内容正文:
山东省(春季高考)机电技术类
《电工技术基础与技能》(高教版·第4版)
正弦交流电路(A卷) 单元过关卷
时间:60分钟 总分:100分
班级____ 姓名____ 学号____ 成绩____
一、单项选择题(本大题共20小题,每题3分,共60分)
1. 在直流电路的稳态情况下,电感相当于( )
A. 短路
B. 开路
C. 阻值无穷大的电阻
D. 电阻
【答案】A
【解析】在直流电路的稳态情况下,电感中的电流保持不变,di/dt=0,感应电动势uL=Ldi/dt=0,电感两端电压为零。因此,电感相当于短路,故选A。
2. 在正弦交流电路中,若电流的频率增加,则电感的阻抗会( )
A. 不变
B. 增大
C. 减小
D. 变为零
【答案】B
【解析】电感的阻抗与频率成正比,频率增加时阻抗增大。
3. 如图所示,电压表V1、V2的读数分别为和,则电压表V3的读数为( )
A.
B.
C.
D.
【答案】C
4. 在纯电感正弦交流电路中,电流相位相对于电压相位( )
A. 滞后电压九十度
B. 超前电压九十度
C. 与电压相同相位
D. 与电压相反相位
【答案】A
【解析】纯电感电路中,电流相位滞后电压相位九十度。电感对交流电具有感抗,电压与电流的相位关系不同于纯电阻电路。
5. 电容器在交流电路中的阻抗随频率变化的特点是( )
A. 阻抗不随频率变化
B. 阻抗随频率呈线性变化
C. 阻抗随频率呈反比例变化
D. 阻抗随频率呈正比例变化
【答案】C
【解析】电容器在交流电路中的阻抗随频率成反比例变化。
6. 电容器在电路中的主要作用是( )
A. 产生磁场
B. 储存能量
C. 限制电流
D. 调节电压
【答案】B
【解析】电容器能够在极板间建立电场并储存电能,也可以在交流电路中进行能量交换。因此,电容器在电路中的主要作用是储存能量,故选B。
7. 如图所示,ui为输入电压,u0为输出电压,则输出电压与输入电压之比为( )
A. :25
B. 25:1
C. 51:20
D. 50:41
【答案】B
【解析】输入阻抗
,输出阻抗
,由于为串联电路,故输出电压与输入电压之比为Ui:Uo=|Z|i:|Z|o=50:2=25:1则故选B
8. 在RLC串联电路中,总电压,电流,,,则R、C分别为( )
A. 0.1Ω;1000μF
B. 10Ω;1μF
C. 0.01Ω;1000μF
D. 10Ω;1000μF
【答案】B
【解析】总电压与电流同相,说明电路呈纯电阻性,总阻抗为,所以。感抗为。由于电路发生串联谐振,,故。故选B。
9. 某正弦交流电压的最大值为311 V,则其有效值约为( )
A. 110 V
B. 155 V
C. 220 V
D. 311 V
【答案】C
【解析】正弦交流电压的有效值等于最大值除以根号二,因此有效值约为311除以根号二,结果约为220 V。155 V是最大值的一半,311 V是电压最大值。
10. 在RLC串联电路中,端电压与电流的矢量图如图所示,这个电路是( )
A. 电阻性电路
B. 电容性电路
C. 电感性电路
D. 纯电感电路
【答案】C
【解析】由图可知,电路的端电压超前电流 ,可得这个电路为电感性电路。故选C
11. 交流电路中,视在功率可以通过下列哪个公式计算得到( )
A. P = V/I
B. P = VI
C. P = I2R
D. P = V2/R
【答案】B
【解析】交流电路的视在功率用S表示,其计算公式为S=UI,其中U和I分别为电压和电流的有效值。因此,选项B中的P=VI若将P理解为视在功率的符号,则题目应规范写为S=VI。按题干修正后的含义,选择B。
12. 利用二表法测量三相电路的功率时,发现的指针反偏,于是将其电流线圈两端对调后读出功率是30W,而的读数为50W,问电路总的有功功率为( )
A. 20W
B. 80W
C. -20W
D. 50W
【答案】A
【解析】本题的关键是的读数是在电流线圈对调后得到的,所以要取负值,然后再与的读数相加。所以应选择A。
13. 下列关于无功功率的说法正确的是( )
A. 无功功率是无用的功率
B. 无功功率表示电路元件建立电场、磁场时消耗能量的平均功率
C. 无功功率表示电路元件与外界进行能量交换的瞬时功率的最大值
D. 无功功率的单位为
【答案】C
【解析】无功功率不是无用的功率,它的用处很大,凡是有储能元件的电气设备要建立电场和磁场,就要交换能量,无功功率就是反映储能元件与外界进行能量交换规模的物理量。故A、B错误。瞬时功率的最大值反映了电路元件与外界能量交换的规模,又称为电路元件的无功功率,故C正确。无功功率的单位为var(乏),故D错误。
14. 如图所示电路中,安培表、的读数分别为和,求安培表的读数( )
A.
B.
C.
D. 约为
【答案】B
15. 在对称三相负载交流电路中,关于视在功率的表达式,不正确的是( )
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】对称三相负载中,视在功率满足
。选项B中的不是视在功率的正确表达式,故选B。
16. 已知某负载无功功率Q=3kVar,功率因数为0.6,则其视在功率S为( )
A. 2.4kVA
B. 3kVA
C. 5kVA
D. 4kVA
【答案】C
【解析】根据功率因数定义,cosφ=P/S=0.6,因此P=0.6S。由功率三角形关系,代入Q=3kvar和P=0.6S,得0.6S)^{2}+32,解得0.64,S=3/0.8=3.75kVA。题目现有选项中没有3.75kVA,故原选项C(5kVA)也不正确,题目选项需同步修订。
17. 亮亮观察家中的电能表如图所示,下列说法正确的是( )
A. 亮亮家已经消耗的电能为118J
B. 电能表的额定功率是220W
C. 此电能表转盘每小时转过3000转
D. 此电能表应该接在220V的电路中使用
【答案】D
【解析】电能表的单位是kW·h,小明家已经消耗的电能为118 kW·h,A选项错误;电能表的额定功率是,B选项错误;“3000 r/(kW·h)”表示每消耗1kW·h的电能,电能表的转盘转3000 r,C选项错误;由图可知,此电能表应该接在220V的电路中使用,D选项正确。故选D。
18. 在RLC串联的正弦交流电路中,,,,电路的无功功率,则视在功率S为( )
A. 866VA
B. 960VA
C. 600VA
D. 800VA
【答案】D
【解析】电路的总电抗为 X=XL-XC=30-60=-30 Ω,阻抗的模为 |Z|=√[√[402+(-30)^{2}]=50 Ω。由无功功率的大小 |Q|=,得 。因此视在功率 S=800 VA。故选D。
19. 在正弦交流电路中,功率因数为0.5表示( )
A. 电路中存在无功功率
B. 电路中存在有功功率
C. 电压领先于电流
D. 电流领先于电压
【答案】A
【解析】功率因数为0.5表示电路中存在无功功率,即电压和电流的相位差为60度。
20. 下列哪种方法不能提高功率因数( )
A. 在感性负载两端并联电容器
B. 采用同步电动机补偿
C. 减小负载电阻
D. 采用无功功率补偿装置
【答案】C
【解析】减小负载电阻不能提高功率因数。在感性负载两端并联电容器、采用同步电动机补偿以及采用无功功率补偿装置,都可以补偿部分无功功率,从而提高功率因数。故选C。
二、简答题(本大题共8小题,每题3分,共24分)
21. 把一个电感线圈接到12V的直流电源上,测得流过线圈的电流是2A;把它接到工频12V的交流电源上,测得流过线圈的电流是1.2A,试求线圈的电阻和电感。
【答案】直流稳态时,电感相当于短路,线圈的电阻为 R=U/I=12/2=6 Ω。交流稳态时,线圈的阻抗模为 |Z|=U/I=12/1.2=10 Ω。对于电阻和电感串联的线圈,有 |Z|=√(,因此 XL=√(|Z|^{2}-√(102-62)=8 Ω。工频取 f=50 Hz,则 L=XL/(2πf)=8/(2π×50) H≈0.0255 H=25.5 mH。故线圈的电阻为6 Ω,电感为25.5 mH。
【解析】直流稳态时,电感线圈中的电流为有限值2 A,说明线圈具有电阻,不能视为纯电感。直流电源下电感的感抗为零,因此线圈电阻R=U/I=12/2=6 Ω。交流电源下,线圈的阻抗模为|Z|=U/I=12/1.2=10 Ω。线圈可视为电阻R与感抗XL串联,满足|Z|^{2}=,所以XL=√(102-62)=8 Ω。工频f=50 Hz,且XL=2πfL,因此L=XL/(2πf)=8/(2π×50) H≈25.5 mH。
22. 在RLC串联电路中,已知电路两端电压,电源频率,电阻,电感,电容。试求: (1)电路中的电流大小; (2)端电压与总电流的相位差; (3)电路的功率因数。
【答案】(1)角频率ω=2πf≈314 rad/s。电感感抗XL=ωL=314×446×10-3 Ω≈140 Ω,电容感抗XC=1/(ωC)=1/(314×32×10-6) Ω≈99.5 Ω。总阻抗的模为|Z|=√[≈√[302+(140-99.5)^{2}]≈50.4 Ω。因此电流I=U/|Z|≈220/50.4≈4.36 A。(2)端电压与总电流的相位差φ=arctan[(XL-XC)/R]≈arctan(40.5/30)≈,电路呈感性,端电压超前总电流约。(3)功率因数cosφ=R/|Z|≈30/50.4≈0.595。
【解析】(1)角频率ω=2πf≈314 rad/s。电感感抗XL=ωL=314×446×10-3 Ω≈140 Ω;电容感抗XC=1/(ωC)=1/(314×32×10-6) Ω≈99.5 Ω。由于XL>XC,电路呈感性。总阻抗的模为|Z|=√[≈√[302+(140-99.5)^{2}]≈50.4 Ω,故电流I=U/|Z|≈220/50.4≈4.36 A。(2)相位差φ=arctan[(XL-XC)/R]≈arctan(40.5/30)≈。电路呈感性,因此端电压超前总电流,或总电流滞后端电压。(3)功率因数cosφ=R/|Z|≈30/50.4≈0.595。
23. 如图所示的RLC串联电路中,,,,。求: (1)电源电压有效值。 (2)电路的参数R、L、C。 (3)判断电路的性质。 (4)电流与电压的相位差。
【答案】(1) (2),, (3)电感性 (4)
【解析】(1 )由电压三角形可求出电源电压
。 (2 )
;
。
。
。
。 ( 3)电路感抗大于容抗,即,所以呈电感性。 (4 )
,电压超前电流。
24. 什么叫视在功率?它与有功功率、无功功率有什么关系?
【答案】视在功率表示电源提供总功率(包括和、)的能力,即交流电源的容量;视在功率等于总电压与总电流的乘积。视在功率与有功功率和无功功率符合功率三角形;
。
【解析】视在功率S是交流电路端电压有效值与总电流有效值的乘积,即S=UI,单位为VA,表示电源或设备的容量。有功功率P是实际转化为机械能、热能等形式的功率,单位为W;无功功率Q是在电源与电感、电容之间往返交换的功率,单位为var。根据功率三角形,三者满足。若电路中同时存在感性无功功率QL和容性无功功率Q_C,则总无功功率Q=QL-QC,因此S=√[。
25. 在正弦交流电路中,如何理解功率因数的意义?为什么功率因数低时不利于电能传输?
【答案】功率因数反映了电路中有功功率与视在功率的比例,表示电压和电流的相位差。当功率因数低时,电网中会出现更多的无功功率,导致电能传输效率降低,电网负载增加。因此,在电网设计中,通常通过无功补偿来提高功率因数,减少能源浪费。
【解析】功率因数cosφ=P/S,其中P为有功功率,S为视在功率;对正弦交流电路,cosφ也表示电压与电流相位差φ的余弦。在线路电压和负载有功功率一定时,电流I=P/(Ucosφ),因此功率因数越低,线路电流越大。线路电阻损耗为R,电流增大将使线路损耗和压降增大,输电效率降低,同时还会占用更多发电机、变压器和线路容量。因此应通过并联电容器等无功补偿措施提高功率因数。
26. 如下图所示,已知及、和,试求的表达式。
【答案】i=Im(Ω t
+)A
【解析】其中
;
。
27. 为什么要提高电力系统的功率因数?
【答案】功率因数过低会导致: 线路电流增大,输电损耗增加; 电源设备(发电机、变压器)的容量得不到充分利用(输出有功功率少); 提高功率因数可降低损耗,提高电源利用率,节约能源。
【解析】功率因数cosφ=P/S。在线路电压和输送有功功率一定时,线路电流I=P/(Ucosφ),所以功率因数越低,线路电流越大。线路上的有功损耗R,电流增大会使输电损耗和电压降增加,降低输电效率。与此同时,发电机、变压器和输电线路的容量主要受视在功率或电流限制,功率因数低时,同样容量能够输送的有功功率较少,设备容量不能充分利用。提高功率因数可以减小线路电流和损耗,提高设备利用率,节约能源。
28. 将一有功功率为10kW、功率因数为0.6的感性负载,接到电压为220V、频率为50Hz的电源上。要将功率因数提高到0.95,感性负载上需并联多大的电容,并求并联电容前后电流的有效值。
【答案】并联电容器的电容量 , 并联电容器前电路中的电流 , 并联电容器后电路中的电流 。
【解析】方法一:公式法 由,可得, 由,可得。 并联电容器的电容
。 并联电容器前电路中的电流
, 并联电容器后电路中的电流
。 方法二:功率法 当时,
,
, 当时,
,
, , , 并联电容器的电容量
, 并联电容器前电路中的电流 , 并联电容器后电路中的电流 。
三、计算题(本大题共2小题,每题5分,共10分)
29. 某单相正弦交流电路接入有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流电源,电阻 ,电感 ,二者串联。求:(1)感抗和电路阻抗;(2)电路电流以及电阻、电感两端的电压;(3)电路的功率因数、有功功率、无功功率和视在功率,并判断电流与电压的相位关系。
【答案】(1)感抗\[XL=2π fL=2π\times50\times0.12732\approx40\ Ω\]电路阻抗\[Z=\sqrt{R2+XL^2}=\sqrt{302+402}=50\ Ω\](2)电路电流\[I=\frac{U}{Z}=\frac{220}{50}=4.4\ A\]电阻两端电压\[UR=IR=4.4\times30=132\ V\]电感两端电压\[UL=IXL=4.4\times40=176\ V\](3)功率因数\[\cos\varphi=\frac{R}{Z}=\frac{30}{50}=0.6\]有功功率\[P=I2R=4.42\times30=580.8\ W\]无功功率\[Q=I2X_L=4.42\times40=774.4\ var\]视在功率\[S=UI=220\times4.4=968\ VA\]电路呈感性,电流滞后电压。
【解析】感抗XL=2πfL≈40Ω,串联阻抗Z=√(。电流I=U/Z=4.4A,故UR=IR=132V、UL=IXL=176V。cosφ=R/Z=0.6,P=580.8W,Q=774.4var,S=UI=968VA。电路呈感性,电流滞后电压。
30. 某交流配电装置中,电阻、电感和电容三个支路并联接在有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流电源上。已知电阻 ,电感 ,电容 。求:(1)各支路的电抗和支路电流;(2)电路的总电流及其相位性质;(3)电路的功率因数、有功功率、无功功率和视在功率。
【答案】(1)感抗\[XL=2π fL\approx110\ Ω\]容抗\[XC=\frac{1}{2π fC}\approx55\ Ω\]电阻支路电流\[IR=\frac{U}{R}=\frac{220}{110}=2\ A\]电感支路电流\[IL=\frac{U}{XL}=\frac{220}{110}=2\ A\]电容支路电流\[IC=\frac{U}{XC}=\frac{220}{55}=4\ A\](2)电感支路电流滞后电压 ,电容支路电流超前电压 ,合成无功电流为 。总电流\[I=\sqrt{IR^2+(IC-IL)^2}=\sqrt{22+22}\approx2.83\ A\]电路呈容性,总电流超前电压。(3)功率因数\[\cos\varphi=\frac{IR}{I}=\frac{2}{2.83}\approx0.707\]有功功率\[P=UIR=220\times2=440\ W\]无功功率\[Q=U(IL-IC)=220\times(-2)=-440\ var\]视在功率\[S=UI=220\times2.83\approx622.2\ VA\]
【解析】并联各支路电压均为220V。XL=2πfL≈110Ω,XC=1/(2πfC)≈55Ω;IR=2A、IL=2A、IC=4A。合成无功电流为2A(容性),总电流I=√(22+22)≈2.83A,超前电压。cosφ≈0.707,P=440W,Q=220(2-4)=-440var,S≈622.2VA。
四、综合应用题(本大题共1小题,每题6分,共6分)
31. 某工业控制柜中的交流执行机构可等效为电阻和电感串联的负载,接在有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流电源上。已知总电阻 ,电感量 ,忽略电感线圈电阻以外的损耗。(1)计算该负载的感抗、阻抗、电流、 有功功率和功率因数。(2)判断该负载呈感性还是容性。若有功功率保持不变,功率因数提高到 1,计算电源电流,并说明提高功率因数的意义。(3)在负载两端并联电容器进行无功补偿,使功率因数理论上提高到 1,计算所需电容器的电容量。
【答案】(1)角频率 ;感抗 ;阻抗 ;电流 ;有功功率 ;功率因数 。(2)该负载呈感性。功率因数提高到 1 时,电源电流 。提高功率因数可以减小线路电流,降低线路损耗和电压降,提高供电设备的利用率。(3)负载感性无功功率 ;并联电容器的电容量
。
【解析】ω=2πf=314.16rad/s,XL=ωL≈39.90Ω,Z=√(≈49.92Ω,I≈4.41A,P=R≈583W,cosφ=R/Z≈0.601。负载呈感性。功率因数为1时,I=P/U≈2.65A,可降低线路电流、损耗和电压降。补偿无功Q≈775var,C=Q/(ω≈50.9μF。
原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!
学科网(北京)股份有限公司
$
山东省(春季高考)机电技术类
《电工技术基础与技能》(高教版·第4版)
正弦交流电路(A卷) 单元过关卷
时间:60分钟 总分:100分
班级____ 姓名____ 学号____ 成绩____
一、单项选择题(本大题共20小题,每题3分,共60分)
1. 在直流电路的稳态情况下,电感相当于( )
A. 短路
B. 开路
C. 阻值无穷大的电阻
D. 电阻
2. 在正弦交流电路中,若电流的频率增加,则电感的阻抗会( )
A. 不变
B. 增大
C. 减小
D. 变为零
3. 如图所示,电压表V1、V2的读数分别为和,则电压表V3的读数为( )
A.
B.
C.
D.
4. 在纯电感正弦交流电路中,电流相位相对于电压相位( )
A. 滞后电压九十度
B. 超前电压九十度
C. 与电压相同相位
D. 与电压相反相位
5. 电容器在交流电路中的阻抗随频率变化的特点是( )
A. 阻抗不随频率变化
B. 阻抗随频率呈线性变化
C. 阻抗随频率呈反比例变化
D. 阻抗随频率呈正比例变化
6. 电容器在电路中的主要作用是( )
A. 产生磁场
B. 储存能量
C. 限制电流
D. 调节电压
7. 如图所示,ui为输入电压,u0为输出电压,则输出电压与输入电压之比为( )
A. :25
B. 25:1
C. 51:20
D. 50:41
8. 在RLC串联电路中,总电压,电流,,,则R、C分别为( )
A. 0.1Ω;1000μF
B. 10Ω;1μF
C. 0.01Ω;1000μF
D. 10Ω;1000μF
9. 某正弦交流电压的最大值为311 V,则其有效值约为( )
A. 110 V
B. 155 V
C. 220 V
D. 311 V
10. 在RLC串联电路中,端电压与电流的矢量图如图所示,这个电路是( )
A. 电阻性电路
B. 电容性电路
C. 电感性电路
D. 纯电感电路
11. 交流电路中,视在功率可以通过下列哪个公式计算得到( )
A. P = V/I
B. P = VI
C. P = I2R
D. P = V2/R
12. 利用二表法测量三相电路的功率时,发现的指针反偏,于是将其电流线圈两端对调后读出功率是30W,而的读数为50W,问电路总的有功功率为( )
A. 20W
B. 80W
C. -20W
D. 50W
13. 下列关于无功功率的说法正确的是( )
A. 无功功率是无用的功率
B. 无功功率表示电路元件建立电场、磁场时消耗能量的平均功率
C. 无功功率表示电路元件与外界进行能量交换的瞬时功率的最大值
D. 无功功率的单位为
14. 如图所示电路中,安培表、的读数分别为和,求安培表的读数( )
A.
B.
C.
D. 约为
15. 在对称三相负载交流电路中,关于视在功率的表达式,不正确的是( )
A.
B.
C.
D.
16. 已知某负载无功功率Q=3kVar,功率因数为0.6,则其视在功率S为( )
A. 2.4kVA
B. 3kVA
C. 5kVA
D. 4kVA
17. 亮亮观察家中的电能表如图所示,下列说法正确的是( )
A. 亮亮家已经消耗的电能为118J
B. 电能表的额定功率是220W
C. 此电能表转盘每小时转过3000转
D. 此电能表应该接在220V的电路中使用
18. 在RLC串联的正弦交流电路中,,,,电路的无功功率,则视在功率S为( )
A. 866VA
B. 960VA
C. 600VA
D. 800VA
19. 在正弦交流电路中,功率因数为0.5表示( )
A. 电路中存在无功功率
B. 电路中存在有功功率
C. 电压领先于电流
D. 电流领先于电压
20. 下列哪种方法不能提高功率因数( )
A. 在感性负载两端并联电容器
B. 采用同步电动机补偿
C. 减小负载电阻
D. 采用无功功率补偿装置
二、简答题(本大题共8小题,每题3分,共24分)
21. 把一个电感线圈接到12V的直流电源上,测得流过线圈的电流是2A;把它接到工频12V的交流电源上,测得流过线圈的电流是1.2A,试求线圈的电阻和电感。
22. 在RLC串联电路中,已知电路两端电压,电源频率,电阻,电感,电容。试求: (1)电路中的电流大小; (2)端电压与总电流的相位差; (3)电路的功率因数。
23. 如图所示的RLC串联电路中,,,,。求: (1)电源电压有效值。 (2)电路的参数R、L、C。 (3)判断电路的性质。 (4)电流与电压的相位差。
24. 什么叫视在功率?它与有功功率、无功功率有什么关系?
25. 在正弦交流电路中,如何理解功率因数的意义?为什么功率因数低时不利于电能传输?
26. 如下图所示,已知及、和,试求的表达式。
27. 为什么要提高电力系统的功率因数?
28. 将一有功功率为10kW、功率因数为0.6的感性负载,接到电压为220V、频率为50Hz的电源上。要将功率因数提高到0.95,感性负载上需并联多大的电容,并求并联电容前后电流的有效值。
三、计算题(本大题共2小题,每题5分,共10分)
29. 某单相正弦交流电路接入有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流电源,电阻 ,电感 ,二者串联。求:(1)感抗和电路阻抗;(2)电路电流以及电阻、电感两端的电压;(3)电路的功率因数、有功功率、无功功率和视在功率,并判断电流与电压的相位关系。
30. 某交流配电装置中,电阻、电感和电容三个支路并联接在有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流电源上。已知电阻 ,电感 ,电容 。求:(1)各支路的电抗和支路电流;(2)电路的总电流及其相位性质;(3)电路的功率因数、有功功率、无功功率和视在功率。
四、综合应用题(本大题共1小题,每题6分,共6分)
31. 某工业控制柜中的交流执行机构可等效为电阻和电感串联的负载,接在有效值为 220 V、频率为 50 Hz 的正弦交流电源上。已知总电阻 ,电感量 ,忽略电感线圈电阻以外的损耗。(1)计算该负载的感抗、阻抗、电流、 有功功率和功率因数。(2)判断该负载呈感性还是容性。若有功功率保持不变,功率因数提高到 1,计算电源电流,并说明提高功率因数的意义。(3)在负载两端并联电容器进行无功补偿,使功率因数理论上提高到 1,计算所需电容器的电容量。
原创精品资源学科网独家享有版权,侵权必究!
学科网(北京)股份有限公司
$