《电工学》上册课后答案解析
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图1: 习题1.5.1图
I1 = −4A U1 = 140V U4 = −80V I2 = 6A
U2 = −
90V U5 =
30V
I3 = 10A
U3 = 60V
1 电路的基本概念与定律
1.5 电源有载工作、开路与短路
1.5.1
在图1中,五个元件代表电源和负载。电流和电压的参考方向如图中所示。今通过实验测量得知
1 试标出各电流的实际方向和各电压的实际极性。
2 判断哪些元件是电源?哪些是负载?
3 计算各元件的功率,电源发出的功率和负载取用的功率是否平衡?[解]:
2 元件1,2为电源;3,4,5为负载。
3 P1 = U1I1 = 140 ×(−4)W = −
560W P2 = U2I2 = (−90) ×6W =
−540W P
3
= U3I3 = 60 ×10W =
600W
P4 = U4I1 = (−80) ×(−4)W =
320W P5 = U5I2 = 30 ×6W = 180W
P1 + P2 =
1100W
负载取用功率P = P3 + P4 + P5 =
1100W
两者平衡
电源发出功率P E = 1.5.2
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在图2中,已知I1= 3mA,I2 = 1mA.试确定电路元件3中的电流I3和其两端电压U3,并说明它是电源还是负载。校验整个电路的功率是否平衡。
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[解] 首先根据基尔霍夫电流定律列出
图 2: 习题1.5.2
图
−I
1
+ I2 −I3=
−3 + 1 −I
3
=
可求得I3= −2mA, I3的实际方向与图中的参考方向相
反。根据基尔霍夫电流定律可得
U3 = (30 + 10 ×103 ×3 ×10−3 )V =
60V
其次确定电源还是负载:
1 从电压和电流的实际方向判定:
电路元件3 80V元件
30V元件电流I3从“+”端流出,故为电源;电流I2从“+”端流出,故为电源;电流I1从“+”端流出,故为负载。
2 从电压和电流的参考方向判别:
电路元件3 U3和I3的参考方向相同P= U3I3 = 60 ×(−2) ×10−3W =
−120 ×10−3W (负值),故为电源;
80V元件U2和I2的参考方向相反P = U2I2 = 80 ×1 ×
10−3W =
80 ×10−3W (正值),故为电源;
30V元件U1和I1参考方向相同P= U1I1 = 30 ×3 ×10−3 W =
90 ×
10−3W (正值),故为负载。
两者结果一致。最
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后校验功率平衡:
电阻消耗功率:
2 2
P R
= R1I1 = 10 ×3 mW = 90mW
1
2 2
P R
= R2I2 = 20 ×1 mW = 20mW
2
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电源发出功率:
P E = U2I2 + U3I3 = (80 + 120)mW =
200mW
负载取用和电阻损耗功率:
P = U1I1 + R1 I2 + R2I2 = (90 + 90 + 20)mW =
200mW
1 2
两者平衡
1.5.3
有一直流电源,其额定功率P N= 200W ,额定电压U N= 50V 。内阻R0 =
0.5Ω,负载电阻R可以调节。其电路如教材图1.5.1所示试求:
1 额定工作状态下的电流及负载电阻;
2 开路状态下的电源端电压;
3 电源短路状态下的电流。
[解]
P N (1) 额定电流I N =
U N
200
=
50
A = 4A, 负载电阻R =
U N
I N
50
=Ω= 12.5Ω
4
(2) 电源开路电压U0 = E = U N + I N R0 = (50 + 4 ×0.5)V = 52V
E (3) 电源短路电流I S=
R0
52
=
0.
5
A = 104A
1.5.4
有一台直流稳压电源,其额定输出电压为30V ,额定输出电流为2A,从空载到额定负载,其输出电压的变化率为千分之一
(即∆U=
U0 −
U N
U N
= 0.1%),试求该电源的内阻。
[解] 电源空载电压U0即为其电动势E,故可先求出U0 ,而后由U = E −R0I,求
内阻R0。
由此得U0 −U N
U N
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U0 −30 30=
∆U
=
0.1 %
U0 = E =
30.03V
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U N N 再由
U = E −
R 0I
30 = 30.03 − R 0
× 2
得出
R 0 = 0.015Ω
1.5.6
一只110V 、8W 的指示灯,现在要接在380V 的电源上,问要串多大阻值的 电阻?该电阻应选多大瓦数的?
[解] 由指示灯的额定值求额定状态下的电流I N 和电阻R N :
I = P N
N 8 U N = A = 0.073A R N
= 110 I N 110
= Ω = 1507Ω 0.073
在380V 电源上指示灯仍保持110V 额定电压,所串电阻
其额定功率 R = U − U N I N = 380 − 110
0.073
Ω = 3700Ω
P N = R I 2 = 3700 × (0.073)2
W = 19.6W
故可选用额定值为3.7K Ω、20W 的电阻。
1.5.8
图3所示的是用变阻器R 调节直流电机励磁电流I f 的电路。设电机励磁绕组 的电阻为315Ω,其额定电压为220V ,如果要求励磁电流在0.35 ∼ 0.7A 的范围内变 动,试在下列三个变阻器中选用一个合适的:
(1) 1000Ω、0.5A ;(2) 200Ω、1A ;(3) 350Ω、1A 。
[解] 当R = 0时
当I = 0.35A 时
220
I =
315
= 0.7A