电工基础知识培训教材1

1、PAGE 45电工基础础知识培培训教材材绪言现代工业业、农业业、交通通、通信信、国防防以及日日常生活活中电的的应用广广泛。但但总的来来说，电电的应用用有两大大方面：一是作作为一种种能量电能能来应用用；另一一是作为为一种信信息电信号号来应用用。（通通常把电电压、电电流等电电量的变变化统称称为电信信号）电的应用用极其广广泛的原原因，是是由于它它具有下下列一些些重要特特点：转换容易易。作为为能量，电电能可以以很方便便地由水水能、热热能、化化学能、原子核核能等转转而来，成成为廉价价的动力力来源；而且电电能又很很容易转转换成人人们需要要的其它它各种形形式的能能量，如如机械能能、热能能、化学学能、光光能等

2、。作为信信息，电电信号与与各种非非电信号号（温度度、压力力、流量量等的变变化）之之间的相相互转换换也容易易实现。传输方便便。作为为能量，高高电压远远距离输输送电能能时，损损失小、效率高高；并且且容易分分配到各各个用电电设备上上去。作作为电信信号，不不但可在在线路中中迅速、稳定、准确地地传输，而而且可用用电磁波波的形式式在空间间传播。便于控制制和测量量。电能能或电信信号的有有关量值值便于准准确而迅迅速地进进行控制制和测量量，利用用电信号号还可对对电量以以及各种种非电量量进行遥遥控和遥遥测，这这些都为为自动化化生产提提供了必必要的有有得条件件。随着电的的日益广广泛的应应用，现现代电工工设备不不但种

3、类类繁多，而而且日新新月异不不断发展展。但是是目前绝绝大多数数的设备备仍是由由各式各各样的电电路所组组成。不不论电路路的结构构如何复复杂，它它们和最最简单的的电路之之间还是是具有许许多最基基本的共共性，而而且遵循循着相同同的运动动规律。因此本本章主要要内容将将着重于于电工基基础，介介绍电路路的组成成、电气气参数的的物理意意义以及及其中的的基本规规律、电电磁知识识和常见见的电气气设备及及元件的的原理、电路的的测量和和分析计计算等，以以使大家家对电建建立起一一个较完完整的基基本概念念和理论论，为以以后的进进一步学学习打下下基础。本次学学习的内内容多，时时间短，要要在四天天的时间间内完全全掌握有有一

4、定的的困难，需需要在以以后的工工作中，继继续学习习加深和和巩固。由于自身身的知识识水平和和业务能能力有限限，不可可避免的的存在一一些的错错误和不不足，恳恳切的希希望大家家给予批批评和指指正。1 电电路的基基本概念念1.11 电电路的组组成在电的实实际应用用中，从从最简单单的手电电筒的到到复杂的的电子计计算机的的运算，都都由电路路来完成成的。1、电路路的组成成及电路路元件的的作用电路就是是电流所所流经的的路径，它它由电路路元件组组成。当当合上电电动机的的刀闸开开关时，电电动机立立即就转转动起来来，这是是因为电电动机通通过导线线经过开开头与电电源接成成电流通通路，并并将电能能转换为为机械能能。电动

5、动机、电电源等叫叫做电路路元件，电电路元件件大体可可分为四四类：电源：即即发电设设备，其其作用是是将其它它形式的的能量转转换为电电能。如如电池是是将化学学能转换换为电能能，而发发电机是是将机械械能转换换为电能能。负载：即即发电机机设备，其其作用是是把电能能转换为为其它形形式的能能。如电电炉是将将电能转转换为热热能，电电动机则则是把电电能转换换为机械械能。控制电器器和保护护电器：在电路路中起控控制和保保护作用用。如开开关、熔熔断器、接触器器等。导线：由由导线材材料制成成，其作作用就是是把电源源、负载载和控制制电器连连接成一一个电路路，并将将电源的的电能传传输给负负载。由此可见见，电路路的作用用是

6、产生生、分配配、传输输和使用用电能。图1-1就是是最简单单的电路路。2、电路路图在实际工工作中，为为便于分分析、研研究电路路，通常常将电路路的实际际元件用用图形符符号表示示在电路路图中，称称为电路路原理图图，也叫叫电路图图。图11-1aa 电路路元件图图，1-1b为为1-11a的的的原理电电路图。（介绍电电气参数数，引出出后面电电流、电电压、电电阻等的的讲解）1.22 电电 流流物质的电电结构1、构成成物质的的分子与与原子世界上尽尽管有千千万种的的物质，例例如铜、铁、玻玻璃、塑塑料、空空气和水水等，它它们的性性质各有有不同中中，但这这些物质质都由该该物质的的分子构构成的。分子是是最细小小但不失

7、失原物质质性质的的颗粒。分子是是是由更小小的物质质微粒原子子组成。有些物物质的分分子比较较简单，只只有一种种原子组组成，例例如常见见的铜或或铁等金金属。水水的分子子是由两两个氢原原子和一一个氧原原子化合合而成。塑料和和其它有有机化合合物的分分子结构构都比较较复杂。原子是由由原子核核以及核核外的电电子所构构成。不不同的原原子，其其原子核核外面的的电子数数目也不不相同。例如氢氢原子在在它的核核外只有有一个原原子，而而銅的原原子则具具有299个电子子。原子核一一般由质质子和中中子所组组成。质质子的数数目总是是等于核核外的电电子数。中子不不带电，质质子和电电子都带带电的粒粒子。质质子带正正电荷，电电子

8、带负负电荷。在同一一个原子子中质子子与电子子所带的的正、负负电荷必必定相等等，因此此就整个个原子来来说，正正、负电电荷的作作用恰好好完全抵抵消，所所以物体体平时不不显示带带电现象象。见图图12 图图12 原原子结构构图2、物体体的带电电、电荷荷量如果由于于两种不不同的物物质相互互摩擦或或其它原原因，使使一块物物体上的的电子转转移到了了另一块块物体上上，这样样就使失失去电子子的这块块物体带带了正电电荷，而而获得了了电子的的那块物物体带了了相同数数量的负负电荷。物体失失去或获获得的电电子越多多，那么么这块物物体所带带的正电电荷或负负电荷量量也就越越多。电荷量是是以库仑仑（简称称库）为为单位计计量。

9、据据实验测测定，一一个电子子具有的的负电荷荷量约等等于1.610-119库，也也就是在在1库的的负电荷荷中约包包含有6625亿亿亿个电电子。带电的物物体在其其周围存存在着电电场，电电场也是是物质存存在的一一种形式式。实践践证明，带带异号电电荷的两两物体之之间有互互相吸引引的力，反反之，带带同号电电荷的两两物体之之间有互互相排斥的的力，这这种相互互的吸力力或斥力力就是电电场的作作用力。见图113图133 电电场力的的相互作作用3、库仑仑定律（了解）库仑定义义：当流流过某曲曲面的电电流1 安培时时，每秒秒钟所通通过的电电量。1 库仑仑（C）= 1 安培秒（AA S）库仑定律律是 HYPERLINK

10、 Hyperlink /view/2512082.htm t _blank 电磁场场理论的的基本定定律之一一。真空空中两个个静止的的点电荷荷之间的的作用力力与这两两个电荷荷所带电电量的乘乘积成正正比，和和它们距距离的平平方成反反比，作作用力的的方向沿沿着这两两个点电电荷的连连线,同同号电荷荷相斥，异号电荷相吸。 库仑定律公式：F=k(q1q2)r2公式11r 两者者之间的的距离（从 qq1到 q2方方向的矢矢径）k库库仑常数数 kk=1409.00109Nm2C-20真空介介电系数数，约为为8.88510-112 C2N-1m-2(1) 库仑定定律只适适用于计计算两个个点电荷荷间的相相互作用用

11、力,非非点电荷荷间的相相互作用用力,库库仑定律律不适用用。(2) 应用库库仑定律律求点电电荷间相相互作用用力时,不用把把表示正正,负电电荷的+,-符号代代入公式式中计算算过程中中可用绝绝对值计计算,其其结果可可根据电电荷的正正,负确确定作用用力为引引力或斥斥力以及及作用力力的方向向。库仑定律律成立的的条件：处在真真空中，必必须是点点电荷。注：计算算时不一一定要求求静止是是因为在在平时的的出题和和提升中中，很大大一部分分不考虑虑点电荷荷是否静静止。图144 点电电荷的作作用库仑定律律描描述静止止点电荷荷之间的的相互作作用力的的规律由公式111可知电荷荷之间的的作用力力随着电电荷量的的增大而而增大

12、，随随着距离离的增大大而减小小。电流1、电流流：电荷荷有规则则的运动动。导体内的的电流是是由于导导体内部部的自由由电子在在电场的的作用下下有规则则的运动动而形成成的。此此外，在在有些液液体或气气体中由由于存在在带正、负电荷荷的离子子，它们们在电场场作用下下分别朝朝着一定定的方向向运动，因因此也能能形成电电流。电流的大大小取决决于一定定的时间间以内通通过的导导体截面面的电荷荷量的多多少。iqDDt (IIQTT) 公公式12公式12指出出：电流流的大小小等于单单位时间间内通过过导体横横截面的的电荷量量。为简简单起见见我们把把电流的的大小简简称为电电流。 习惯上上我们把把正电荷荷流动的的方向作作为

13、电流流的实际际方向，即即外电路路中电流流从电源源的正极极流向负负极。但但在导线线中，电电流实际际上是带带负电荷荷的电子子流动所所形成的的，但其其效果与与等量正正电荷反反方向流流动完全全相同，因因此其电电流方向向是与电电子流的的方向相相反。如如图图144 电流流方向与与负电荷荷流动的的方向简单电路路中电流流实际方方向容易易按电源源极性来来判定。在比较较复杂的的电路中中，电流流的方向向难于直直观判断断。为了了分析计计算电路路的需要要，我们们引入了了参考正正方向的的概念。电流在导导体中流流动的实实际方向向有两种种可能，任任意选取取其中一一个方向向作为参参考方向向，称之之为参考考正方向向，简称称正方向

14、向。设电电路某一一未知电电流的正正方向已已经选定定，如果果求得此此电流为为正值，说说明电流流的实际际方向与与选定的的正方向向一致；若求得得此电流流值为负负值，说说明电流流的实际际方向与与选定的的正方向向相反。关联参考考方向：如果指指定流过过元件的的电流的的参考方方向是从从标以电电压正极极性的一一端指向向负极性性的一端端，即两两者的参参考方向向一致，则则把电流流和电压压的这种种方向称称为关联联参考方方向。当当两不一一致时，称称为非关关联参考考方向。2、直流流电流与与交流电电流电流的大大小和方方向都不不随着时时间变化化（即保保持不变变）的电电流称为为直流电电流。电流的大大小和方方向随着着时间按按一

15、定的的规律变变化的电电流称为为交流电电流。电电流的大大小和方方向随着着时间按按正弦的的规律变变化的电电流称为为正弦交交流电流流。iittI00图155 a)直直流电流流 b)正正弦交流流电流4、电流流的单位位电流电流流的大小小以安培培为单位位计量，简简称安，用用字母AA表示。1安的的电流即即等于在在1秒钟钟内有11库的电电荷量通通过导线线的截面面。1A11103mA11106A1.33 电 阻导体、绝绝缘体与与半导体体我们知道道，象铜铜、铁或或这样的的一些物物质是很很容易导导电的，我我们叫做做导体；而而象玻璃璃、云母母、陶瓷瓷之类的的物质就就很不容容易导电电，被称称为绝缘缘体。这这是因为为，在

16、导导体中存存在着不不少与原原子核的的联系很很松弛的的电子，它它们很容容易摆脱脱原子核核的束缚缚而在原原子之间间自由运运动，被被称为“自由电电子”。各种种金属内内部都在在不同程程度上存存在着大大量的自自由电子子，它们们在外电电场的作作用下，能能很快地地使电荷荷量从一一处移到到另一处处，所以以金属是是导体。相反地地，在绝绝缘体内内部自由由电子很很少，所所以几乎乎不能导导电，因因而可以以用来做做隔电的的材料。但是要要指出，绝绝缘体并并不是绝绝对不导导电的，只只是它的的导电能能力与导导体相比比相差得得非常悬悬殊而已已。象硅与锗锗这些物物质，它它们的导导电能力力介于导导体与绝绝缘体之之间，称称为半导导体

17、。半半导体有有很多特特殊的性性能，尤尤其是当当在纯硅硅、纯锗锗中间掺掺入适量量的其他他杂质之之后，其其导电能能力将会会成百万万倍地增增加。电阻和电电阻率导体内的的带电质质点的过过程中不不断地相相互碰撞撞，并且且与导体体的分子子相互碰碰撞，因因此，导导体对于于它所通通过的电电流呈现现有一定定的阻力力，这种种阻力称称为电阻阻。由于于导体的的长度、截面积积以及本本身的材材料不同同，就具具有不同同的电阻阻。电阻阻小说明明电流容容易通过过，反之之，电流流则不易易通过。绝缘体体之所以以能做隔隔电材料料，就是是因为它它有很大大的电阻阻，使电电流很难难在其中中通过。电阻的单单位是欧欧姆，简简称为欧欧，用符符号

18、表示。1M1103 K1106 RL S公式13由由导体材材料的导导电性能能确定的的常数（可可查表得得），叫叫做电阻阻率；常用的铜铜电阻率率为0.01772 mm2m；铝为00.0229 mm2m。L 导体体的长度度，单位位为m。S 导体体的横截截面积，单单位为mmm2。 Sd24 =0.7855 d2 (dd 是导导线的直直径，通通常用来来表示各各种不同同粗细的的导线规规格，如如95线线、1220线等等)。公式13表明明了导线线的电阻阻与它的的长度成成正比，与与横截面面积也就就是线径径的平方方成反比比。也就就是说，导导线越长长，电子子与分子子碰撞次次数增多多，电子子所遇到到的阻力力越大就就不

19、容易易通过；导线横横截面越越大，电电子通路路宽敞，阻阻力越小小，就越越容易通通过。所所以对于于较长的的传输线线路可采采用线径径较粗的的导线，或或几根芯芯线并做做一根使使用，来来增加其其总的截截面积S，使线线路电阻阻降低。电阻值的的倒数称称为电导导，用GG表示：G 11R 电导的的单位是是西门子子，简称称西（SS）：11S11-1电阻与温温度的关关系导体的电电阻是随随着温度度而变化化的。它它的原因因是在某某些导体体中（例例如金属属），如如果温度度升高，使使带电质质点与分分子碰撞撞的次数数增多，因因此导体体内的电电阻就增增大。相相反，在在一些导导体中（如如电解液液导体），如如果温度度升高，导导体的

20、单单位体积积内自由由电子和和离子数数增多，这这样就使使电流增增加，也也就是说说，这类类导体的的温度升升高反而而使电阻阻降低。有些金金属（如如锰铜、康铜等等）的电电阻随着着电阻温温度的变变化而改改变得很很小。一般当温温度不太太低，且且变化不不大时，导导体电阻阻所改变变的数值值，基本本上可以以认为与与温度改改变的值值成正比比。如以以R1表示在在起始温温度T1时的导导体电阻阻，以RR2表示温温度增加加到 TT2时的导导体电阻阻，则电电阻与温温度的关关系可以以表示为为： R2R1 1+（T2T1） 公式式14电电阻温度度系数，它它等于温温度每变变化“1”时，每每欧的导导体电阻阻所改变变的电阻阻数值，其

21、其单位们们为“1”。1.44 电压压及欧姆姆定律前面我们们介绍了了关于电电流及电电阻的概概念。本本节将进进一步讨讨论关于于连续不不断的电电流是怎怎样产生生的的。为此先先介绍电电源电压压的概念念，再讨讨论电压压、电流流、电阻阻三者之之间的关关系，即即欧姆定定律，这这一定律律是我们们分析电电工问题题最用到到的基本本定律之之一。电源及电电源电压压电路中的的电流需需要靠电电源来维维持，这这好比用用水泵来来维持连连续的水水流一样样。水泵能维维持连续续水流的的原理是是由于它它能保持持两处之之间的水水位差，使使一处的的水位总总是高于于另一处处的水位位。在水水泵的外外部，水水总是从从高水位位处流向向低水位位处

22、；而而在水泵泵内部，借借助水泵泵的力量量可从低低水位处处流向高高水位处处，这样样，水就就能连续续不断地地流通了了。与此类似似，在电电源两端端具有不不同的电电位。电电源正极极的电位位总是高高于负极极的电位位，也就就是电源源能维持持两点间间的电位位差，使使在电源源外部，电电流从高高电位的的正极流流向低电电位的负负极；而而在电源源内部，借借助于电电源本身身的电源源力，可可使电流流从低电电位流向向高电位位。电位差又又称电压压，用UU表示，单单位为伏伏特，简简称伏，以字字母V代代表。衡衡量电源源维持电电位差能能力的物物理量，称称为电源源电压或或电动势势、电势势，用EE表示，单单位与电电压相同同。电势势的

23、实际际方向，规规定由电电源负极极指向正正极，即即由低电电位指向向高电位位。接通通外部电电路后，电电流由电电源负极极通过电电源内部部流向正正极，可可见电源源中的电电流与电电势同向向。电势的参参考方向向也可任任意取，当当实际方方向与正正方向一一致时，电电势为正正值，反反之为负负值。1 KVV 11103 V1106 mVV电源本身身的电阻阻叫做电电源内阻阻（用RR0表示）。如果一一个电源源只具有有一定的的电源电电压而内内阻为零零，此电电源称为为理想电电压源或或恒压源源。对理理想电压压源以符符号“”表示。其中长长线段代代表正极极，短线线段代表表负极。具有不不变的电电动势和和较低的的内阻的的电源称称为

24、电压压源。电电势为EE、内阻阻为R00的电压压源可以以等效为为恒压源源E和内内阻R0串联。.一般用用电设备备所需的的电源，多多数是需需要它输输出较为为稳定的的电压，这这要求电电源的内内阻越小小越好，也也就是要要求实际际电源的的特性与与理想电电压源尽尽量接近近。但是，并并非在任任何情况况下都是是要求电电源的内内阻越小小越好。某些特特殊场合合，却要要求电源源具有很很大的内内阻，这这是因为为高内阻阻的电源源能够输输出一个个较稳定定的电流流。我们把内内阻无限限大的、能输出出恒定电电流Iss的电源源称为理理想电流流源或恒恒流源。恒流源源输出恒恒定电流流Is通常称称为电激激流。恒流源与与恒压源源一样，都都

25、属理想想状态，实实际上都都是不存存在的。实际电电流源的的性能只只是一定定范围内内接近于于理想电电流源。例如,晶体三三极管工工作于放放大状态态时就接接近于恒恒流源。把电激流流为Is的恒流流源与电电阻R0并联的的电路定定义为电电流源。恒流源与与电阻并并联的电电路同恒恒压源与与电阻串串联的电电路之间间，在满满足一定定关系的的条件下下是可以以互相等等效的。欧姆定律律欧姆定律律：流过过电阻RR的电流流I，与与电阻两两端的电电压U成成正比，与与电阻RR成反比比。 错误！未未找到引引用源。公式15式中电压压单位用用伏，电电阻的单单位用欧欧，则电电流的单单位是安安。从公公式（115）可可以看出出，如果果电压U

26、U一定，那那么电阻阻R越小小时，则则电流II越大；反之，当当电阻RR越大时时，电流流I越小小。也就就是如果果把两个个不同的的负载分分别接到到相同的的电源电电压上时时，则在在电阻小小的负载载中流过过的电流流大，而而在电阻阻大的负负载中流流过的电电流小，即即在一定定的电压压下，电电流与电电阻成反反比。欧姆定律律还可写写成URII这样的的形式，从从这里可可以看出出，当电电流I一一定时，电电阻大则则电压越越大；反反之，在在一定的的电流下下，电阻阻越小则则电阻上上的电压压也越小小。换言言之，当当两个具具有不同同阻值的的电阻通通过相同同的电流流时，在在低电阻阻上的电电压低，而而在高电电阻上的的电压高高，即

27、当当电流一一定时，电电压与电电阻成正正比例关关系。例1-11、接在在电路中中的某一一个电阻阻R上的的电压为为10VV,其中中电流为为2mAA，问此此电阻为为多少欧欧？若将将该电阻阻能以115mAA的电流流，则其其上的电电压为多多少伏？R5KK UU755V电流与电电压的线线性关系系我们通常常所遇到到大多数数电阻元元件，其其电阻RR可认为为是不变变的常数数，即RR与所加加电压及及所通电电流的大大小与方方向均无无关。例例如设RR5KK，当这这个电阻阻中通过过不同数数值电流流I时，用用欧姆定定律算出出相应的的电压，如如下表所所示：I（mAA）12345678U (VV)510152025303540

28、如果我们们用沿水水平方向向的横座座标表示示出电压压U，沿沿垂直方方向的纵纵座标表表示电流流I，则则上述关关系可用用图形表表示出来来，这就就是如图图16所示示的一条条直线。102030404682I 毫安U 伏图166 线性性电阻伏伏安特性性曲线对于这种种电压与与电流之之间总具具有直线线性关系系的电阻阻称为线线性电阻阻。线性性电阻是是一种线线性的电电路元件件，全部部由线性性元件构构成的电电路叫线线性电路路。除了了特别指指出的以以外，本本教材所所讨论的的均属线线性电路路。在一般情情况下，表表示一个个电阻元元件的电电压与电电流之间间关系的的图形，称称为此元元件的伏伏安特性性曲线。如上所所述，线线性电

29、阻阻的伏安安特性曲曲线为一一直线。严格地说说，线性性电阻是是不存在在的。例例如金属属导体内内通过不不同的电电流时，导导体的温温度就不不同，而而导体的的电阻又又是随温温度而变变化的，因因此导体体内通过过不同的的电流，导导体的电电阻也随随着改变变。但由由于这种种变化很很小，所所以在一一定的范范围内，我我们可以以近似地地把它作作为线性性元件来来考虑。但有些些电阻元元件就不不同了，这这些元件件的伏安安特性曲曲线相差差较大。如一个个普通的的钨丝灯灯泡，在在一定的的电压下下正常工工作时具具有的电电阻，可可比在冷冷却时用用万用表表测出的的电阻值值大十倍倍以上。其伏安安特性曲曲线向下下弯曲。而碳丝丝灯泡因因电

30、阻随随温升减减小，所所以它的的伏安特特性曲线线向上弯弯曲。1.66 电 功 率率和电能在分析中中解决有有关电路路问题中中有时需需要考虑虑功率问问题。例例如焊大大的物件件要用大大电烙铁铁；用大大电炉可可以很快快烧开一一壶水。这些都都是因为为它们的的功率不不同。本本节将根根据已知知的电压压、电流流或电阻阻来计算算一个电电阻元件件所消耗耗的电功功率，以以及关于于电阻消消耗电功功率转变变成热能能的概念念。电功率的的计算公公式电功率等等于电压压与电流流的乘积积。用PP表示，单单位瓦特特（W）或或(KWW)PU I 公式11-6式中电压压用伏，电电流用安安，则功功率为瓦瓦。把上式中中的电压压U以UU=RI

31、I 代入入，则电电阻R所所消耗的的功率可可以表示示为：PI22R 公式11-7这个式子子表明，对对于一定定的电阻阻R，功功率与电电流的平平方成正正比。将1-66式中的的I以II=UR代入入，电阻阻R所消消耗的功功率又可可表示为为：PU22R 公式11-8这就是说说，在一一定的电电压下，功功率与电电阻成反反比，负负载的电电阻越小小，它的的功率就就越大。1 KWW 11103 W1106 mWW例1-22：电阻阻率=1.4mm2m，线线径d=0.335mmm的电热热丝绕制制一功率率为3000瓦、工作电电压为2220VV的电炉炉，需要要多少米米？L111米练习：试试求阻值值为2000,额定定功率为为

32、8瓦的的电阻器器所允许许的工作作电流及及电压？ I = 0.2 AA UU = 400 V能量的转转换和守守恒能量：就就是物体体所具有有的作功功的能力力或作功功的本领领。能量有许许多种，例例如机械械能、热热能、电电能、光光能、化化学能等等。各种种能量之之间可以以互相转转换。例例如，发发电厂和和电力网网就是一一个多种种能量相相互转换换的系统统。在水水电站中中，水推推动水轮轮机转，将将它所具具有的动动能和势势能转换换成机械械能。水水轮机带带动发电电机又将将机械能能转换为为电能。电能经经过输电电线路送送到用户户，又转转换为各各种形式式的能量量。电动动机将电电能转换换成机械械能；电电灯将电电能转换换成

33、光能能等。在能量转转换的过过程中，不不可避免免地有能能量损失失。如：水从前前池经压压力管、导水机机构流进进水轮机机，并不不能全部部变成机机械能，沿沿途有漏漏水损失失、摩擦擦损失等等等。水水电站中中水的动动能与势势能的和和应等于于推动水水轮机的的能量与与漏水损损失、摩摩擦损失失等之和和。以上说明明，自然然界的能能量既不不能创造造，也不不能消灭灭，只能能从一种种形式转转换为另另一种形形式，能能量的总总和操持持不变，这这就是能能量守恒恒定律。电能电路的主主要任务务是进行行电能的的传送、控制和和转换。在图11-1中中所示的的的电路路中，当当有电流流通过时时，电源源要输出出电能；在外电电路中负负载R要消

34、耗耗电能。根据能能量守恒恒定律，如如果不考考虑电源源内部和和导线中中的能量量损失，那那么电源源输出的的电能就就应该等等于负载载所消耗耗的电能能。我们要注注意电能能和电功功率的区区别。电电能是指指一段时时间内电电场力（电电源力）所所做的功功。电功功率是指指单位时时间内电电场力（或或电源力力）所做做的功。它们之之间的关关系是：W = P t电能的单单位是千千瓦时（KKWh），简简称度。1 KKWh是指指功率为为1千瓦瓦的电源源（或负负载）在在1小时时内所输输出（或或消耗）的的电能。电功率率用功率率表测量量，电能能用电度度表测量量。例1-33 在在2200V的电电源上，接接入一个个电炉，已已知通过过

35、该电炉炉的电流流是4.55AA，问11小时内内，该电电炉消耗耗的电能能是多少少？W = 3 KKWh效率能量在转转换和传传递的过过程中，因因为存在在种种损损失，只只有一部部分能量量转化为为其它有有用的能能量。我我们转换换前的能能量叫做做输入能能量，用用P1表示，把把转化后后的能量量叫做输输出能量量，用PP2表示，把把种种损损失加起起来叫做做综合损损失，用用P表示示，那么么根据能能量守恒恒定律得得：P1 = P2+ P公式11-9将输出能能量与输输入能量量的比值值称之为为效率，用用符号表示。 = P2P1 1000% 公式11-100由于损失失的存在在，任何何一种设设备所得得到的能能量总是是大于

36、它它输出的的能量，即即效率总总是小11的。在水电生生产过程程中，主主要存在在有以下下几种损损失：水水力损失失、机械械损失、电能损损失。水水力损失失主要是是指各部部分的漏漏水及克克服引水水管道管管壁和导导水机构构对水的的摩擦力力造成的的损失。机械损损失主要要指克服服接触摩摩擦和运运动时的的风阻造造成的损损失。电电能损失失是指输输电线及及送配电电设备上上消耗的的电能损损失。例1-44 有一一台电动动机，它它的名牌牌上标出出的功率率是7千千瓦，效效率是886%，问问电动机机内部的的损失是是多少？ 11.144KW电流的热热效应当电流流流过导体体时，由由于导体体具有一一定的电电阻，因因此，电电能就随随

37、着电流流的流动动不断地地转变为为热能，使使导体温温度升高高，这种种现象就就叫做电电流的热热效应。电炉、电烙铁铁等就是是利用电电流的热热效应来来生热的的，我们们利用它它为生产产和生活活服务。另一方方面，在在电机、变压器器等电气气设备中中，电流流通过绕绕组时所所产生的的热量，对于这这些设备备是不利利的。这这些热量量如果不不设法从从电机及及变压器器内部散散发出来来，经过过长时间间运行后后，就会会使设备备的温度度升得很很高，严严重时甚甚至会烧烧坏设备备。所以以必须严严密监视视设备的的温升（即即设备温温度比周周围环境境温度高高多少），采采取多种种方式进进行冷却却和散热热。经过长期期的实践践和实验验，证明

38、明电流通通过导体体产生的的热量跟跟电流的的二次方方成正比比，跟导导体的电电阻成正正比，跟跟通电的的时间成成正比，这这个规律律叫做焦焦耳定律律。Q=I22Rt公式11-9公式中的的电流II的单位位要用安安培（AA），电电阻R要要用欧姆姆（），通通过的时时间t的的单位要要用（ss），这这样热量量Q的单单位就是是焦耳（JJ）电气设备备的额定定值为了使电电气设备备安全、经济地地运行，并并保证一一定的使使用寿命命，制造造厂对产产品都规规定了额额定值（如如额定电电压、额额定电流流、额定定转速等等）。大大多数电电气设备备的电流流超过额额定值过过多时，由由于发热热过甚，绝绝缘材料料将会损损坏；当当所加电电压超

39、过过额定值值过多时时，绝缘缘材料也也可能被被击穿。反过来来说，如如果电气气设备的的电压与与电流额额定值比比额定值值小得多多，不仅仅得不到到正常合合理的工工作状况况（如电电压过低低，电灯灯亮度不不够，电电动机的的转速太太低等），也不不能充分分利用电电气设备备的工作作能力。因此，制制造厂在在规定产产品的额额定值时时，要全全面考虑虑使用时时的经济济性、可可靠性以以及寿命命等各种种因素，特特别要保保证电气气设备的的工作工工作温度度不超过过规定允允许值。电气设备备的额定定值通常常标在铭铭牌上。额定值值一般用用附有下下标“e”的符号号表示,如Uee 、Ie 、PPe等。2直流流电路的的分析计算算本章将在在

40、第一章章的基础础上，逐逐步讨论论一些简简单电路路及电路路中各种种过程的的分析方方法。2.11 电路的的工作状状态电路有三三种可能能的工作作状态：通路、断路、短路。通路通路：就就是电源源与负载载闭合回回路。如如图2-1所示示电路中中开关SS合上时时的工作作状态。短距离离输电导导线电阻阻很小，常常忽略不不计，据据欧姆定定律，于于是负载载的电压压降ULL就等于于路端电电压：U=ULL=E（RR+R00）RSR1R1-+R0REULU 图图2-11通路示示意图若输电线线导线较较长，就就应当考考虑它的的电阻。实际上上为了简简化电路路计算，常常用等值值的集中中的电阻阻来代表表实际导导线的分分布电阻阻，如图

41、图2-11中用虚虚线表示示的电阻阻R1。输电导线线的横截截面积应应依据线线路上的的容许电电压损失失（一般般为额定定电压的的5%）和和最大工工作电流流选定，截截面过细细导线上上的电压压损失太太大，过过粗则浪浪费材料料。电气设备备接入额额定电压压，流过过额定电电流的工工作状态态，称为为额定工工作状态态，也称称满载。满满载时的的电功率率等于额额定功率率。如果果由于某某种原因因，电流流超过额额定值，即即实际功功率超过过额定功功率，这这种状态态称为过过载状态态，简称称过载。长时间间过载是是不允许许的；而而短时间间过载往往往是不不可避免免的。实实际功率率在额定定值的550%以以下时一一般称为为轻载。实实际

42、功率率为额定定值的880%以以上时，一一般称为为重载。断路断路就是是电源与与负载没没有接通通成闭合合回路，也也就是图图2-11电路中中开关SS断开时时的状态态。断路路状态相相当于负负载电阻阻等于无无穷大，电电路的电电流为零零，即R=II=0此时电源源不向负负载供给给电功率率，即PPS=PL=0这种情情况称为为电源空空载，（PS输出功功率）。电源空载载时的端端电压为为断路电电压或开开路电压压，电源源的开路路电压UUOC就等等于电动动势E：UOC = EE短路短路就电电源未经经负载而而直接由由导线接接通成闭闭合回路路。电源源输出的的电流就就以短路路点为回回路而不不流过负负载。若若忽略输输电导线线的

43、电阻阻，短路路时回路路中只存存在电源源的内阻阻R0，这时时的电流流为ISC = EER0ISC称称为短路路电流。因为电电源内阻阻R0一般都都比负载载电阻小小得多，所所以短路路电流总总是很大大的。如如果电源源短路状状态不迅迅速排除除，由于于电流热热效应，很很大的短短路电流流将会烧烧毁电源源、导线线以及短短路回路路中接有有的电流流表、开开关等，以以致引起起火灾。所以，电电源短路路是一种种严重事事故，应应严加防防止。许多短路路事故是是因绝缘缘损坏引引起的；错误的的接线或或误操作作也常导导致电源源短路。为了避避免短路路事故所所引起的的严重后后果，通通常在电电路中接接入熔断断器或自自动断路路器，以以便在

44、发发生短路路时能迅迅速将故故障电路路自动切切断。 熔断器的的符号如如如图22-2。熔断器器内装有有熔丝，是是由低熔熔点的合合金制成成的金属属丝或片片，电路路中一旦旦发生短短路事故故，很大大的短路路电流流流过熔丝丝所产生生的热量量使保险险丝迅速速熔断，断断开电路路，保护护设备。FU图2-2短路与开开路这两两个术语语不仅能能用于电电源，也也能用于于电路中中任意一一段或某某一器件件。如某某段电路路或某一一器件因因与电源源断开，以以致无电电流流过过，也可可说该段段电路或或该器件件开路。若某段段电路或或某器件件的两端端被一根根几乎无无电阻的的导线连连接，以以致两端端无电压压，这也也可说是是该段电电路或该

45、该器件被被短路。短路分分为“事故短短路”和“有用短短路”，后者者我们称称为短接接。2.22 电路中中的电位位计算电路中点点的电位位是相对对的物理理量，若若不选定定参考点点，就只只能比较较两点电电位的高高低，而而无从确确定各点点的电位位值。参参考点的的电位通通常规定定为零，所所以参考考点又叫叫零电位位点。零零电位点点任意选选定，但但为了统统一，习习惯上取取大地为为参考点点，即认认为大地地的电位位为零，这这是因为为大地容容纳电荷荷的能力力非常大大，它的的电位很很稳定，不不受局部部电荷量量变化的的影响。这个道道理与地地理上计计算高度度常选海海平面起起点是相相似的。电位：某某点的电电位与零零电位之之间

46、的电电压。有有V表示。电子线路路中常取取公共点点或机壳壳作为电电位的参参考点。接地与与接公共共点（或或机壳）的的表示符符号如图图2-22所示图2-3接地接公共点电路任意意两点间间的电压压值与参参考点的的选择无无关。要计算某某点的电电位，简简单地说说，就是是从该点点出发，沿沿着任选选的一条条路径“走”到零电电位点，该该点的电电位就等等于“走”这条路路径所经经过的全全部电位位降（即即电压）的的代数和和。一路路上经过过的不论论是电源源还是负负载，只只要从器器件的正正极到负负极，就就取该电电位降为为正值，反反之就取取负值。（负载载则将电电流流入入端为正正极，出出端为负负极，若若未知则则自己选选定参考考

47、方向，一一般应与与电压相相关联）R1R2-+E1E2R3ACBDI1I3I2 图2-4以图2-4为例例。D点点是参考考点。AA点的电电位为：（1）AAED VA= EE1（2）AAR1BR3D VA= I1R1+I3R3（3）AAR1BR2CE1D VA= I1R1 = I2R2 + E2若以B点点为参考考点，AA点的电电位为VA= I1R1 = E1I3R3 当选AA或B为为参考点点时，AA与B点点的电压压选A点时时：Uaab = I1R1 选BB点时：Uabb = I1R1即两点间间的电压压与参考考点的选选择无关关。从以上分分析可看看出：1、在电电路中，某某点电位位的高低低是相对对的，当当

48、电位的的参考点点改变时时，电位位的高低低就随着着发生变变化。2、电位位参考点点的选择择是任意意的，但但是一个个电路里里只能有有一个参参考点。当参考考点选定定后，电电路中各各点的电电位就有有了确定定值，而而与计算算电们时时的选择择的路径径无关。3、不论论选择哪哪一点作作为电路路的参考考点，任任意两点点间的电电压数值值不会改改变。同电位：两点之之间的电电压为零零或两点点的电们们相等地地，叫做做这两点点同电位位。此时时因两间间没有电电压，导导线中也也不会有有电流流流过，这这根导线线接上去去或拿掉掉都有关关系，当当然，在在这两点点间接上上任意电电阻也没没有影响响。2.33 电路中中电阻串串联与并并联在

49、介绍电电阻串联联与并联联之前，我我们先熟熟悉一个个概念。电路中中任何一一部分的的几个电电阻，总总可以由由一个电电阻来代代替，而而不影响响这一部部分两端端原来的的电压和和电路中中其余部部分的电电流强度度。这一一个电阻阻就叫做做这几个个电阻的的总电阻阻。也可可以说，将将这一个个电阻代代替原来来的几个个电阻后后，对整整个电路路的效果果与原来来几个电电阻的效效果相同同，所以以这一个个电阻叫叫做这几几个电阻阻的等效效电阻电阻的串串联将若干个个电阻元元件，顺顺序地头头尾相接接连在一一起的连连接方式式称为串串联。所所组成的的电路，称称为串联联电阻电电路。R1R2-+E1R3I1I3I2I-+E1IRab 图

50、22-5它有以下下特点：1、流过过串联元元件的电电流相等等；I= II1= I2= I32、串联联各元件件电压降降（功率率）之和和，等于于串联电电路总的的电压（功功率）；E = U= U1+ U2+U3P = P1+P2+ P33、串联联电阻电电路中的的各个电电阻可以以用一个个电阻代代替，这这个电阻阻叫做串串联电阻阻的等效效电阻。它等于于各个电电阻之和和。R= RR1 + R2 + R3N个等阻阻值的电电阻串联联（如：R1= R2 = R3），总总电阻等等于NR1。图2-55 a图图 可简简化成 b 图图4、串联联电路各各段电压压与各段段电阻成成正比分压压公式U1=UUR1RU2=UR2RR1

51、RR、R2R、称为为串联分分压系数数。利用串联联分压的的道理可可以扩大大电压表表的量程程；还可可以制成成电阻分分压器，如如电位器器、可变变电阻器器等。电阻的并并联若将几个个电阻元元件都接接在两个个共同端端点之间间，这种种连接方方式称为为并联。所所组成的的电路为为并联电电阻电路路。R1R2-+E1R3I1I3I2I-+E1IRab图2-66它有以下下特点：1、并联联各电阻承受受同一电电压，即即各电阻阻上的端端电压相相等。E = U= U1 = U2 = U32、并联联各电阻阻可等效效为一个个总电阻阻，等效效电阻值值的倒数数等于各各电阻值值的倒数数之和。或可以以说等效效电导等等于各支支路的电电导的

52、和和。1R=1R1 + 1 R2 +1R3或表示为为： G = G11+ GG2+G3对于只有有两个电电阻并联联的电路路，其等等效电阻阻R可用下下式计算算：R=R11R2（R1+R2）N个等阻阻值的电电阻串联联（如：R1= R2 = R3），总总电阻等等于R1N。并联一个个电阻的的结果总总是使等等效电阻阻减小，且且等效电电阻比各各并联电电阻中的的任一个个都要小小。3、流过过并联各各支路的的电流之之和，等等于并联联电路总总电流。I= II1+ I2+ I34、并联联电路各各支路电电流与各各支路电电阻成正正比分流流公式。I1=IIR1R I2=IR2RR1RR、R2R、称为为并联分流系数。基尔霍夫

53、夫定律电路的基基本定律律，除欧欧姆定律律外，主主要还有有基尔霍霍夫定律律（也译译成克希希荷夫定定律）。凡运用欧欧姆定律律和电阻阻串并联联公式就就能求解解的电路路称为简简单电路路；否则则，就是是复杂电电路，一一般应用用基尔霍霍夫的两两条定律律。它们们不仅适适用于简简单电路路，也适适用于复复杂电路路。这里先介介绍几个个名词：支路、节点和和回路。支路：电电路中每每一段不不分支的的电路，称称为支路路。节点：支支路中三三条或三三条以上上支路相相交的点点，称为为节点。回路：电电路中任任一闭合合的路径径为回路路。基尔霍夫夫电流定定律（也也称基尔尔霍夫第第一定律律 简简称KCCL ）基尔霍夫夫电流定定律：对电

54、路路中任一一节点来来说，注注入节点点的电流流总等于于该节点点流出的的电流总总和，即即：I = 0。或者说说在电路路的任一一节点上上，电流流的代数数和为零零。如图2-4中节节点B，可可写成II1+ I2+ I3=0 或写成成I1= I2+ I3在列节点点电流方方程前，先先要标定定电流的的方向，对对已知的的电流，则则按已知知的实际际方向标标定，对对未知的的电流方方向可任任意标定定，计算算得正，实实际方向向与标定定方向相相同，计计算为负负，则实实际方向向与标定定方向相相反。节点电流流定律可可应用于于点，也也可应用用于任意意假定的的封闭面面。A电路B电路I2I1图2-66回路电压压定律（也称基尔尔霍夫

55、第第二定律律 简简称KVVL）回路电压压定律：沿一回回路所升升高的电电位必等等于沿此此回路所所降低的的电位。即：E=U=RI应用回路路电压定定律列方方程时，式式中各项项符号的的正负，按按下述原原则确定定：（1）回回路循行行方向可可任意选选择，顺顺时针或或逆时针针均可；（2）循循行一周周时，不不论是经经过电源源电压还还是电阻阻上的电电压，凡凡从负极极到正极极均使电电位升高高，而从从正极到到负荷均均使电位位降低。把沿一一个回路路绕行一一周时从从负极到到正极的的电压全全部加起起来，就就是沿整整个回路路电位升升高的总总和，同同样，将将正极到到负极的的电压全全部加起起来，就就是沿整整个回路路电位低低的总

56、和和。若电动势势改用电电压降来来表示，回回路电压压定律也也可表述述为：沿沿回路循循行一周周，电压压降的代代数和等等于零。即：U=00回路电压压定律不不仅适用用于由电电源电压压及电阻阻等实际际元件构构成的回回路，同同样也能能适用于于不全由由实际元元件构成成的回路路。欧姆定律律、基尔尔霍夫定定律在电电路中的的应用有了欧姆姆定律，再再加上节节点电流流定律及及回路电电压定律律，我们们就能计计算一个个在结构构上任意意复杂的的电路。必须注意意，在列列方程式式之前先先标定求求知电流流的方向向（及电电压的极极性），在在此基础础上列出出全部电电流方程程式及电电压方程程式。列列电流方方程式与与电压方方程式应应采用

57、同同一种标标定方向向。在一般情情况下，复复杂电路路如果有有n个节节点及mm条支路路，则需需要列出出m个方方程式，用节点电流定律可以列出n-1个电流方程，而回路电压定律列出其余的m-(n-1)个方程式。在列电压方程式时，通常以电路图所形成的格子作为回路比较方便。例2-11如图22-7所所示的电电路中，已已知电源源电压EE1=2300V，E2=2115V，电阻RR1=1，R2=1，R3=44，求各各电阻中中的电流流及电阻阻上消耗耗的功率率。R1R2E1I3I2I1R3cI2E2图2-77解：这个个电路中中有3条支路路需要列列出3个方程程式。电电路有22个节点点，可用用节点电电流定律律列出11个电流

58、流方程式式。同时，凭凭直观可可看出，这这个电路路图形成成2个格子子，分别别沿这22个格子子所构成成的回路路用回路路电压定定律可列列出2个电压压方程，总总共正好好是3个方程程式。（11）I3=II1+ I2E1=RR1 I1+R3 I3E2=RR2 I2+R3 I3（2）将将已知的的电源电电压及电电阻的值值代入上上5式中中I3=II1+ I2230=1 I1+44I3215=1 I2+44I3（3）应应用消元元法得I1=110A，I2=-5A，I3=5A。I1、II3为正值值，说明明这两个个电流的的实际方方向与标标定方向向相反，I2为负值说明它的实际方向与标定方向相反。各电阻上上消耗的的功率为为

59、：P1=II12R1=10021=1100（WW）P2=II22R2=（-5）221=225（WW）P3=II32R3=5244=11000（WW）练习：如如下图，已知E1=6V，E2=16V，E3=10V，R1=4，R2=6，R3=4，求各支路电流I1、I2、I3（分别为1A、3A、2A）R1R3E1I2I3I1R2I3E3E2电阻的混混联电路路电阻的串串联与并并联是电电路最基基本的连连接形式式。在一一些电路路中，可可能既有有电阻的的串联，又又有电阻阻的并联联，这种种电路就就叫做电电阻的混混联电路路。分析、计计算混联联电路的的方法如如下：应用电阻阻的串联联、并联联逐步简简化电路路，求出出电路

60、的的等效电电阻。由等效电电阻和电电路的总总电压，根根据欧姆姆定律求求电路的的总电流流。由总电流流根据基基尔霍夫夫定律和和欧姆定定律求各各支路的的电压和和电流。例2-22 如如图2-8所示示，电路路总电压压为2220V，已已知R1=20，R2=20，R3=6，R4=155，R5=100，求各各电阻的的电流和和电压。I1 R1I3I4I1R2R4R5R3I2解：先求求R1、R2的并联联等效电电阻：R12=R1R2（R1+R2）=22020（200+200）=110求R4、R5的并联联等效电电阻：R45=R4R5（R4+R5）=11510（155+100）=66混联电路路的等效效电阻为为R= RR1