电气工程学概论_林孔元主编_第十六章部分习题解答

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电气工程概论参考答案

电气工程概论参考答案一、1． D 2. D 3. B 4. D 5. A 6. A二、1. 对 2. 错 3. 错 4. 错 5. 对三、1.鼠笼式、绕线式2.电磁系统、触头系统3.输出、输入4.电磁5.机械能、电能6.熔断器四、1. 电气工程学科除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等），它与基础学科（如物理、数学等）的相应分支具有密切的联系，但又具有明显的差别。

电路理论的基本概念与基本定律1.电路的基本物理量及其正方向2.欧姆定律3.基尔霍夫电压、电流定律电磁场理论的基本概念与基本理论2. 电机是进行机电能量转换货信号转换的电磁机械装置的总称。

按照不同的角度，电机有不同的分类方法：按照所应用的电流种类，电机可以分为直流电机和交流电机。

3.1.电动机种类的选择选择电动机的种类是从交流或直流、机械特性、调速与起动性能、维护及价格等方面来考虑的。

2.电动机功率的选择。

4. 断路器是能接通、分断线路正常工作电流，并在电路异常时分断故障电流的机械式开关电器。

5. 共同特点：它们都是当输入的物理量达到规定值时，其电气输出电路被接通或阻断的自动电器。

6. 电力系统主要由发电厂、输配电系统及负荷组成。

7. 发电设备最基本的控制主要是频率调节（简称调频，主要实现电力系统有功功率控制）和电压调节（简称调压，主要实现电力系统的无功功率控制）。

8. 电能质量一般用频率、电压、波形、三相电压和电流的不对称度来衡量。

9. 电力半导体器件；变换器电路结构与设计；控制与调节；电力待腻子技术中的储能元件；电子电路的封装与制造；电磁干扰和电磁兼容；电机控制；电力质量控制。

10. 发电厂发出的电能都要用输电线送到用户。

交流发电机发出的6-10KV的电压，经变压器升压，通过主干输电线送到需求地附近的高压或超高压变电站，再经过降压，送到二级高压变电站或特高压用户变电站中，然后通过二级输电线送到配电变电站中，经过配电变电站变电器降压，输送到用户。

电气工程概论答案

1.大型电力系统能带来那些技术经济效益：①提高供电的可靠性②减少系统装机容量③减少系统备用容量④采用高效率大容量的发电机组⑤合理利用资源，充分发挥水电在系统中的作用。

2.⑴电力系统的主要特点：①电能不能大量储存②暂态过程十分短暂③地区性特点较强④与国民经济密切相关。

⑵对电力系统的要求：①为用户提供充足的电力②保证供电的安全可靠③保证良好的电能质量④提高电力系统运行经济性3.简述衡量电能质量的主要指标，并举例说明其重要性。

①电压：电热装置消耗的功率与电压的平方成正比，过高的电压将损坏设备，过低的电压则达不到所需要的温度。

②频率：频率降低将使电动机的转速下降，影响生产效率和电机的寿命；频率增高会使转速上升，增加功率消耗，使经济性降低。

③波形：影响电机的正常运行和效率，危害电气设备的安全运行，例如谐波放大或谐振过电压烧坏变电站中无功补偿电容器。

4.为什么要规定电力系统额定电压？简述发电机变压器和电力线路的额定电压与电力系统额定电压之间的关系。

①对一个国家来说不可能建设一条输电线路就确定一个电压等级，这样会造成设备通用性差，备用设备增加，网络连接和管理都困难。

因此为了使电力系统和电气设备制造厂的生产标准化系列化和统一化，电力系统的电压等级应有统一的标准。

②发电机比系统额定电压高5%。

变压器一次绕组和系统额定电压相等，二次绕组比系统额定电压高10%。

电力线路的额定电压和系统额定电压相等。

5.①互感器的分类：电压互感器和电流互感器。

②原理：电磁感应原理③作用：电压互感器是一种电压变换装置，有电压变换和隔离两重作用，它将高电压转变为低电压（一般为100V），供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。

电流互感器是一种电流变换装置，有电流变换和隔离两重作用，它将大电流转变为低压小电流（一般为5A），供给仪表和继电保护装置实现测量、计量、保护等作用。

④使用注意事项：电流互感器工作时二次侧不能开路，电压互感器工作时二次侧不能短路。

电气工程学概论第一二章

1)支路:一个或多个元件的串联组合 (电流相同)
5)电网络:多个支路,结点形成的拓扑结构
5
网络(Network)
1) 概念及分割 R1 U1 R2 IS a
+
I
-
R
网络
N
+ _
I
R
网络 (也称作子系统，Subsystem)
网络注重其外特性，电路注重于内部特性。
b
2) 网络分类
• 按网络性质
有源 (NA)、无源 (NP) 线性、非线性
电→机械
照明电路:
电→热、光
(信号电路,弱电电路)
（380V/220V; 50Hz）
(1)功率低 (10-3W或更低;电压:几伏;电流:毫安/微安 ) (2)信号传输质量,电路的抗干扰能力 (3)信号多样化
电视机
计算机
控制,通信等信息系统
(滤波,放大,变换…)
(音频16Hz-20kHz;电信:20kHz以上;方波,三角波…)
u = R·i
u = － R·i
2.关联参考方向 (一种约定) u + _ i
无源元件
有源元件
电流方向从高电位端流入
电流方向从高电位端流出
二、电位参考点及工程电路的简化画法
1.电位参考点符号：
物理“地” 真正“地”
多为电路公共结点，设其电位值=0 多为电路中多电源汇合点，其电位值=0
+
7
2.简化画法：与“地”相联的电源符号
(代数和)
• KCL推广：
? 4A
结点封闭面
IA
A
1A
B
流入任一封闭面的电流的代数和等于零。
3A IB

电气工程学概论第16章习题答案

第十六章习题解答16.1 用一理想运算放大器组成一个增益为-10，输入电阻为10k Ω的放大电路。

解：∵增益为-10，∴该放大电路为反相比例放大电路，如图所示。

∵ 放大电路的输入电阻为10k Ω ∴ Ω=k 101R ∵ 2o i i 110R u u u R =-=- ∴ Ω=k 1002R 。

16.2 用一理想运算放大器组成一个增益为10的放大电路，并分析该电路的输入电阻。

解：∵增益为10∴该放大电路应为同相比例放大电路，如图所示。

∵ 2o i i 1110Ru u u R =+=（），∴ 若取Ω=k 101R ，则Ω=k 902R 。

分析该电路的输入电阻：(1) 方法1，将运算放大器视为理想器件：ii +i i +,0,u r i u r i =→⇒→∞为有限值。

(2) 方法2，运算放大器的净输入电流+i 很小，但不等于0，此时1+i +++i i ++++()()()()=(1)R F u u u u u u u u u A u u F r AF r i i i i -----+-+-+-'====+ 其中，F 为反馈系数、A 为运算放大器实际放大倍数、i r '为运算放大器的输入电阻。

可以看出，该电路的输入电阻比原本就很大的运算放大器的输入电阻高出(1)AF -倍。

16.3图示电路可以实现如下运算关系：()012100u u u =-(1)确定R 2、R 3、R 4的取值；(2)设U oM =10.5V ，求u 1、u 2的最大差值。

解：(1) 图示电路为差动放大电路，该电路可实现如下关系：422o 1243111R R R u u u R R R R ⎛⎫=+- ⎪+⎝⎭ 因为要求：()o 12100u u u =- 因此令：4223411(1)100R R RR R R R +==+解得：4231100R R R R ==oRo因此：2110010010k Ω=1M ΩR R ==⨯，令310k R =Ω，得41M R =Ω。

电气工程学概论林孔元主编第八章部分习题解答

8.1 已知：图a 是某光电池的传递特性，图b 电阻应变片的传递特性。

(1) 分别指出两个传感器的类型；(2) 试求：它们的灵敏度和量程。

（提示：光电池灵敏度用μA/ fc 表示；电阻应变片的灵敏度用Ω/μm 表示）。

解：(1) a 图所示传感器为直接转换型；b 图所示传感器为间接转换型 (2) 图a 光电池灵敏度f c μA 5.6231501==γ，量程范围：fc 25~0 图b 应变片灵敏度m m Ω5.7μm Ω105.740049850132=⨯=-=-γ，量程范围：m μ490~08.2 一种应变仪的电路如图所示，应变片的传递特性如题1图b 所示。

已知应变片的电阻R t = 500Ω时，传感器的输出电压u o 对电阻R t 的灵敏度为5mV/Ω。

试问：1. 传感器输出电压u o (mV)对变形位移d (mm)的灵敏度是多少？2. 当电桥的电源电压增至20V 时，传感器的灵敏度将如何变化？(提示：直流电桥的输出电压信号按u o =(10V)R t / (500+R t )-5V 计算解：⑴ mm mV 5.37ΩmV 5mm Ω5.721=⨯=⋅=γγγ，⑵ ()R R RU U U R R R u -=-+=t S S S t t 025.021∴ ΩmV 105002V205.025.0S 3=Ω⨯⨯==R U γ ∴ mm mV 75ΩmV 10mm Ω5.731=⨯=⋅=γγγ；8.4 已知：放大器的开路增益为120，输出电阻为500Ω。

试求：⑴ 当负荷电阻R L =50Ω时放大器的增益； ⑵ 放大器的增益为80%开路增益时的负荷电阻值。

解： 120iS==u u A R o =500Ω498499 500 501 100200 300 400502500 d (μm)503R t (Ω(a) 光电池特性 (b) 电阻应变片特性题1图100150200i t (μA 传感器题2图-+u o接负载后1115050050L o L S o =+=+=R R R U U ， ⑴ 91.1011120S o i S i o ==⋅==U U U U U U K u ， ⑵ Lo L S o i S %80R R R A U U U U A +⋅=⋅=⋅， L L500120%80120R R +⨯=⨯ ，解方程得：k Ω2L =R8.5 已知某放大器具有低通频率特性。

电气工程学概论林孔元主编第十八章部分习题解答

18.4 简单齐纳二极管稳压电路如图所示，设输入电压i u 的波动范围为11V ～13V ，负载电阻的波动范围为100～1000，齐纳二极管最小稳压电流mA 10Zm =I ，稳压值V 10Z =U 。

求齐纳二极管的最大功率损耗。

解：(1) Lmax CCmin min Z i i i -=LminZLmax dmax CCmin min CC R U i R U U i Z =-= Ω=--=∴09.9 10010101101.0 R R(2)W 2.3100001009.91013 10 Lmax max i Z Zmax Z Zmax =⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--==R U R U U U i U P Z Z 18.7 有两个特性完全相同的齐纳二极管反向串联，设其理想特性曲线如图a 所示(1) 试画出电压2u 与电流i 之间的关系曲线（理想）；(2) 如果t t u ωsin 220)(1=V ，试画出图b 电路中输出电压2u 的波形。

18.8 图示电路能够向负载R L (=2850)提供直流电压，其脉动量小于0.5V ，最大输出电流4.5mA ，t u 314sin 22201=V 。

(1) 试求变压器的匝数比k 和电容参数C 。

(2) 画出u i1，u i2及u o 的波形。

解：V 83.122850105.43L omax omax =⨯⨯=⨯=-R i u ，ωt10-u 22u /Vu 1u 2i10-10题18.7图u 1ui1k Ω - 10 Vu 2( a )( b )ui题18.8图u i1Ci u i2kR Lu o+ + + 题18.4图 u iiR-+U Z R LV 07.92omaxi2==u U ，2507.9220i2i1===U U k F 1805.03142105.45.03omax μπ=⨯⨯==∆∆=-T I V Q C 18.9如图所示电路，请分析： (1) 若其中的D 2击穿（短路），会出现什么问题；(2) 若其中的D 2烧断（断路），又会出现什么问题。

电气工程学概论林孔元主编第四章部分习题解答

4.3 已知 4j 3-=IA ， 30j 220e U =V 。

试写出它们的时域表达式：?=i ，?=u 并绘出它们的相量图和波形图。

解：A )1.53sin(25))34arctan(sin(2)4(322︒-=-+-+=t t i ωω；V )30sin(2220︒+=t u ω；4.4 已知：4j 31+=I A ，3j 42-=I A ， 0j 310e I =A 。

试计算：?321=-+=i i i i 并绘出相量图。

解：57.16110j 3103j 44j 3321∠=+-=--++=-+=I I I I A)57.161(23.16A )57.161(4.47sin A)57.161sin(20︒+=︒+=︒+=t t t i ωωω；4.5 已知C L R ,,三个元件的阻抗值都是100Ω，试求下述电路的复数阻抗：⑴ 三个元件串联连接； ⑵ 三个元件并联连接； ⑶ R 和C 并联再与L 串联； ⑷ R 和L 并联再与C 串联。

解：⑴ Ω=-+=100)(j C L X X R Z ；⑵CL X X R Z j 1j 111++=，Ω=100Z ； ⑶ Ω+=+-⋅-=+-⋅-=)50j 50(100j 100j 100100100j j j j L C C X X R R X Z ；⑷ Ω-=-+⋅=-+⋅=)50j 50(100j 100j 100100100j j j j C L L X X R R X Z ；+1I题4.22图LR4.7 已知图示正弦交流电路中各电压表的读数分别为：(a) 60V V ,30V V 21== (b) 100V V 80V,V ,15V V 321===。

求电源电压的有效值。

题4.20图（a ）（b ）解：（1）U 1、U 2、U S 构成直角三角形 ∴08.672221S =+=U U U V（2）U 1、（U 3 -U 2）、U S 构成直角三角形 ∴ ()2522321S =-+=U U U U V4.8 已知图示正弦交流电路中各电流表A1、A2、A3的读数分别为：5A 、20A 、25A ，求电流表A 的读数；如果维持A1的读数不变，而把电源的频率提高一倍。

电气工程学概论林孔元主编第十七章部分习题解答

17.1 晶体管的静态偏置电路如图所示，其中β=99，R c =2.5k Ω，R E =2.5k Ω。

⑴ 试求U E ，I E ，I B ，I C ，U CE 并判断晶体管的静态工作点是否位于线性放大区（设U BE ＝0.7V ）；⑵ 保持晶体管电流放大系数β及电阻R E 不变，试确定使晶体管工作于线性放大区的电阻R C 的取值范围。

解：⑴ ∵ U B =3.2V ； ∴发射结正偏， U E = U B -0.7=2.5V ；A10 mA,99.01 mA,1k 5.25.2CB EC E E E μβββ===+====I I I I R U I 5.125.299.01515C C C =⨯-=-=I R U V ；V 025.1015E E C C CE =--=R I R I U ；∴ 集电结反偏，晶体管工作于线性放大区。

⑵ 设U CES =0.3V ， ∴当Ω=--≤k 3.12CCESE E CC C I U R I U R 时，晶体管工作于线性放大区。

17.2 晶体管共集电极放大电路如图所示，设U BE ＝0.7V 。

⑴求晶体管静态工作点（I B ，I E ，U CE ），并判断晶体管的工作状态； ⑵ 设R B 为可调电阻，当希望进一步调高静态工作点时，应如何调节R解： ⑴ 设I B ≈0，则13.2V V 8.17.05.2CE E ==-≈U U ，∴ 晶体管的工作在放大区； ∵ 2.5=I B R B +U BE +(1+β)I B R E∴ I B =25.46μA I C = βI B =2.546 μA U CE =15-I E R E =13.23V [ I E =(1+β)I B =2.57 μA ] ⑵ ∵ 调高静态工作点∴ ↓↑↑→→BB C R I I ；17.3 将固定分压式共射极放大电路的输入侧进行戴维南等效变换，得到图示电路，设R B1=1.2k Ω，R B2=1.2k Ω，β =99，U BE =0.7V 。

电气工程概论课后习题答案

第一章1．电气工程和电工科学的关系是什么？电气工程的理论基础是电气科学。

2．与“现代五大工程”的其他工程相比，电气工程的突出特点是什么？与其他工程相比，电气工程的特点在于：他的出现首先不是来源与文明发展的自发需要，而是来源于科学发现。

他以全新的能量形态开辟出一个人类文明的新领域。

他的发展又伴生了电子工程，从而孕育出通信，计算机，网络等工程领域，为信息时代的出现奠定了基础。

3．为什么说第二次工业革命是以电气化为主要特征的？在这一时期，发电，输电，配电已形成了一气轮机，水轮机为原动机，以交流发电机为核心，以变压器与输配电线路等组成的输配点系统为“动脉”的输电网，使电力的生产，应用达到较高的水平，并具有相当大的规模。

在工业生产，交通运输中电力拖动，电力牵引，电动工具，点加工，点加热等得到普遍应用。

4．根据自己了解，电气工程有哪些应用？多电飞机，线控汽车，全电舰船。

5．20世纪哪些科学技术的进步对电器工程的发展起到了重要作用？超导材料，半导体材料，永磁材料，超导磁体技术，电磁技术。

6.电气科学与电气工程的发展史给你哪些启发?今天电能的应用已经渗透到人类社会的生产，生活的各个领域，他不仅创造了极大的生产力，而且促进了人类文明的极大进步，彻底改变了人类社会生活方式，电气工程也应次被誉为“现代文明之轮”7.21世纪电器工程科学的发展趋势是什么?将电气科学与工程和近代数学，物理学，化学，生命科学，材料科学以及系统科学，信息科学等前沿融合，加强从整体上对大型复杂系统的研究，加深对微观现象及过程规律性的认识，同时用信息科学的成就改造与提升本学科并开创新的研究方向。

8.为什么说21世纪电器工程与其他科学融合交叉是他的显著特点?21世纪的电气工程科学将在与信息科学，材料科学，生命科学及环境科学等学科的交叉和融合中获得进一步发展，创新和飞跃往往发生在学科的交叉点上，9电气工程科学的基础理论包括那些?电路藜芦，电磁理论，电磁计量理论等。

电气工程学概论林孔元主编第十九章部分习题解答

19.21 将交流铁心线圈接到电压为200V ，频率为50H Z 的正弦交流电源上，测得其消耗的功率为68.0cos W,25011==ϕP ，若将此铁心抽出再接到同一电源上，则消耗功率05.0cos W,10022==ϕP ，试求该线圈具有铁心时的铁损耗、铜损耗和电流。

解：抽出铁心后，可得线圈的电阻Ω=⨯===1100)05.0200()cos (222222P U P U R R ϕ，无论有无铁心，线圈的电阻不变。

带铁心线圈视在功率1111cos I U P S ⋅==ϕ，838.168.0200250cos 1111=⨯===ϕU P U S I A ，所以有铁心时的铁损耗、铜损耗分别为：W 37938381221Cu ..R I P ===W 622463832501Fe ..P P P Cu =-=-=；19.22 将一铁心线圈接在U 1=20V 的直流电源上，测得I 1=10A 。

然后接在U 2=200V 、f =50H Z 的正弦交流电源上，测得I 2=2.5A 、P 2=300W ，试求该线圈具有铁心时的铁损耗、铜损耗和线圈的功率因数。

解：加直流电源，可得线圈的电阻Ω===2102011I U R ，加交流电源，有铁心时的铁损耗、铜损耗为：W 512252222Cu ..R I P =⨯==W 52875123002Fe ..P P P Cu =-=-=6.05.2200300cos 2222=⨯===I U Pϕλ19.24有一台变压器容量为10 kV A 的单相变压器，电压为3300V/220V ，变压器在额定状态下运行，试求：⑴ 原、副边额定电流；⑵ 副边可接40W 、220V 的白炽灯（1cos =ϕ）多少盏？⑶ 副边改接40W 、220V 、 0.44cos =ϕ的日光灯，可接多少盏？(镇流器损耗不计)解：⑴ 两个原边并联，两个副边并联152********===U U K ，03.333001010311=⨯==U S I A ， 45.452201010322=⨯==U S I A ， ⑵ 一盏灯的电流 1802204001.U P I ===' A ，可接灯 2501804545121=='=..I I n 盏，∙2无铁心线圈模型有铁心线圈模型交流电源线圈模型直流电源线圈模型⑶ ϕcos '22I U P = ，一盏灯的电流 4104402204022..cos U P I =⨯=='ϕ A ，可接灯 1104104545222=='=..I I n 盏，19.25有一音频电压器，原边连接一个信号源，其电动势Ω==72V,5.80R E 电阻,变压器副边接扬声器，其电阻Ω=8L R 。

电气工程学概论林孔原编电工学习题解答.

1

1 5

1 5

1 5

11 55

11 55
11 1 5 5 10

v1 v2

10

20 5
2

20 5

化简得：
8

5

2 5
2 5 1

v1

v2

6 6
相量运算，注意与瞬时值相区别
3 j 3.16 18.43
i i1 i2 i3
4.47sin t 18.43 A
电工学作业
（第二次）
2.15 某交流电路（如题2.15图所示）施加激励电压 u 220 2 sin(314t )V
后的响应电流为 i 12sin(314，t 试30o计)A算电路的阻抗、有功功率、无
解：（2）设图中所示电压参考点

1 j2

1 4

1 j2

1 j2
1 j2
1 1 4 j2

U&a U&b

80o j2
30o

1

4

j
1 2
j 1 4
1 2 j1 2

•
•
•
IR IR0 A, IL IL 90 A, IC1 IC190 A
••
•
•
I I R I L I C1 5 j20 j25 5 j5A

电气工程概论知识考核试题与答案

电气工程概论知识考核一.选择题1、因正常照明的电源失效而启用的照明。

应急照明包括疏散照明、安全照明和（X ［单选题］A、应急电源B、应急照明C、备用照明VD、预留照明2、桥架安装工艺流程:（）一支吊架制作安装一桥架安装一桥架调整及紧固一桥架接地跨接。

［单项选择题］A、第三方定位测量B、放线验收C、测量定位放线VD、以上都不对3、指电缆线路中（）和终端等附件以外的电缆线段局部，通常称为电缆。

［单项选择题］A、除去电缆接头VB、包含接线端子C、包含电缆接头D、以上都不对4、伸缩节是指母线相邻两段间连接的弹性接头，具有补偿因安装尺寸偏差、（1基础D、150cm34、采用金属吊架固定时，圆钢直径不得小于（）并应有防晃支架，在分支处或端部0.3m~0.5m处应有固定支架。

［单项选择题］A、10mmB、8mmVC、6mmD、14mm35、桥架安装应平直整齐，严禁在风管、水管口下方敷设，桥架上部距离顶棚或其他障碍物不应小于（1 ［单项选择题］A、600mmB、400mmC、300mmVD、500mm36、应急电源是因正常照明的电源失效而启用的照明。

包括疏散照明、安全照明和备用照明。

［判断题］对V错37、用于释放瞬态过电压和泄放浪涌电流的电器，它至少包含一个非线性元件，又称电涌保护器。

［判断题］对38、等电位连接是直接用连接导体或通过浪涌保护器将别离的金属部件、外来导电物、电力线路、电信线路及其他电缆连接起来以阻止雷电流在它们之间产生电位差的措施。

［判断题］对错V39、防水套管主要用于有防水要求的地方，例如线管或桥架穿越地下室剪力墙以及屋面等;而普通套管主要用于线管或桥架穿越一般楼板和墙体时使用。

［判断题］对V错40、等电位连接标准要求，卫生间的所有金属部件都要和等电位连接盒做连接［判断题］对。

错41、总等电位联结做法是通过每一进线配电箱近旁的总等电位联结母排将以下导电部分互相连通:进线配电箱的PE(PEN )母排、公用设施的上、下水、热力、煤气等金属管道、建筑物金属结构和接地引出线。

电气工程学概论

电子技术：数字/模拟通信技术微机原理
理论基础
自动控制原理、信号与系统、电磁场电路基础
技术稳定性强
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8
讲授内容
第1章绪论
第2章
第3章第4章
电路问题
电路分析基本方法相量运算及交流电路分析
第5章
第6章第7~9章第11章第14章第19章
交流电路的频率特性
电路暂态过程分析模拟信号与模拟系统逻辑控制系统电力系统（安全用电）电磁与电动器件
电气与自动化工程学院·

重要点
轻细节
时域方法

频域方法（自变量是频率）
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为什么从电路理论开始学习？
1. 电气工程（系统）的运行状态及运行过程取决于系统结构及其内部的电磁效应和电磁过程。
2. 系统的结构用电路描述，系统内部电磁效应用电路参数描述。 3. 电路的语言是电气工程的基础语言。
因此，电气工程的问题实质是电路问题，电路理论是电气工程的理论基础。
3绪论第2章电路问题第3章电路分析基本方法第4章相量运算及交流电路分析第5章交流电路的频率特性第6章电路暂态过程分析第79章模拟信号与模拟系统第11章逻辑控制系统第14章电力系统安全用电第19章电磁与电动器件8电工学的基本思想与研究内容列写电路方程的基本原理之一1
电气工程学概论
林孔元主编李鹏讲授
无论是强电还是弱电，都需要遵从电路原理 • 弱电—— 电信号的传递、转换与利用
技术核心：电子技术、信号处理、自动控制理论关注：信号传输质量、抗干扰能力、信号处理能力
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电气工程学体系架构

电气工程学概论林孔元主编第九章部分习题解答

9.1 一个反馈控制系统如图示。

检测环节F 是一个由电位计构成的位移传感器，其增益为F =0.25V/cm 。

试求：(1) 理想情况下(G 0 → ∞)系统的闭环增益及输入电压u x = 3V 时的输出位移。

(2) 当系统的开环增益G 0 =1000 cm/V 时，系统的闭环增益及输入电压u x = 3V 时的输出位移。

(3) 给出系统的静态误差解：(1) G 0 → ∞，cm/V 41==FH ，u x = 3V 时的输出位移cm 12x =⋅=u H y(2）98.325.010*******100=⨯+=+=F G G H , u x = 3V 时的输出位移cm 94.11x =⋅=u H y(3) 系统静态误差%4.010=FG9.4 某控制系统的开环增益)50/1)(1/1(10000s s G ++=；反馈环节增益01.0=F 。

试求: ⑴ 绘出||0G 的波特图并标明F /1的位置；⑵ 绘出|H |的波特图; (3)系统的高端截止频率?H =ω 解：⑴1001=F； (3) ()()01050111000150111000.s s s s )s (H ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+++⎪⎭⎫⎝⎛++=()1050111000+⎪⎭⎫ ⎝⎛++=s s55051500002++=s s ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+=5135149151990.s .s . ∴ r a d /s 49.15H =ω。

9.7 某控制系统的驱动环节、被控对象、反馈环节的传递函数分别为：1s .0150+、5s11+和0.4，控制器采用比例策略，即C (s )=k 。

(1) 写出该系统的闭环传递函数；(2) 试确定k 值，使系统的静态误差小于0.01。

解：(1) s)51s)(1.0(150s 5111s .0150++=⨯+⨯+=kk G2s5.01s .5)20(15020s)51s)(1.0(1504.0s)51s)(1.0(1501s)51s)(1.0(1501+++=+++=⨯+++++=+=k kk k k kGF G H (2) 静态误差=1/GF1101010s)51s)(1.0(14.050++⨯=k GF k GF s 20|0== 根据要求存在：01.0201<k，所以， k >59.8 一个压力控制系统如图示。

电气工程学概论-林孔元主编-第二章分习题解答

电气工程学概论-林孔元主编-第二章部分习题解答————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：2.3 用电流表测量电路中的电流时，必须将电流表串联在被测电路中（在测量处断开电路再接入电流表）。

为了尽可能减少电流表接入对电路原有工作状态的影响以保证足够的测量精度，所以电流表的内阻都很小。

有学生误将电流表并联在电路中（如图示），试分析此时所发生的情况。

假定电流表的内阻Ω=1.00R 。

⑴ 此时流过Ω4电阻上的电流是多少？⑵ 此时流过电流表的电流会达到多大的数值？ ⑶ 这种错误会造成什么后果？应如何纠正之？解： ⑴ 5.1464==ΩI A ；⑵ 601.06A==I A; ⑶ 过大的电流经过电流表，会损坏电流表，也会损坏6V 电压源。

应将电流表串入被测支路。

2.5 试求图中各电路的电压U ，并讨论其功率平衡解2.6 某电源具有线性的外特性，当输出电流为0A 和400mA 时，其端电压分别为1.48V 和1.39V 。

请给出该电源的电压源模型和电流源模型及其相应的参数。

解：线性外特性为：I R U u SS-= ⎩⎨⎧-==SS4.048.139.1 48.1RU 解得： ⎪⎩⎪⎨⎧Ω=-== 225.04.039.148.1V48.1SS R U ⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=A 58.6225.0S S S S R U I RI电流源模R S + _I S U电压源模R S+ _ USU+ _ I2A R =2Ω + _ 6A U I I6A R =2Ω +_ 2A U I由KCL 得：I =8A ，所以U =2*I =16V P R =I 2R =128W 消耗 P I S = -I S*U = -96W 供出 P U= -2*U = -32W 供出 P 供出=P 消耗R 1=2Ω +_2A2VUR 2=2Ω + _ 由KCL 得：I = 4A ，所以 U =2*I =8V P R =I 2 R =32W 消耗 P I S = I S *U = 16W消耗 P U = -2*U = -48W 供出 P 供出=P 消耗I由KVL 得：U = 4A ，所 U =10VP R 1=P R 2 =22 *R 1=8W P I S = -2*U = -20 P U S = 2*2 = 4W P 供出=P 消耗题 2.3 图A2A4Ω6V3Ω3AI AI 4IU2.8 考察图示几个电路的特点，用最简单的方法计算电路中各个支路的电流、各个元件上的电压和功率。

电气工程学概论(林孔元)习题答案

解：；
；
；
；
；
4.3已知 A， V。试写出它们的时域表达式：，并绘出它们的相量图和波形图。
解：；
；
4.4已知： A， A， A。试计算：并绘出相量图。
解：；
；
4.8已知题4.8图所示正弦交流电路中电流表A1、A2、A3的读数分别为5A、20A、25A，求电流表A的读数；如果维持A1的读数不变，而把电源的频率提高一倍，再求电流表A的读数。
(3)给出系统的静态误差。
解：(1) 时，闭环增益
输出位移
(2) ，
(3)相对静态误差；绝对静态误差
9.7设某控制系统的驱动环节、被控对象、反馈环节的传递函数分别为、和0.4，控制器采用比例策略，即。(1)写出该系统的闭环传递函数；(2)试确定k值，使系统的静态误差小于0.01。
解：(1)
题目给出的应该是相对误差小于0.01：
补充题1：用KCL、KVL求图示电路的完备解计算模型，并确定各支路电流。
解：
完备解计算模型:电路状态：
补充题2：求下图中二极管的静态工作点，并计算二极管的静态电阻和动态电阻。
解：
电路外特性曲线
静态工作点Q（）为（0.8V，3.5mA）
静态电阻
动态电阻
4.1计算下述复数表达式的值
解：
；
4.2复数 ∠ , 。试计算：和。
的相位：
；
时, ； ↑时, ↑； →∞时, ；
(2)设参考相量，画出各相量如图所示
由图可知：，其大小不变；
的相位：
；
时, ； ↑时, ↓； →∞时, ；
4.14采用网孔电流法计算题4.14图中的电流。
解：(1)网孔电流法：

电气工程导论答案

一、选择题（20x1.5分=30分）1、C；2、B；3、A；4、C；5、D；6、B；7、A；8、A；9、B；10、B；11、C；12、D；13、B；14、C；15、A；16、B；17、A；18、C；19、B；20、B。

二、简答题（5x10分=50分）1、答：电力系统综合负荷取用的功率一般要随系统运行参数（主要试电压U 或频率f）的变化而变化，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。

负荷特性有静态特性和动态特性之分。

2、答：根据负荷特点，电力系统的谐波源大致可分为下面两类。

（1）含电弧和铁磁非线性设备的谐波源。

（2）整流和换流电子器件所形成的谐波源。

3、答：电力系统中的谐波会对电网产生严重污染，影响电能质量，增加能量损耗，甚至危害电气设备和电力系统的安全运行。

主要危害有：（1）谐波可使旋转电机附加损耗增加、出力降低，绝缘老化加速。

谐波电流与基波磁场间的相互作用引起的振荡力矩严重时能使发电机产生机械共振，使汽轮机叶片疲劳损坏。

当谐波电流在三相感应电动机内产生的附加旋转磁场与基波旋转磁场相反时，将降低电动机的效率，使电动机过热。

在直流电机中，谐波处附加发热外，还会引起换相恶化和噪声。

（2）谐波电流流入变压器时，将因集肤效应和邻近效应，在变压器绕组中引附加铜耗。

谐波电压可使变压器的磁滞及涡流损耗增加。

3次谐波及其倍数的谐波在变压器三角形接法的绕组中形成的环流会使变压器绕组过热。

此外，谐波还会使变压器的噪声增大，使绝缘材料中的电场强度增大，缩短变压器的使用寿命。

（3）谐波电压作用在对频率敏感（频率越高，电抗越降低）的电容元件上，例如电容器和电缆等，会使之严重过电流，导致发热，介质老化，甚至损坏。

（4）高次谐波电流流过串联电抗器时，会在串联电抗器上形成过高的压降，使电抗器的匝间绝缘受损。

（5）谐波电流流过输电线（包括电缆）时，输电线的电阻会因集肤效应而增大，加大了线路的损耗。

谐波电压的存在可能使导线的对地电压和相间电压增大，使线路的绝缘受到影响，或使线路的电晕问题变得严重起来。