电工技术基础A第3次作业.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电工技术基础A第3次作业.精品文档.12.试用支路电流法求如图2-76所示电路中的电压。解题指南：支路电流法解题思路，先假设未知电流支路的电流为未知量，然后根据基尔霍夫定律列出独立的电压、电流方程，联立求解求出各支路的电流，最后根据支路电流求解其它的未知量。解：列独立的KCL方程，有(1)列独立的KVL方程，有（2） （3）l 联立（1）（2）（3）求解，得13.已知图5-63所示电路中电容，试分析题5.2中当时电路的、和，并画出电压的波形图。解：三要素法（1）求初始值由题5.2的解可知初始值（2）求稳态值换路后的稳态电路如下图所示由图可得（

2、3）求时间常数由换路后的电路，有其中：为换路后的电路中去掉电容C后的二端网络的等效电阻。所以电压的波形图:：14.三相异步电机在什么情况下转差率s为下列数值：、和。答案：在三相异步电机起动的瞬间，电动机的转子转速，；当异步电动机正常运行时，转子的转速总要小于同步转速，此时；当三相异步电动机处在再生制动的情况下时，这种情况下，例如起重机吊重物下降，重物拖动电动机使其加速；多速电动机换速（从高速转到低速）运行时，都产生再生制动。15.为什么说三相异步电动机的主磁通基本保持不变？是否在任何情况下都保持不变？答案：在正常负载范围内，异步电动机定子绕组的漏阻抗压降较小，绕组感应的电势约等于电源电压；而异

3、步电动机的主磁通与绕组电势成正比，因而也就与电源电压成正比。所以说三相异步电动机的主磁通基本不变。若电动机起动或所带负载超过额定值较大时，由于电动机绕组流过的电流较大，绕组的漏阻抗压降较大，绕组电势就比电源电压小很多，此时的主磁通就不能保持不变。此外，当电动机的电源不为恒定值时，其主磁通也当然不能保持不变。因而并非在任何情况下主磁通都保持不变。16.为什么三相异步电动机不能在最大电磁转矩处运行？答案：三相异步电动机的最大电磁转矩必需大于它的额定转矩，即电动机必须有一定的抗过载能力，这样在电动机工作时，机械负载突然冲击或者短时间的过载才不至于损坏电动机。17.某三相异步电动机的PN= 40kW，

4、UN= 380V，f50H Z，n = 2930r/min， = 0.9，cos =0.85，Ist /IN= 5.5，Tst /TN= 1.2，接法，采用Y起动，求：（1）起动电流和起动转矩；（2）保证能顺利起动的最大负载转矩是其额定转矩的多少？分析：首先应清楚上述数据的含义，这要求明白异步电动机内电磁能量向机械能的全部转换过程。功率10kW指电动机轴上的额定输出机械功率，它与额定输出转矩对应，它的值就是电动机的额定输入功率中，去除各种损耗后的净输出，而这些损耗可以用效率表示，即。解：（1）（2）能保证顺利起动的最大负载转矩是其额定转矩1.2倍18.下列各式表示RL或RC串联电路中的电压和电

5、流，试判断哪些式子是错的？哪些是对的？解题指南：本题主要根据串联电路的特点以及相量、瞬时值及其关系来判断。解：错误瞬时值与复数阻抗的模之间没有任何直接关系。错误电压有效值和电流有效值之间的关系是用复数阻抗的模来表示。错误RC串联等效复数阻抗为正确电压有效值和电流有效值之间的关系是用复数阻抗的模来表示。正确瞬时值表达式也必须满足基尔霍夫电压定律。错误RC串联电路中，电压之间应为三角形关系，有效值不能直接相加。正确RL串联电路中电压相量之间满足相量形式的基尔霍夫电压定律。正确根据RC串联电路中的电压三角形关系和阻抗三角形判断。正确RC串联电路，根据复数阻抗的串联分压可以判断。本题小结：掌握串联电路

6、的特点，弄清各物理量之间的关系。9.在如图3-82所示电路中，已知：电压有效值，感抗，电阻，容抗，且与同相，试求电路的电流I、有功功率P、无功功率Q、视在功率S及功率因数。解：设电阻与电容并联电压为参考相量，画出相量图如下由相量图和三角函数关系、平行四边形法则，易知电流有功功率无功功率（谐振时无功功率为0）视在功率功率因数（谐振时功率因数为1）20.试计算如图1-94所示电路中的开路电压U。解题指南：求电路中的开路电压U时，开路部分没有电流。利用基尔霍夫定律求出相关的电压、电流，然后利用虚拟回路的KVL方程即可求出开路电压。解：a）作如图假设，因待求两端开路，由基尔霍夫定律，易知由虚路回路的K

7、VL方程-7V（1虚拟回路）或（2虚拟回路）b）作如图假设，因为右端开路，故由虚路回路的KVL方程，有注意：左边10V表示为10V的电压源。10.如图5-62所示电路中，换路前电路已处于稳态，时开关S闭合，试求、及和，并解释为什么。解题指南：求电路参数在换路时的初始值，按照换路定则，有，即换路时，流过电感的电流不会跃变，电容两端的电压不会跃变，据此可先根据旧稳态时电感电流、电容电压得到其初始值。然后画出时刻的等效电路：电感用值为的恒流源替换，电容用值为的恒压源替换。根据时刻的等效电路即可求出电路中其它参数的初始值。解：根据开关闭合前的稳态电路（电感短路），有根据换路定则，有时刻的等效电路如图所

8、示由等效电路可得（叠加原理）（KVL）11.如图5-63所示电路中，换路前电路已处于稳态，时开关S闭合，试求、及和，并解释为什么。解：根据开关闭合前的稳态电路（电容开路），有由换路定则，有时刻的等效电路如图所示由等效电路可得（叠加原理）（KVL）12.如图5-65所示电路中，换路前电路已处于稳态。已知，t= 0时将开关S断开，试求、和。解题指南：同5.1题。解：根据换路前的稳态电路（电容开路、电感短路），有根据换路定则，有时刻的等效电路如图所示由等效电路，有13.如图5-69所示电路中，换路前电路已处于稳态，时开关S闭合，试求时电路中的、和。解题指南：同5.8题。解：三要素法（1）求初始值根据

9、换路前的稳态电路（电感短路），有时刻的等效电路如图所示根据等效电路，有（2）求稳态值换路后的稳态电路如下图所示由图可得（3）求时间常数由换路后的电路，有所以14.在稳定运行情况下，当负载增加时，异步电动机的转矩为什么能相应增加？当负载转矩大于电动机的最大电磁转矩时，电动机将发生什么情况? （1）当负载转矩增加时，电动机的电磁转矩尚未变化，使，引起电动机的转速下降，电动机的转差率增加，由电磁转矩公式，又因为此时s很小，有，可以近似的认为电磁转矩T与转差率s成正比变化关系，所以电磁转矩也增加。当电磁转矩增加的与负载转矩相等时建立新的平衡，保持等速运行。（2）当负载转矩大于电动机的最大电磁转矩时，电

10、动机将停转下来，电动机的转子将不能转动，此时，旋转磁场以同步转速切割转子，在转子绕组中产生很大的电动势和电流，引起与它平衡的定子电流的负载分量也跟着急剧增加，以至定子电流很大，时间长了有可能将变压器烧毁。15.一台4极（p=2）的三相异步电动机，电源频率f1=50 Hz，额定转速nN=1450 r/min，计算电动机在额定转速下的转差率sN和转子电流频率f2。分析：异步电机转子电流频率由转差率和定子电流频率决定解：16.试用结点电压法，列出如图3-79所示电路中各结点电压方程。解题指南：同3.15题。解：设参考结点和未知结点如下图所示。根据结点电压方程列写规律，分别列出A、B、C结点的电压方程

11、。结点A：结点B：结点C：17.试写出下列相量所对应的瞬时值表达式，设。1） （2） (3)（4）(5) (6)解题指南：本题中为相量的代数式形式，将相量转换成极坐标形式，利用正弦量和相量之间的一一对应关系和已知角频率，直接就可写出对应的正弦量瞬时值表达式。解：（1） 对应的瞬时值表达式（2） 对应的瞬时值表达式（3）（4） 对应的瞬时值表达式（5）对应的瞬时值表达式(6)对应的瞬时值表达式18.在如图3-75所示电路中，已知：，阻抗为感性，并且与的相位差为，试求I、Z和XC。解题指南：同3.11题。解：串并联结构，设U2为参考相量，则画出相量图如下I=10A19.1.3试求如图1-87所示电

12、路中的电压U，并讨论其功率平衡。解题指南：本题a）、b）、c）图均为电压源、电流源和电阻直接并联，利用电流源电流不变的特性和基尔霍夫电流定律，列出结点电流方程即可求出流过电阻的电流，从而求出电阻两端的电压；利用基尔霍夫电压定律可知，电阻两端的电压与电压源电压和电流源两端的电压均相等。然后，利用各元件的电压、电流计算功率，验证功率平衡。解：假设流过电阻的电流如图所示a）根据基尔霍夫电流定律，列出结点电流方程，有电压源功率电流源功率电阻的功率验证功率平衡故功率平衡。b）根据基尔霍夫电流定律，列出结点电流方程，有电压源功率电流源功率电阻的功率验证功率平衡故功率平衡。c）根据基尔霍夫电流定律，列出结点

13、电流方程，有电压源功率电流源功率电阻的功率验证20.有额定电压为220V，额定功率分别为60W和15W的两只白炽灯泡，将其串联后接入220V的电源，试求它们实际消耗的功率并进行亮度情况比较。解题指南：同1.7题解：对于60W的灯泡，设其电阻为R1，则对于100W的灯泡，设其电阻为R2，则串联使用时，60W灯泡分压为60W灯泡功率为串联使用时，25W灯泡分压为15W灯泡功率为因，所以15W的灯泡更亮。四、主观题(共10道小题试用电源的等效变换法求如图2-73所示电路中的电流I。11.试用电源的等效变换法求如图2-73所示电路中的电流I。解题指南：电源等效变换法就是利用电压源串电阻与电流源并电阻之

14、间对于外电路而言，可以进行等效替换。合理利用它们间的等效替换可以简化电路结构，有利于求解等效变换以外的电路部分的电压或电流（含待求参数部分电路不能参与变换）。本题中，根据待求电流I位置及电路结构，可将除电流I所在支路除外的电路进行等效变换化简电路。解：根据电路结构，逐步进行电源的等效变换，如图所示所以，电流2.试用电源的等效变换法求如图2-76所示电路中的电流I和电压UAB。解题指南：本题可先采用电源等效变换法求出电流I，然后根据虚拟回路的电压方程求解电压UAB。（1）用电源等效变换法求出电流I。（含未知电流I支路不变，l 解：将其余电路部分等效变换等电压源，整个电路将变成单回路电路）等效变换

15、化简如图所以，电流由原电路，有13.试用叠加定理求解题2.7中的电流I，并检验电路的功率平衡。解题指南：线性电路均可采用叠加原理分析，本题共有3个独立源共同作用，可先计算每个电源单独作用结果，最后将结构进行叠加。不作用的独立源需要置零（即：电压源用短路替换，电流源用断路替换）。l 解：运用叠加原理，每个电源单独作用时的电路及参数如下l （1）8V电压源单独作用时的电路如图所示有，电流l （2）10V电压源单独作用时的电路如图所示l 有，电流(3)2V电压源单独作用时的电路如图所示l 有，电流l 所以，由叠加原理，有14.试用戴维南定理求如图2-79所示电路中的电流I。解题指南：同2.20题。解

16、：第一步：找出二端网络将待求电流I所在的支路移去，二端网络如图l 第二步：求二端网络的开路电压UAB易知，电压l 第三步：求等效电阻ROl 对应无源二端网络如图l 故，等效电阻第四步：求待求参数电流I 4画出戴维南等效电路，如图l 所以，电流15.已知图5-62所示电路中电感，试分析题5.1中当时电路的、和，并画出电流的波形图。解题指南：采用三要素法可求出当时电路的、和的表达式，注意时间常数求解：（电感电路）；（电容电路），为换路后的电路中去掉电感或电容后的二端网络的等效电阻。根据表达式即可画出波形。解：三要素法（1）求初始值由题5.1的解可知初始值（2）求稳态值t=换路后的稳态电路如下图所示

17、由图可得其中：为换路后的电路中去掉电感L后的二端网络的等效电阻。所以波形图如下图：（3）求时间常数由换路后的电路，有17.使异步电动机自己转动起来的基本条件是什么？简述异步电动机的转动原理。参考答案：异步电动机自己转起来的基本条件是：（1）、定子绕组通入三相交流电流，在气隙中产生旋转磁场；（2）、转子绕组自成回路。异步电动机的转动原理是：定子三相对称绕组通入三相对称交流电流时，在气隙将产生圆形旋转磁场。旋转磁场旋转时，与转子绕组有相对运动，因此将在转子绕组中产生感应电势。由于转子绕组是闭合绕组，在感应电势的作用下将在绕组中流过三相短路电流。此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，从而产生电磁转

18、矩使转子转动起来。这就是异步电动机的基本转动原理。异步电动机只有当其转子转速低于气隙旋转磁场的转速（称为“同步转速”）才能产生电磁转矩；也就是说，自己不能达到“同步转速”，所以称为“异步”电动机。18.异步电动机在满载起动或者空载起动时，起动电流和起动转矩是否一样大？为什么参考答案：异步电动机在满载和空载起动时，起动的瞬间，起动电流和起动转矩都是一样的，由于两种情况，起动瞬间转子的速度为零，定子磁场以同步转速切割转子，在转子中产生较大且相等电流，与其平衡的定子电流也很大并相等，起动转矩也相等。但是满载的异步电动机比较起轻载的异步电动机，其加速达到额定转速的时间更长，长时间的比较大的起动电流，使

19、电动机绕组承受较大的电磁力并发热，时间越长发热越严重，使电动机的绝缘加速老化，缩短使用寿命19.在图3-77所示电路中，已知：，。试用戴维南定理求电路中电流。参考答案：解题指南：正弦交流电路的分析需采用相量分析法。相量分析法的解题步骤如下：1、画出对应的相量电路模型图，保持电路结构不变，元件参数用对应的复数阻抗替换，电路中的基本物理量用对应的相量来表示，；2、根据相量模型列出相量方程式或画相量图；3、用复数符号法或相量图求解；4、将结果变换成要求的形式。只要将正弦交流电路用相量模型表示后，电路的分析可采用第二章介绍的所以电路分析方法。本题已经给出了相量模型图，用戴维南定理分析。解：戴维南定理求

20、解（1）找出二端网络移去包含待求电流的支路，即得有源二端网络，如下图（2）求开路电压采用叠加定理求解开路电压。单独作用时单独作用时单独作用时根据叠加定理，有（3）求等效复数阻抗（4）求待求电流画出戴维南等效电路如下图根据戴维南等效电路，有20.试求如图1-96所示电路中的电流I、电压U及元件X的功率，并说明是吸收功率还是提供功率。解题指南：同1.14题，本题采用基尔霍夫定律列写KCL、KVL方程求解。解：（基氏定律）作如图假设，易知由结点B，有由结点A，有故由回路KVL方程，有20.试求如图1-96所示电路中的电流I、电压U及元件X的功率，并说明是吸收功率还是提供功率解题指南：同1.14题，本

21、题采用基尔霍夫定律列写KCL、KVL方程求解。解：（基氏定律）作如图假设，易知由结点B，有由结点A，有故由回路KVL方程，有一、 主观题(共10道小题)11.试用结点电压法求解题2.2中的电流I及电压U。解题指南：电路中，含有两种特殊情况：（1）两结点间只含有恒压源，处理时增加独立恒压源支路电流（视为电激流）作为未知量，也可将其中一个结点设定为参考点，另一结点电压（电位）即为已知，可以减少结点电压（电位）方程；另一种处理办法是将两个结点连接部分电路看作广义结点来分析；（2）两结点间的支路含有恒流源，对于这种恒流源所在的直流，支路自导和互导均为零，电激流为恒流源电流。l 解：方法一：l 如图设参

22、考点和未知结点，则l D点电压V（1）l 故只需列出ABC三个结点的电压方程即可l A点 （2）l B点（3）l C点（4）l 联立（1）（2）（3）（4）求解，得l 所以，电压 电流12.在图2-90所示电路中，已知，试用诺顿定理求电流。解题指南：利用诺顿定理分析电路，其实就是先求出二端网络的诺顿等效电路，求解方法和步骤与戴维南定理相似。另外，诺顿等效电路实际上可由戴维南等效电路进行电源等效互换得到。l 解：第一步：找出二端网络将电流IL所在支路移去，二端网络如图l 第二步：求二端网络的短路IAB 将二端网络短路，如图短路电流第三步：求等效电阻RO将二端网络的独立源置零，如图等效电阻第四步：

23、求待求参数电流IL诺顿等效电路，如图所以，电流13.如图5-66所示电路中，换路前电路已处于稳态，已知：，L=1H，C=1mF，。试求：(1)开关S闭合瞬间的、及电路稳定后的、；(2)开关S闭合瞬间的电感的储能和电容的储能。解题指南：按照换路定则：，和时刻的等效电路可以求出换路后的初始值。根据稳态电路（换路后的电路中，令电感短路、电容开路）即可求电路稳态值（即时的值）。电感的储能为，电容的储能。解：（1）求初始值根据换路前的稳态电路（电容开路、电感短路），有根据换路定则，有时刻的等效电路如图所示根据等效电路求稳态值时刻的等效电路（电感短路、电容开路）如图所示根据等效电路，有(2)求开关S闭合瞬

24、间的电感的储能和电容的储能。开关闭合时，有开关S闭合瞬间的电感的储能开关S闭合瞬间的电容的储能14.在图3-78所示电路中，已知：V，A。试用叠加定理求电流。解题指南：同3.15题.解：（1）画出相量模型图画出对应的相量模型图如下（2）用叠加定理分析画出叠加电路图电压源单独作用时电流源单独作用时根据叠加定理，有所以15.在图3-70所示电路中，已知：，求电路中电流、和电感L。解题指南：正弦交流电路的分析需采用相量分析法。相量分析法的解题步骤如下：1、画出对应的相量电路模型图，保持电路结构不变，元件参数用对应的复数阻抗替换，电路中的基本物理量用对应的相量来表示，；2、根据相量模型列出相量方程式或

25、画相量图；3、用复数符号法或相量图求解；4、将结果变换成要求的形式。已知元件电压和元件参数，利用相量形式欧姆定律可求出电流，然后利用结点电流方程即可求出电感支路的电流，根据电压电流关系可求出电感L。解：画出对应的相量模型图由已知条件，有由欧姆定律因此由基尔霍夫电流定律所以16.在如图3-81所示电路中，已知：，阻抗上消耗的有功功率为4W，无功功率为12var，电流，试求阻抗、电压及电路的总功率因数。解题指南：已知阻抗上消耗的有功功率、无功功率以及电流，利用有功功率、无功功率间的关系，以及电压、电流复数阻抗间的关系即可求出待求量。解：阻抗上无功功率为正，说明为感性阻抗。令由阻抗上消耗的有功功率为

26、4W，有即由有功功率、无功功率间的关系以及复数阻抗的实部、虚部关系，有即所以总的复数阻抗故电路的总功率因数17.在图3-86所示电路中，C1=100mF，L2= 0.2 H，ui为非正弦的周期信号，其基波w1= 100 rad / s，欲使u0中不含有w3= 3w1和w7= 7w1的谐波信号。试问L1和C2应为何值？图3-86习题3.28图解题指南：LC串联谐振时相当于短路，并联谐振时相当于开路。利用串并联谐振不同的特性可以实现对信号的选择和滤波。本题小结：掌握串联谐振、并联谐振及其特点。解：谐波频率欲使u0中不含有3次和7次谐波信号，有两种方式可以实现。1）并联谐振除去3次谐波，串联谐振滤掉

27、7次谐波有2）并联谐振除去7次谐波，串联谐振滤掉3次谐波有18.试求如图1-90所示电路中的电流I1、I2、I3、I4、I5和电压U。题指南：观察可以发现，根据结点A和结点F列出的结点电流方程中，均只含有一个未知电流，根据电流方程可直接求出I1和I5，然后列出结点B和E的电流方程即可求出I2和I4，最后列出结点C或D的电流方程即可求出I3。根据1回路列出电压方程，可求出电压U解解：由结点A，有由结点F，有由结点B，有由结点E，有由结点C，有由1回路，有19.试求如图1-91所示电路的等效电阻。解题指南：求等效电阻时，弄清电阻间的连接关系，串联、并联、Y接和接，串并联的等效关系及等效变换，为了计算简单，做等效变换时应尽量选择对称的电阻。解：a）电阻间为简单串并联关系，故b）3个6电阻为并联连接，并联后再与2个并联的8电阻串联，故c）3个6电阻为接，将其转换为Y接，如图d）电阻间为简单串并联关系，故20.试计算如图1-95所示电路中电流I1、I2和电压U。参考答案：解题指南：在根据基尔霍夫定律列写KCL方程和KVL方程时，尽量先选择只包含一个未知电流或一个未知电压的结点或者回路列写方程，可以避免联立解方程组，简化计算解：作如图假设由1回路，列写KVL方程，有由结点A，列写KCL方程，有由结点B，列写KCL方程，有由2回路，列写KVL方程，有