电气工程学概论_林孔元主编_第十章部分习题解答
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。
电气工程概论
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一、电力系统的组成
电力系统就是由发电厂、变电所、输配电线路 和电力用户连接而成的统一整体，包含着电能 的生产、输送、分配和使用。
电力系统加上发电厂的动力部分，如汽轮机、 水轮机、锅炉、水库、反应堆等，称之为动力 系统。
图1-1 电力网、电力系统和动力系统
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图1-1 电力网、电力系统和动力系统
➢ 电能质量主要指标的影响因素、主要危害以及 可采用的解决方法见表1-5。
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3．提高电力系统运行的经济性
➢ （1）在发电环节，要综合各类发电厂的运行特点， 合理安排其发电顺序，实现电源的优化组合。
➢ （2）在输送电能环节，要采取各种措施降低网络 损耗，提高电能的传输效率。
➢ （3）结合本地区的区域特点，积极致力于新能源 的开发和利用，减少电能的生产和输送成本。
的发生，以及在事故发生后能够最快的缩小事故范围， 防止事故扩大。
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2．保证良好的电能质量 衡量电能质量的主要指标有电压、波形和频率。
（1）电压 电压质量一般用电压偏差、电压波动和闪变以及三相
电压不平衡度三个指标来衡量。
U % U U N 100 % UN
（1-1）
式中：△U% 为电压偏差；U电网某点的实际运行电压；
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1.发电厂 生产电能的工厂，把不同形式的一次能源转
换成电能。
➢ 分类：据所利用能源的种类不同，可将发电厂 分为火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂、 风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂和潮 汐发电厂等。
➢ 发电厂举例
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2.变电所 变电所是联系发电厂和用户的中间环节，起
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
+
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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 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。
电气工程概论
1998年国家(guójiā)颁布的大学本科专业目录
•电机电器(diànqì)及其 控制
•电力系统及其自动化
•高电压与绝缘技术
电气工程及其 自的工科引导性专业目录中，把电气工程及其自动化专业和自动 化专业中的部分合并为电气工程与自动化专业。
3 第四页，共38页。
1.2 电气(diànqì)科学与工程的发 展简史
7 第八页，共38页。
时间 公元前七世纪 公元前一世纪 1600年
1660年 1745年
典型事件
人物/国家
发现磁石与磁现象 中国、希腊
静电吸引
王充（叙述），中国
《论磁石》论述磁 吉尔伯特，英国 现象
发明摩擦起电机 奥托·冯·库克，德国
发明莱顿瓶
荷兰莱顿大学，克里斯特与 莫什布鲁克
目前，我国的电气(diànqì)工程及其自动 化专业不包括通信。
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第六页，共38页。
电气科学与工程的学科分类
电磁学与电路理论
电机电器学
电力(diànlì)系统
电工材料学
高电压与绝缘
电力(diànlì)电子学
脉冲功率技术
放电理论与放电等离子体
超导电工学
生物电磁学
电磁兼容
新能源与新发电技术
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第七页，共38页。
36
第三十七页，共38页。
第三十八页，共38页。
网络化
电力网络 信息通信网络 工业控制网络 SCADA/EMS DMS/DSM/GIS
……
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线控汽车
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第二十七页，共38页。
全电旅游船电气设备布置(bùzhì)
27
第二十八页，共38页。
多电飞机电气设备布置
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。
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Q1
J1 K1
Q0
J0 K0 CP
Q1
Q0
J 0 Q1
J 1 Q0
K 0 K1 1 （悬空为 1）
此电路为三进制同步加法计数器（下降沿触发计数）
CP
0
1
2
3
456Fra bibliotekQ0Q1
10.28 解： 分析图示逻辑电路的逻辑功能，并用输入/输出逻辑信号波形图加以说明。
10-5
电气工程学概论第十章部分习题解答
AC A BC ABC C A A B ABC BC A C BC BC AC B Y ABC B C BC B D D B ABC B BC B D D B
ABC C B D BD AB C B D BD
10.15 列出下列逻辑函数的真值表，并用“与非”门器件加以实现。 Y A ( B C ) ； Y ( A B) C ； Y A ( B C ) 。 解：
AB BC CA
10-2
电气工程学概论第十章部分习题解答
A 0 0 0 0 1 1 1 1
B
题 10.8 图
A B
A B A B A B
A B A B
10.14 化简下列逻辑表达式：
Y ABC AB C A BC ABC ； Y ABC B C BC B D D B 。
解： Y ABC A BC AB C ABC AC B B A BC ABC
B 0 0 1 1 0 0 1 1
C 0 1 0 1 0 1 0 1
Y A B C
0 0 0 0 0 1 1 1
Y A B C
0 1 0 1 0 1 1 1
Y A B C
0 0 0 0 1 0 1 1
Y A B C AB AC AB AC AB AC
CP 0 1 2 3 4 5 6
Q1
0 0 1 0 0 1 0
Q0
0 1 0 0 1 0 0
D0
1 0 0 1 0 0 1
D1
0 1 0 0 1 0 0
题 10.28 图
Q1 D1
Q1
&
Q0 D0
Q0 CP
D0 Q0 Q1 ， D1 Q0
此电路为三进制同步加法计数器（上升沿触发）
1
CP 0
2
3
4
5
6
Q0
Q1
10-6
10V 28 1
解： u
比较 n
4.5V 115次 u
转换成二进制 D=(01110011) 2
10.5 一个 12 位逐次逼近法型 A/D 转换器，最大转换误差 9.5mV，试问该转换器的最高输入电压和对 2.3V 电压的转换误差？ U 9.5mV 解： u 12 最高输入电压： U 212 1 9.5 103 38.9 V 2 1 2.3V 比较 n 输出电压： u x nK 243 9.5 2.309V 转换误差为：0.009V 243次 9.5
转换成二进制 DA =(11010111) 2
u B nu 215 19.6mV 4.214V ，造成 u A u B 差别的环节是 A/D 环节。
10.7 建立图示电路状态与各个开关状态之间关系的命题逻辑表达式。 （令 D 为电路状态的逻辑变量） 解： D ( A B) C A C
A 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 0 1 0 1 0 1 Y 1 1 1 1 1 1 0 0
≥1 ≥1
B
&
Y
C
(1) & &
A B
Y
Y ABC ABC AB Y AB
⑵
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 0 0 1
A B
& Y
A B & C & Y C & A B
Y A B C A B C AB C
A B & & Y C
Y A B C
AB AC AB AC
&
& & &
& Y
17 列出下述组合逻辑系统图的真值表，写出逻辑函数式并进行简化处理，再画出简化后用与非门器件实 现的逻辑系统图。 A & 解：⑴
电气工程学概论第十章部分习题解答
10.3 一个 5V 量程的数字电压表，采用 10 位 A/D 转换器。试问该电压表应以几位数字显示测 量结果， 它的满量程测量误差是多少？如果采用 12 位 A/D 转换器， 结果如何？最大转换误差是 多少？ 解：10 位 A/D 转换：
u 210 5V 0.00489 V 5mV 1
显示 2.131V. 12 位 A/D 转换：
u 212 5V 5 0.0012 V 1.2mV 1 4095
满量程精度 1.2mV 5 103 0.024%
应采用四位显示，一位整数，三位小数，最大转换误差：1.2mV
10.4 D？ 一个 8 位 A/D 转换，最高输出时模拟输入量为 10V，若采用逐次逼近法，则 4.5V 输入的实际输出
T QT J K QJK
10.27 解： CP 0 1 2 3 4 5 6
分析图示逻辑电路的逻辑功能，并用输入/输出逻辑信号波形图加以说明。
Q1
0 0 1 0 0 1 0
Q0
0 1 0 0 1 0 0
J0
1 1 0 1 1 0 1
K0
1 1 1 1 1 1 1
J1
0 1 0 0 1 0 0
K1
1 1 1 1 1 1 1
CP T D J K 题 10.21 图
解：
D 触发器状态表如下： D 0 1 Q n+1 0 1
T 触发器状态表如下： T 0 1 Q n+1 Qn
J-K 触发器状态表如下： J 0 0 1 1 K 0 1 0 1 Q n+1 Qn 0 1
Qn
Qn
10-4
电气工程学概论第十章部分习题解答
CP D QD
10.18 由逻辑门组成的应用电路如图所示，请分别说明红灯和绿灯亮的逻辑条件。 A =1 红灯点亮的逻辑条件：A 、B 满足同或逻辑关系； B 绿灯点亮的逻辑条件：A 、B 满足异或逻辑关系 =1 红灯
绿灯
题 10.18 图
10.21 三种上升沿触发的 D、T 、和 JK 触发器，其 CP、T 、D、J 、K 端的信号波形如图示，请分别绘出 三种触发器的 输出端 Q 和 Q 的波形图。
(2) & A
≥1
Y
B
&
题 10.17 图 (3) 10-3
电气工程学概论第十章部分习题解答
Y AB A B AB A B
A B
&
& Y
& 1 & 1
&
⑶
A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Y 1 0 0 1 B & A &
&
&
&
Y
&
Y A B AB A B AB A B AB
满量程精度 0.0049 5 0.1%
应采用四位数字显示测量结果，一位整数，三位小数，最大转换误差：5mV 若已知 u i =2.127 V，则二进制 D=? 数字显示 u o = ?
ui 2.127 1023 435.1842 10 5 2 1 5
D10 436, D 2 110110100 5 数字表显示 u o 436 2.1309 V 1023
10.6
一个 8 位逐次逼近法型 A/D 转换器最大输入电压为 5V， 求电压 u A 4.2 V 经转换后二进制 DA ， 若
将 DA 送入 8 位 D/A 得到 u B ? ，若 u A u B ，两者的差别是由哪个环节造成？ 解： u
5V 2 1
8
比较 n
4.2 215次 u
。
B
。
题 10.7 图 10-1
电气工程学概论第十章部分习题解答
10.8
给出图示数字信号 A 和 B 的下述逻辑运算的结果： A B ， A B， A B ， A B ， ( A B) ， ( A B) ， ( A B) ( A B) 。
解：
A
A
B A B A B A B