电工技术基础自我测评参考答案.pdf

第1单元 直流电路 模块1 安全用电 任务一 安全操作用电及电气灭火常识 1.答：电工实训室安全操作规程 （1）实训前，学生应仔细阅读实训任务书，熟悉实训项目所需的元器 件及电路情况。 （2）实训前，应了解操作要求、操作顺序及所用设备的性能和指标。 （3）实训时，要严格按照各电气设备的操作规程进行操作；接通电源 前，要确保电气 设备处于关闭状态。 （4）实训时，必须集中精神，不可与人交谈、四处张望。 （5）插头必须完全插入插座再使用，以免因为接触不良造成过热。 （6）电气设备使用完毕或暂时走开时，应先确定插头已拔下。 （7）拔下插头时，应手握插头取下。若图方便，直接拉扯电线，极易 造成电线内部铜 线断裂。 （8）切断开关应迅速，不得以湿手或湿操作棒操作开关。 （9）实训中遇到问题时，应立即切断电源再进行检查，禁止带电操 作。 （10）实训中遇到异常情况，应立即断开本组电源，检查线路，排除故 障后，经指导老 师同意，方可重新送电。 （11）完成实训后，断开本组电源，老师检查实习结果无误后方可离 开。 工厂实习的安全操作规程 （1）电工人员准备工作时应佩戴好安全服装装备 （2）在电气设备运行中，若发现有异味、冒烟、运转不顺等现象时， 应立即关掉电 源，并报请更换或维修，切勿惊慌逃避，以免灾害扩大。 （3）工作场所内各项用电仪器设备移动前，须先通知电气负责人员， 确认用电安全无 误后方可移动。 （4）保险丝熔断通常是用电过量的警告，切勿误以为保险丝太细而换 用较粗的保险丝 或以铜丝、铁丝替代。 （5）拆除或安装保险丝之前，应先切断电源。 （6）没有指导人员许可或监督，不可操作没有学过的机械仪器及设 备。 （7）无论电源是否切断，都不能用手或者身体去停止机械转动。 （8）电路中若发现电线绝缘材料有破裂，应立即更换新品，以免发生 碰触触电事故。 2.答：线路过载、线路或电器产生、电火花或电弧、电器老化、静电。 3.答： 在安装电气设备的时候，必须保证质量，并应满足安全防火的 各项要求。 不要在低压线路、开关、插座和熔断器附近放置油类、棉花、木 屑、木材等易燃 物品。 电气火灾发生前一般都有一种前兆，要特别引起重视，如电线因过 热首先会烧焦 绝缘外皮，散发出一种烧胶皮、烧塑料的难闻气味。当闻到此气味时， 首先想到可能是 电气方面引起的，应立即拉闸停电，查明原因，妥善处理后，才能合闸 送电。 4.模拟练习使用干粉灭火器。（略） 5.答：略。 任务二 触电及触电急救技术 1.答：单相触电，电流通过人体流入大地，人体承受 220 V 的相电压。 双相触电，人体承受的是 380 V 的线电压。 跨步触电，在高压接地点附近地面电位很高，距离接地点越远则电位越 低。 2.答：人体触及带电体并形成电流通路造成人体伤害，称为触电。 电流对人体的伤害程度与下列因素有关： （1）通过人体的电流值：这是危害人体的直接因素，一般认为达到 30 mA 以上且持 续时间超过 1 s 就可危及生命。 （2）人体电阻值：在干燥环境中，人体电阻一般约为 2 k；皮肤出汗 时，约为 l k；皮肤有伤口时，约为 800 。触电时，皮肤与带电体的 接触面越大，人体电阻越小。 （3）电流通过人体时间的长短：电流流过人体内持续的时间越长，人 体发热和电解越严重，导致人体电阻减小，使流过人体的电流逐渐增 大，伤害越来越大。 （4）电流流过人体的途径：电流从头部到身体任何部位和从左手经前 胸到脚的途径是最危险的，因为可能通过的重要器官最多。 （5）电流的频率：触电事故表明，频率为 50 100 Hz 的电流最危险。 3.答：急救处理的基本步骤为：（1）用竹竿、木棒等绝缘物挑开电 线；（2） 使触电者脱离电源；（3）立即施行急救；（4）尽快送医 院，途中也应继续急救 心肺复苏方法有人工呼吸法和胸外按压法。 4.答：人工呼吸法的急救步骤如下： 使伤者后仰，颈部伸直，以保持呼吸通畅。 用耳贴近伤员的口鼻处，听有无呼气声音；看伤员的胸部、腹部有 无起伏动作。 若有呼吸，保持伤者呼吸通畅，马上送医院救治。 若无呼吸，救护人员在保持伤员气道通畅的同时，用手指捏住伤员 鼻翼，深吸气后，与伤员口对口紧合，在不漏气的情况下，先连续大口 吹气两次，每次 1 1.5 s。若两次吹气后试测颈动脉仍无搏动，可断定 心跳已经停止，则要立即同时进行胸外按压。 胸外按压法按压位置找准方法： a. 右手的食指和中指沿触电伤员的右侧肋弓下缘向上，找到肋骨和胸骨 接合处的中点。 b. 两手指并齐，中指放在切迹中点（剑突底部），食指平放在胸骨下 部。 c. 另一只手的掌根紧挨食指上缘，置上胸骨上，即为正确按压位置。 5.答：正确的按压姿势要求如下： a. 使触电伤员仰面躺在平硬的地方，救护人员跪在伤员肩膀一侧，救护 人员的两肩位于伤员胸骨正上方，两臂伸直，肘关节固定不屈，两手掌 根相叠，手指翘起不接触伤员胸壁。 b. 以髋关节为支点，利用上身的重力，将正常成人胸骨垂直压陷 3 5 cm 。 c. 压至要求程度后，立即全部放松，但放松时救护人员的掌根不得离开 胸壁。 胸外按压法操作频率： a. 胸外按压要匀速进行，每分钟 80 次左右，每次按压和放松的时间相 同。 b. 当触电者呼吸、心跳均无时，应同时进行胸外按压和人工呼吸。单人 抢救时，每按压 15 次后吹气 2 次，反复进行；双人抢救时，每按压 5 次后另一人吹气 1 次，反复进行。 模块2 电路基础知识 任务一 认识电路 1.答：电路一般由电源、负载、导线和开关等几部分组成。 （1）电源是提供电能的设备。它的作用是将其它形式的能量转化 为电能，并把电能源源不断地提供给负载。 （2）负载是各种用电设备的总称。它的作用是将电能转换为其他 形式的能量。 （3）导线用来连接电源与负载。它使电路构成一个闭合的回路， 起着输送和分配电能的重要作用。 （4）开关的作用是接通和断开电路。 2.答：略 3.答：通路、断路、短路。 任务二 学习电路的基本物理量 1.答：（1）电荷的定向移动形成电流，。 （2）带电导体的周围存在电场，电场力对处在其中的电荷有力的作 用，若电场力使电荷沿电场的方向产生了位移，电场力就对电荷做了 功，衡量电场力做功本领大小的物理量就是电压，。 （3）电源力把单位正电荷从电源的负极经电源内部移动到正极所做 的功，称为该电源的电动势，。 （4）电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量，。 （5）电阻的倒数叫做电导，。 2.答：电压的大小取决于电路中两点之间的电位之差，电位的大小 取决于参考点的选择。 如果电路中某两点的电位都很高，那么这两点之间的电压不一定大，虽 然这两点的电位都很高，但是两点之间的电位差如果相差不大则这两点 间的电压不会很大。 3.答：电源内部电路中电荷移动是由于电源力在做功；电源外部电 路中电荷移动是由于电场力在做功。 4.答：此说法错误，导体内的电阻是客观存在的，它与导体两端是 否有电压无关。 5.答：阻值将变大，阻值为原来的四分之一。 任务三 学习欧姆定律 （1）正确（2）正确（3）错误（4）错误（5）错误 任务四 学习电功与电功率 1.答：不矛盾，因为。 2.答：因为，所以，因此可以在其两端加上9V电压。 不可以加上15V电压，为15V9V，此电压超出了碳膜电阻器的额 定电压。 3.答：因为，所以 所以 P110=10W 任务五 认识电阻的连接关系 1.答： 2.答： 3.答：Rab=20 任务六 认识电源的连接关系 答：应选用18节电池，电池组连接方法如下： 模块3 分析直流电路 任务一 计算电压与电位 答： 以b点为参考点时： 以c点为参考点时： 任务二 学习基尔霍夫定律 1.答：基尔霍夫第一定律（简称 KCL）的内容：在任何时刻，流入任一 节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。 基尔霍夫第二定律（简称 KVL）的表述为：在任何时刻，沿电路 中的任一回路绕行一周，回路中各段电压的代数和等于零。 2.解：2个节点，3条支路，3个回路。 列方程组： 解得： 任务三 应用基尔霍夫定律 1.答：支路电流法是以节点为基础，以各支路电流为待求量，应用基尔 霍夫定律列出方程组，从而求解出各支路电流的方法。 网孔电流法是以网孔内假设的网孔电流为未知量，应用基尔霍夫第 二定律列出联立方程组后解出网孔电流，然后由网孔电流求出各支路电 流的方法。 节点电压法是以节点电压为未知量，先求出节点电压，再根据一段 支路的欧姆定律求出各支路电流的方法。 2.解：支路电流法： 代入数据： 解得：I1=6A I2=-3A I3=3A R1 R2 R3 E1 支路电流法 I2 I1 I3 a b E2 网孔电流法： R1 R2 R3 E1 网孔电流法 I2 I1 I3 a b Im1 Im2 E2 代入数据： 解得：Im1=6A Im2=3A I1=6A 由此可得： I2=-3A I3=3A 任务四 学习叠加原理 答：步骤一：假定待求各支路电流的参考方向和待求电压的参考方向。 步骤二：求出各个电动势单独作用时各支路的电流分量和电压分 量。 步骤三：将各分量电流或电压进行叠加，求出原电路中的电流或电 压。 应用叠加原理分析计算电路时，需要注意以下几点： 1.应用叠加原理时，必须保持原电路的参数及结构不变。当某一个 电源单独作用时，其他电源都视为不起作用，即电压源短路，电流源开 路，电源的内阻要保留不动。 2.在进行叠加时，要注意各个分量在电路图中标出的参考方向。如 果分量的参考方向与原图中总量的参考方向一致取正号，相反取负号。 3.叠加原理只适用于线性电路，对于非线性电路不适用。 4.叠加原理只能用于电流和电压的计算，不能用于电功率的计算。 任务五 学习戴维南定理 解：把电路分为两部分，虚线框内为含源二端网络，如图（a）。 断开待求支路，计算开路电压 Uab，即为等效电源的电动势 E，如 图（b）： V R1 R2 E1 E2 a b R3 R1 R2 E1 E2 a b （a） （b） （d） R1 R2 b a R3 a b Uab Rab （c） I1 将有源二端网络中各电源置零，成为无源二端网络，计算输入电阻 Rab，即为等效电源的内阻 r，如图（c）： 画出含源二端网络的等效电源并接上待求支路 R3，如图（d）所 示，则 R3 支路电流为 A 任务六 认识电压源与电流源 1.答：一个恒定电动势 E 和一个内阻 r0 串联的电源称为电压源。 电压源的内阻越小，端电压的变化也就越小，输出电压就越接近恒定 值。 电流源可以看作是一个恒定电流 Is和一个电源内阻 rs并联的电 源。当电流源的内阻 rs趋近于无穷大时，电流源的输出电流值就能够 保持恒定。 2. a b （a） （b） （c） r =1 a b b a IS=5A IS=9A r=2 b IS=2.2A r=5 3. （a） （b） （c） + - r=10 E=100V a b + - r=10 E=50V a b + - r=1 E=2V a b 第2单元 磁场与电容 模块4 磁场 任务一 认识磁场 1.答：如右图所示，电源极性为左负右正。 + N S 图2-10 答案 2.解：由公式得： Wb。 若平面与磁感应强度方向的夹角为 30时，通过该平面的磁通为 Wb。 3.解：由公式得： H/m 相对磁导率为 *任务二 认识铁磁材料 1.答：因为工件在加工过程中已经被磁化，具有了磁性，当加工完毕 后，工件还具有剩磁，使之牢牢吸在工作台上，所以不能取下。应给工 件通以反向电流给其去磁即可。 2.答：为了充分利用铁磁材料，应使其尽量工作在接近于饱和状态最 佳。 3.答：为了加强磁场。 任务三 学习磁场对电流的作用 1.解：由公式得： N。 2.答：答案如图所示。 F F B B 图224答案 I F B I I 3.解：由公式得： N。 任务四 认识电磁感应现象 1.答：（1）不正确。只有闭合的回路才有感应电流。 （2）正确。 （3）不正确。线圈中有变化的磁通穿过才会产生感应电动势。 （4）不正确。直导体切割磁力线时才会产生感应电动势。 （5）不正确。感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化。 （6）不正确。感应电流总是阻碍原电流的变化。 2.答：答案如图所示。 v v v v I v I v I I a） b） c） d） （a）电流方向为逆时针。（b）电流方向为逆时针。 （c）电流方向为顺时针。（d）无电流。 3.解：由公式得： V。 A。 任务五 认识自感现象 1.解：由公式得： V。 感应电动势方向与原电流方向相反。 2. 由公式得： V。 感应电动势方向与原电流方向相反。 当电流增加到稳定值后，自感电动势为0。 任务六 认识互感现象 1.答：同名端是指在任何时刻，互感线圈产生的感应电动势极性总相同 的端子。 定义：在任何时刻，两个线圈的电流从同名端流入时，所产生的磁 通方向是一致的，即是相互加强的。 实际意义：标记同名端后，可以直接根据电流的实际方向和变化趋 势来判别互感电压或互感电动势的实际极性，不必再考虑线圈的绕向。 2.答：1、3或2、4是同名端。 3.答：（1）不能。 （2）能。感应电动势为左正右负，指针右偏。 （3）能。感应电动势为左负右正，指针左偏。 *任务七 学习磁路定律 1.答：磁阻的计算公式为；其单位是1/H。 2.答： 磁路和电路中对应的物理量及其关系式 电 路磁 路 电流 电阻 电阻率 电动势 电路欧姆定律 磁通 磁阻 磁导率 磁动势 磁路欧姆定律 3.答：磁力线是闭合的曲线，所以磁路没有开路和短路的概念。 任务八 认识静电屏蔽和磁屏蔽 1.答：静电屏蔽是为了避免外界电场对仪器设备的影响，或者为了避免 电器设备的电场对外界的影响，用一个空腔导体把外电场遮住，使其内 部不受影响，也不使电器设备对外界产生影响。 2.答：为免受外磁场的干扰，可以用磁导率高的铁磁材料做成屏蔽罩， 当外部磁场较强时，磁力线大部分会经过铁磁材料形成闭合回路，只有 一小部分进入屏蔽罩内部，这样对外磁场就起到了一定的屏蔽作用。 模块5 电容 任务一 认识电容 1.答：由公式知，。所以，当电压一定时，电容量大的电容器带电量 多。 2.解：由公式得：C。 3.解：由公式得：F。 任务二 研究电容器的充放电 1.答：当电容器充电时，在直流电压作用下，电源正极向电容器一个极 板供给正电荷，电源负极向电容器的另一个极板供给负电荷，于是电荷 在电路中作定向移动形成电流，即充电电流。当电容器放电时，电容器 两个极板上的正负电荷不断中和，电荷在电路中作定向移动形成了放电 电流。充放电电流的大小与电容两端的电压变化率有关，电压变化越 快，电流就越大。 2.由公式得： J。 当电压增加到400V时，电容器储存的能量为 J。 所以，能量增加了0.4-0.1=0.3J。 任务三 认识电容器的连接关系 1.解：由公式和得： V，500V超过了其额定电压450V，所以不安全。当这只电容器被击穿 后，600V的电压全部加在了第二只电容器上，也会超过它的额定电压 300V，所以不安全。 2.解；当开关打开时，电路相当于、串联，、串联，然后再并联。等效 电容为： F。 当开关闭合时，电路相当于、并联，、并联，然后再串联。等效电容 为： F。 3.答：三只2000F/50V的电容器并联即可。 *模块6 线性电路的过渡过程 任务一 学习动态电路的基本知识 1.答：电路每一种稳态的维持都需要一定的工作条件。如果这些条 件发生了改变，电路将从原来的稳态变为另一种新的稳态。电路工作条 件的变化叫做换路。 换路时电容元件上的电压在 和 时值相等，电感元件中的电流在和时值 也是相等的，这一规律称为换路定律， 2.答：换路定律是根据能量不能突变而推到出电容上的电压和电感 上的电流不能突变的，但是电容的储能与电容的电路流没有直接关系， 电容上的电流不遵循换路定律。同理电感上的电压不遵循换路定律 电阻不是储能元件，电阻上的电压、电流是不遵循换路定律。 3.解： 由已知条件可知V 根据换路定律可得 V A 4.解： 由已知条件可知 A 根据换路定律可得 L中的电流为 A L两端的电压为 V 任务二 分析 RC 串联电路的过渡过程 1.答：根据万用表测量电阻的原理，在两个表笔接触电容器的两个 管脚时电容开始充电，万用表指针偏向右侧；随着充电的进行，充电的 电流减小，指针开始向左偏转；在电容器充电结束后，充电电流减小为 零，指针返回到无穷大（）刻度处。 因为RC 电路的充电过渡时间常数和电容器的容量成正比，被测电 容器的容量越大，指针摆动后，返回速度较慢。 2.解：根据换路定律， A 随着电容充电的进行，此时有： V, 电路的时间常数为 s V A 接通电源 1.5 ms 后 V A 3.解：根据换路定律， kV 随着电容充电的进行，此时有： V 电路的时间常数为 s V 经过 30 分钟后 V 若从高压电路上断开后，应将电容器的两个管脚短接放电，待放电 结束后再接触。 任务三 分析 RL 串联电路的过渡过程 1.解：当电路达到稳态后，电感元件相当于短路， 稳态电流值为 A 电路时间常数 为 A V 2.解：初始值 A 稳态值 时间常数s A A A 第3单元 交流电路与变压器 模块7 正弦交流电路 任务一 认识正弦交流电 1.答：交流电动势、交流电压和交流电流统称为交流电。凡是随时间按 正弦规律变化的交流电称为正弦交流电。交流电与直流电的区别：交流 电的大小和方向都是随时间作周期性变化的；直流电的大小和方向均不 随时间而改变。 2.答：正弦交流电的最大值（或有效值）、角频率（或频率）和初相反 映了正弦交流电的基本特征，叫做正弦交流电的三要素。 3.解：由题可知 最大值V 有效值V 角频率 频率 初相 4. 解：由题可知V，Hz，则 最大值 V 角频率rad/s 解析式为V 5. 解：(1) 与 的波形图如下图所示。 t 30 i1 i2 i 60 O 时， （2）由题可知，则 与 的相位差，则 与 正交。 6.解：已知V，A，它们的相量形式为 V A 它们的相量图如下图所示 O -60 45 7.解： V的相量形式为 V V的相量形式为 V 合相量 V 则V 任务二 分析单一参数交流电路 1.解：（1）电阻电流的瞬时值表达式A 相量形式为 A （2）由题可知： V，则有功功率W （3）电压的相量形式为V 电压与电流的相量图如下图所示 O 30 2.解：（1）由题可知： V， rad/s， 线圈的感抗 线圈中电流的有效值 A 由于在纯电感电路中，电压超前电流 90，电压的初相 所以，电流的初相 因此，电流的瞬时值表达式 A 电流的相量形式为 A （2）无功功率 Var （3）电压的相量形式为V 电压与电流的相量图如下图所示 O 30 -60 3.解：（1）由题可知： V， rad/s 电容的容抗 电容电流的有效值 A 因为电容的电流超前电压 90，电压的初相为 所以，电流的初相 因此电流的瞬时值表达式 A 电流的相量形式 A （2）无功功率为 Var （3）电压的相量形式V 电压与电流的相量图如下图所示 O 30 120 4.解：由题可知： rad/s，V 电容的容抗 电容器两端电压的有效值V 因为电容的电流超前电压 90，电流的初相 所以，电压的初相 因此电压的瞬时值表达式 V 电压的相量形式为V 任务三 分析复杂负载交流电路 1.解：由题可知：， rad/s， 电压相量V （1）电路的复阻抗 阻抗 （2）电路中电流相量A 其解析式为 A （3）功率因数 有功功率W 无功功率Var 视在功率VA 2.解：由题可知：， rad/s， （1）电路的复阻抗 阻抗 （2）电流相量 A 电流解析式 A （3）电阻电压相量V 电阻电压解析式 V 电容两端电压相量 V 电容两端电压解析式 V （4） 功率因数 有功功率 W 无功功率 Var 为负值表明该电路为容性。 视在功率 VA 电路的相量图如下图所示。 34 -56 3.解：由题可知V，rad/s （1）电路的感抗、容抗和阻抗 复阻抗 （2）电压与电流的相位差角就是负载的阻抗角，即 （3）电路的电流A （4）电阻上的电压 V 电感上的电压 V 电容上的电压 V （5）功率因数 有功功率 W 无功功率 Var 为负值表明该电路为容性。 视在功率 VA 4.解：由题可知V，rad/s S S S 因此总的复导纳 S 总的复阻抗 总电流A 任务四 学习串、并联谐振电路 1. 答：发生串联谐振的条件是：即。 串联谐振的特征是：（1）电路呈电阻性，电压与电流同相位，阻抗角 ；（2）电路的阻抗为最小值，电流为最大值；（3）电感与电容上的电 压大小相等、相位相反，其数值是电源电压的 倍；电阻两端电压为最 大值，等于外加电压；（4）串联谐振时电路的无功功率为零，电源只 提供电阻消耗的有功功率即。 2.解：当pF时，电路获得最大谐振频率 Hz 当pF时，电路获得最小谐振频率 Hz 此串联谐振电路谐振频率的范围是549.8kHz1600kHz。 3.解：电路的谐振频率 Hz 电路的品质因数 串联谐振时，电感与电容上电压大小相等，为电源电压的Q倍，即 V 4.答：发生并联谐振的条件是：。一般情况下并联谐振电路中电感线圈 的等效电阻很小，并且 ，因此发生并联谐振的条件可近似写为： 即 。 并联谐振的特征是：（1）电路呈电阻性，总电流与电压（端电 压）同相位；（2）电路的总导纳最小即总阻抗最大，总电流最小； （3）电感支路电流与电容支路电流大小近似相等、相位近似相反，其 数值是总电流的倍。 5.解：电路的谐振频率 Hz 电路的品质因数 并联谐振时电容支路电流A 任务五 认识三相交流电路 1.答：大小相等、频率相同、相位互差 120的三个正弦电动势 eU、eV、eW称为对称三相交流电动势。三相电动势达到正的最大值的先 后次序称为相序。 2.解：已知 V，则 V V 线电压的大小为 V V V V 它们的相量图如下图所示。 30 30 30 3.答：三相负载有两种连接方法：星形连接和三角形连接。三相对称负 载，星形连接时，负载的相电压 与线电压 之间的大小关系：，相位关 系：线电压超前与之对应的相电压 30；各相的线电流就是该相负载 的相电流，即。三相对称负载，三角形连接时，负载的相电压都等于电 源的线电压，即 ；线电流与相电流的大小关系：,相位关系：线电流滞 后对应相电流 30。 4.解：由题可知 功率因数 三相负载的相电压都相等，大小为V 相电流的大小为A 线电流等于相电流即A 三相有功功率 W 5.解：由题可知 功率因数 三相负载的相电压都相等，大小为 V 相电流的大小为 A 线电流的大小为 A 三相有功功率 W 模块8 非正弦交流电路 任务一 认识非正弦交流电 1. （c） 三角波波形 u （a） 单相全波整流波形 （d） 矩形波 T t t T u t T O u O （b） 锯齿波 t T u O O 2.答：电路中产生非正弦交流电的原因来自电源和负载两个方面： （1）电源方面 我们知道交流发电机所产生的电动势是按正弦规律变化的，但是， 由于发电机内部结构或发电运转情况的原因，很难保证发电机电势具有 严格的正弦波形。我们日常用的工频交流电就是属于这种情况。 （2）负载方面 电路中非线性元件的电流和电压不成正比关系。即使加在非线性元 件上的电压是正弦波，电路中的电流也不可能是正弦波。例如在非线性 电阻元件（晶体二极管）或电感元件的两端加上正弦电压，其产生的电 流就是非正弦电流。 任务二 分析周期性非正弦量 1.解：全波整流电压傅里叶级数中的直流分量为 V 2. 解