電工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第2節(jié)電路和電路的工作狀態(tài)課件

1、系列課程系列課程油氣開(kāi)采職業(yè)技能培訓(xùn) 電路就是用導(dǎo)線把電源、用電器(負(fù)載)和電鍵(開(kāi)關(guān))連接起來(lái)組成的電流通路，如圖K I一61所示。其作用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換，如電力系統(tǒng)；另一個(gè)是傳遞和處理信號(hào)，如擴(kuò)音機(jī)，把語(yǔ)言或音樂(lè)等R聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓和電流等電信號(hào)，通過(guò)放大器傳遞到揚(yáng)聲器，再把電信號(hào)還原為聲音信號(hào)。第二節(jié) 電路和電路的工作狀態(tài)一、電路 一個(gè)電路必須具備以下要素： 圖I一61電路示意圖 (1)電源：把非電能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，如電池、發(fā)電機(jī)。R-燈泡；E一電源；K-開(kāi)關(guān) (2)負(fù)載：電流通過(guò)后產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，得到需要效應(yīng)的裝置，或者叫用電器具，如電爐、電動(dòng)機(jī)、電

2、視機(jī)等。 (3)連接導(dǎo)線：把電源與負(fù)載連起來(lái)形成通路的材料； (4)開(kāi)關(guān)：控制電路通斷的裝置。 在實(shí)際電路中，電源、負(fù)載、開(kāi)關(guān)等，既可能是一個(gè)器件，也可能是一個(gè)系統(tǒng)，即本身又成為一個(gè)電路。因此，對(duì)于開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，它可以是一個(gè)具體的執(zhí)行通斷功能的器件，也可以是執(zhí)行通斷功能的電路系統(tǒng)，后者即所謂的自動(dòng)開(kāi)關(guān)。 當(dāng)電路中的開(kāi)關(guān)合上時(shí)，即把電源與負(fù)載接通，電路中就產(chǎn)生一定的電流，此時(shí)稱為電路的有載工作狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電路處于開(kāi)路(空載)狀態(tài)，此時(shí)電路中的電流為零。二、電路的工作狀態(tài) 當(dāng)電源兩端由于某種原因而連在一起時(shí)，電源被短路，此時(shí)電流很大，可能使電源燒毀或損壞。短路也可發(fā)生在負(fù)載端或線路的其他任何地

3、方。短路通常是一種嚴(yán)重事故，應(yīng)該盡力避免和預(yù)防。產(chǎn)生短路的原因往往是由于絕緣損壞或接線不慎，因此經(jīng)常檢查電氣設(shè)備和線路的絕緣情況是一項(xiàng)很重要的安全措施。 此外，為了防止短路事故所引起的后果，通常在電路中接入熔斷器或自動(dòng)斷路器，以便在發(fā)生短路時(shí)能迅速將故障電路自動(dòng)切除。 在一個(gè)電路中，電流的大小一方面由電源的電壓高低決定，另一方面受電路負(fù)載的電阻(如圖162所示)大小的限制。在一個(gè)電路中，電流的大小同電源的電壓成正比，同電路的電阻成反比，這就是歐姆定律，可用公式表示為：三、歐姆定律 但是，任何實(shí)際應(yīng)用的電源都不僅供給電壓和輸出電流，它本身也圖l一62電阻示意圖有一定的電阻，這稱為內(nèi)阻。工作時(shí)在內(nèi)

4、阻上也要產(chǎn)生一定的電壓降，因此，電源輸出的電壓是隨著電流的大小而變化的。這樣，就規(guī)定當(dāng)一個(gè)電源在不工作時(shí)的最大電壓(即開(kāi)路電壓)叫作電源的電動(dòng)勢(shì)，用E表示。與此相聯(lián)系，把歐姆定律也分為部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律。 所謂部分電路歐姆定律，就是不包括電源，或者雖然包括電源但是認(rèn)為電源的內(nèi)阻為零的情況下的歐姆定律。它的表達(dá)公式即，=UR。 所謂全電路(如圖163)歐姆定律，就是包括電源內(nèi)阻在內(nèi)的歐姆定律。它的表達(dá)公式是： I=E(、R+r、)式中E電源電動(dòng)勢(shì)； r一電源內(nèi)阻。 在一般情況下，電源的內(nèi)阻很小，或者電路的負(fù)載電阻較大的時(shí)候，用部分電路歐姆定律計(jì)算電路就能夠得到足夠準(zhǔn)確的結(jié)果。而當(dāng)電

5、源的內(nèi)阻較大或者負(fù)載電阻較小的時(shí)候，則必須應(yīng)用全電路歐姆定律進(jìn)行計(jì)算才行。 在電路中，構(gòu)成電路的各元件首尾順次聯(lián)接的方式叫作串聯(lián)，如圖164(a)和(c)所示，此時(shí)流過(guò)每個(gè)元件的電流相同。在電路中，構(gòu)成電路的各元件首首聯(lián)接、尾尾聯(lián)接的聯(lián)接方式叫作并聯(lián)，如圖l一64(b)，此時(shí)每個(gè)元件的電壓都相同。四、串聯(lián)和并聯(lián)電阻串聯(lián)的計(jì)算： R=R1+R2+尺。 U=U 1+U 2+璣 當(dāng)兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)，有： ，=U(R1+R2) u1=URl(R1+R2) 以=UR：(R1+R2) 可見(jiàn)，串聯(lián)電阻上電壓的分配與電阻的值成正比，電阻大的得到的電壓高。例如，當(dāng)25w的電燈與60W的電燈串聯(lián)使用時(shí)，由于前者的電

6、阻比后者大，得到的電壓高，使得前者反而比后者亮。 自然界的物質(zhì)能夠通過(guò)電流的能力是不同的，按照物質(zhì)允許電流通過(guò)的難易程度，可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。 導(dǎo)體是指那些容易讓電流通過(guò)的物質(zhì)。大多數(shù)的金屬，酸、堿、鹽的水溶液，碳素類材料等，都是電的優(yōu)良導(dǎo)體。四、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體電阻并聯(lián)的計(jì)算： 1R=1R1+1R2+1尺。 當(dāng)兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，有： R=R1R2(R1+R2) l=lt+12 ，l=URl=，R2(R1+R2) l=UR2=，R。(R1+R2) 可見(jiàn)，并聯(lián)電阻上電流的分配與電阻的值成反比，電阻大的得到的電流小。例如，當(dāng)25w的電燈與60W的電燈并聯(lián)使用時(shí)，由于前者的電阻比后

7、者大，得到的電流小，使得前者不如后者亮。電源串聯(lián)的計(jì)算： E=E1+E2+E。 上述公式是在所有電源的極性都相同時(shí)使用；如果某個(gè)電源的極性相反，則用負(fù)號(hào)。 電流在電路中通過(guò)，總要消耗電能而轉(zhuǎn)化成其他形式的能，這就是電流的做功過(guò)程。電流的做功過(guò)程實(shí)際上是電場(chǎng)力移動(dòng)電荷的做功過(guò)程。電流所做的功叫電功(或電能)，用肜表示，則：W=UIt五、電功和電功率(一)電功 公式表明：電流在一段電路上所做的功跟電路兩端的電壓、電路中的電流強(qiáng)度、通電時(shí)間成正比。在國(guó)際單位之中，電功的單位是焦耳(J)。 1J=1V1Als 實(shí)際生活中，我們常用“度”來(lái)作為電功或電能的單位，一個(gè)1千瓦(kW)的用電器在1小時(shí)(h)里

8、所消耗的電能為1度，即： 1度=1kWh=1000VA3600s=36 x 106J 電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率，用P表示，在直流電路中： P=Wt=U I 在交流電路中： P=Wt=U l COS由。(二)電功率 其中咖為電壓與電流的相位差角，c08咖稱為負(fù)載的功率因數(shù)。純電阻性負(fù)載的功率因數(shù)為1，如白熾燈、電爐等；電感性負(fù)載的功率因數(shù)小于1，如目光燈為o5，電動(dòng)機(jī)為o8左右。 上述公式表明：電路上電流的電功跟電路兩端的電壓和電流強(qiáng)度成正比。在國(guó)際單位制中，電功率的單位是瓦特，簡(jiǎn)稱瓦，符號(hào)是w。 1W=1Js 在實(shí)際工作中經(jīng)常用到另一個(gè)概念是效率，電的效率就是消耗的電能中有多少轉(zhuǎn)化為

9、有用功，或者說(shuō)有用功占總功之比，用百分?jǐn)?shù)表示，有時(shí)也可以用小數(shù)表示。效率用字母代表，其公式是：=W1/W2 式中W1有用功； 電的效率，； W2一總功。 各種電氣設(shè)備的電壓、電流及功率等都有一個(gè)額定值，例如一盞電燈的電壓是220V，功率是60W，這就是它的額定值。額定值是制造廠為了使產(chǎn)品能在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的容許值。當(dāng)電氣設(shè)備中的電流或所加電壓超過(guò)額定值過(guò)多時(shí)，將使設(shè)備過(guò)熱，有可能燒毀或減少其壽命；六、電氣設(shè)備的額定值 反之，如果電壓和電流遠(yuǎn)低于額定值，不僅得不到正常合理的工作情況，而且也不能充分利用設(shè)備的能力。例如，上面提到的電燈，在220V電壓下，正常發(fā)光；而在llOV電壓下，非常黯淡；如接到380V的電源上，則立刻燒毀。 電氣設(shè)備或元件的額定值常標(biāo)在銘牌上或?qū)懺谄湔f(shuō)明中，在使用時(shí)應(yīng)充分考慮額定數(shù)據(jù)。額定電壓、額定電流和額定功率分別用砜、，N和P。表示某些設(shè)備的實(shí)際值不一定等于它的額定值