电工学基础知识第2节电路和电路的工作状态

系列课程油气开采职业技能培训第1页，共30页。电路就是用导线把电源、用电器(负载)和电键(开关)连接起来组成的电流通路，如图KI一6—1所示。其作用主要体现在两个方面：一是实现电能的传输和转换，如电力系统；另一个是传递和处理信号，如扩音机，把语言或音乐等R声音信号转换为相应的电压和电流等电信号，通过放大器传递到扬声器，再把电信号还原为声音信号。第二节电路和电路的工作状态一、电路第2页，共30页。一个电路必须具备以下要素：图I一6—1电路示意图(1)电源：把非电能转换为电能的装置，如电池、发电机。R-灯泡；E一电源；K-开关(2)负载：电流通过后产生能量转换，得到需要效应的装置，或者叫用电器具，如电炉、电动机、电视机等。第3页，共30页。(3)连接导线：把电源与负载连起来形成通路的材料；

(4)开关：控制电路通断的装置。在实际电路中，电源、负载、开关等，既可能是一个器件，也可能是一个系统，即本身又成为一个电路。因此，对于开关来说，它可以是一个具体的执行通断功能的器件，也可以是执行通断功能的电路系统，后者即所谓的自动开关。第4页，共30页。当电路中的开关合上时，即把电源与负载接通，电路中就产生一定的电流，此时称为电路的有载工作状态；当开关断开时，电路处于开路(空载)状态，此时电路中的电流为零。二、电路的工作状态第5页，共30页。

当电源两端由于某种原因而连在一起时，电源被短路，此时电流很大，可能使电源烧毁或损坏。短路也可发生在负载端或线路的其他任何地方。短路通常是一种严重事故，应该尽力避免和预防。产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎，因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。第6页，共30页。

此外，为了防止短路事故所引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便在发生短路时能迅速将故障电路自动切除。第7页，共30页。在一个电路中，电流的大小一方面由电源的电压高低决定，另一方面受电路负载的电阻(如图1—6—2所示)大小的限制。在一个电路中，电流的大小同电源的电压成正比，同电路的电阻成反比，这就是欧姆定律，可用公式表示为：三、欧姆定律第8页，共30页。

但是，任何实际应用的电源都不仅供给电压和输出电流，它本身也图l一6—2电阻示意图有一定的电阻，这称为内阻。工作时在内阻上也要产生一定的电压降，因此，电源输出的电压是随着电流的大小而变化的。这样，就规定当一个电源在不工作时的最大电压(即开路电压)叫作电源的电动势，用E表示。与此相联系，把欧姆定律也分为部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律。第9页，共30页。

所谓部分电路欧姆定律，就是不包括电源，或者虽然包括电源但是认为电源的内阻为零的情况下的欧姆定律。它的表达公式即，=U／R。第10页，共30页。

所谓全电路(如图1—6—3)欧姆定律，就是包括电源内阻在内的欧姆定律。它的表达公式是：I=E／(、R+r、)式中E——电源电动势；

r一电源内阻。第11页，共30页。

在一般情况下，电源的内阻很小，或者电路的负载电阻较大的时候，用部分电路欧姆定律计算电路就能够得到足够准确的结果。而当电源的内阻较大或者负载电阻较小的时候，则必须应用全电路欧姆定律进行计算才行。第12页，共30页。

在电路中，构成电路的各元件首尾顺次联接的方式叫作串联，如图1—6—4(a)和(c)所示，此时流过每个元件的电流相同。在电路中，构成电路的各元件首首联接、尾尾联接的联接方式叫作并联，如图l一6—4(b)，此时每个元件的电压都相同。四、串联和并联第13页，共30页。电阻串联的计算：

R=R1+R2+…+尺。

U=U1+U2+…+玑当两个电阻串联时，有：，=U／(R1+R2)u1=URl／(R1+R2)

以=UR：／(R1+R2)第14页，共30页。

可见，串联电阻上电压的分配与电阻的值成正比，电阻大的得到的电压高。例如，当25w的电灯与60W的电灯串联使用时，由于前者的电阻比后者大，得到的电压高，使得前者反而比后者亮。第15页，共30页。

自然界的物质能够通过电流的能力是不同的，按照物质允许电流通过的难易程度，可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。

导体是指那些容易让电流通过的物质。大多数的金属，酸、碱、盐的水溶液，碳素类材料等，都是电的优良导体。四、导体、绝缘体和半导体第16页，共30页。电阻并联的计算：

1／R=1／R1+1／R2+…+1／尺。当两个电阻并联时，有：

R=R1R2／(R1+R2)l=lt+12

，l=U／Rl=，R2／(R1+R2)l=U／R2=，R。／(R1+R2)第17页，共30页。

可见，并联电阻上电流的分配与电阻的值成反比，电阻大的得到的电流小。例如，当25w的电灯与60W的电灯并联使用时，由于前者的电阻比后者大，得到的电流小，使得前者不如后者亮。第18页，共30页。电源串联的计算：

E=E1+E2+…+E。上述公式是在所有电源的极性都相同时使用；如果某个电源的极性相反，则用负号。第19页，共30页。

电流在电路中通过，总要消耗电能而转化成其他形式的能，这就是电流的做功过程。电流的做功过程实际上是电场力移动电荷的做功过程。电流所做的功叫电功(或电能)，用肜表示，则：W=UIt五、电功和电功率(一)电功第20页，共30页。

公式表明：电流在一段电路上所做的功跟电路两端的电压、电路中的电流强度、通电时间成正比。在国际单位之中，电功的单位是焦耳(J)。

1J=1V×1A×ls

实际生活中，我们常用“度”来作为电功或电能的单位，一个1千瓦(kW)的用电器在1小时(h)里所消耗的电能为1度，即：

1度=1kW·h=1000VA×3600s=3．6x106J第21页，共30页。

电流在单位时间内所做的功叫做电功率，用P表示，在直流电路中：

P=W／t=UI

在交流电路中：

P=W／t=UlCOS由。(二)电功率第22页，共30页。

其中咖为电压与电流的相位差角，c08咖称为负载的功率因数。纯电阻性负载的功率因数为1，如白炽灯、电炉等；电感性负载的功率因数小于1，如目光灯为o．5，电动机为o．8左右。

上述公式表明：电路上电流的电功跟电路两端的电压和电流强度成正比。在国际单位制中，电功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是w。1W=1J／s第23页，共30页。

在实际工作中经常用到另一个概念是效率，电的效率就是消耗的电能中有多少转化为有用功，或者说有用功占总功之比，用百分数表示，有时也可以用小数表示。效率用字母ŋ代表，其公式是：Ŋ=W1/W2式中W1——有用功；

ŋ——电的效率，％；

W2一总功。第24页，共30页。

各种电气设备的电压、电流及功率等都有一个额定值，例如一盏电灯的电压是220V，功率是60W，这就是它的额定值。额定值是制造厂为了使产品能在给定的工作条件下正常运行而规定的容许值。当电气设备中的电流或所加电压超过额定值过多时，将使设备过热，有可能烧毁或减少其寿命；六、电气设备的额定值第25页，共30页。

反之，如果电压和电流远低于额定值，不仅得不到正常合理的工作情况，而且也不能充分利用设备的能力。例如，上面提到的电灯，在220V电压下，正常发光；而在llOV电压下，非常黯淡；如接到380V的电源上，则立刻烧毁。第26页，共30页。

电气设备或元件的额定值常标在铭牌上或写在其说明中，在使用时应充分考虑额定数据。额定电压、额定电流和额定功率分别用砜、，N和P。表示某些设备的实际值不一定等于它的额定值，例如一台直流发电机的铭牌上标有40kW、230V、174A，这是它的额定值。第27页，共30页。

在实际使用时，这台发电机在一定电压下，并不总是发出40kW的功率和174A的电流；它发出多大的功率和电流，完全取决于负载的需要，但一般不应超过它的额定值。电动机也是这样，它的实际功率和电流也取决于它所带的机械负载。第28页，共30页。翰成与您在职业技能培训考试路上远征、同行！谢谢！第29页，共30页。内容梗概系列课程。在实际电路中，电源、负载、开关等，既可能是一个器件，也可能是一个系统，即本身又成为一个电路。因此，对于开关来说，它可以是一个具体的执行通断功能的器件，也可以是执行通断功能的电路系统，后者即所谓的自动开关。当电源两端由于某种原因而连在一起时，电源被短路，此时电流很大，可能使电源烧毁或损坏。产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎，因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。此外，为了防止短路事故所引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便在发生短路时能迅速将故障电路自动切除。但是，任何实际应用的电源都不仅供给电压和输出电流，它本身也图