非电气专业人员光伏风电培训课件一(电路基础)最终版

2014.10.25金勋声明：本课件数据内容95%来自互联网信息，不能做为科研、论文、工作的依据。仅供参考。九江分布式能源站非电气专业人员光伏、风电发电培训课件（一）电路基础1

1/76总目录第一章电工基础

第一节电的基本概念第二节电路

第三节直流电路第四节电与磁

第五节单相交流电路第六节三相交流电路第七节正弦交流电路中的谐振第二章电子电路第三章光伏发电第四章风力发电第五章配电装置（巡视、异常、事故、维护）第六章厂用电系统（低压五线制系统）2/76第七章

电气主接线的形式和电力系统简介第八章

直流系统及交流不间断电源UPS电气运行行的特点和任务要求电气主设备结构及运行维护第一电动机第一节变压器第二篇电气设备倒闸操作第三篇电气工作票第五章发电机同期并列装置第六章其他设备

化学变频器3/76第五篇继电保护及自动装置第一章电动机保护第二章厂用变压器保护第三章

发变组保护第四章110kV母线保护第五章110kV线路微机保护第六章自动装置第七章ECS和NCS系统第七篇电气运行、检修规程解析4/76第一章电工基础第一节电的基本概念一、静电（一）静电现象静电存在于我们周围的一切物质之中，包括人类在内的生物和非生物。通常感觉不到物体带电。

但当对某一些物体进行摩擦后就出现能吸附轻微物体的的现象。如/765“怒发冲冠”又如女孩用手触摸静电起电机的金属球……/766（二）电荷是古代对电的一种称呼，电荷是物质、原子或电子等所带的电的量，我们常将“带电粒子”称为电荷，但电荷本身并非“粒子”，只是我们常将它想像成粒子以方便描述。（构成物质的基本单元是原子，原子由电子和原子核构成，原子核又由质子和中子构成，电子带负电，质子带正电，是正、负电荷的基本单元，中子不带电。）根据电荷相互间作用力的方向性总结出1、自然界中有两种电荷（富兰克林命名）同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。+_（1）正电荷：丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷（2）负电荷：毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷/7672、使物体带电的方法1）摩擦起电

微观解释：得到电子：带负电，失去电子：带正电。2）感应起电利用静电感应使物体带电，叫做感应起电。起电原因：

当一个带电体靠近导体时，由于电荷间相互吸引或排斥，导体中的自由电荷会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异号电荷，远离带电体的一端带同号电荷。3）接触带电是指用一个不带电的金属导体跟另一个带电的金属导体接触后分开，不带电的金属导体便带上了电荷。

例如，将一个带电的金属小球跟另一个外形相同的不带电的金属小球接触后分开，则它们平分了原来小球所带的电荷量而带上等量同种电荷。/768电荷有中和现象及电荷均分现象

（1）带等量异种电荷的物体相互接触后都不显电性，这种现象叫做电中和现象。（2）两个相同的带电金属导体接触后，电荷要重新平均分配，这种现象叫做电荷均分原理。3、电荷守恒定律

电荷既不会创生，也不会消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，在转移过程中，电荷总量保持不变。摩擦起电中，这两个相摩擦的物体带电前后总电荷量各是多少？感应起电中导体带电前后总电荷量是否发生变化？结论：总电荷量没有发生改变。/769（三）放电现象带电物体失去电荷的现象叫做放电。1、火花放电在干燥的天气里脱去化纤衣服时，由于摩擦，身体上会积累大量的电荷，这时如手指靠近金属物品，会看到火花，听到噼啪声，这就是火花放电。这是因为当电荷在物体上大量积累时，在物体周围会产生很强的电场，强大的电场会使它们之间的空气瞬间电离，电荷通过电离的空气形成电流，使空气发声发光，产生电火花。2、接地放电

地球是良好的导体，如果用导线将带电导体与大地相连，电荷将从带电体流向地球，直到导体带电特别少。这就是接地放电现象。如：油管等运输易燃易爆的车辆一条铁链拖地接地、电气保护接地铜排、控制柜门接地等等。

放电现象火花放电接地放电尖端放电/76103、尖端放电

由于同种电荷相互排斥，导体上的静电荷总是分布在表面上，一般来说是分布不均匀的，导体尖端的电荷特别密集，所以尖端附近空气中的电场特别强，使得空气中残存的少量离子加速运动。这时空气成为导体，于是产生了尖端放电现象。

例如：闪电。闪电的放电电流极大，会使建筑物遭受到严重的损失，这就是雷击。/7611

剧烈的气流运动使云层相互摩擦，摩擦导致云层间异种电荷大量积聚（摩擦起电）。靠近地面云层中电荷的大量积聚，会使地面因静电感应而产生电荷积聚(感应起电)。云层之间、云层与地面之间会形成几百万伏的电压。这个高压足以击穿空气，瞬时产生几十万安培的电流。电流生热使空气发光，叫闪电。闪电现象解释/7612

闪电也有积极的意义。闪电产生的高温使空气中的氮和氧化合,随雨水降至地面形成硝酸盐.这些硝酸盐是天然的氮肥.闪电过程中产生的臭氧，能保护地球上的生命免受过量紫外线伤害。避雷针：为了避免雷击，人们设计的避雷针。避雷针是针状金属物，在建筑物的顶端，用粗导线与埋在地下的金属接地网相连，当带电云层接近时，大地中的异种电荷被吸引到避雷针的尖端，并由于尖端放电而释放到空气中，与云层中的电荷中和，达到避雷的目的。/7613（四）静电的应用和防止1、应用：静电除尘、静电喷漆、静电复印等。2、静电的危害性----

“幽灵”静电力的不良后果电视机的荧屏表面容易吸附灰尘，使图像的清晰度和亮度下降。混纺衣服上常出现不易拍掉的灰尘。印刷厂里，纸页之间因静电而粘合，给印刷带来不便。制药厂时，因静电吸引尘埃，使药品达不到标准纯度。静电火花引起的危害医院手术台上，静电火花会引起麻醉剂爆炸。煤矿里，静电火花会引起瓦斯爆炸。在航天工业里，静电放电会干扰航天器的运行，甚至会造成火箭和卫星的发射失败。在石化工业里，因静电放电引起的事故屡见不鲜。防止静电危害的基本方法是什么？尽快地将静电导走，避免越积越多。/7614对于体内积存静电较多的人，可以通过“输出”的方式将其消耗掉。在家里洒些水，不便弄湿地板的地方，放置一两盆清水，同样可以达到增加室内空气湿度的目的。室内可用加湿器，摆放花草或在室内饲养观赏鱼。为避免静电击打，可用小金属器件（如钥匙）、棉抹布等先碰触大门、门把、水龙头、椅背、床栏等消除静电，再用手触及。电视机不能摆放在卧室。人们看电视时要打开窗户，同电视机保持2－3米距离，看完之后要洗脸、洗手。生活中防静电小知识/7615

对老人、小孩、静电敏感者、查不出病因的心脏病人、神经衰弱和精神病患者等建议在冬季穿纯棉内衣、内裤，被里、床单、被罩等要用天然纺织物，尽量不要穿化纤质地的服装，以减少静电对人的不良影响。勤洗澡、勤换衣服，能有效消除人体表面积聚的静电。当头发无法梳理服帖时，将梳子浸在水中，等静电消除之后，便可随意梳理了。洗头发时尽量使用润发露或护发素。赤足有利于体表积聚的静电释放。因此，休闲时，不要放过赤足的一切机会。多吃蔬菜、水果、酸奶等酸性食品，多饮水，同时补充钙质和维生素C，以减轻静电影响。/7616雷暴来临时留在室内比处于室外安全；留在有防雷设施的室内比无防雷设施的室内安全；站立于屋顶最不安全。雷暴来临时当你处于空旷的田野或开阔地带时，应尽快找有防雷设施的地方躲避；如果当时找不到躲避的地方，切记：处于低矮的地方比突出的高地更安全。不能在山顶、山脊、田埂、土堆上行走或肩扛长形工具和物件，不能靠近孤立的高大树木和烟囱类建筑物。避雷小知识/76-117二、电流（一）电流的形成

要了解电流的实质，就要从物质内部结构进行分折：1、物质的组成物质为构成宇宙万物的实物、场等客观事物；例如空气和水，食物和棉布，煤炭和石油，钢铁和铜、塑料，以及光、热和场（电力、磁力、引力），甚至更高级形态的，如人及集团、民族、国家等等，都是物质。总之，世界上，我们周围所有的客观存在都是物质。

任何物质都是由分子组成，分子是由原子组成，而原子又是由带正电原子核和带负电的电子组成。

2、物质的分类

根据物质导电能力的强弱，自然界的物质分为导体、半导体和绝缘体。

物质分子原子原子核（+）核外电子（-）质子（+）中子18/76原子核

原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。

绕原子核高速旋转的电子带负电。自然界物质的电结构：电子正电荷负电荷=原子结构中：原子核

导体的外层电子数很少且距离原子核较远，因此受原子核的束缚力很弱，极易挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子，即导体的特点就是内部具有大量的自由电子。原子核

半导体的外层电子数一般为4个，其导电性界于导体和绝缘体之间。原子核

绝缘体外层电子数通常为8个，且距离原子核较近，因此受到原子核很强的束缚力而无法挣脱，我们把外层电子数为8个称为稳定结构，这种结构中不存在自由电子，因此不导电。原子结构：导体：半导体：绝缘体：19/76可见：1、导体：

具有良好的传导电流的物质。主要用来输送和传递电流。

导体又可分为

（1）第一类导体：金属和碳都属于第一类导体，如银、铜、铝、铁、碳、石墨等。特点：自由电子导电，在传导电流的过程中，没有化学变化和物质迁移。（2）第二类导体：电解液属于第二类导体。特点：电解液中的正负离子参与导电，在导电过程中伴有显著的化学变化和物质迁移。2、绝缘体：

不能导电的物体。如玻璃、胶水、陶瓷、云母、橡胶等。绝缘体是否在任何条件下都不导电？20/76

3、半导体：

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。半导体具有光敏、热敏和掺杂特性，主要材料有硅、锗等。用途：半导体常用来制作二极管、三极管和集成电路。输送分配电能的导体（常用铜、铝材料）。在常态下，原子核所带的正电荷数等于电子所带的负电荷数，物质呈中性。在金属导体中存在较多脱离原子核吸引力的自由电子，在常态下，它们相互碰撞，处于无定向无规则运动，所以也不显电性。

半导体材料在电子课件再进行详细的讨论。

导体材料的内部活动情况如下：

21/76举例，13号元素铝的原子结构当人们给一定外加条件时，如导体两端加一个电场（即按上电源），则导体内自由电子受到电场力E的作用，正电场吸引电子，负电场排拆电子，所以导体内自由电子就向着正电场方向移动，就形成了电流。铝原子电子分层排列（2，8，3）22/76自由电子（形成金属中的电流）正负离子（行程电解液中的电流）宏观带电体（地球的公转和自转形成的电流）形成电流的条件：

A：要有推动带电粒子定向移动的力（电场力）B：要有可移动的带电粒子（电子、离子）

常见带电粒子电流：电荷有规则的定向运动形成电流，用I、i表示。电场力：带电导体的周围存在着电场，电场对处在场内的电荷有力的作用，这个作用力叫做电场力。23/76电流强度：

电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少，在单位时间内通过导体横截面的电荷量越多，表示通过该导体的电流越强，反之较弱，电流大小我们用电流强度来衡量。

为方便起见，人们把电流强度简称电流。

电流强度—1秒钟内通过导体横截面的电荷量。

I：电流强度（安培）Q：电量（库仑）t：时间（秒）24/76在实际工作中，经常需要选择导体（线）的粗细即截面积，这就需要用到电流密度这一概念。

当电流在导体的横截面上均匀分布时，该电流与导体横截面的比值，就称为电流密度。电流密度用字母J表示，即。J：电流密度（A/mm2）I：电流（A）S：横截面（mm2）

电流密度与导体横截面不呈线性关系。因为导体的截面积选用必须考虑诸多综合因素，如环境、敷设方式、敷设长度。耐热、散热要重点考虑。

一般电流密度选择：负载电流越大，电流密度相对越小。如：

横截面2.5mm2的BVR塑料多股线（铜）的电流密度可选为7A/mm2，（S要大）。25/76电流的方向：不同的导电物质中，形成电流的运动电荷，可以是正电荷，也可以是负电荷，甚至两者都有。而电子运动的方向与等量正电荷运动的效果相同，方向相反。

为统一起见规定：正电荷定向移动的方向为电流方向。这样，在金属导体中，电子运动的方向与电流方向相反。（二）电流的单位电流的国际单位为安培，简称为安，用A表示。常用的电流单位：千安（kA）、安（A）、毫安（mA）、微安（μA）。kA、A、mA、μA依次为千进位，即：

1kA=103A=106mA=109μA26/76（三）电流的种类

电流的种类即电流的性质，通常分直流电、交流电两种。1、直流电：其大小和方向均不随时间变化而变化。直流电可由蓄电池、直流发电机或整流电路获得。直流电可分理想直流电和脉动直流电。理想直流电：无论t在什么时间段，电流i大小幅度不变、方向不变，始终在正半周。27/76脉动直流电：虽方向不变，始终在正半周，但大小幅度随t的变化而不断变化，有一定的交变成分(直流和交流的叠加)。i0t2、交流电：

其大小和方向都随时间的变化而变化。电力系统供给工矿企业、日常生活所用的动力电都为按正弦规律变化的正弦交流电。

i0t可以看出：电流i的大小、幅度随着t的变化而不断的变化，方向也随t的变化在正负半周有规律的变化。(后续课件要详细讨论）t0I28/76三、电阻电阻是反映物体对电流起阻碍作用大小的一个物理量。

电阻这一物理量可衡量物体的导电能力，物体电阻小导电能力就强，反之就弱。电阻用字母R、r表示。电阻的单位：欧姆，简称欧，用字母Ω表示。物体的电阻是客观存在的，不随电压的高低而变化。实验证明：物体的电阻跟物体长度成正比，跟物体截面积成反比，并与物体的材料（电阻率）和温度有关，可用以下公式表达R：电阻（Ω）ρ：电阻率（Ω·m）L：长度（m）S：截面积（m2）29/76电阻率ρ

是与物体材料性质有关的物理量，称为电阻系数或电阻率。

它是指长度1米，横截面1平方毫米的某种材料的物体在2０℃时的电阻值。单位：Ω·m。不同的材料其电阻率也不同，下表列出几种常用金属的电阻率。表1-1常用金属材料的电阻率及电阻温度系数材料名称2０℃时的电阻率/Ω·m电阻温度系数/℃

-1银1.6×10-80.00361铜1.72×10-80.0041金2.2×10-80.00365铝2.9×10-80.00423钼4.77×10-80.00478钨5.3×10-80.005铁9.78×10-80.00625康铜50×10-80.0000430/76温度系数α：表中温度系数α，说明电阻率与温度有关，实验证明，物体的温度变化，电阻也随之变化，一般导体温度升高后，导体的电阻值随之增大，相对导电能力下降。（注：导体碳相反）我们把温度升高1℃时，电阻所产生的变动值与原电阻值的比值，称为电阻温度系数，用α表示，单位1/℃.

一般金属材料电阻温度系数很小，但温度很高时，电阻变化显著，不可忽视。

电阻元件符号:t1：变化前温度t2：变化后温度R1：t1时电阻值R2：t2时电阻值电阻：可变电阻：电位器：31/76四、电压与电位（一）电位人们测量山峰的高度，常用海拔多少米，也就是以海平面为基准测出各山峰的相对高度，海平面海拔为零。

零海拔为各山峰高度的参考点。山高：海拔2800米参考点：海平面

电位也一样，也必须要有一个参考点。而且一个网络、一个系统或一台独立的设备只能共有一个参考点。

如，低压三相四线中性点接地的供电系统中，大地为参考点，称为零电位。如下图所示。32/76而电子设备常以金属底板、机壳等共公点作为参考点。参考点u1u2u3L1L2L3U1、u2、u3为各点电位零电位参考点ua、ub、uc、ud为各点电位R1R2R3R4R5R6abcdubucudua选定了参考点后，那么，各点到参考点间的电压就叫各点的电位。33/76上图中，以地或金属地板点为参考点。

但参考点可任意选择，不同的参考点，相对各点电位也不同。

由此看出，电场中某点电位与参考点有密切关系，通常选择参考点以方便计算为原则。

参考点可视为零电位，低于参考点为负电位，高于参考点为正电位，等于参考点为同电位。电位的单位

电位单位为伏特，简称伏，用字母Ｖ表示。常用单位：千伏（kＶ）、伏（Ｖ）、毫伏（mＶ）、微伏（μＶ）依次为千进位。１kＶ＝103Ｖ，１Ｖ＝103mＶ，１mＶ＝103μＶ。34/76（二）电压电压是衡量电场力做功本领大小的物理量，在电场中两点间电位差称为电压。

aboR1R2Ｕab＝Ｕao－Ｕbo导体两端具有电位差时，电子才有规则的定向运动而形成电流。高中物理：在电路中电场力把单位正电荷由高电位a点移向低电位b点所做的功称为两点间的电压，用Ｕab表示。

电压单位与电位相同。

电压和电流一样，不但有大小，而且有方向。

电压的方向是由高电位指向低电位，如“＋”→“－”，可称电位降或压降。当电压釆用双下标记法时，电压方向为第一下标指向第二下标。35/76电压与电位相同与不同：相同：单位相同，方向相同。不同：

电位是某点到参考点的电压；

电压是两点间电位差；

电位是随参考点改变而改变；

电压是不随参考点改变而改变。

电位是相对的，电压是绝对的。36/76-2五、电动势（电势）我们已知道，电源是将非电能转换为电能的装置，那么衡量电源转换本领大小的物理量称为—电动势。在外力作用下（如：磁场、摩擦等），正电荷与电子相对运动，电子在导体中定向移动需要做功。

此时，单位正电荷从电源的负极经电源内部移到正极所做的功，称为该电源的电动势，用字母E、e表示。电动势的单位是伏特。电动势方向是从低电位（电源负极）指向高电位（电源正极）。电动势可称为电位升，与电压方向规定相反。电动势和电压的区别

￪EUUE+-

电动势E

电压U1非电场力作功电场力作功2电位升高的方向电位降低的方向3消耗其他能量转化成电能消耗电能转化成其他能量37/76E第二节电路的组成及状态一、电路的组成举例：最简单的手电筒电路

电路：电流经过的路径。电流必须在闭合回路中产生，所以一个完整的电路一定是回路。组成：电源负载控制设备（中间环节）导线38/761、电源（E）将其他形式的能量转换成电能的装置。如：蓄电池：化学能

火力发电机：热能水力发电机：水能

太阳能、风力发电：太阳能/风能

核动力发电机：核能

转换为电能

电源可通过电网输送、传递、分配。2、负载（R）将电能转换成其他形式能量的器件或设备（各种电器）。如：电灯电能转换为光能电炉电动机电能转换为热能

电能转换为机械能

39/763、控制设备（中间环节）

按人们的需求安全、有效的控制电能各物理量以及用电电器的设备。包括开关设备、测量设备以及各种继电保护设备等。如：控制电灯的开关、插销、

控制电动机的接触器、继电器、断路器等。40/764、导线导线将电源电能输送致控制设备，再将受控制的电能输入用电器，最后再将其连接回电源而形成回路。41/76二、电路的分类电路可分为外电路和内电路。

外电路：电源控制设备负载

内电路：电源内部的通道。如蓄电池两极、发电机电枢线圈内通道。三、电路原理图（电路图）对各种不同电路的表达方式称为电路图。电路图是最简单明了提供电路信息的方法。

电路图主要用来详细理解设备和其组成部分的工作原理，故也称电路原理图。它为接线、测试、排故提供信息。

从事电气作业人员实际操作时离不开电路图，识图、读图是作为一名电工的基本功。导线42/76电路图由电气符号（采用GB4728-85标准）、代号、连接线组合而成。在电路图可以了解到如下信息：信息１：电路中所用元件名称、数量及参数。E—电池组，１２Ｖ，１套。HL—指示灯，12Ｖ，0.1A、1只。R—电阻，60Ω，1Ｗ，1只。K1、K2—单极开关，２只。信息２：

导线连接方式：除元件外，每根实线都是所需连接的导线。信息３：

工作原理：

闭合Ｋ１，指示灯ＨＬ在额定电压12V下发光；

断开Ｋ１，闭合Ｋ２，指示灯ＨＬ与电阻Ｒ串联，电阻Ｒ串联降压，指示灯ＨＬ电压为６Ｖ左右，较暗。

43/76四、电路的状态1、通路状态通路就是电路中开关闭合，负载中有电流流过。在这种状态下，电源端电压与负载电流的关系可用电流的负特性确定。

通路后负载有电流流过而做功，电路根据负载的大小，可分为满载、轻载、过载三种情况。满载：负载在额定功率下的工作状态叫做额定工作状态或满载；轻载：负载低于额定功率的工作状态叫做轻载；过载：负载高于额定功率的工作状态叫做过载或超载。轻载不利于充分发挥负载的效率，过载容易使负载过线路烧毁，满载为理想工作状态。44/762、断路或开路状态

断路一般为故障，开路为工作需要（拉开开关），他们的电路状态一样，电源两端或电路某处断开，电路中没有电流通过。

开路的特点：

电路中电流为零，电源端电压U等于电源电动势E。？？？

电路某处断路3、短路状态（红线）

如果外电路被电阻值近似为零的导体接通，这时电源就处于短路状态。在这种状态下，由于电流未经负载直接流回电源，电源内阻R极小，短路电流非常大。强大的短路电路极有可能烧毁电源和线路，造成重大事故，所以要严格防止，避免发生短路。

对于电源来说，这种状态叫空载。45/76第三节直流电路电路的种类46/76讨论直流电路，掌握直流电路定律、公式，不但能对简单或复杂直流电路进行分析计算，而且它还是分析和计算交流电路、磁路的基础。一、部分电路欧姆定律欧姆定律是电工理论中一个最基本、也是最重要的一个定律，我们用它来分析计算线性电路中电流、电压、电阻三者的关系和大小。

部分电路欧姆定律，它用于一个闭合电路中的某一段含电阻的电路，不包括电源，故又称无源支路欧姆定律。＋－ＩＲＵ具体含义：在导体及电阻温度不变，电流与电压方向一致时通过一段无源支路的电流，与支路两端电压成正比，与支路电阻成反比。

其表达式如下：47/76我们在实际工作中常用欧姆定律进行简单计算，如：某设备中，直流24伏电源需用发光二极管做电源指示，发光二极管的发光参数：额定电压3V，额定电流10mA。应串多少欧姆的电阻R才能使发光二极管正常工作。

应选电阻值由已知电流、电压，根据欧姆定律算出电阻。或式中：

I—支路电流（A）

U—支路两端电压（V）

R—电阻（Ω）+-DC24VRV已知：UR+UV=24V，那么，UR=24-UV=24-3=21V，

IR=IV=10mA：

应串接2100Ω电阻器对指示支路进行降压、限流。48/76再如：

一晶体管放大电路中，我们需测量其中某一个三极管的基极、集电集、发射极电流，利用欧姆定律和万用表，可在不改动线路的情况下，测量并计算出各极电流。ＲbＲcＲeUcUbUe具体操作：先用万用表测出Rb、Rc、Re上降压，再利用支路欧姆定律求得：49/76二、全电路欧姆定律

全电路是指有源的闭合回路，电源内部都存在内阻ro

具体含义：通过该闭合回路的电流与回路的电动势成正比，与回路中全部电阻成反比。（这里的全部电阻，除要考虑电源内阻外，实际工作计算有时还需要考虑线路电阻）。ＥroRIRrI：回路电流（A）E：电源电动势（V）R：负载电阻（Ω）ro：电源内阻（Ω）Rr：线路电阻（Ω）即U所谓参考方向（正方向）就是在一段电路里，在电流两种可能的实际方向中，任意选择一个方向作为参考。

当实际方向与参考方向一致，其值为正；相反，其值为负。ABIABI50/76ＥroRI比较两公式比较可见，全电路欧姆定律与部分支路欧姆定律明显不同的是，由于电路中含电源，所以将电压U换为电动势E，并且全电路欧姆定律还要考虑电源内阻ro。可见，全电路由于电源内阻ro的存在，电源有不同的电位表现，我们把电源两端电位差称电源端电压，简称电源电压。

实际上电源电动势等于电源两端的开路电压。

U值得注意：

电动势仅存在于电源内部，而电源电压不仅存在于电源两端，而且也存在于电源外部，且两者方向相反。51/76例1：已知：E=110V，ro=0.2Ω，Rr=0.4Ω，R=9Ω求：①工作正常时的电流I；

②负载两端短路时的电流I’；

③电源两端短路时电流I”。解：利用全电路欧姆定律可得①正常工作时

②负载两端短路时

③电源两端短路时ＥroRRrRrG

如无保护措施，发电机与线路均会短路时烧毁。

如无保护措施，发电机将迅烧毁。

52/76例2：若已知电源的实际极性。讨论电动势与电压的关联性：电动势与电压的正方向关联电动势与电压的正方向非关联U53/76通过一段含源支路的电流，不仅与支路电阻R和端电压U有关，还与支路电动势有关，它们之间的关系式，根据电流、电压、电动势的方向来确定不同的表达式：

E、U、I三者方向一致

ＥＲＩＵ＋－ＥＲＩＵ＋－ＥＲＩＵ＋－ＥＲＩＵ＋－E、与U、I方向相反

U与I、E三方向相反

E、U方向与I方向相反

以上可看出U、E这两个物理量，若与电流方向一致取“正”，若与电流方向相反取负”。54/76/76-355总结：水流和电流的形成泵--E，水位差--U水--电流I（正电荷）水龙头开关-开关S三、电阻的串联电路中，二个以上电阻（可视为阻性负载）首尾依次连接成串，这种连接方式叫串联。以这种方式组成的电路称为串联电路，它没有分支，只有一条电路通道。串联电路特点：1、串联电路中流过每个电阻的电流都相等。I=I1=I2=I3在实际工作中，我们利用这一特点对线路、设备限流。如：电动机串电阻降压启动控制，就是利用串电阻来限制电动机的起动电流。56/762、串联电路两端的总电压等于各电阻两端电压之和。

U=U1+U2+U3

在实际工作中，我们利用串联电阻具有分压这一特性，在电路中串联不同的电阻，就能取得不同的信号电压。~220VNL例如：我们只有110V、60W的两只白炽灯，照明电压为220V，这时我们将两灯串联连接即可使用，只要灯的功率相等，两灯上的降压为额定电压110V。

3、串联电路总电阻（等效电阻）等于各串联电阻之和。

R=R1+R2+R3

在分析电路时，为了方便，常用一个电阻来代替几个串联电阻的总电阻，我们称之为等效电阻。等效后符合欧姆定律的要求，即ＲＩＵＲ１Ｒ２Ｒ３ＩＵ

57/764、在串联电路中，各电阻上分配的电压与其电阻值正比。

U1：U2：U3=R1：R2：R3

串联电路中，串联的电阻值越高，分配的电压就越大，也就是说串联电路中各电阻上降压的大小与这个电阻占总电阻的比重有直接关系。这就是串联电阻的分压作用。因为,串联电路的分压比那么在实际工作中，我们利用这一特点，可在一个电源上取出不同电压等级的多个电源。例如：58/76例如：有一个直流50V电源，实际需要20V、18V、12V三组电源。我们可用串联电阻的方法来达到。

由于串联电阻，I=I1=I2=I3，那么

U1=20VU=50VU3=12VU2=18VI=50mA又例如：有一指针式表头，其参数为Ia=50μA（即满刻度），内阻Ra=3kΩ。若要改装成能测量10V电压的电压表，应串联多大电阻RL。IaU=１0VULUaRaRL首先，算出此表头可测量最大电压：（表头满刻度降压）

Ua=Ia×

Ra=50×10-6×3×103=0.15伏显然，它直接测量10V是不行的，需串联分压电阻扩大量程。需串联一个197kΩ电阻就能把表头改装成测量10V电压的电压表。59/76四、电阻的并联两个以上电阻的两端分别连在一起，这种连接方法叫并联。并联这种连接方式在实际工作中运用的极为普遍，一般在生产生活中所用的电气设备都是并联安装。

如：~220ＬＮＭ3~Ｍ3~Ｍ3~L1L2L3电路图如左60/76并联电路特点：1、在并联电路中，各电阻两端的电压相等，且等于电路两端电压。

U=U1=U2=U3

2、并联电路中，总电流等于各电阻中的电流之和。

I=I1+I2+I3

不难看出，电流从正极流出后，分三条支路继续流动，由于电流的不可蓄存性（ΣI入=ΣI出），三个支路的电流在负极汇合流回电源，所以我们说并联电路有分流作用。在实际工作中，测量较大的直流电流时，我们常选用的分流器，就是利用并联电路这一特点。

ＩＩa分流器ＡＩＩa61/763、并联电路的总电阻（等效电阻）的倒数等于各电阻的倒数之和。得出

同乘得出

在并联电路计算中,我们常用“∥”作为并联记号。

如：两个或三个电阻并联，总电阻R可写成R1∥R2=R1∥R2∥R3=62/76若多电阻并联，且电阻值相等，总电阻R为

即，总电阻等于其中一个电阻的电阻值除电阻数。4、并联电路中，通过各个电阻的电流与它的阻值成反比。

Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｒn……63/76Ｒ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４Ｒn……UＩＩ1Ｉ2Ｉ3Ｉ4Ｉn其中：R=R1∥R2∥R3……∥Rn由于并联电路U=Un，而U=IR，Un=InRn，IR=InRn为并联电路的分流比并联电路中，并联支路电阻越大，电流分配到的就越小。

在并联电路的分析与计算中，最常见的为两条支路的电路。

Ｒ１Ｒ２UＩＩ1Ｉ264/76举例：我们常见的指针式仪表其表头（测量机构）一般都是电流表，在表头内一定有一个分流电阻与测量机构并联，作用就是为了分流。Ｒa分流电阻复杂直流电路简单直流电路与复杂直流电路的概念：1、简单直流电路：运用欧姆定律及电阻串、并联能进行化简、计算的直流电路，叫简单直流电路。如图c。2、复杂直流电路：不能用电阻串、并联化简的直流电路叫复杂直流电路。如图a、b。

c65/76电路的几个基本术语：1、支路：电路中的每一个分支叫支路。它由一个或几个相互串联的电路元件所构成。如I1、2、3支路。2、节点：三条或三条以上支路所汇成的交点叫节点。如A、B点。3、回路：电路中任一闭合路径都叫回路。一个回路可能只含一条支路，也可能包含几条支路。（左图共有几个回路?)复杂直流电路的分析、计算可以用如下定律：（一）基尔霍夫定律在任一瞬间，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和，即，又名节点电流定律。对于节点A：即对于任一节点来说，流入（或流出）该节点电流的代数和恒等于零。叫第一定律。66/76基尔霍夫第一定律的推广应用：基尔霍夫第一定律可以推广应用于任一假设的闭合面，即：在任一瞬间，流入某一闭合曲面的电流恒等于流出该闭合曲面的电流。

举例：图示电路中闭合面包含一个三角形电路，它有三个节点。应用基尔霍夫第一定律可以列出：此三式相加，得即67/76第二定律在任一闭合回路中，各段电路电压降的代数和恒等于零，即

,又名回路电压定律。

如图所示，按虚线方向循环一周，根据电压与电流的参考方向可列出：即：可得基尔霍夫第二定律的另一种表示形式。含义：在任一回路的循环方向上，回路中电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和。68/76基尔霍夫第二定律的推广应用：可推广应用于不完全由实际元件构成的假想回路。如图所示，可得

或支路电流法所谓支路电流法是以各支路电流为未知数，根据基尔霍夫定律列出方程组，然后联立方程组，求得各支路电流。还有很多计算定律，难度增加，电厂应用的不多（略）。69/76五、电功和电功率1、电功（电厂不常用）电流通过灯丝会发光，通过电炉会发热，通过电动机会转动，在任何有电流通过的闭合回路是都要发生能量的转换。我们把电流转换成其他形式的能量，叫做电流做功，简称电功。也就是说，只有电流产生，电才能做功。电功用字母W表示。

电流在一段电路上所做的功，与这段电路两端的电压成正比，通过和电流以及通电的时间成正比。即

W=UIt，此式还可转换为：W=I2Rt或从上式我们看出，电功与时间有关，电功是一段时间内电流所做的功。

如果电压U单位为V，电流I单位为A，时间t单位为s，那么电功单位就是焦耳，简称焦，用字母J表示。转光能转热能转机械能70/762、电功率（功率）电功不能表示电流做功或能量传递的快慢，而电功率则能表示能量传递的快慢，所以电流在单位时间内（1s）所做的功，称为电功率，用字母P表示，即

由此看出电功率体身与时间无关。电功率的单位：焦耳/秒（J/s），又称瓦特，简称瓦，用字母W表示。在实际工作中，用电设备的容量都用电功率表示，常用的单位还有：千瓦（kW）、毫瓦（mW）以及马力等。

1千瓦（kW）=10-3瓦（W）

1毫瓦（mW）=10-3瓦（W）

1马力=0.735千瓦（kW）71/76通过欧姆定律的代入转换，常用的功率公式除P=IU外，还有

P=I2R公式表明，当电压一定时，电功率与电阻值成反比。比如我们家中使用的白炽灯，电压都是220V时，40W的灯泡要比25W的灯泡亮，而是40W的电阻是1.21kΩ，25W的灯泡却是1.94kΩ。由此可见：P1>P2，那么R1<R2。前面讨论全电路欧姆定律得知，电动势E存在内阻ro，内阻也有压降（UO=Iro），电源端电压U=E-UO。下面我们讨论：电源产生的功率EI与负载得到的功率UI，以及内电路损失的功率UOI间关系：ＲＥＵＩro即EI=UI+UOI，

UI=EI-UOI称之为电路的功率平衡方程。

也就是说，只要电源内阻存在，EI>UI。72/76在实际工作中，我们可用测量电流电压的方法获得用电电器的功率。例如：有一只灯泡U=220V，I=0.455A，其功率P=220×0.455=100W又如：一直流电动机，U=110V，I=12.5A，其功率P=110×12.5=1.4kW。3、电能

指电流在一段时间内所做的功，电能也可称电功。电能为电功率（P）乘时间（t），它和电功的计算方式一样，但单位不同。

电能：W=Pt单位：焦（J）1J=1W·s，但它在实际中人们嫌焦（J）这个单位太小，不方便计量。所以规定：功率为1千瓦的用电器在1小时（h）中所做的功或消耗的电能称为千瓦小时，即kW·h=Pt，式中：

P：电功率（kW），

t：时间（h）73/76电能的单位：千瓦·小时，kW·h，俗称度。

1度=1kW·h电能的记录、计量，主要用来累记用电量，我们常用的单相、三相各种电度表就是用来计量电能的。例：有一个220V、40W的白炽灯，接在220V的供电线路上，求流过白炽灯的电流。若该灯平均每天工作5小时，电价是每度5角5分，每月（30天）该灯要消耗几度电，要付多少电费。解：因为P=UI，所以每月用电时间：t=5×30=150h功率单位转换：P=40W=0.04kW每月消耗的电能：W=Pt=0.04×150=6kWh每月应付电费：6×0.55=3.30（元）