跳到主要内容

电工与电子技术高阶练习

电工与电子技术高阶练习。

相关图书：《电工与电子技术》-北京师范大学出版社-刘陆平、肖祖铭-ISBN9787303280391

印次：2023年7月第 1 次

答题设置

  1. 小王搬入新居后，在厨房安装了一台电热水壶。壶身铭牌上标注“220V 2200W”，而家中电能表标注“220V 10(40)A”。小王想从电工学角度分析一下这个电热水壶的工作参数：

(1) 该电热水壶正常工作时通过的电流是多少?

(2) 电热水壶发热管的电阻值是多少?

(3) 如果用电高峰期实际供电电压降至200V，电热水壶的实际功率会变为多少?(假设电阻不随温度变化)

  1. 某电吹风的铭牌标注：冷风功率100W，热风功率1200W，额定电压220V。电吹风内部有一个电动机(驱动风扇)和一根电热丝。吹冷风时只有电动机工作，吹热风时电动机和电热丝同时工作。请分析：

(1) 吹冷风时的工作电流?

(2) 电热丝的电阻?

(3) 吹热风20分钟消耗多少电能?

  1. 小明的手机电池容量为4000mAh，额定电压3.8V。他用一个输出规格为5V/2A的充电器给手机充电。假设充电过程中充电电流恒定为2A，从20%充到100%用时约1.5小时。

(1) 充电器的输出功率是多少?

(2) 电池实际储存的电能增加了多少?

(3) 这次充电过程的能量转换效率约为多少?

  1. 电子实训课上，同学们使用一把内热式电烙铁进行焊接练习。电烙铁铭牌标注“220V 60W”。

(1) 电烙铁正常工作时的电阻?

(2) 连续使用45分钟消耗多少电能?

(3) 若实验室供电电压为220V，该电烙铁能否接在标注“220V/10A”的插排上使用(插排上已接了总功率1500W的其他设备)?请通过计算说明。

  1. 小刘购买了一台电磁炉，铭牌标注“220V 2100W”。电磁炉工作时，内部线圈产生交变磁场，在铁质锅底产生涡流从而加热。某次煮火锅时，将2kg的水从20°C加热到100°C用时约12分钟。已知水的比热容c=4200J/(kg·°C)。

(1) 电磁炉的工作电流?

(2) 水吸收了多少热量?

(3) 电磁炉的加热效率约为多少?

  1. 某工厂车间有一台三相异步电动机，铭牌标注：额定功率7.5kW，额定电压380V，额定电流15A，功率因数 cosφ=0.85cosφ=0.85。

(1) 该电动机的输入电功率是多少?

(2) 电动机的效率是多少?

(3) 如果该电机每天运行8小时，一个月(30天)消耗多少度电?

  1. 冬天使用的一款电热毯有“高温”和“低温”两档，内部有两根相同的电热丝R1和R2(阻值均为110Ω)，通过一个开关切换连接方式。高温档时R1和R2并联，低温档时只有R1工作。

(1) 高温档时电热毯的总功率?

(2) 低温档时的功率?

(3) 如果低温档使用一整晚(8小时)，消耗多少度电?

  1. 某电子爱好者设计了一个延时电路，利用RC充电原理实现：一个100μF的电容器通过一个100kΩ的电阻从5V电源充电。当电容器电压达到3V时，触发后级比较器动作，点亮一个LED。

(1) RC电路的时间常数τ是多少?

(2) 电容器电压充电到3V需要多长时间?(提示：uc(t)=U(1−e−tτ)u_c(t)=U(1-e^{\frac{-t}{τ}}))

(3) 充电完成后电容器储存的能量是多少?

  1. 一台小型家用电焊机，输入侧接220V单相交流电，输入电流最大为30A。输出侧空载电压为70V，焊接时工作电压约为25V，焊接电流约为120A。

(1) 输入侧的最大输入功率是多少?

(2) 焊接时的输出功率是多少?

(3) 该电焊机焊接时的工作效率约为多少?

  1. 某家用电风扇采用电抗器(电感线圈)调速，共有5个档位。电风扇电机等效电阻为200Ω，额定电压220V。调速电抗器串联在电路中，各档位对应的电感感抗分别为：1档0Ω、2档100Ω、3档200Ω、4档300Ω、5档400Ω。

(1) 1档(最高速)时电机的功率?

(2) 3档时电路中的电流和电机实际获得的电压?

(3) 5档时电机获得的功率占1档功率的百分比?

  1. 小李的电动自行车配备了一组48V、20Ah的锂电池。某天电量耗尽，他用原装充电器(输出电压54.6V，输出电流2A)进行充电。请帮小李计算：

(1) 这组电池储存的总电能是多少Wh?

(2) 从完全没电到充满，理论上需要多少小时?

(3) 充满一次消耗多少度电?(不考虑充电效率损耗，以充电器输出功率计算)

  1. 某居民楼楼道安装了5盏“220V 40W”的LED灯，全部并联在220V线路上。

(1) 每盏灯正常工作的电流?

(2) 5盏灯同时亮时总电流?

(3) 每晚亮10小时，一夜消耗多少度电?

  1. 节日期间，小明在阳台挂了一串装饰彩灯。这串彩灯由20只相同的小灯泡串联组成，接入220V家庭电路中正常发光。已知每只小灯泡的额定功率为1W。请计算：

(1) 每只小灯泡两端的电压?

(2) 通过每只小灯泡的电流?

(3) 如果其中一只灯泡烧断灯丝，整串灯会怎样?为什么?

  1. 小张家安装了一台“220V 3000W”的电热水器，配电箱中配有额定漏电动作电流30mA的漏电保护器。某天使用时，由于热水器内胆老化出现微小裂缝，导致一部分电流通过水体和管道流入大地。

(1) 电热水器正常工作电流是多少?

(2) 如果漏电流达到25mA，漏电保护器是否会动作?为什么?

(3) 假设此时人体(电阻约1500Ω)接触了带电的水，通过人体的电流约为多少?是否危险?

  1. 某同学在设计一个简单的LED指示灯电路时，需要将5V的电源电压降低到2V供LED使用。已知LED正常工作电流为20mA。

(1) 需要串联多大的限流电阻?

(2) 该电阻消耗的功率是多少?应选择多大额定功率的电阻?

(3) 该电路的效率(LED消耗的功率/电源输出的总功率)是多少?

  1. 某同学设计了一个传感器信号采集电路，需要将输入电压限制在5.1V以内以保护后级单片机。他使用了一只5.1V的稳压二极管(击穿电压5.1V)，并在电路中串联了一只限流电阻R。已知传感器输出最大电压12V，稳压二极管工作电流范围为5mA~30mA。

(1) 当传感器输出12V时，为使稳压管电流恰好为5mA，限流电阻应为多大?

(2) 此时电阻消耗的功率是多少?

(3) 如果传感器输出降到3V(低于稳压值)，稳压二极管是否还能起稳压作用?

  1. 小明家的电能表月初读数为3256.8kWh，月末读数为3398.5kWh。当地居民用电实行阶梯电价：第一档0~200度，0.52元/度;第二档201~400度，0.57元/度;第三档400度以上，0.82元/度。

(1) 小明家本月用电多少度?

(2) 本月应缴电费是多少?

(3) 如果小明想控制下月电费不超过120元，在第二档电价不变的情况下，最多能用多少度电?

  1. 某同学用运算放大器搭建了一个反相比例放大电路，输入电阻 R1=10kΩR_1=10kΩ，反馈电阻 Rf=100kΩR_f=100kΩ。当输入电压为0.5V时：

(1) 该电路的电压放大倍数是多少?

(2) 输出电压是多少?

(3) 如果输入电压增加到1.5V，考虑到运放采用±12V电源供电，输出电压是否还能按比例放大?请说明理由。

  1. 某同学在制作数字时钟时使用了共阴极七段LED数码管。已知每段LED的正向压降为2.0V，额定工作电流为10mA，驱动电压为5V。

(1) 每段LED需要串联多大的限流电阻?

(2) 当显示数字“8”时(7段全亮)，数码管总电流是多少?

(3) 如果改用3.3V驱动，限流电阻应改为多大?

  1. 某同学制作了一个简易路灯自动控制电路，使用光敏电阻RGR_G和固定电阻R组成分压电路。白天光照强时RG=1kΩR_G=1kΩ，夜晚无光照时RG=100kΩR_G=100kΩ。固定电阻R=10kΩR=10kΩ，分压点接在比较器输入端，比较器参考电压设为2.5V，供电电压为5V。光敏电阻接在上方(靠近电源)，固定电阻接在下方(靠近地)。

(1) 白天时分压点电压是多少?

(2) 夜晚时分压点电压是多少?

(3) 路灯(接在比较器输出端)在白天和夜晚分别是亮还是灭?

  1. 小明家的配电箱中有以下回路：照明回路(16A空开，1.5mm²铜线)、普通插座回路(20A空开，2.5mm²铜线)、空调专用回路(32A空开，4mm²铜线)、厨房专用回路(25A空开，4mm²铜线)。已知各回路导线的安全载流量分别为：1.5mm²约18A，2.5mm²约26A，4mm²约35A。

(1) 各回路的空开额定电流是否在导线安全载流量范围内?

(2) 空调回路最多能接多大功率的空调?

(3) 如果厨房同时使用电磁炉(2100W)和微波炉(1000W)，是否会跳闸?

  1. 某笔记本电脑的电源适配器标注输入“100-240V 50/60Hz 1.5A”，输出“19.5V 4.62A”。

(1) 适配器的最大输出功率是多少?

(2) 如果按最低输入电压100V计算，输入电流是否超过标注的1.5A?(假设效率为90%)

(3) 该适配器每天使用10小时，一个月(30天)约消耗多少度电?

  1. 某仓库安装了一套简易防盗系统：门上有磁力开关S1S_1(门关闭时闭合=1，打开时断开=0)，窗户上有振动传感器S2S_2(无振动=1，有振动=0)，还有一个手动布防开关S3S_3(布防=1，撤防=0)。要求：只有当S3S_3=1(布防状态)且(S1S_1=0门被打开 或 S2S_2=0窗户振动)时，报警器才动作。

(1) 请写出报警信号Y的逻辑表达式。

(2) 列出该逻辑电路的真值表(不需要全部16种，只需列出布防状态下的4种情况)。

(3) 该电路需要用哪些基本逻辑门来实现?

  1. 某户外工作者使用一台车载逆变器将12V直流电转换为220V交流电，供笔记本电脑使用。逆变器标称功率300W，转换效率85%。笔记本电脑的电源适配器输入为220V/0.8A。

(1) 笔记本电脑的功率是多少?

(2) 逆变器从汽车电瓶(12V)汲取的电流是多少?

(3) 如果汽车电瓶容量为60Ah，在不考虑汽车发电机充电的情况下，理论上能供笔记本工作多长时间?

  1. 某同学使用NTC热敏电阻制作简易温度计。已知该热敏电阻在25°C时阻值为10kΩ，在100°C时阻值为1kΩ。他将热敏电阻与一个10kΩ的固定电阻串联，接在5V电源上，热敏电阻在下方(接地端)，从热敏电阻和固定电阻的连接点取出电压信号。

(1) 25°C时的输出电压是多少?

(2) 100°C时的输出电压是多少?

(3) 当输出电压为1.5V时，热敏电阻的阻值是多少?

  1. 小陈在自家屋顶安装了一套分布式光伏发电系统，装机容量5kW。某日晴天，系统从上午9点到下午4点(共7小时)的平均输出功率为额定功率的60%。已知当地上网电价为0.42元/kWh，自用电价为0.52元/kWh。假设所发电量全部自用。

(1) 该日发电总量是多少kWh?

(2) 该日节省的电费是多少?

(3) 如果该系统的投资成本为4万元，按此日均发电量计算，大约需要多少天回收投资成本?