電工學(xué)習(xí)題一

1、電工學(xué)習(xí)題一 在圖1.01中，五個(gè)元件代表電源或負(fù)載。電流和電壓的參考方向如圖中所示，今通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得知 I14A I26A I310A U1140V U2 90V U360 v U480V U530V (1)試標(biāo)出各電流的實(shí)際方向和各電壓的實(shí)際極性(可另畫(huà)一圖); (2)判斷哪些元件是電源，哪些是負(fù)載; (3)計(jì)算各元件的功率，電源發(fā)出的功率和負(fù)載取用的功率是否平衡? 解:(1)I1、U2、U4 均為負(fù)值，所以實(shí)際方向與參考方向相反；其他的物理參考方向與實(shí)際方向應(yīng)該相同。(2)元件1、2為電源；3、4、5為負(fù)載。 (3) P1 U1I1560W 0發(fā)出功率 P2U2I2540W 0 吸收功率

2、 P4U4I1320W 0 吸收功率 P5U5I2180W 0 吸收功率 電源出發(fā)功率 P EP1+ P21100W 負(fù)載吸收功率 PP3+ P4+ P51100W 二者相等，功率平衡。 在圖1.02中，已知I1=3mA，I2=1mA。試確定電路元件3中的電流I3和其兩端電壓U3，并說(shuō)明它是電源還是負(fù)載。校驗(yàn)整個(gè)電路的功率是否平衡。根據(jù)基爾霍夫電流定律列出 I1+ I2I30 3+4I30得 I32mAI3的實(shí)際方向與圖中的參考方向相反。根據(jù)基爾霍夫電壓定律可得 U3 (30+10 x103x3x10-3)V60V 其次確定是電源還是負(fù)載: (1)從電壓和電流實(shí)際方向判別： 電路元件3 電流I

3、3從“t”端流出，故為電源 80v元件 電流I2從“t”端流出，故為電源 30 v元件 電流I1從“t”端流入，故為負(fù)載。(2)從電壓和電流的參考方向判別：電路元件3: U3和I3的參考方向相同PU3I3-120mW (負(fù)值)，故為電源；80V元件: U2和I2的參考方向相反PU2I280mW (正值)，故為電源；30V元件: U1和I1的參考方向相同PU1I190mW(正值)，故為負(fù)載。兩者結(jié)果一致。最后校驗(yàn)功率平衡： 電阻消耗功率 電源發(fā)出功率 負(fù)載取用和電阻損耗功率 兩者平衡。 圖1.07所示的是電阻應(yīng)變儀中測(cè)量電橋的原理電路。 Rx是電阻應(yīng)變片，粘附在被測(cè)零件上。當(dāng)零件發(fā)生變形(伸長(zhǎng)或

4、縮短)時(shí)， Rx的阻值隨之而改變，這反映在輸出信號(hào)Uo 上。在測(cè)量前如果把各個(gè)電阻調(diào)節(jié)到 Rx=100 ，R1=R2=200，R3100，這時(shí)， 滿足 的電橋平衡條件， Uo 0。在 進(jìn)行調(diào)測(cè)，如果測(cè)出(1) Uo =+1；(2) Uo =-1。 試計(jì)算兩種情況下的Rx，Uo 極性的改變 反映了什么？設(shè)電源電壓U是直流3V。 在圖2.01所示的電路中，E=6V，R1=6，R2=3， R3=4， R4=3，R5=1。試求I3和I4。解：本題通過(guò)電阻的串聯(lián)和并聯(lián)可化為單回路電路計(jì)算。R1和R4并聯(lián)而后與R3串聯(lián)，得出的等效電阻R134和R2并聯(lián)，最后與電源及R5組成單回路電路，于是得出電源中電流而

5、后應(yīng)用分流公式得出I3和I4：I4的實(shí)際方向與圖中的參考方向相反。 將圖2.10所示的電路變換為等效Y形聯(lián)結(jié)，三個(gè)等效電阻各為多少?圖中各個(gè)電阻均為R。計(jì)算圖2.13(a)中的電流I3 。 解： 計(jì)算本題應(yīng)用 電壓源與電流源 等效變換最為方便， 變換后的電路如圖(b) 所示， 由此得 試用支路電流法和結(jié)點(diǎn)電壓法求圖2.17所示電路 中的各支路電流，并求三個(gè)電源的輸出功率和負(fù)載 電阻RL取用的功率。兩個(gè)電壓源的內(nèi)阻分別為 0.8和0.4。 (1)用支路電流法計(jì)算本題有四個(gè)支路電流，其中一個(gè)是 已知的，故列出三個(gè)方程即可，即 解之，得 I19.38A I28.75A I328.13A解：(2)用結(jié)

6、點(diǎn)電壓法計(jì)算而后按各支路電流的參考方向應(yīng)用有源電路的歐姆定律可求得 (3)計(jì)算功率 三個(gè)電源的輸出功率分別為 負(fù)載電阻RL取用的功率為 兩者平衡。 在圖2.20中，(1)當(dāng)將開(kāi)關(guān)S合在a點(diǎn)時(shí)，求電流I1，I2和 I3；(2)當(dāng)將開(kāi)關(guān)S合在b點(diǎn)時(shí)，利用(1)的結(jié)果，用疊加定 理計(jì)算電流和I1，I2和I3。解：(1)當(dāng)將開(kāi)關(guān)s合在a點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用結(jié)點(diǎn)電壓法計(jì)算：(2)當(dāng)將開(kāi)關(guān)s合在b點(diǎn)時(shí)，應(yīng)用疊加定理計(jì) 算。在圖(b)中是20v電源單獨(dú)作用時(shí)的電路，其中各電流為 130v和120v兩個(gè)電源共同作用(20v電源除去)時(shí)的各電流即為(1)中的電流，于是得出 電路如圖2.21(a)所示,E=12V,R1R2

7、=R3R4 , Uab 10V。若將理想電壓源除去后圖(b),試問(wèn)這時(shí) Uab等于多少?解：將圖(a)分為圖(b)和圖(c)兩個(gè)疊加的電路，則應(yīng)有因故 用戴維寧定理計(jì)算圖(a)所示電路中的電流I。解：(1)用戴維寧定理將圖(a)化成等效電源，如圖(b)所示。(2)由圖(c)計(jì)算等效電源的電動(dòng)勢(shì)E，即開(kāi)路電壓U0(3)由圖(d)計(jì)算等效電源的內(nèi)阻R0。(4)由圖(b)計(jì)算電流I 電路如圖(a)所示。當(dāng)R40時(shí)，I2A。求當(dāng)R90時(shí)，I等于多少?解：把電路ab以左部分等效為一個(gè)電壓源，如圖(b)所示，則得R0由圖(c)求出，即 所以 當(dāng)R90時(shí)， 試求圖2.31所示電路中的電流I。 解: 用戴維寧

8、定理計(jì)算。 (1)求ab間的開(kāi)路電壓U0。 a點(diǎn)電位Ua。 可用結(jié)點(diǎn)電壓法計(jì)算b點(diǎn)電位(2)求ab間開(kāi)路后其間的等效內(nèi)阻R0 將電壓源短路后可見(jiàn)，右邊三個(gè)6K電阻并聯(lián)，左邊 2K、6K、3K個(gè)電阻也并聯(lián)，而后兩者串聯(lián)。 即得(3)求電源I 試求圖2.34所示電路的戴維寧等效電路和諾頓等效電路。解： 將圖所示的電路開(kāi)路(圖(a)和短路(圖(b)，分別 求開(kāi) 路電壓U0和短路電流IS，而后計(jì)算等效內(nèi)阻R0。 電路開(kāi)路， I0受控電流源的電流0.5I0，相當(dāng)于斷開(kāi)。 由圖(a)，U0=10V。 電路短路，因IS的參考方向選得與I的相反，所以受控 電流源的電流參考方向隨著改變。 由圖(b)列出 等效內(nèi)

9、阻為 由U0,IS,R0可畫(huà)出戴維寧等效電路和諾頓等效電路。 圖3.02所示電路在換路前處于穩(wěn)態(tài)，試求換路后iL， uC和iS的初始值和穩(wěn)態(tài)值。 解: 30電阻被短接，其中電流的初始值為零。 電路如圖3.33所示，在開(kāi)關(guān)S閉合前電路己處于穩(wěn)態(tài)，求開(kāi)關(guān)閉合后的電壓UC。 解:式中 電路如圖339所示，換路前已處于穩(wěn)態(tài)，試求換路后 (t0)的UC 解: 本題應(yīng)用三要素法計(jì)算 (1)確定初始值 (2)確定穩(wěn)態(tài)值 (3)確定時(shí)間常數(shù) 將理想電流源開(kāi)路，理想電壓源短路，從電容元件兩端看進(jìn)去的等效電阻為 于是得出 有一RC電路圖(a)，其輸入電壓如圖(b)所示。設(shè)脈沖寬度T=RC。試求負(fù)脈沖的幅度U-等于多大才能在t2T時(shí)使UC0。設(shè)UC(0-)0。 解：由tO到t=T期間 由tT到t=2T期間 t=2T時(shí)，UCO, 即 在圖3.3.13中，R12，R21，L10.01H,U=6V。(1)試求S1閉合后電路中電流i1和i2的變化規(guī)律； (2)當(dāng)S1閉合后電路到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)再閉合S2，試求i1 和i2的變化規(guī)律。 解： (1)當(dāng)開(kāi)關(guān)S1閉合前，i1(0-)=i2(0-)=0，故以零狀態(tài) 響應(yīng)計(jì)算，即 式中： 故 電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)， (2)到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)閉合S