《电工学》上册课后习题答案

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

P3 = 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 = P

3

+ P4 + P5 = 1100W 两者平衡电源发出功率P

E

=

1.5.2

在图2中，已知I

1

= 3mA,I2 = 1mA.试确定电路元件3中的电流I3和其两端

电压U

3，并说明它是电源还是负载。校验整个电路的功率是否平衡。

[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 + I 2 − I 3 = 0 −3 + 1 − I 3 = 0

可求得I 3 = −2mA, I 3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

U 3 = (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I 3 从“+”端流出,故为电源; 电流I 2 从“+”端流出，故为电源； 电流I 1 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

U 3 和I 3的参考方向相同P = U 3 I 3 = 60 × (−2) × 10−3W = −120 × 10−3W （负值），故为电源； 80V 元 件 U 2 和I 2的 参 考 方 向 相 反P = U 2I 2 = 80 × 1 × 10−3W = 80 × 10−3W （正值），故为电源； 30V 元件

U 1 和I 1参考方向相同P = U 1I 1 = 30 × 3 × 10−3 W = 90 ×

10−3W （正值），故为负载。

两者结果一致。 最后校验功率平衡： 电阻消耗功率:

2 2

P R 1 = R 1I 1 = 10 × 3 mW = 90mW

2 2

P R 2 =

R 2I 2 = 20 × 1 mW = 20mW

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R

。

由此得U0 −U N

U N

U0 −30

30

= ∆U

= 0.1 % U0 = E = 30.03V

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

R + 315 = 220 0.35

= 630Ω

R = (630 − 315) = 315Ω

因此，只能选用350Ω、1A 的变阻器。