100次浏览 发布时间：2024-11-15 09:52:22
一、电路的基本概念
1、电路
电流经过的路径称为电路。
2、内电路
电源内部的通路称为内电路。如电池两极之间的电路就是内电路。
3、外电路
从电源一端经过负载，再回到电源另一端的电路称为外电路。
4、电路图
电路图是指用国家统一规定的图形、文字、符号表示电气设备或元件，并按电路实物构成关系画出的图形。电路图主要由元件符号、连线、结点、注释四大部分组成。电路图有系统图、原理图、接线图和印制板图等。
二、电路的基本组成
电路由电源、负载、开关和连接导线组成。
1、电源
电源是把其它形式的能量转换为电能的装置。例如，发电机将机械能转换为电能。
2、负载
负载也称为用电器，是将电能转换为其它形式能量的设备和器件。例如电动机将电能转换为机械能；电炉将电能转换为热能；电灯将电能转换为光能。
3、开关
开关是指可以使电路断开、使电流中断或使其流到其它电路的元件。开关的作用是根据负载需要接通和断开电路。
4、连接导线
连接导线是输送和分配电能的导体，其作用是连接电源和负载，为电流提供通路，把电源的能量供给负载。常用的导线是铜线和铝线。
三、电路的基本功能
1、进行能量的转换、传输和分配
在电力电路中，发电厂将不同形式的能量，如热能、光能、原子能或水的势能等转变成电能；负载则将电能转变为光能、热能或机械能等；中间环节，如高低压输电线路、变压器，会控制、传输和分配电能，同时保护电路中的电气设备。
2、进行信息的传递与处理
这类电路中，电源可以提供的能量非常有限，一般情况下用作信号，称为信号源或激励；要传递的是各种信息，其中电路的输出信号又称为响应；各种终端设备，如收音机的扬声器、电话系统的电话机等，起着负载作用。这类电路往往都有比较复杂的中间环节，主要起的是信号的处理、控制、放大和传输等作用。
四、电路的三种状态
电路有三种状态：通路、短路和开路。
1、通路状态
通路就是电路中的开关闭合，电路中有电流流过。通路状态下，电源端电压与负载电流的关系可用电源的外特性确定。根据负载的大小，又分为满载、轻载、过载三种情况。负载在额定功率下的工作状态叫做额定工作状态或满载；低于额定功率的工作状态叫轻载；高于额定功率下的工作状态叫过载或超载。由于过载很容易烧坏电器，所以一般情况不允许出现过载。
2、短路状态
如果外电路被阻值近似为零的导体接通，这时电源就处于短路状态。短路状态下，电路中的电流(短路电流)Id≈E/R₀。由于电源的内阻一般很小，因而短路电流可能达到非常大的数值，这样会使电源有烧毁的危险，必须严格防止，避免发生。在短路状态下，电源的端电压为：
U=E-I₀R₀=E-ER₀/R₀=0。可见，短路状态的主要特点是短路电流很大，电源端电压为零。
3、开路状态
开路就是电源两端或电路某处断开，电路中没有电流通过，电源不向负载输送电能。对于电源来说，这种状态叫空载。开路状态的主要特点是电路中的电流为零，电源端电压和电动势相等。
五、直流电路
电流方向不变的电路称为直流电路。直流电路按工作状态可分为直流暂态电路和直流稳态电路。大家常说的直流电路指的是直流稳态电路。
1、直流稳态电路
直流稳态电路中的各个物理量，如电压、电流的大小、方向都不随时间变化，而是始终工作在稳定状态下。
一般情况下，直流电源和电阻器是组成直流稳态电路的必要部分。
2、直流暂态电路
直流暂态电路中的各个物理量，如电压、电流的大小随时间变化，但方向不会改变，是工作在由一种稳态到另一种稳态的过渡状态。
直流暂态电路除了包含直流稳态电路必要的电阻器、直流电源外，还包含电容器或电感器。
3、直流电源
常用的直流电源主要有蓄电池、干电池、直流发电动机和电子整流电源等。
六、交流电路
电压和电流的大小、方向都随时间作周期性变化的电路称为交流电路。交流电路主要有正弦交流电路和三相交流电路等。
1、正弦交流电路
正弦交流电路是指按正弦规律变化的交流电路，又称单相交流电路，它由两条电源线将电源与负载连接起来。
1）正弦交流电的三要素
正弦交流电的三要素是指最大值、频率、初相角。
（1）最大值
最大值是指正弦交流电在一个周期内出现的最大瞬时值的绝对值。电流、电压、电动势分别用Im、Um、Em表示。
（2）频率
频率是指交流电在1秒钟内变化的次数，用f表示，单位为赫兹（Hz），简称赫。
正弦交流电在1秒钟内所变化的电角度称为角频率，用ω表示，单位为弧度/秒（rad/s）。
交流电每变化一次所经历的时间为周期，用T表示，单位为秒（s）。交流电每变化一次，电角度变化2π弧度，所以有ω=2πf=2π/T。
（3）初相角
发电机的转子线圈平面开始计时(t=0)时与磁中性面夹角为α，发电机运行时线圈平面与磁中性面的夹角连续变化。设发电机旋转角速度为ω，则在任一时刻t，线圈与磁中性面的夹角为(ωt+α)，所以t时刻线圈中的感应电动势为e=Emsin(ωt+α)。式中(ωt+α)称交流电的相位角。t=0时的相位角叫初相角。e的初相角是α。
相位差是两个同频率的正弦交流电的初相角之差。
2）正弦交流电的有效值和平均值
（1）有效值
一个交流电流i和一个直流电流I分别流过完全相同的电阻R，如果在交流电一周期内它们在各自电阻上所产生的热量相等，则交流电流i的有效值就等于直流电流I的大小。正弦交流电有效值与最大值的关系为：
I=Im/√2≈0.707Im
U=Um/√2≈0.707Um
E=Em/√2≈0.707Em
（2）平均值
所谓平均值，是指交流电在半个周期内所有瞬时值的平均大小。交流电压、电流、电动势的平均值分别用字母Up、Ip、Ep表示。可以证明，正弦交流电平均值与最大值之间的关系是：
EP=2Em/π，Em=π/2EP,故有：
E=Em/√2=πEP/2√2≈1.1EP。
2、三相交流电路
三相交流电路的特点是按照一定的连接方式，由三个幅值、频率相同，且相位互差120°的三相交流电源给负载供电。与单相交流电路相比，有以下几点优点：
1）在相同的输送功率、距离、电压和线路损耗下，三相输电线路可以节省大量的输电成本与有色金属，其用铜量约占单相输电线路的3/4。
2）三相交流发电机比相同容量的单相交流发电机体积小、质量轻、成本低。
3）三相变压器不仅比单相变压器更经济，而且有两种输出电压，既可以连接三相负载，又可以连接单相负载。
4）三相电源产生旋转磁场更容易,适合为三相电动机供电。三相电动机比相同容量的单相电动机结构简单，工作可靠，价格低廉，性能良好，运行平稳，效率高。
