新手电工基础.pdf

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1、第1章电路基础【学习目标】理解电路模型概念，熟悉电流、电压、功率概念和应用；理解电源、电阻、电感和电容等电路元件特点，能够进行电源等效互换；理解电路分支的相关定律和定理的含义，能运用基尔霍夫定律、叠加原理等进行电路分析。1.1电路分析基础1.1.1电路组成、电路模型及电路状态电流经过的路径称为电路。实际应用中，电气设备通过导线、开关等环节连成电路。（一）电路的组成电路通常有电源、负载、中间环节三部分组成。电源：电源作用是向电路提供电能，如发电机、电池等。负载：在电路中接收电能的设备，如电动机、照明灯具、电炉等。中间环节：中间环节包括导线、开关等，作用是把电源和负载连接并控制电路的接通

2、或断开。（二）电路模型电路模型实质上是把实际电路变为模型化电路。实体电路是由有形的设备、电源、开关、导线等组合而成，电路中设备或元器件的电磁特性往往不是单一而是复杂的。为了对实际电路进行分析和计算，电工学中对实际电路中元器件进行理想化处理，突出元器件的主要电磁特性而忽略非主要特性，用统一的符号表示理想化的电路元器件。通过这样的理想化处理后，实际电路就可用理想化的电路元器件的连接来表示。经过理想化处理的电路元器件简称电路元件，电磁特性单一。如电阻元件R只具有耗能特性，电感元件L只具有储存磁场能量特性，电容元件C只具有储存电场能量特性。-1-电工基础如果实际电路中某设备或元器件具有两种或以上不

3、能忽略的电磁特性时，需要用超过一个电路元件的组合来表示其真实电磁特性。如在交流电路中，某些线圈类元件可能使用电阻与电感的串联来表示，其中电阻表示线圈耗能特性，电感表示线圈储存磁场能量特性。电路分析中，常用的电路元件有电阻元件（用R表示）、电感元件（用L表示）、电容元件（用C表示）、理想电压源（用Us表示，实际电压源需要串联内阻）、理想电流源（用Is表示，实际电流源需要并联内阻）。这几种电路元件都有两个外引端子，所以它们也被称为二端元件。理想的二端元件分为无源二端元件（电阻R、电感L、电容C）和有源二端元件（理想电压源和理想电流源）。理想电路元件的图形和文字符号见图1-1。图1-1理想电路元

4、件示意图把实际电路元件理想化后，可以把实际电路模型化表示。图1-2左边为手电筒电路，其中实际元件有电源（电池）、负载（小灯泡）、开关和导线。图1-2右边为该实际电路的电路模型，其中小灯泡抽象为电路元件电阻R，电池抽象为理想电压源Us及串联的内阻Rs，开关S和导线是电路的中间环节。图1-2手电筒电路及电路模型-2-第1章电路基础（三）电路状态电路状态有三种情况：通路：电路中的开关闭合，电源、负载通过中间环节连接成闭合通路，电路中有电流流过。在这种状态下，电路中电流和电压分别是USI=RR+SLU=U--IR=UUSSS0其中，RL是负载电阻，RS是电源内阻，一般认为电源内阻很小而忽略不计。在

5、实际电路中，往往根据根据负载的大小分为满载、轻载、过载三种情况。负载在额定功率条件下工作称为额定工作状态或满载，低于额定功率条件下的工作状态为轻载，高于额定功率条件下工作状态叫过载。过载容易损坏用电设备及供电设施，电路不允许出现过载现象。开路：也称短路，电路某处断开，电源、负载没有通过中间环节形成闭合通路，电路中没有电流通过，负载没有获得电能工作。在开路状态下，电路中的电流为零，电源端电压和电动势相等。短路：如果电路的负载被零阻值的导体接通，则该部分负载就处于短路状态。短路状态下，电路通流部分电流（短路电流）会比正常工作电流大很多。如果电源以外电路被短路了，则被短路部分电流为I＝E/RS，

6、由于电源内阻一般很小，这是短路电流可能很大。短路的危害很大，会导致将电源或部分负载被烧毁。为避免电路中发生短路，可在电路中安装保险丝等措施防止短路。【例】在某车间里有一台电源，供电电压为220V，电源内阻为2.2欧姆，电源允许最大电流为10A。当这台电源连接负载电阻为217.8欧姆的负载时，电路中电流多大？如果电路发生短路现象，电路中电流多大？这时电源会出现什么情况？【解】连接217.8欧姆负载时，电路中电流为U220S（A）I1RR2.2217.8SL当电路中发生短路现象时，U220S（A）I100RR2.20SL这时电路中电流远大于电源允许电流10A，电源将损坏。从

7、例题中例子可以看出，电路发生短路时，会使电路元件和设备损坏。-3-电工基础1.1.2电路基本物理量实际电路中，为了监测设备所消耗的电能和工作状态，需要对设备的电压、电流和功率等基本物理量进行测量。（一）电流电路中导体内部存在大量自由电子，当导体在外电场作用下，里面的自由电子就会作定向移动形成电子电流。而电工学中对电流方向的定义是正电荷的流动方向，也就是跟电子电流方向相反的方向。电流大小通常用电流强度表示，通常用字母i表示