电气工程学概论_林孔原编_电工学习题解答
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
电气工程学概论第二章答案
第2章 电路问题习题参考解答2.6 某电源具有线性的外特性，如题2.6所示。
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的参数。
解：线性外特性为： S S U U R I =-⎪⎩⎪⎨⎧-==SS 4.048.139.148.1R U 解得：⎪⎩⎪⎨⎧=-==Ω225.04.039.148.148.1SS R V U ⎪⎩⎪⎨⎧===A 58.6Ω225.0SS SS R U I R2.8 考察题2.8图所示几个电路的特点，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。
[提示1 别忘设定电压电流的参考方向]；[提示2 充分利用电路中理想电压源和理想电流源的特性和连接特点]； [提示3 注意判断各个元件是消耗还是产生电功率]。
解： (a)A I 2 510 2 = =;1S 24A I I I =+=;510V U Ω=； 4248V U Ω=⨯= 2A 1082V U =-= 244216W P Ω=⨯=; 255220WP Ω=⨯=（消耗功率）; 2A 224W P =⨯=（吸收功率）; 10V41040W P =⨯=（供出功率）;（d ） 416 1.5A 4I I Ω===;6V 22.5A I I ==;电流源模型+_U电压源模型+_5Ω(a)2(d)1.481.392uRCX LX题 2.16 图3339V U Ω=⨯=;3A 693V U =-=-;2A 6212W P =⨯=（供出功率）; 3A 339W P =-⨯=-（供出功率）; 6V 6 2.515W P =⨯=（供出功率）;244 1.59W P Ω=⨯=（消耗功率）; 233327W P Ω=⨯=（消耗功率）;2.13 已知交流电压V )511000sin(10 +=t u ，交流电流2sin(1000)A 6i t π=+。
试问它们的最大值、有效值、频率、周期、初相位以及两者之间的相位差各是多少。
电气工程学概论 林孔元主编 第二章部分习题解答
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 S S -=⎩⎨⎧-==S S 4.048.139.1 48.1R U 解得： ⎪⎩⎪⎨⎧Ω=-== 225.04.039.148.1V 48.1SS R U ⎪⎩⎪⎨⎧==Ω=A 58.6225.0S S S S R U I R电流源模型+ _U电压源模+_2A=2Ω 6A=2Ω 由KCL 得：I =8A ，所以U =2*I =16VP R =I 2 R =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1=2ΩR 2=2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 由KVL 得：U = 4A ，所以 U =10V P R 1=P R 2 =22 *R 1=8W 消耗 P I S = -2*U = -20W 供出 P U S = 2*2 = 4W 消耗 P 供出=P 消耗I S2.8 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。
电气工程概论课后习题答案及电气工程概论重点
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_林孔原编_电工学习题解答
电气工程与其他学科的交叉融合
电气工程与计算机科学： 人工智能、大数据和云 计算等技术在电气工程 中的应用，实现智能化 和自动化。
电气工程与生物学：生 物电、生物医学工程等 领域的发展，为医疗、 健康和生物科技产业提 供技术支持。
电气工程与环境科学： 可再生能源、能源效率 和节能减排技术的研发， 推动可持续发展和环境 保护。
电气工程与材料科学： 新型材料、纳米技术等 在电气工程中的应用， 提高设备性能和可靠性。
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汇报人：
电源和负载
电源：为电路 提供电能，将 其他形式的能 量转换为电能
负载：消耗电 能的Hale Waihona Puke 备，将 电能转换为其 他形式的能量
电路和网络
电路是实现电能传输和分配的途径，由电源、负载和中间环节组成。
网络是电路的扩展，由多个电路相互连接而成，实现电能的传输和信号的传递。
电路和网络在电气工程学中具有重要地位，是实现电能转换和应用的基础。 电路和网络的性能分析、设计和优化是电气工程学的重要研究内容。
促进信息技术的快速发展
提升人们的生活质量和便利性
电气工程学的基本概念
电流和电压
电压：电场中电势差，是推 动电荷移动的力量
电流和电压的关系：欧姆定 律
电流：电荷的定向移动形成 电流
电流和电压的测量：使用电 流表和电压表进行测量
电阻和电感
电阻：表示导体对电流 阻碍作用的物理量，常 用符号R表示。
电感：表示线圈在磁场 中产生感应电动势的能 力，常用符号L表示。
电气工程学的未来发展
新能源和可再生能源的应用
太阳能：利用太阳能 电池板将光能转化为 电能，可用于家庭、 工业和城市供电。
风能：利用风力发电 机将风能转化为电能， 可用于大型风电场建 设和分布式风能利用。
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。
电工学课后习题解答
第1章 习题解答(部分)1.5.3 有一直流电源，其额定功率P N =200 W ，额定电压U N ＝50 V ，内阻只ＲN ＝0.5Ω，负载电阻Ｒ0可以调节，其电路如图所示。
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，分析 电源的额定值有额定功率P N 。
额定电压U N 和额定电流I N 。
三者间的关系为 P N =U N I N 。
额定电压U N 是指输出额定电流I N 时的端电压，所以额定功率P N 也就是电源额定工作状态下负载所吸收的功率。
解 （1）额定电流 A U P I N N N 450200===负载电阻 5.12450===N N I U R Ω （2）开路状态下端电压U 0 等于 电源电动势E 。
U 0＝E ＝U N ＋I N Ｒ0＝50＋4×0.5＝52 V1.5.6 一只100V ，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?该电阻应选用多大瓦数的?分析 此题是灯泡和电阻器额定值的应用。
白炽灯电阻值随工作时电压和电流大小而变，但可计算出额定电压下的电阻值。
电阻器的额定值包括电阻值和允许消耗功率。
解 据题给的指示灯额定值可求得额定状态下指示灯电流I N 及电阻只R NΩ≈==≈==1510073.0110A 073.01108N N N N N N U U R U P I串入电阻R 降低指示灯电压，使其在380V 电源上仍保持额定电压U N ＝110V 工作，故有Ω≈-=-=3710073.01103800N N I U U R 该电阻工作电流为I N =0.073 A,故额定功率为W R I P N R 6.193710073.022≈⨯=⋅=可选额定值为3.7k Ω,20 W 的电阻。
1.5.7在图1.03的两个电路中，要在12V 的直流电源上使6V ，50 mA 的电珠正常发光，应该采用哪 一个联接电路？ 解 要使电珠正常发光，必须保证电珠 获得6V ，50mA 电压与电流。
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10
第三次作业
• 3.5 .列出题3.5图(a)、(b)所示电路节点电压方程
解：按照图中所示标示电压参考点，则有：
1
1 5
1 5
1 5
11 55
11 55
11 1 5 5 10
v1 v2
பைடு நூலகம்10
20 5
i 0.2 2 sin(103t 20.71o)A
(100)2 252 66.14V 2
R UR 66.14 330.7 I 0.2
=0.283sin(103t 20.71o)A
解题说明：1）结果表示为有理数； 2）注意相量与瞬时量的区别；3） 方法不唯一，此题功率因数角>0
I& U& 0.2 20.7oA 0.2 2 sin(103t 20.71o)A R jX L
+
V1
R
us -
(a)
L UL
I
V2
解:(a)设
•
I
则I0 A
•
•
UR UR0 V,UL UL90 V
•
•
•
US U R U L 30 j60V
US
US
U
2 R
U
2 L
302 602 67.08V
说明：其中电流的相位可以根 据需要设定，但以简化计算为 目的，因此取为0°，画相量 图则更为直观
X X R 100
X
X R ( jXC ) X R jX C
jX L
50
j50
j100
50
j50
X
X R ( jX L ) X R jX L
jX C
50
j50
j100
50
j50
注意不要漏写单位
2
4.7 已知题4.7图所示正弦交流电路中，各电压表的读数分 别为：图(a)中，V1的读数为30V，V2的读数为60V； 图(b)中，V1的读数为15V，V2的读数为80V，V3的 读数为100V，求电源电压的有效值。
电工学习题解答
2011年4月
1
4.5 已知R，L，C三个元件的阻抗值都是100Ω，试求下述电
路的复数阻抗：
1)三个元件串联连接；
2)三个元件并联连接；
3)R和C并联再与L串联； 4)R和L并联再与C串联
解:1) 2) 3) 4)
X X R jX L jXC 100
1 1 1 1 X X R jX L jX C
S%
•
U
•
I
50
260o *5
2 0o
250W j433 var
8
4.16 对于题4.16所示电路 (1)列出网孔电流法的方程组和矩阵表示形式 (2)列出节点电压法的方程组和矩阵表示形式
(3)用上述较为简便的方法求解电路中的电流i2 解：（1）标注网孔电流正方向如图所示，则有
4 j2 4
变，而电源频率提高一倍，
则：
X
' L
2XL
X
' C
1 2
XC
A2表读数为：20/2=10A
A3表读数为：25×2=50A
•
••
•
I IR IL IC1 5 j10 j50 5 j40A
I
I
2 R
(IC 1
I L
)2
52 (50 10)2 40.31A
6
4.9 已知电路由电压源 us 100sin(103串t),联R组, 成L ，0电.12感5H端电压的有效值为 25V，用相量法求该电路电流的时间域表达式。
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
U&a U&b
j4 3
解题说明：1）互导纳（阻抗） 均为负；2）电流源列相量中 电流方向与符号
I&2
U&b 4
0.928
21.8o ( A)
+
V3
us
C
-
I UR
(b)
解:(b)设
•
I
I则0 A
•
•
•
UR UR0 V,UL UL90 V,UC UC 90 V
US UR UL UC
•
•
•
•
US U R U L U C 15 j80 j100 15 j20V
UC
US
U
2 R
(UL
UC )2
152 (80 100)2 25V
7
4.10 已知题4.10图所示的无源二端网络中 u 100sin(t 60o)V i 10，si试n(计t算)A该网络的复阻抗Z，复导纳Y和复功率S。
解:
•
U
100
60o V
2
+
i 无源
•
I
10
0o A
2
u
二端口
-
网络
•
U Z= •
1060o
I
Y 1 0.1 60o S Z
解题说明：1）相角的表示；2）复 功率计算公式（共轭复数）；3）用 有效值计算；4）功率单位
4
4 j2 4
化简为
.
I
0 . 80o
4
I 30o
0
4 j2
4
8
4 j
2
.
I
.
I
80o 120o
解题说明：1）正方向标注（网孔电 流和电压参考点）；2）矩阵及向量 维数；3）直接列写矩阵形式；4） 保留原始矩阵形式（先用阻抗表示， 后代入数值）
9
解：（2）设图中所示电压参考点
••
•
•
I I R I L I C1 5 j20 j25 5 j5A
注意电感与电容中电流 与电阻电流的相位关系
I
I
2 R
(IC1
IL
)2
52 (25 20)2 5 2 7.07A
5
I&C1 I& I&R I&L I&C1
U&R
I&R
I&L
2）维持A1读数不变，则UR不
解: 由题意可知
则：
X L L 103
2 f 0.125 125
103
rad/s，U&S
100 2
0o V
I& U&S U&S Z R jX L
50 20o 330.7 j125
•
•
•
US URU L
U R
U
2 S
U
2 L
70.710o 0.2 20.7oA 353.520.7o
UR
3
4.7 已知题4.7图所示正弦交流电路中，各电压表的读数分 别为：图(a)中，V1的读数为30V，V2的读数为60V； 图(b)中，V1的读数为15V，V2的读数为80V，V3的 读数为100V，求电源电压的有效值。
V1
V2
R
L
UL
串联电路设电流参考相 位为0 ，并联电路则设
电压参考相位为0
4
4.8 已知题4.8图所示正弦交流电路中，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。
.
R
IR
.
.
I
IL
A1
C2
A
.
I C1
L
A2
A3
C1
解:设
则 •
UR UR0 V
•
•
•
IR IR0 A, IL IL 90 A, IC1 IC190 A