电工技术基础作业.doc

20142015第1学期离 线 作 业科 目： 电工技术基础A 姓 名： 邓沛 学 号： 14836923 专 业： 机械制造与自动化 西南交通大学远程与继续教育学院直 属 学 习 中 心电工技术基础A第1次作业二、主观题(共10道小题)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：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 12. 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：（1）用电源等效变换法求出电流I。（含未知电流I支路不变，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：运用叠加原理，每个电源单独作用时的电路及参数如下(1)8V电压源单独作用时的电路如图所示有，电流（2）10V电压源单独作用时的电路如图所示有，电流(3)2V电压源单独作用时的电路如图所示有，电流所以，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：第一步：找出二端网络将待求电流I所在的支路移去，二端网络如图第二步：求二端网络的开路电压UAB 易知，电压 第三步：求等效电阻RO对应无源二端网络如图故，等效电阻 第四步：求待求参数电流I画出戴维南等效电路，如图所以，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：三要素法 （1）求初始值 由题5.1的解可知初始值 （2）求稳态值换路后的稳态电路如下图所示由图可得其中： 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： 16. 如图5-70所示电路中，已知 ，换路前电路已处于稳态，时开关S闭合，试求时路中的和。解：三要素法（1） 求初始值：根据换路前的稳态电路（电容断路），有时刻的等效电路如图所示由图可得（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。答：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?解：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 。 解：戴维南定理求解（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：（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 电工技术基础A第2次作业二、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：如图设参考点和未知结点，则D点电压V （1）故只需列出ABC三个结点的电压方程即可A点 （2）B点 （3）C点 （4）联立（1）（2）（3）（4）求解，得所以，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：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：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：（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：（1）画出相量模型图画出对应的相量模型图如图：（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：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：阻抗Z2上无功功率为正，说明Z2为感性阻抗。令 由阻抗 上消耗的有功功率为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 = 100 mF，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？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。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，19. 试求如图1-91所示电路的等效电阻 。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。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，有电工技术基础A第3次作业二、主观题(共9道小题)12. 试用支路电流法求如图2-76所示电路中的电压 。解：列独立的KCL方程，有 (1) 列独立的KVL方程，有 （2） （3）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图所示由图可得（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：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：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：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，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？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流，试判断哪些式子是错的？哪些是对的？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。19. 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：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KVL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。电工技术基础A第4次作业二、主观题(共11道小题)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：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：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：三要素法 （1）求初始值 根据换路前的稳态电路（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?答:（1）当负载转矩 增加时，电动机的电磁转矩T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。解：异步电机转子电流频率由转差率和定子电流频率决定 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：设参考结点和未知结点如下图所示。根据结点