)UP=Ul因?yàn)橄嚯妷?637.4V,所以線電壓3637.4V。習(xí)題4-3某建筑物有三層樓,每一層的照明分別由三相電源中的一相供電。電源電壓為380/220V,每層樓裝有220V、100W白熾燈15只。(1)繪出電燈接入電源的線路圖;(2)當(dāng)三個(gè)樓層的電燈全部亮?xí)r,求線電流和中性線電流;(3)如一層樓電燈全部亮,二層樓只開5只燈,三層樓燈全滅,而電源中性線又?jǐn)嚅_,這時(shí)一、二層樓電燈兩端的電壓為多少?解:(1)RU=RV=RW=R//R//R//R//R//R//R//R//R//R//R//R//R//R//R=32.26習(xí)題4-3附圖1習(xí)題4-3附圖2(2)對(duì)稱三相星形聯(lián)結(jié)線電流Il=220/32.26=6.82A中線電流為零,即。(3)一層RU=32.26,二層RV=96.8,三層RW=∞,而電源中性線又?jǐn)嚅_,習(xí)題4-3附圖3【點(diǎn)評(píng)】對(duì)稱負(fù)載三相的線電流數(shù)值相等,中線電流為零。中性線又?jǐn)嚅_,一相開路,其余兩相串聯(lián)接于線電壓間構(gòu)成分壓關(guān)系。習(xí)題4-4如圖所示三相四線制電路中,電源線電壓為380V,負(fù)載RU=11Ω,RV=RW=22Ω。求:(1)負(fù)載相電壓、相電流、中性線電流并作相量圖。(2)若中性線斷開,在求各負(fù)載相電壓;(3)若無中性線,U相短路時(shí)各負(fù)載相電壓和相電流;(4)無中性線且W相斷路時(shí),另外兩相的電壓和電流。解:(1)由于中線的存在,負(fù)載各相電壓等于電源相電壓并且對(duì)稱。則且UP==,設(shè):則習(xí)題4-4圖習(xí)題4-4圖中線電流,即相量圖如習(xí)題4-4附圖1。習(xí)題4-4附圖1習(xí)題4-4附圖1(2)若中線斷開,電路如習(xí)題4-4附圖2。習(xí)題4-4附圖2習(xí)題4-4附圖2,(3)若無中性線,U相短路時(shí),如習(xí)題4-4附圖3所示習(xí)題4-4附圖3習(xí)題4-4附圖3因?yàn)樗訴(4)無中性線且W相斷路時(shí),另外兩相的電壓和電流。習(xí)題4-4附圖4習(xí)題4-4附圖4因?yàn)閂所以則有【點(diǎn)評(píng)】在三相負(fù)載為純阻且不相等時(shí),電流相位關(guān)系不變,電流數(shù)值不同,且中線電流不為零。三相電路負(fù)載不對(duì)稱,當(dāng)中線斷開后,負(fù)載中性點(diǎn)N′和電源中性點(diǎn)N電位不等,,出現(xiàn)中性點(diǎn)偏移。無中線又有一相斷開,余下兩相串聯(lián)接于相關(guān)線電壓兩端。習(xí)題4-5如圖所示為一不對(duì)稱星形聯(lián)結(jié)負(fù)載,接到380V對(duì)稱三相電源上,U相為電感L=1H,V相和W相都接220V、60W的燈炮。試判斷V相和W相哪個(gè)燈亮,并畫出相量圖。解:根據(jù)三相電源的對(duì)稱性則中性點(diǎn)電壓可由彌爾曼定理求出習(xí)題4-5圖習(xí)題4-5圖可見,W相比V相負(fù)載上的電壓高,所以W相燈亮。習(xí)題4-5附圖相量圖如習(xí)題4-5附圖。習(xí)題4-5附圖【點(diǎn)評(píng)】本題是不對(duì)稱星形聯(lián)結(jié)負(fù)載,判斷分別接于V相和W相的哪個(gè)燈亮,需要求知哪相電壓高,本題先用彌爾曼定理求得中性點(diǎn)電壓,然后再求V相和W相的電壓,比較其電壓值的高低,便知哪相燈亮。習(xí)題4-6如圖所示,電源線電壓為380V.如果各相負(fù)載的阻抗都是10Ω,中性線電流是否等于零?中性線是否可以去掉?解:由已知條件可知相電壓為220V,求各相電流習(xí)題4-6圖答:中性線電流不為零,中性線不能去掉?!军c(diǎn)評(píng)】?jī)H阻抗模相等阻抗角不同的復(fù)阻抗是不同的,負(fù)載的復(fù)阻抗不同電路不對(duì)稱,中性線電流不為零。習(xí)題4-7一組三相對(duì)稱負(fù)載,每相電阻R=10Ω,接在線電壓為380V的三相電源上,試求下面兩種接法時(shí)的線電流。(1)負(fù)載接成三角形;(2)負(fù)載接成星形。解:(1)負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí),每相負(fù)載的電阻R=10Ω相電壓相電流線電流(2)負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí)相電壓相電流答:(1)負(fù)載接成三角形IL=65.8A。(2)負(fù)載接成星形IL=22A?!军c(diǎn)評(píng)】三相電路對(duì)稱負(fù)載,接在線電壓確定的三相電源上,負(fù)載接成三角形時(shí)的線電流是負(fù)載接成星形時(shí)線電流的三倍。習(xí)題4-8為了減小三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流,通常把電動(dòng)機(jī)先聯(lián)結(jié)成星形,轉(zhuǎn)起來后再改成三角形聯(lián)結(jié)(稱Y-Δ起動(dòng)),試求:(1)Y-Δ起動(dòng)時(shí)的相電流之比;(2)Y-Δ起動(dòng)時(shí)的線電流之比。解:設(shè)線電壓為UL,每相負(fù)載的阻抗。(a)電動(dòng)機(jī)星形聯(lián)結(jié)時(shí)相電壓相電流(b)電動(dòng)機(jī)三角形聯(lián)結(jié)時(shí),相電壓相電流線電流(1)因?yàn)?,所以Y-Δ起動(dòng)時(shí)的相電流之比(2)因?yàn)?,所以Y-Δ起動(dòng)時(shí)的線電流之比【點(diǎn)評(píng)】異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間電流很大,如,中小型籠型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流(指線電流)可達(dá)額定電流的5~7倍,較大的起動(dòng)電壓會(huì)影響臨近的負(fù)載正常工作,頻繁起動(dòng)也會(huì)積累熱量使電動(dòng)機(jī)過熱,影響電動(dòng)機(jī)的壽命,因此,通常采用降壓起動(dòng)的方法來降低起動(dòng)電流。有三種常用的方法:串電阻降壓起動(dòng)、自耦降壓起動(dòng)和Y-Δ降壓起動(dòng),本題采用Y-Δ降壓起動(dòng)使把起動(dòng)電流降低到額定電流的2倍左右(原5~7倍的三分之一)。習(xí)題4-9三相對(duì)稱負(fù)載每相阻抗,每相負(fù)載額定電壓為380V。已知三相電源線電壓為380V,問此三相負(fù)載應(yīng)如何聯(lián)結(jié)?計(jì)算相電流和線電流。解:此負(fù)載接成三角形可滿足負(fù)載額定電壓為380V的要求。相電壓=380V則相電流線電流根據(jù)負(fù)載電路的對(duì)稱性,簡(jiǎn)單算法:習(xí)題4-10如圖所示,已知R1=R2=R3,若負(fù)載R1斷開,圖中所接的兩個(gè)電流表讀數(shù)有無變化?為什么?解:負(fù)載三角形聯(lián)結(jié),線電流讀數(shù)eq\o\ac(○,A)是相電流讀數(shù)eq\o\ac(○,A3)的倍。若負(fù)載R1斷開,線電流讀數(shù)eq\o\ac(○,A)與相電流讀數(shù)eq\o\ac(○,A3)相等。此時(shí),eq\o\ac(○,A3)讀數(shù)不變,eq\o\ac(○,A)讀數(shù)變,eq\o\ac(○,A)讀數(shù)由原來的倍eq\o\ac(○,A3)變?yōu)閑q\o\ac(○,A3)。【點(diǎn)評(píng)】對(duì)稱負(fù)載三角形聯(lián)結(jié),線電流是相電流的倍。負(fù)載三角形聯(lián)結(jié),若某相斷開不會(huì)影響其它相的電壓和電流,但會(huì)影響端接點(diǎn)的線電流。習(xí)題4-11如圖所示,已知電源線電壓為220V,電流表讀數(shù)為17.3A,三相對(duì)稱負(fù)載的有功功率為4.5kW,求每相負(fù)載的電阻和電抗。解:負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí),圖中線電流習(xí)題4-11圖有功功率習(xí)題4-11圖由于根據(jù)阻抗三角形關(guān)系可得【點(diǎn)評(píng)】本題是已知電壓、電流和功率求復(fù)阻抗的問題,由→→,→,再由阻抗三角形關(guān)系求每相負(fù)載的電阻和電抗。習(xí)題4-12有兩組對(duì)稱三相負(fù)載,一組接成星形,每相阻抗;一組接成三角形,每相阻抗,把這兩組負(fù)載接到線電壓為380V的電源上,試求三相電路的線電流。解:方法一:(a)負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí),每相阻抗相電壓相電流和線電流(b)負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí),每相負(fù)載的阻抗相電壓相電流線電流答:負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)=44A,負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)=46.5A。方法二:(a)設(shè),根據(jù),則,負(fù)載為星形聯(lián)結(jié)時(shí),每相阻抗相電流和線電流,根據(jù)對(duì)稱性(b)負(fù)載為三角形聯(lián)結(jié)時(shí),每相負(fù)載的阻抗相電壓和線電壓相電流,根據(jù)對(duì)稱性線電流根據(jù),則三相電路的線電流=+=+=根據(jù)對(duì)稱性可知==【點(diǎn)評(píng)】本題是標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)稱三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié)和三角形聯(lián)結(jié)電路的計(jì)算題,應(yīng)用對(duì)稱電路的特點(diǎn)計(jì)算其中一相電路的電壓、電流,就可推知其它兩相的電壓、電流。尤其是星形聯(lián)結(jié)時(shí)線電壓是相電壓的倍,且超前相應(yīng)的相電壓30°;三角形聯(lián)結(jié)時(shí)線電流是相電流的倍,且滯后相應(yīng)的相電流30°。習(xí)題4-13當(dāng)使用工業(yè)三相電阻爐時(shí),常常采取改變電阻絲的接法來調(diào)節(jié)加熱溫度,今有一臺(tái)三相電阻爐,每相電阻為8.68Ω,求:(1)線電壓為380V時(shí),電阻爐為三角形和星形聯(lián)結(jié)時(shí)的功率;(2)線電壓為220V時(shí),電阻爐為三角形聯(lián)結(jié)的功率。解:(1)電阻爐三角形聯(lián)結(jié)時(shí),,有功功率電阻爐星形聯(lián)結(jié)時(shí),,有功功率(2)電阻爐三角形聯(lián)結(jié)時(shí),,有功功率【點(diǎn)評(píng)】本題(1)驗(yàn)證了一個(gè)結(jié)論,在相同的線電壓的條件下,負(fù)載接三角形和接星形取用的功率不同(,),即接三角形的功率是接星形功率的3倍。習(xí)題4-14對(duì)稱三相電源星形正序聯(lián)結(jié),V,試求:(1)相電壓uV、uW的瞬時(shí)值表達(dá)式;(2)線電壓uUV答:;V;。習(xí)題4-15對(duì)稱三相負(fù)載星形聯(lián)結(jié),每相負(fù)載阻抗為Z=10∠45°Ω,接在線電壓為380V(初相為0?)的對(duì)稱三相電源上,求、、解:設(shè)線電壓為,則對(duì)應(yīng)的IU=UUZ習(xí)題4-16如圖所示對(duì)稱三相電路中,每相負(fù)載阻抗Z=(80+j60)Ω,端線阻抗Zl=1Ω,電源線電壓有效值為380V,求負(fù)載各相電流、每條端線中的電流、負(fù)載各相電壓。習(xí)題4-16圖解:由已知=380V,得,畫出U相的電路,如下圖所示。習(xí)題4-16附圖設(shè),則U相電流為IU相負(fù)載相電壓為U因?yàn)樨?fù)載是Y聯(lián)結(jié),所以線電流等于相電流,即I而V、W兩相電流、電壓可根據(jù)對(duì)稱性推得IV=IW=IW答:各相電流和每條端線中的電流:IUIVI負(fù)載各相電壓:,UVU習(xí)題4-17對(duì)稱三相負(fù)載三角形聯(lián)結(jié),每相負(fù)載阻抗為Z=(6+j8)W,電源線電壓為220V,f=50Hz。試求:(1)負(fù)載相電流有效值;(2)相電流iU′N′和線電流iUQUOTEiU'N',線電流的瞬時(shí)值表達(dá)式;(3)求三相負(fù)載的有功功率和無功功率。解:(1)(2)設(shè)UU=220iU'N'=222(3)P=3UpIpcosj=8.7kW Q=3UpIpsinj=11.6kvar習(xí)題4-18一臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)作星形聯(lián)接,每相阻抗Z=(60+j80)W,接到線電壓為380V的三相電源,電動(dòng)機(jī)線電流有效值及三相電路功率。答案:2.2A;868.7W。習(xí)題5詳解習(xí)題5-1已知具有互感耦合的線圈如圖所示。標(biāo)出它們的同名端;試判斷開關(guān)閉合時(shí)或開關(guān)斷開瞬間,毫伏表的偏轉(zhuǎn)方向。習(xí)題5-1圖解:(1)它們的同名端如圖中標(biāo)示。(2)(a)開關(guān)閉合瞬間,V表正偏;開關(guān)斷開瞬間,V表反偏。(b)開關(guān)閉合瞬間,V表正偏;開關(guān)斷開瞬間,V表反偏。(a)(b)習(xí)題5-1題附圖習(xí)題5-2412i1+u34-3一互感線圈如圖所示,互感M=0.01H,i1=10sin(314412i1+u34-3習(xí)題5-2圖解:方法一:由圖可見電流i1的參考方向與u43的參考方向與Ψ的參考方向符合右螺旋定則,有u43=M進(jìn)而u34=-u43=-M=-0.01×314×10sin(314t-30°+90°)V=-31.4sin(314t+60°)V=31.4sin(314t+60°-180°)V=31.4sin(314t-120°)V所以u(píng)34=31.4sin(314t–120°)V【點(diǎn)評(píng)】對(duì)于正弦交流電路,可以用相量法求解本題,這種方法比對(duì)電流i1求導(dǎo)更簡(jiǎn)單也不易出錯(cuò)。也就是在u34=-M式中,將u34和i1用相量和表示,用jω表示,則有=-jωM=-314×0.01×=。再將相量表示u34,即為u34=31.4sin(314t–120°)。(如:uL=L對(duì)應(yīng)=jωL;i=C對(duì)應(yīng)即=)習(xí)題5-3兩線圈串聯(lián)電路如圖所示。已知R1=R2=100Ω,L1=3H,L2=10H,M=5H,電源電壓=220V,ω=100rad/s,試求(1)電路的電流I,(2)電路的功率。習(xí)題5-3圖解:方法一:(1)因?yàn)閮蓚€(gè)線圈是反向串聯(lián),故得電抗XM=(L1+L2-2M)=100×(3+10-2×5)Ω=300Ω阻抗值為|Z|=電路電流阻抗角為(2)電路的功率P=UIcosφ=UIcos56.3°=220×0.61×0.55=73.8W方法二:利用相量關(guān)系式求解(1)復(fù)阻抗為Z=R1+R2+j(L1+L2-2M)=100+100+j100(3+10-2×5)=200+j300=360.6Ω又因?yàn)?220∠0°V所以電路電流A(2)P=UIcosφ=UIcos56.3°=220×0.61×0.55=73.8W電路的功率P=73.8W。【點(diǎn)評(píng)】從本題可見互感串聯(lián)電路計(jì)算的關(guān)鍵點(diǎn)就是確定互感影響產(chǎn)生的電抗,順向串聯(lián)+2M,反向串聯(lián)-2M,其它與一般正弦交流電路的分析計(jì)算方法相同。習(xí)題5-4電路如圖所示。已知R1=R2=225Ω,L1=6H,L2=10H,M=5H,C=5μF,電源電壓=220V,ω=100rad/s,試求(1)電路的電流I,(2)電路的功率。習(xí)題5-4圖解:(1)因?yàn)閮蓚€(gè)線圈是順向串聯(lián),故得XM=(L1+L2+2M)=100×(6+10-2×5)Ω=600Ω|Z|=電路的電流(2)P=UIcosφ=UIcos53.1°=220×0.29×0.6=38.3W電路的功率P=38.3W。習(xí)題5-5電路如圖所示。已知正弦交流電壓U1=10V,ωL1=ωL2=8Ω,ωM=4Ω,試求ab兩端的開路電壓Uab。解:當(dāng)ab兩端開路時(shí),線圈1中無電流,因此,在L2中無互感電壓。所以L2中的電流mA由于線圈1中無電流,所以線圈1中無自感電壓。但由于線圈2上有電流,所以線圈1中有互感電壓,根據(jù)電流對(duì)同名端的方向可知,當(dāng)ab兩端的電壓=jωM+=4×1.25∠90°-90°+10∠0°V=15V【點(diǎn)評(píng)】本題強(qiáng)化的概念是線圈由于線圈1中無電流,所以線圈2中無互感電壓只有外加電壓;而線圈1中無電流就無自感電壓;但有線圈2中的電流在線圈1產(chǎn)生互感電壓。習(xí)題5-6求如圖所示電路的輸入阻抗Zin。習(xí)題5-6圖解:消去互感后的等效電路如右上圖。輸入阻抗習(xí)題5-7求如圖所示電路的總電流及電路消耗功率。解:消去互感后的等效電路如右上圖。電路阻抗電路總電流電路消耗功率P=UIcosφ=UIcos51.3°=10×3.13×0.625=19.6W【點(diǎn)評(píng)】采用互感消去法使互感電路的計(jì)算得以簡(jiǎn)化,但一定注意兩個(gè)互感并聯(lián)同名端同側(cè),消去互感的支路-M;兩個(gè)互感并聯(lián)同名端異側(cè),消去互感的支路+M,而關(guān)聯(lián)支路則反之,分別為-M和+M。習(xí)題5-8電路如圖所示,次級(jí)短路,求ab端的等效電感Lab。習(xí)題5-8圖解:消去互感后的等效電路如圖(b),電路化簡(jiǎn)如圖(c),則點(diǎn)評(píng):本題采用互感消去法求等效電感,解題時(shí)要細(xì)心題目并不難。習(xí)題6詳解習(xí)題6-1一個(gè)收音機(jī)的接收線圈的電阻R=20,L=2.5×10-4H,調(diào)節(jié)電容C收聽720kHz的中央人民廣播電臺(tái),求這時(shí)的電容C和電路的品質(zhì)因數(shù)Q。解:0==4.52×106rad/s電容=195.6pF品質(zhì)因數(shù)【點(diǎn)評(píng)】諧振條件中有三個(gè)因素,頻率、電感和電容。假若電路參數(shù)電感和電容確定,通過調(diào)頻可達(dá)到調(diào)諧的目的,通常諧振電路實(shí)驗(yàn)就是這么做的。某些接收設(shè)備或通信設(shè)備的使用中,可以調(diào)感或調(diào)容來實(shí)現(xiàn)調(diào)諧,本題就是最常見的調(diào)容調(diào)諧。習(xí)題6-2RLC串聯(lián)電路,R=500,L=60mH,C=0.53pF。求電路諧振頻率f0,品質(zhì)因數(shù)Q、諧振阻抗Z0。解:諧振頻率f0===892.9kHz品質(zhì)因數(shù)Q==諧振阻抗Z0=R=500【點(diǎn)評(píng)】串聯(lián)諧振時(shí)阻抗最小,諧振阻抗Z0=R。習(xí)題6-3RLC串聯(lián)電路,角頻率=5000rad/s時(shí)發(fā)生諧振,已知R=5,L=400mH,電源電壓U=1V,求電容C的值,電路電流和各元件的電壓。解:電容F=0.1μF電路電流電阻的電壓UR=I0R=0.2×5=1V電感、電容的電壓UL=UC=I0L=0.2×5000×400×10-3=400V。【點(diǎn)評(píng)】本題可見諧振時(shí),電感電壓等于電容電壓等于電源電壓的400倍,所以,串聯(lián)諧振也稱電壓諧振。習(xí)題6-4將電壓為5mV的交流信號(hào)源接入RLC串聯(lián)電路,其中L=1.3×10-4H,C=288pF,R=10。調(diào)諧頻率使電路諧振。求:(1)諧振時(shí)信號(hào)源的頻率、特性阻抗和品質(zhì)因數(shù)。(2)諧振時(shí)回路的電流以及電感與電容上的電壓值。解:(1)諧振頻率f0=f0=822.9kHz諧振阻抗Z0=R=10品質(zhì)因數(shù)Q===67.2(2)諧振時(shí)回路的電流電感、電容的電壓UL0=UC0=I02πf0L=0.5×10-3×6.28×822.9×103×1.3×10-4=0.336V=336mV答:(1)頻率f0=822.9kHz,Z0=10,品質(zhì)因數(shù)Q=67.2。(2)電流I0=0.5mA,UL0=UC0=336mV?!军c(diǎn)評(píng)】正弦交流電路滿足總電壓和總電流同相的條件時(shí)發(fā)生諧振,反而使諧振電路的計(jì)算變得簡(jiǎn)單,基本上是數(shù)值計(jì)算,不涉及相量。習(xí)題6-5如果將電壓為10mV的交流信號(hào)源接于RLC串聯(lián)電路上,并將電路調(diào)至諧振狀態(tài)。測(cè)得此時(shí)電感的電壓為840mV。求回路的品質(zhì)因數(shù)Q。解:品質(zhì)因數(shù)Q=習(xí)題6-6RLC串聯(lián)電路,已知電源電壓U=1V,角頻率=106rad/s。調(diào)節(jié)電容C使電路發(fā)生諧振,此時(shí)電路電流I0=100mA,UC=100V,試求(1)回路的品質(zhì)因數(shù)Q;(2)電路元件參數(shù)R、L、C。解:(1)品質(zhì)因數(shù)Q=(2)電阻因?yàn)樗噪姼杏忠驗(yàn)樗噪娙荽穑海?)品質(zhì)因數(shù)Q=100;(2)電路元件參數(shù)R=10、L=10-3H、C=10nF。【點(diǎn)評(píng)】本題是較有特點(diǎn)的一道題,由已知的條件去求品質(zhì)因數(shù)和元件參數(shù)時(shí),品質(zhì)因數(shù)的公式被靈活應(yīng)用,如:、、,實(shí)際上品質(zhì)因數(shù)還有其它的表達(dá),如:、Q=和Q=等,這些使得計(jì)算串聯(lián)諧振電路時(shí)的思路更加靈活。習(xí)題6-7一個(gè)線圈與C=200pF的電容器并聯(lián),要求在465kHz的頻率時(shí)諧振,線圈的電感是多少?如線圈的品質(zhì)因數(shù)為200,線圈的電阻為多少?解:因?yàn)镼=2001,所以電路的諧振頻率f0≈則5.86×10-4H電阻R=答:在465kHz的頻率時(shí)諧振,線圈的電感L=5.86×10-4H;如線圈的品質(zhì)因數(shù)為200,線圈的電阻R=8.56。【點(diǎn)評(píng)】一個(gè)線圈與電容器并聯(lián)的諧振電路其品質(zhì)因數(shù)公式Q==與RLC串聯(lián)電路相同,式不可用,并且滿足的是IRL0IC0QI0

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